Efectul temperaturii topiturii asupra rezistenței interfeței de legătură în procesul de acoperire termoplastic CF-PAEK (PEEK).
Textul anterior a descris impactul temperaturii matriței asupra rezistenței interfeței de legătură dintre poliariletercetonă din fibră de carbon termoplastică (CF-PAEK) și polieteretercetonă (PEEK) în timpul procesului de acoperire. S-a înțeles că o creștere a temperaturii nu numai că îmbunătățește rezistența interfeței de legare, ci și rezistența la forfecare. Acest articol va continua să discute efectul temperaturii topiturii rășinii asupra rezistenței de legare interfacială a celor două materiale compozite după procesul de acoperire.
Efectul temperaturii de topire asupra rezistenței de legare interfacială a compozitelor termoplastice CF-PAEK (PEEK).
1. Rezistența la forfecare a materialelor compozite acoperite la diferite temperaturi de topire: Figura de mai sus arată rezistența la forfecare a probelor PEEK/CCF-PAEK și SCF-PEEK/CCF-PAEK la diferite temperaturi de topire. Rezistența la forfecare a PEEK/CCF-PAEK este de 69 MPa, 67 MPa, 71 MPa, 67 MPa și, respectiv, 66 MPa, în timp ce rezistența la forfecare a probelor SCF-PEEK/CCF-PAEK este de 84 MPa, 84 MPa, 85 MPa , 87 MPa și, respectiv, 83 MPa. Compararea datelor privind rezistența la forfecare a celor două probe de compozit acoperite cu rășină termoplastică arată că, atunci când temperatura matriței este de 260 de grade, creșterea temperaturii de topire îmbunătățește inițial rezistența de legătură interfacială a PEEK/CCF-PAEK, dar apoi duce la o scădere.
2. Performanța de legare interfacială a probelor SCF-PEEK/CCF-PAEK la diferite temperaturi de topire: Figura de mai sus ilustrează starea de legătură interfacială a compozitelor SCF-PEEK/CCF-PAEK la diferite temperaturi de topire. Când temperatura matriței este de 260 de grade, granița dintre PAEK și PEEK devine neclară. Pe măsură ce temperatura de topire crește, un număr tot mai mare de fibre scurte de carbon din SCF-PEEK pătrund în rășina PAEK. După cum este indicat de cercurile roșii din figură, fibrele scurte de carbon unesc granița dintre cele două rășini matrice, sporind rezistența legăturii interfațale. Când se formează o zonă de amestecare a rășinii la interfață, fluiditatea rășinii SCF-PEEK poate fi îmbunătățită prin creșterea temperaturii de topire, permițând introducerea mai multor fibre de carbon scurte în regiunea bogată în rășină pentru a întări interfața.
Conform datelor experimentale, atunci când temperatura matriței este de 260 de grade și temperatura de topire a PEEK/CCF-PAEK este de 400 de grade, rezistența la forfecare a materialului compozit acoperit atinge punctul cel mai înalt la 71 MPa. În schimb, pentru SCF-PEEK/CCF-PAEK, rezistența maximă la forfecare a probei compozite este atinsă la 87 MPa când temperatura de topire este de 410 grade.
Simulările de dinamică moleculară arată că difuzia lanțului molecular și procesul de formare a interfeței sunt influențate semnificativ de temperatura matriței.
După cum se arată în figura de mai sus, rășina PAEK este colorată în maro, iar rășina PEEK este colorată în verde. Procesul specific de acoperire și turnare a celor două compozite termoplastice este observat utilizând microscopia electronică cu scanare, permițând examinarea difuziei moleculare și a formării interfațale. Rezultatele indică faptul că temperatura matriței afectează în mod semnificativ rezistența interfeței de legătură, în timp ce temperatura topiturii nu are aproape niciun impact. Prin urmare, temperatura matriței este setată ca factor de bază pentru observarea prin simulare în experiment, cu temperatura de turnare prin injecție stabilită la 400 de grade și temperaturile matriței stabilite la 220 de grade, 240 de grade, 260 de grade și, respectiv, 280 de grade.
Datele arată că, pe măsură ce temperatura matriței crește, unele lanțuri moleculare pătrund în interfață și se încurcă cu lanțurile celuilalt strat. În procesul de acoperire și turnare a compozitelor termoplastice PEEK/PAEK, formarea interfeței depinde nu numai de mișcarea reciprocă a celor două lanțuri moleculare, ci și de mișcarea proprie a moleculelor.
Figura a prezintă raza de rotație la interfața dintre rășinile PAEK și PEEK la diferite temperaturi de matriță. În diferite condiții de procesare, când se atinge o stare stabilă de 300 de grade, raza de rotație a întregului sistem crește treptat. Figura b afișează curba medie a deplasării azimutale-timp la interfața dintre rășinile PEEK și PAEK la diferite temperaturi de matriță. Deplasarea azimutală medie generală crește rapid în timp, indicând faptul că, pe măsură ce temperatura crește, mișcarea moleculară se accelerează, ceea ce duce la o îmbunătățire a rezistenței legăturii interfațale. Cu toate acestea, atunci când temperatura depășește 280 de grade, deplasarea medie azimutală se stabilizează, iar rezistența de legătură interfacială încetează să crească.
Figura arată energia de legătură interfacială și coeficientul de difuzie a celor două sisteme la temperaturi diferite ale matriței. Se poate observa că, pe măsură ce temperatura matriței crește de la 220 grade la 280 de grade, coeficientul de difuzie crește de la 7,3 × 10^{-10 m²·s^-1 la 14,0 × 10^ -10 m²·s^-1, în timp ce valoarea absolută a energiei interfeței crește brusc de la 233,4 kcal·mol^-1 la 450,8 kcal·mol^-1. Comparativ cu alte schimbări de temperatură, coeficientul de difuzie prezintă o variație semnificativă atunci când temperatura matriței este crescută de la 220 de grade la 240 de grade. În acest moment, viteza de difuzie moleculară crește, ceea ce se aliniază cu tendința observată în rezistența la forfecare a probelor.
Combinând textul anterior și actual, se poate concluziona că în procesul de acoperire și turnare a compozitelor poliaril eter cetonă din fibră de carbon termoplastică (PAEK) și polieter eter cetonă (PEEK), atât temperatura matriței, cât și temperatura topiturii au un impact semnificativ asupra generalului. proprietățile mecanice ale compozitelor și rezistența la interfața de legătură. Prin selectarea temperaturilor adecvate de matriță și topire, este posibil să se producă compozite termoplastice din fibră de carbon poliaril eter cetonă cu performanțe superioare.
