Introdução
Os sistemas epóxi termofixos são amplamente utilizados em adesivos, revestimentos, compósitos e aplicações de encapsulamento eletrônico. Durante a Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura, a resina, que inicialmente apresenta baixa viscosidade, transforma-se em uma rede altamente reticulada, resultando em mudanças substanciais nas propriedades mecânicas e elétricas.
Compreender a progressão da Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura é essencial para a otimização do processo, o controle de qualidade e a previsão do desempenho do material final. As técnicas reológicas fornecem informações sobre a evolução da viscosidade e o comportamento de gelificação, enquanto a análise dielétrica (DEA) monitora a mobilidade d Ionic as e a dinâmica molecular associadas à reação de Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura.
A combinação de ambas as técnicas em um único experimento oferece uma visão abrangente do processo de Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura, acompanhando simultaneamente as mudanças mecânicas macroscópicas e a mobilidade molecular microscópica.
Este estudo demonstra a medição simultânea em uma resina epóxi de dois componentes curada com amina, utilizando um reômetro rotacional Kinexus Prime acoplado a um analisador dielétrico e DEA 288 Ionic.
Experimental
Material
Foi investigado um sistema epóxi de dois componentes, composto por uma resina epóxi e um endurecedor à base de amina. Os componentes foram misturados imediatamente antes da medição, de acordo com a proporção de mistura recomendada pelo fabricante.
Métodos
As medições foram realizadas utilizando:
- o reômetro rotacional Kinexus Prime,
- o analisador dielétrico DEA 288 Ionic, e
- a configuração integrada de medição reológica-dielétrica, ilustrada na figura 1.
Imediatamente após a mistura, a formulação reativa foi depositada na placa inferior do reômetro, que servia simultaneamente como eletrodo do sensor dielétrico do DEA 288 Ionic. O sistema foi mantido a 50 °C.
Após posicionar a placa de medição superior (8 mm de diâmetro) e ajustar a distância de medição para 1 mm, os dados reológicos e dielétricos foram coletados simultaneamente ao longo do processo de Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura. A Tabela 1 resume as condições de medição.
Reômetro Rotacional Kinexus: Monitoramento da Formação da Rede Molecular
A resposta reológica reflete as mudanças no comportamento de fluxo e deformação do material à medida que a rede polimérica se desenvolve.
No início da Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura, a resina não curada apresenta um comportamento predominantemente líquido, e as cadeias poliméricas podem se mover com relativa liberdade. À medida que a reticulação avança, a rede polimérica em crescimento restringe cada vez mais o movimento molecular, levando a um aumento significativo da viscosidade e da elasticidade.
Esse comportamento se reflete nos parâmetros reológicos medidos pela reometria rotacional. O sinal reológico, portanto, fornece uma indicação altamente sensível da progressão da Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura e do desenvolvimento estrutural, particularmente em torno da gelificação e da vitrificação, onde ocorrem mudanças significativas nas propriedades viscoelásticas.
DEA 288 Ionic: Monitoramento da mobilidade molecular
A resposta dielétrica reflete a mobilidade de espécies d Ionic es e dipolos dentro do material.
No início da Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura, os portadores de carg Ionic es podem se mover com relativa liberdade pela resina líquida. À medida que a reticulação avança, a rede polimérica em formação restringe cada vez mais o movimento molecular, resultando em uma redução significativa na mobilidade d Ionic.
Esse comportamento se reflete no aumento da viscosidade iônica medida pelo sistema “ DEA 288 Ionic ”. O sinal dielétrico, portanto, fornece uma indicação altamente sensível do andamento da Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações nas quais as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura, particularmente durante os estágios iniciais, quando as mudanças reológicas ainda podem ser relativamente “ small ”.
