مقدمة
راتنجات الفينول فورمالدهايد الفينول هي مواد صلبة حرارية يتم الحصول عليها عن طريق التكثيف المتعدد للفورمالدهايد مع الفينول أو الفينول البديل. وهي أول الراتنجات الاصطناعية التي تم تطويرها. وأشهر راتنجات الفينول فورمالدهايد الفينول، المعروفة باسم الباكليت، وقد اكتسبت اسمها من ليو بايكلاند الذي أنتجها تجارياً.
شروط الاختبار
تم قياس معالجة راتنج الفورمالدهايد الفينول باستخدام جهاز DSC 214 Polyma باستخدام بوتقات عالية الضغط. إن معالجة راتنج الفينول فورمالدهايد عبارة عن تفاعل متعدد التكثيف يرتبط بفقدان الماء. في البوتقة المفتوحة، قد يتسبب تبخر الماء في حدوث تأثير ماص للحرارة في منحنى DSC الذي يركب تفاعل المعالجة الطارد للحرارة.
تم تحضير ثلاث عينات حجم كل منها 20 مجم تقريبًا وقياسها عند 2 و3 و5 كلفن/الدقيقة من درجة حرارة الغرفة إلى 260 درجة مئوية.
نتائج الاختبار
تأتي الخطوة الماصة للحرارة المكتشفة في منحنيات التسخين الثلاثة للتبريد الحراري الموزون من الانتقال الزجاجي للبوليمر غير المعالج. وكما هو متوقع، فإنها تنتقل إلى درجات حرارة أعلى مع زيادة معدلات التسخين (نقطة المنتصف عند 58 درجة مئوية و61 درجة مئوية للقياسات عند 2 كلفن/دقيقة و5 كلفن/دقيقة على التوالي). وتتداخل مع ذروة الاسترخاء التي تأتي من إطلاق الإجهاد الميكانيكي داخل العينة. ترجع القمة المزدوجة الطاردة للحرارة بين 100 درجة مئوية و250 درجة مئوية إلى معالجة الراتنج. تحتوي المنحنيات الثلاثة أيضًا على كتف عند درجات حرارة تتراوح بين 151 درجة مئوية (عند 2 كلفن/دقيقة) إلى 163 درجة مئوية (عند 5 كلفن/دقيقة). يتداخل تفاعل المعالجة مع ذروة صغيرة ماصة للحرارة تم اكتشافها عند 112 درجة مئوية (2 و3 كلفن/الدقيقة) و114 درجة مئوية (5 كلفن/الدقيقة) والتي من المحتمل أن تكون ناتجة عن ذوبان المادة المضافة.
استُخدمت هذه المنحنيات الثلاثة لتحديد حركية تفاعل المعالجة عن طريق برنامج NETZSCH المتقدم الحركية الحرارية. نظرًا لبنية الذروة المعقدة، من المفترض أن تكون المعالجة عبارة عن تفاعل من ثلاث خطوات. كما أُخذت ذروة الذوبان في الاعتبار لنموذج الحركية مع تفاعل مستقل من خطوة واحدة.
وترد النتيجة في الشكل 2. أفضل نموذج لتفاعل المعالجة هو نموذج من ثلاث خطوات تكون فيه كل خطوة من النوع ن-ث مع الحفز الذاتي. بالإضافة إلى ذلك، يؤخذ تأثير الذوبان في الاعتبار عن طريق تفاعل من خطوة واحدة من الرتبة الثانية. مع وجود معامل ارتباط يزيد عن 0.99، تتفق المنحنيات المحسوبة بواسطة نموذج الحركية (الخطوط المتصلة) بشكل جيد مع المنحنيات المقاسة (الخطوط المنقطة)، مما يؤكد الافتراض الأولي.
يمكن الآن استخدام النموذج الحركي للتنبؤ بمعدل التفاعل لبرنامج درجة حرارة محددة. وكمثال على ذلك، يوضح الشكل 3 منحنيات الناتج النهائي التي تحددها المساحة الجزئية كدالة للزمن لدرجات حرارة مختلفة بين 90 درجة مئوية و250 درجة مئوية. من الممكن أيضًا توقع النسبة المئوية للناتج النهائي خلال أي برنامج درجة حرارة يحدده المستخدم، كما هو موضح في الشكل 4.
الخاتمة
تم استخدام البوتقات عالية الضغط مع جهاز DSC 214 Polyma للتحقق من تفاعل المعالجة في راتنج الفينول فورمالدهايد. تسمح ثلاثة قياسات بمعدلات تسخين مختلفة بتحديد حركية التفاعل عن طريق برنامج الحركية الحرارية. يمكن بعد ذلك استخدام نموذج الحركية لإجراء تنبؤات فيما يتعلق بسلوك النظام في ظل ظروف درجة الحرارة التي يحددها المستخدم مثل ظروف المعالجة.