Изследване на фазовото разделяне в еластомерно-закалени лепила с DMA

Днес на пазара съществува широка гама от лепила, включително епоксиди, силикони, полиуретани, цианоакрилати, анаеробни лепила и т.н., които намират приложение в автомобилната, строителната, самолетната, електронната и медицинската промишленост, както и в хирургията и в домакинствата с общо предназначение. Използването на лепила в носещи приложения изисква устойчивост на образуване и нарастване на пукнатини, т.е. здравина. Много от полимерите, които се използват в лепилата, са сравнително крехки материали. За да се подобри тяхната здравина, в състава на лепилата се влагат различни пълнители или заздравители.

Разделянето на фазите настъпва по време на процеса на превръщане на мономера в полимер, т.е. полимеризацията или втвърдяването, на закаленото лепило. Разбирането на поведението на фазовото разделяне при различни условия на втвърдяване и развитието на морфологията са важни стъпки към определяне на механизма на фазовото разделяне. Динамичният механичен анализ (ДМА) е универсална техника за охарактеризиране на различни полимерни смеси, а оттам и на закалените лепила. Налични са различни режими на изпитване в зависимост от приложението или материала на пробата.

В тази редакционна статия е обобщено приложението на NETZSCH DMA 242 E Artemis при изследване на термичните свойства и фазовото разделяне в обемни филми от еластомерно-закалени лепила от етилов цианоакрилат, което беше публикувано подробно в International Journal of Adhesion and Adhesives през 2020 г. [1]. Насипните филми бяха втвърдени при стайна температура, както с предварително смесени инициатори, така и без тях, между полиетиленови (PE) подложки и във форма от поли (тетрафлуороетилен) (PTFE).

Втвърдяване на цианоакрилатни (CA) лепила

Цианоакрилатните (CA) лепила са уникални сред многото класове лепила поради бързата си скорост на втвърдяване при стайна температура и високата якост на затворените връзки. Ето защо заздравяването на тези лепилни системи би било голямо предимство.

Преходите в полимерите могат да бъдат измерени чрез наблюдение на промяната в модула на съхранение, модула на загуба или коефициента на загуба по време на DMA температурно сканиране. Тези промени зависят от релаксационното поведение на полимерните вериги. Един от най-важните преходи в полимерите е температурата на встъкляване (_Tg), която се показва от рязкото намаляване на сигнала за модула на съхранение. При тази температура сигналите за модула на загуба и коефициента на загуба показват пик. Температурата, при която се появява пиковата стойност на сигнала за фактора на загубите (tan δ), е избрана за температура на стъкловиден преход.

Макар че материалите могат да се използват над, под и в областта на стъкловидния преход, лепилата обикновено се използват под нея, тъй като твърдостта намалява, което означава, че лепилното съединение вече няма да бъде функционално.

Сместа от етилов цианоакрилат и еластомер се разделя фазово при втвърдяване на цианоакрилатния мономер. Увеличаването на молекулното тегло на цианоакрилата предизвиква фазово разделяне. Ако настъпи пълно фазово разделяне на еластомера, в кривата на DMA трябва да се наблюдават две температури на встъкляване, т.е. _Tg на фазово разделения еластомер и _Tg на цианоакрилатния полимер.

В кривите на DMA бяха идентифицирани три области, както е показано на фигура 2, т.е. при ниска температура между -55°C и 0°C, рамо между 50°C и 110°C и друга област между 110°C и 160°C.

Наличието на промяна в модула на съхранение и коефициента на загуба между -55°C и 0°C, което съвпада с областта на стъклопрехода на еластомера (отделно DMA сканиране на еластомер, използван като закаляващ ^агент1), потвърждава, че еластомерът се е разделил фазово по време на полимеризацията. Интензитетът на пика tan δ показва количеството на фазово отделения еластомер. Областта между 110°C и 160°C е _Tg областта на поли СА.

Рамото между 50°C и 110°C е с приблизително еднакъв интензитет и за двата образеца. Смята се, че тази област е смес от цианоакрилатен мономер и еластомер. Фазовото разделяне на еластомера се прекратява в момента, в който вискозитетът започва бързо да нараства. По този начин при температурата на желиране, т.е. при прехода на даден материал от течна в твърда фаза, фазовото разделяне спира и фиксира морфологията на място. За да се определи произходът на областта между 50°C и 110°C, проба от насипен филм е нагрята до 110°C, което се счита за горната граница на областта, последвана от второ нагряване след _Tg на поли СА. След^втория етап на нагряване кривата на tan δ, съответстваща на областта от 50°C до 110°C, се изравнява и се наблюдава увеличаване на пика на tan δ на еластомера заедно с увеличаване на модула на съхранение. Този резултат показва, че за да се получи пълно фазово разделяне на еластомера, може да се приложи термична обработка, която се състои от една стъпка нагряване до 110°C.

Подобни резултати са получени и за обемните филми, втвърдени с помощта на инициатори. Използването на инициатори обаче е повлияло на поведението на еластомера при фазово разделяне.

Източник

[1] Татяна Șтефанова, Бърнард Райън, Алойз Иванкович, Нийл Мърфи. (2020). Динамичен механичен анализ на пълни с въглеродни сажди, еластомерно закалени филми от етилов цианоакрилатно лепило в насипно състояние. International Journal of Adhesion and Adhesives, 101:102630. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102630.