Vpliv temperature taline na medfazno vezno trdnost v procesu nanašanja termoplastične CF-PAEK (PEEK).
Prejšnje besedilo je opisalo vpliv temperature kalupa na medfazno vezno trdnost med poliarileterketonom iz termoplastičnih ogljikovih vlaken (CF-PAEK) in polietereterketonom (PEEK) med postopkom premazovanja. Ugotovljeno je bilo, da zvišanje temperature ne samo izboljša medfazno vezno trdnost, ampak tudi poveča strižno trdnost. Ta članek bo še naprej razpravljal o vplivu temperature taline smole na medfazno vezno trdnost dveh kompozitnih materialov po postopku nanašanja prevleke.
Vpliv temperature taline na medfazno vezno trdnost termoplastičnih kompozitov CF-PAEK (PEEK).
1. Strižna trdnost prevlečenih kompozitnih materialov pri različnih temperaturah taline: Zgornja slika prikazuje strižno trdnost vzorcev PEEK/CCF-PAEK in SCF-PEEK/CCF-PAEK pri različnih temperaturah taljenja. Strižne trdnosti vzorcev PEEK/CCF-PAEK so 69 MPa, 67 MPa, 71 MPa, 67 MPa in 66 MPa, medtem ko so strižne trdnosti vzorcev SCF-PEEK/CCF-PAEK 84 MPa, 84 MPa, 85 MPa , 87 MPa oziroma 83 MPa. Primerjava podatkov o strižni trdnosti dveh vzorcev kompozita, prevlečenih s termoplastično smolo, razkrije, da ko je temperatura kalupa 260 stopinj, zvišanje temperature taline sprva izboljša medfazno vezno trdnost PEEK/CCF-PAEK, nato pa povzroči upad.
2. Učinkovitost medfaznega lepljenja vzorcev SCF-PEEK/CCF-PAEK pri različnih temperaturah taline: Zgornja slika prikazuje stanje medfazne vezi kompozitov SCF-PEEK/CCF-PAEK pri različnih temperaturah taline. Ko je temperatura kalupa 260 stopinj, postane meja med PAEK in PEEK nejasna. Ko se temperatura taline poveča, vse več kratkih ogljikovih vlaken iz SCF-PEEK prodre v smolo PAEK. Kot je prikazano z rdečimi krogi na sliki, kratka ogljikova vlakna premostijo mejo med dvema matričnima smolama in tako povečajo trdnost medfazne vezi. Ko se na vmesniku oblikuje cona mešanja smole, je mogoče izboljšati pretočnost smole SCF-PEEK z zvišanjem temperature taline, kar omogoča vstavljanje več kratkih ogljikovih vlaken v območje, bogato s smolo, za okrepitev vmesnika.
Po eksperimentalnih podatkih, ko je temperatura kalupa 260 stopinj in temperatura taline PEEK/CCF-PAEK 400 stopinj, strižna trdnost prevlečenega kompozitnega materiala doseže najvišjo točko pri 71 MPa. Nasprotno pa je za SCF-PEEK/CCF-PAEK največja strižna trdnost kompozitnega vzorca dosežena pri 87 MPa, ko je temperatura taline 410 stopinj.
Simulacije molekularne dinamike razkrivajo, da temperatura kalupa pomembno vpliva na difuzijo molekularne verige in proces oblikovanja na površini.
Kot je prikazano na zgornji sliki, je smola PAEK obarvana rjavo, smola PEEK pa zelena. Specifični postopek prevleke in oblikovanja obeh termoplastičnih kompozitov je opazovan z uporabo vrstične elektronske mikroskopije, ki omogoča pregled molekularne difuzije in tvorbe na površini. Rezultati kažejo, da temperatura kalupa pomembno vpliva na medfazno vezno trdnost, medtem ko temperatura taline skoraj nima vpliva. Zato je temperatura kalupa nastavljena kot glavni dejavnik za opazovanje simulacije v poskusu, pri čemer je temperatura brizganja vzpostavljena na 400 stopinj, temperatura kalupa pa nastavljena na 220 stopinj, 240 stopinj, 260 stopinj oziroma 280 stopinj.
Podatki kažejo, da ko se temperatura kalupa poveča, nekatere molekularne verige prodrejo skozi vmesnik in se zapletejo z verigami druge plasti. V postopku prevleke in oblikovanja termoplastičnih kompozitov PEEK/PAEK tvorba vmesnika ni odvisna samo od medsebojnega gibanja obeh molekulskih verig, temveč tudi od samogibanja molekul.
Slika a prikazuje rotacijski radij na vmesniku med smolama PAEK in PEEK pri različnih temperaturah kalupa. V različnih pogojih obdelave, ko je doseženo stabilno stanje 300 stopinj, se rotacijski polmer celotnega sistema postopoma povečuje. Slika b prikazuje krivuljo povprečnega azimutnega premika-časa na vmesniku med PEEK in PAEK smolami pri različnih temperaturah kalupa. Skupni povprečni azimutni premik se sčasoma hitro poveča, kar kaže, da se z dvigom temperature molekularno gibanje pospeši, kar vodi do povečanja moči medfazne vezi. Vendar, ko temperatura preseže 280 stopinj, se povprečni azimutni premik stabilizira in trdnost medfazne vezi se prav tako preneha povečevati.
Slika prikazuje medfazno vezno energijo in difuzijski koeficient obeh sistemov pri različnih temperaturah kalupa. Opazimo lahko, da ko se temperatura kalupa poveča z 220 stopinj na 280 stopinj, difuzijski koeficient naraste s 7,3 × 10^-10 m²·s^-1 na 14,0 × 10^ -10 m²·s^-1, medtem ko se absolutna vrednost medfazne energije strmo poveča z 233,4 kcal·mol^-1 na 450,8 kcal·mol^-1. V primerjavi z drugimi temperaturnimi spremembami se koeficient difuzije znatno spreminja, ko se temperatura kalupa dvigne z 220 stopinj na 240 stopinj. Na tej točki se hitrost molekularne difuzije poveča, kar se ujema s trendom, opaženim pri strižni trdnosti vzorcev.
Če združimo prejšnje in sedanje besedilo, lahko sklepamo, da imata pri postopku premazovanja in oblikovanja kompozitov termoplastičnih ogljikovih vlaken poliaril eter keton (PAEK) in polieter eter keton (PEEK) tako temperatura kalupa kot temperatura taline pomemben vpliv na celotno mehanske lastnosti kompozitov in medfazna vezna trdnost. Z izbiro ustreznih temperatur kalupa in taline je mogoče izdelati termoplastične poliaril eter ketonske kompozite iz ogljikovih vlaken z vrhunsko zmogljivostjo.
