Vplyv teploty taveniny na pevnosť medzifázového spojenia v procese termoplastického poťahovania CF-PAEK (PEEK).
Predchádzajúci text opísal vplyv teploty formy na pevnosť medzifázovej väzby medzi polyaryléterketónom z termoplastického uhlíkového vlákna (CF-PAEK) a polyéteréterketónom (PEEK) počas procesu poťahovania. Rozumie sa, že zvýšenie teploty nielen zlepšuje pevnosť medzifázového spojenia, ale tiež zvyšuje pevnosť v šmyku. Tento článok bude pokračovať v diskusii o vplyve teploty topenia živice na medzifázovú pevnosť spojenia dvoch kompozitných materiálov po procese poťahovania.
Vplyv teploty taveniny na pevnosť medzifázového spojenia termoplastických kompozitov CF-PAEK (PEEK).
1. Pevnosť v šmyku potiahnutých kompozitných materiálov pri rôznych teplotách taveniny: Obrázok vyššie ukazuje pevnosť v šmyku vzoriek PEEK/CCF-PAEK a SCF-PEEK/CCF-PAEK pri rôznych teplotách topenia. Pevnosti v šmyku PEEK/CCF-PAEK sú 69 MPa, 67 MPa, 71 MPa, 67 MPa a 66 MPa, zatiaľ čo pevnosti v šmyku vzoriek SCF-PEEK/CCF-PAEK sú 84 MPa, 84 MPa, 85 MPa 87 MPa a 83 MPa. Porovnanie údajov o pevnosti v šmyku dvoch vzoriek kompozitu potiahnutých termoplastickou živicou ukazuje, že keď je teplota formy 260 stupňov, zvýšenie teploty taveniny spočiatku zlepšuje pevnosť medzifázového spojenia PEEK/CCF-PAEK, ale potom vedie k poklesu.
2. Výkonnosť medzifázovej väzby vzoriek SCF-PEEK/CCF-PAEK pri rôznych teplotách taveniny: Obrázok vyššie ilustruje stav medzifázovej väzby kompozitov SCF-PEEK/CCF-PAEK pri rôznych teplotách topenia. Keď je teplota formy 260 stupňov, hranica medzi PAEK a PEEK sa stáva nejasnou. So zvyšujúcou sa teplotou taveniny preniká do živice PAEK stále väčší počet krátkych uhlíkových vlákien z SCF-PEEK. Ako je znázornené červenými krúžkami na obrázku, krátke uhlíkové vlákna premosťujú hranicu medzi dvoma matricovými živicami, čím sa zvyšuje pevnosť medzifázového spojenia. Keď sa na rozhraní vytvorí zóna miešania živice, tekutosť živice SCF-PEEK sa môže zlepšiť zvýšením teploty taveniny, čo umožní vloženie väčšieho množstva krátkych uhlíkových vlákien do oblasti bohatej na živicu, aby sa spevnilo rozhranie.
Podľa experimentálnych údajov, keď je teplota formy 260 stupňov a teplota topenia PEEK/CCF-PAEK je 400 stupňov, pevnosť v šmyku potiahnutého kompozitného materiálu dosiahne svoj najvyšší bod pri 71 MPa. Naopak, pre SCF-PEEK/CCF-PAEK sa maximálna pevnosť v šmyku kompozitnej vzorky dosiahne pri 87 MPa, keď je teplota taveniny 410 stupňov.
Simulácie molekulárnej dynamiky odhaľujú, že difúzia molekulového reťazca a proces tvorby medzifáz sú výrazne ovplyvnené teplotou formy.
Ako je znázornené na obrázku vyššie, živica PAEK je sfarbená do hneda a živica PEEK je zafarbená na zeleno. Špecifický proces poťahovania a formovania dvoch termoplastických kompozitov sa pozoruje pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie, čo umožňuje skúmanie molekulárnej difúzie a tvorby medzifáz. Výsledky naznačujú, že teplota formy významne ovplyvňuje pevnosť medzifázového spojenia, zatiaľ čo teplota taveniny nemá takmer žiadny vplyv. Preto je teplota formy nastavená ako základný faktor pre simulačné pozorovanie v experimente, pričom teplota vstrekovania je stanovená na 400 stupňov a teploty formy sú nastavené na 220 stupňov, 240 stupňov, 260 stupňov a 280 stupňov.
Údaje ukazujú, že keď sa teplota formy zvyšuje, niektoré molekulové reťazce prenikajú cez rozhranie a zapletajú sa do reťazcov druhej vrstvy. V procese poťahovania a tvarovania termoplastických kompozitov PEEK/PAEK závisí tvorba rozhrania nielen od vzájomného pohybu dvoch molekulových reťazcov, ale aj od vlastného pohybu molekúl.
Obrázok a znázorňuje polomer otáčania na rozhraní medzi živicami PAEK a PEEK pri rôznych teplotách formy. Pri rôznych podmienkach spracovania, keď sa dosiahne stabilný stav 300 stupňov, sa polomer otáčania celého systému postupne zvyšuje. Obrázok b zobrazuje krivku priemerného azimutálneho posunu-čas na rozhraní medzi živicami PEEK a PAEK pri rôznych teplotách formy. Celkový priemerný azimutálny posun sa v priebehu času rýchlo zvyšuje, čo naznačuje, že keď teplota stúpa, molekulárny pohyb sa zrýchľuje, čo vedie k zvýšeniu pevnosti medzifázového spojenia. Keď však teplota presiahne 280 stupňov, priemerný azimutálny posun sa stabilizuje a pevnosť medzifázového spojenia sa tiež prestane zvyšovať.
Obrázok ukazuje energiu medzifázového spojenia a koeficient difúzie dvoch systémov pri rôznych teplotách formy. Je možné pozorovať, že keď sa teplota formy zvýši z 220 stupňov na 280 stupňov, koeficient difúzie sa zvýši zo 7,3 × 10^-10 m²·s^-1 na 14,0 × 10^ -10 m²·s^-1, pričom absolútna hodnota medzifázovej energie sa prudko zvyšuje z 233,4 kcal·mol^-1 na 450,8 kcal·mol^-1. V porovnaní s inými teplotnými zmenami vykazuje difúzny koeficient významnú zmenu, keď sa teplota formy zvýši z 220 stupňov na 240 stupňov. V tomto bode sa rýchlosť molekulárnej difúzie zvyšuje, čo je v súlade s trendom pozorovaným v šmykovej pevnosti vzoriek.
Kombináciou predchádzajúceho a súčasného textu možno dospieť k záveru, že v procese poťahovania a formovania kompozitov z termoplastických uhlíkových vlákien polyaryléterketónu (PAEK) a polyéteréterketónu (PEEK) má teplota formy aj teplota topenia významný vplyv na celkovú mechanické vlastnosti kompozitov a pevnosť medzifázového spojenia. Výberom vhodných teplôt formy a taveniny je možné vyrábať kompozity z termoplastických uhlíkových vlákien s polyaryléter ketónom s vynikajúcim výkonom.