Tabela 1: Condições de teste
Reômetro rotacional Kinexus | |
| Geometria | Placa descartável com diâmetro de 8 mm |
| Espaço de medição | 1 mm |
| Deformação por cisalhamento | 0,1% |
| Frequência | 1 Hz |
| Temperatura | 50 °C |
DEA 288 Ionic | |
| Sensor | Montado na ferramenta |
| Frequência | 1 Hz a 10 kHz |
| Temperatura | 50 °C |
Resultados e Discussão
A Figura 2 ilustra as curvas da viscosidade de cisalhamento complexa e do ângulo de fase durante o ensaio, enquanto a Figura 3 mostra as curvas do módulo de cisalhamento elástico (G´), do módulo de cisalhamento viscoso (G´´), do ângulo de fase e do ângulo de fase bruto.
Comportamento durante os estágios iniciais da cura
Imediatamente após o carregamento da formulação epóxi recém-misturada, o material apresenta baixa viscosidade de cisalhamento complexa. Nessas condições, a resposta reológica pode ser influenciada pelos efeitos de inércia do instrumento, que são visíveis nos dados brutos do ângulo de fase.
Utilizando o ângulo de fase bruto disponível no softwar rSpace, a influência da inércia pode ser identificada comparando-se o ângulo de fase com o ângulo de fase bruto. No início da medição, o ângulo de fase bruto excede o ângulo de fase fisicamente significativo, indicando que o sinal reológico é afetado por contribuições inerciais, em vez de refletir exclusivamente a resposta do material.
Consequentemente, os parâmetros reológicos obtidos durante esse período inicial devem ser interpretados com cautela e não são adequados para avaliar os estágios mais iniciais da cura. Por esse motivo, as curvas reológicas nas quais o ângulo de fase não corrigido excede o ângulo de fase corrigido não são apresentadas.
Uma possibilidade seria minimizar os efeitos da inércia reduzindo o intervalo de medição, diminuindo o diâmetro da placa e/ou reduzindo a frequência de teste.
No entanto, se o teste for realizado em combinação com o DEA 288 Ionic, não é necessário repetir a medição para uma caracterização completa do processo de cura. Como os dados dielétricos são adquiridos simultaneamente, o início da cura pode ser monitorado diretamente por meio da evolução da viscosidade iônica. Ao contrário das medições reológicas, as medições dielétricas não são afetadas pela inércia do reômetro e, portanto, fornecem informações confiáveis sobre a redução na mobilidade d Ionic es desde o início do experimento.
A Figura 4 mostra a evolução da viscosidade iônica determinada por meio da análise dielétrica. O aumento da viscosidade iônica imediatamente após o início da medição para todas as frequências está relacionado ao início da reação de cura.
Gelificação
À medida que a reação de cura avançava, o peso molecular aumentava por meio da formação de ligações covalentes entre as funcionalidades epóxi e amina. Consequentemente, a viscosidade complexa aumentou continuamente.
A transição de um líquido predominantemente viscoso para uma rede elástica foi observada por meio da evolução dos módulos viscoelásticos. O ponto de gelificação pode ser identificado pelo cruzamento entre o módulo de cisalhamento elástico (G´) e o módulo de cisalhamento viscoso (G´´), detectado aos 116 minutos, indicando a formação de uma rede tridimensional infinita.
Conclusão: Detecção simultânea do início da cura, apesar dos efeitos da inércia reológica
À medida que a cura avança e a viscosidade aumenta, a influência da inércia diminui rapidamente. Os dados reológicos passam então a ser totalmente representativos da resposta do material, permitindo a determinação subsequente do aumento da viscosidade, da evolução viscoelástica e do comportamento de gelificação.
A combinação da análise reométrica e dielétrica garante, portanto, o monitoramento contínuo do processo de cura em toda a faixa de medição. A DEA captura os estágios iniciais da formação da rede, enquanto a reometria fornece informações detalhadas sobre o desenvolvimento das propriedades mecânicas, uma vez que tenha sido estabelecida resistência estrutural suficiente.