Wpływ temperatury topnienia na wytrzymałość wiązania międzyfazowego w procesie powlekania termoplastycznego CF-PAEK (PEEK).
W poprzednim tekście opisano wpływ temperatury formy na siłę wiązania międzyfazowego pomiędzy termoplastycznym poliaryloeteroketonem z włókna węglowego (CF-PAEK) i polieteroeteroketonem (PEEK) podczas procesu powlekania. Zrozumieno, że wzrost temperatury nie tylko poprawia siłę wiązania międzyfazowego, ale także zwiększa wytrzymałość na ścinanie. W tym artykule będziemy kontynuować dyskusję nad wpływem temperatury stopu żywicy na siłę wiązania międzyfazowego dwóch materiałów kompozytowych po procesie powlekania.
Wpływ temperatury topnienia na siłę wiązania międzyfazowego termoplastycznych kompozytów CF-PAEK (PEEK).
1. Wytrzymałość na ścinanie powlekanych materiałów kompozytowych w różnych temperaturach topnienia: Powyższy rysunek przedstawia wytrzymałość na ścinanie próbek PEEK/CCF-PAEK i SCF-PEEK/CCF-PAEK w różnych temperaturach topnienia. Wytrzymałość na ścinanie PEEK/CCF-PAEK wynosi odpowiednio 69 MPa, 67 MPa, 71 MPa, 67 MPa i 66 MPa, natomiast wytrzymałość na ścinanie próbek SCF-PEEK/CCF-PAEK wynosi 84 MPa, 84 MPa, 85 MPa , odpowiednio 87 MPa i 83 MPa. Porównanie danych dotyczących wytrzymałości na ścinanie dwóch próbek kompozytu pokrytych żywicą termoplastyczną pokazuje, że gdy temperatura formy wynosi 260 stopni, zwiększenie temperatury stopu początkowo poprawia wytrzymałość wiązania międzyfazowego PEEK/CCF-PAEK, ale następnie prowadzi do jej spadku.
2. Wydajność wiązania międzyfazowego próbek SCF-PEEK/CCF-PAEK w różnych temperaturach topnienia: Powyższy rysunek ilustruje stan wiązania międzyfazowego kompozytów SCF-PEEK/CCF-PAEK przy różnych temperaturach topnienia. Gdy temperatura formy wynosi 260 stopni, granica między PAEK i PEEK staje się niejasna. Wraz ze wzrostem temperatury stopu coraz większa liczba krótkich włókien węglowych z SCF-PEEK wnika do żywicy PAEK. Jak wskazują czerwone kółka na rysunku, krótkie włókna węglowe wypełniają granicę pomiędzy dwiema żywicami matrycowymi, zwiększając siłę wiązania międzyfazowego. Kiedy na styku tworzy się strefa mieszania żywicy, sypkość żywicy SCF-PEEK można poprawić poprzez podniesienie temperatury topnienia, co umożliwia wprowadzenie większej liczby krótkich włókien węglowych do obszaru bogatego w żywicę w celu wzmocnienia połączenia.
Według danych eksperymentalnych, gdy temperatura formy wynosi 260 stopni, a temperatura stopu PEEK/CCF-PAEK wynosi 400 stopni, wytrzymałość na ścinanie powlekanego materiału kompozytowego osiąga najwyższy punkt przy 71 MPa. I odwrotnie, w przypadku SCF-PEEK/CCF-PAEK maksymalną wytrzymałość na ścinanie próbki kompozytowej osiąga się przy 87 MPa, gdy temperatura stopu wynosi 410 stopni.
Symulacje dynamiki molekularnej ujawniają, że temperatura formy znacząco wpływa na dyfuzję łańcucha molekularnego i proces tworzenia powierzchni międzyfazowej.
Jak pokazano na powyższym rysunku, żywica PAEK ma kolor brązowy, a żywica PEEK ma kolor zielony. Specyficzny proces powlekania i formowania obu kompozytów termoplastycznych obserwuje się za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, co pozwala na badanie dyfuzji molekularnej i tworzenia się powierzchni międzyfazowej. Wyniki wskazują, że temperatura formy znacząco wpływa na siłę wiązania międzyfazowego, podczas gdy temperatura stopu nie ma prawie żadnego wpływu. Dlatego temperaturę formy ustala się jako podstawowy czynnik obserwacji symulacyjnej w eksperymencie, przy temperaturze formowania wtryskowego ustalonej na 400 stopni i temperaturze formy na odpowiednio 220 stopni, 240 stopni, 260 stopni i 280 stopni.
Dane pokazują, że wraz ze wzrostem temperatury formy niektóre łańcuchy molekularne przenikają do granicy faz i splatają się z łańcuchami drugiej warstwy. W procesie powlekania i formowania kompozytów termoplastycznych PEEK/PAEK powstawanie powierzchni międzyfazowej zależy nie tylko od wzajemnego ruchu dwóch łańcuchów molekularnych, ale także od własnego ruchu cząsteczek.
Rysunek a przedstawia promień obrotu na styku żywic PAEK i PEEK w różnych temperaturach formy. W różnych warunkach przetwarzania, po osiągnięciu stabilnego stanu 300 stopni, promień obrotu całego układu stopniowo wzrasta. Rysunek b przedstawia średnią krzywą przemieszczenia azymutalnego w czasie na styku żywic PEEK i PAEK w różnych temperaturach formy. Ogólne średnie przemieszczenie azymutalne szybko wzrasta w czasie, co wskazuje, że wraz ze wzrostem temperatury ruch molekularny przyspiesza, co prowadzi do zwiększenia siły wiązania międzyfazowego. Jednakże, gdy temperatura przekracza 280 stopni, średnie przemieszczenie azymutalne stabilizuje się, a siła wiązania międzyfazowego również przestaje rosnąć.
Rysunek przedstawia energię wiązania międzyfazowego i współczynnik dyfuzji obu systemów przy różnych temperaturach formy. Można zaobserwować, że wraz ze wzrostem temperatury formy z 220 stopni do 280 stopni współczynnik dyfuzji wzrasta z 7,3 × 10^-10 m²·s^-1 do 14,0 × 10^ -10 m²·s^-1, natomiast wartość bezwzględna energii międzyfazowej gwałtownie rośnie z 233,4 kcal·mol^-1 do 450,8 kcal·mol^-1. W porównaniu do innych zmian temperatury, współczynnik dyfuzji wykazuje znaczną zmianę, gdy temperatura formy wzrasta z 220 stopni do 240 stopni. W tym momencie wzrasta szybkość dyfuzji molekularnej, co jest zgodne z trendem obserwowanym w wytrzymałości próbek na ścinanie.
Łącząc poprzedni i aktualny tekst, można stwierdzić, że w procesie powlekania i formowania termoplastycznych kompozytów poliaryloeteroketonowych (PAEK) i polieteroeteroketonowych (PEEK) z włókna węglowego, zarówno temperatura formy, jak i temperatura stopu mają znaczący wpływ na całkowitą właściwości mechaniczne kompozytów i wytrzymałość wiązania międzyfazowego. Wybierając odpowiednie temperatury formy i stopu, możliwe jest wytwarzanie termoplastycznych kompozytów poliaryloeteroketonu z włókna węglowego o doskonałych parametrach.
