تأثیر دمای مذاب بر استحکام پیوند سطحی در فرآیند پوشش CF-PAEK (PEEK) ترموپلاستیک.
متن قبلی تأثیر دمای قالب بر استحکام پیوند سطحی بین پلیآریالترکتون فیبر کربن گرمانرم (CF-PAEK) و پلیاترترکتون (PEEK) را در طول فرآیند پوشش توضیح داد. مشخص شد که افزایش دما نه تنها استحکام پیوند سطحی را بهبود می بخشد بلکه استحکام برشی را نیز افزایش می دهد. این مقاله به بررسی تأثیر دمای مذاب رزین بر استحکام پیوند سطحی دو ماده کامپوزیت پس از فرآیند پوشش ادامه خواهد داد.
تأثیر دمای مذاب بر استحکام پیوند سطحی کامپوزیت های ترموپلاستیک CF-PAEK (PEEK).
1. استحکام برشی مواد کامپوزیت پوشش داده شده در دماهای مذاب مختلف: شکل بالا مقاومت برشی نمونه های PEEK/CCF-PAEK و SCF-PEEK/CCF-PAEK را در دماهای ذوب مختلف نشان می دهد. مقاومت برشی PEEK/CCF-PAEK به ترتیب 69 مگاپاسکال، 67 مگاپاسکال، 71 مگاپاسکال، 67 مگاپاسکال و 66 مگاپاسکال است، در حالی که مقاومت برشی نمونه های SCF-PEEK/CCF-PAEK 84 مگاپاسکال، 84 مگاپاسکال، 85 مگاپاسکال است. ، به ترتیب 87 مگاپاسکال و 83 مگاپاسکال. مقایسه داده های مقاومت برشی دو نمونه کامپوزیت پوشش داده شده با رزین ترموپلاستیک نشان می دهد که وقتی دمای قالب 260 درجه است، افزایش دمای مذاب در ابتدا قدرت پیوند سطحی PEEK/CCF-PAEK را بهبود می بخشد، اما سپس منجر به کاهش می شود.
2. عملکرد اتصال سطحی نمونه های SCF-PEEK/CCF-PAEK در دماهای مذاب مختلف: شکل بالا حالت پیوند سطحی کامپوزیت های SCF-PEEK/CCF-PAEK را در دماهای مذاب مختلف نشان می دهد. هنگامی که دمای قالب 260 درجه باشد، مرز بین PAEK و PEEK نامشخص می شود. با افزایش دمای مذاب، تعداد فزاینده ای از الیاف کربن کوتاه از SCF-PEEK به رزین PAEK نفوذ می کند. همانطور که توسط دایره های قرمز در شکل نشان داده شده است، الیاف کربن کوتاه مرز بین دو رزین ماتریکس را پل می کنند و استحکام پیوند سطحی را افزایش می دهند. هنگامی که یک منطقه اختلاط رزین در سطح مشترک ایجاد می شود، جریان پذیری رزین SCF-PEEK را می توان با افزایش دمای مذاب بهبود بخشید، و اجازه می دهد تا فیبرهای کربن کوتاه بیشتری برای تقویت سطح مشترک وارد منطقه غنی از رزین شوند.
با توجه به داده های تجربی، زمانی که دمای قالب 260 درجه و دمای مذاب PEEK/CCF-PAEK 400 درجه است، مقاومت برشی مواد کامپوزیت پوشش داده شده به بالاترین نقطه خود در 71 مگاپاسکال می رسد. برعکس، برای SCF-PEEK/CCF-PAEK، حداکثر مقاومت برشی نمونه مرکب در مگاپاسکال 87 زمانی که دمای مذاب 410 درجه است به دست میآید.
شبیهسازیهای دینامیک مولکولی نشان میدهد که انتشار زنجیره مولکولی و فرآیند تشکیل سطحی به طور قابلتوجهی تحتتاثیر دمای قالب قرار دارند.
همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، رزین PAEK به رنگ قهوه ای و رزین PEEK به رنگ سبز است. فرآیند خاص پوشش و قالبگیری دو کامپوزیت ترموپلاستیک با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده میشود که امکان بررسی انتشار مولکولی و تشکیل سطحی را فراهم میکند. نتایج نشان می دهد که دمای قالب به طور قابل توجهی بر استحکام پیوند سطحی تأثیر می گذارد، در حالی که دمای مذاب تقریباً هیچ تأثیری ندارد. بنابراین، دمای قالب به عنوان فاکتور اصلی برای مشاهده شبیهسازی در آزمایش، با دمای قالبگیری تزریقی در 400 درجه و دمای قالب به ترتیب در 220 درجه، 240 درجه، 260 درجه و 280 درجه تعیین میشود.
داده ها نشان می دهد که با افزایش دمای قالب، برخی از زنجیره های مولکولی به سطح مشترک نفوذ کرده و با زنجیره های لایه دیگر درگیر می شوند. در فرآیند پوشش و قالبگیری کامپوزیتهای ترموپلاستیک PEEK/PAEK، تشکیل رابط نه تنها به حرکت متقابل دو زنجیره مولکولی بلکه به خود حرکتی مولکولها نیز بستگی دارد.
شکل a شعاع چرخشی را در سطح مشترک بین رزین های PAEK و PEEK در دماهای مختلف قالب نشان می دهد. در شرایط مختلف پردازش، زمانی که به حالت پایدار 300 درجه می رسد، شعاع چرخشی کل سیستم به تدریج افزایش می یابد. شکل b میانگین منحنی جابجایی آزیموتالی-زمان را در سطح مشترک بین رزین های PEEK و PAEK در دماهای مختلف قالب نشان می دهد. میانگین کلی جابجایی آزیموتال به سرعت در طول زمان افزایش مییابد، که نشان میدهد با افزایش دما، حرکت مولکولی شتاب میگیرد و منجر به افزایش استحکام پیوند سطحی میشود. با این حال، هنگامی که دما از 280 درجه فراتر رود، میانگین جابجایی آزیموتال تثبیت می شود و استحکام پیوند سطحی نیز افزایش نمی یابد.
شکل، انرژی پیوند سطحی و ضریب انتشار دو سیستم را در دماهای مختلف قالب نشان می دهد. می توان مشاهده کرد که با افزایش دمای قالب از 220 درجه به 280 درجه، ضریب انتشار از 7.3 × 10^-10 m²·s^-1 به 14.0 × 10^ افزایش می یابد. -10 m²·s^-1، در حالی که مقدار مطلق انرژی سطحی به شدت از 233.4 kcal·mol^{14}} به 450.8 kcal·mol^{17}} افزایش مییابد. در مقایسه با سایر تغییرات دمایی، ضریب انتشار زمانی که دمای قالب از 220 درجه به 240 درجه افزایش می یابد، تغییر قابل توجهی را نشان می دهد. در این مرحله، سرعت انتشار مولکولی افزایش مییابد که با روند مشاهده شده در مقاومت برشی نمونهها همسو میشود.
با ترکیب متن قبلی و فعلی می توان نتیجه گرفت که در فرآیند پوشش دهی و قالب گیری کامپوزیت های پلی آریل اتر کتون فیبر کربن گرمانرم (PAEK) و کامپوزیت پلی اتر اتر کتون (PEEK)، هر دو دمای قالب و دمای مذاب تأثیر قابل توجهی بر روی کلی دارند. خواص مکانیکی کامپوزیت ها و استحکام پیوند سطحی با انتخاب دمای مناسب قالب و مذاب، می توان کامپوزیت های پلی آریل اتر کتون فیبر کربن گرمانرم با عملکرد برتر تولید کرد.
