Investigarea separării fazelor în adezivii întăriți cu elastomer cu DMA

În prezent, pe piață există o gamă largă de adezivi, inclusiv epoxizi, siliconi, poliuretani, cianoacrilați, anaerobi și așa mai departe, cu aplicații în industria automobilelor, construcțiilor, aeronautică, electronică și a dispozitivelor medicale, pe lângă aplicațiile chirurgicale și de uz casnic general. Utilizarea adezivilor în aplicații purtătoare de sarcină necesită rezistență la inițierea și creșterea fisurilor, adică tenacitate. Mulți dintre polimerii care sunt utilizați în adezivi sunt materiale relativ fragile. Pentru a le îmbunătăți duritatea, în formulările adezivilor sunt încorporate diferite umpluturi sau agenți de întărire.

Separarea fazelor are loc în timpul procesului de transformare a monomerului în polimer, adică polimerizarea sau întărirea adezivului întărit. Înțelegerea comportamentului de separare a fazelor în diferite condiții de întărire și dezvoltarea morfologiei sunt etape importante în identificarea mecanismului de separare a fazelor. Analiza mecanică dinamică (DMA) este o tehnică versatilă pentru caracterizarea diferitelor amestecuri de polimeri și, prin urmare, a adezivilor întăriți. Sunt disponibile diferite moduri de testare în funcție de aplicație sau de materialul eșantionului.

Acest editorial rezumă aplicarea NETZSCH DMA 242 E Artemis în investigarea proprietăților termice și a separării fazelor în filmele în vrac de adeziv cianoacrilat de etil întărit cu elastomer, care a fost publicată în detaliu în International Journal of Adhesion and Adhesives în 2020 [1]. Filmele în vrac au fost polimerizate la temperatura camerei, atât cu cât și fără inițiatori preamestecați, între substraturi de poli (etilenă) (PE) și într-o matriță de poli (tetrafluoroetilenă) (PTFE).

Întărirea adezivilor cianoacrilat (CA)

Adezivii cianoacrilați (CA) sunt unici printre numeroasele clase de adezivi datorită vitezei lor rapide de întărire la temperatura camerei și rezistenței ridicate în cazul lipirilor confinate. Prin urmare, întărirea acestor sisteme adezive ar fi un mare avantaj.

Tranzițiile în polimeri pot fi măsurate prin monitorizarea modificării modulului de stocare, a modulului de pierdere sau a factorului de pierdere în timpul unei scanări a temperaturii DMA. Aceste modificări depind de comportamentul de RelaxareAtunci când se aplică o deformație constantă unui compus din cauciuc, forța necesară pentru a menține acea deformație nu este constantă, ci scade în timp; acest comportament este cunoscut sub numele de relaxare a tensiunii. Procesul responsabil pentru relaxarea tensiunilor poate fi fizic sau chimic și, în condiții normale, ambele se vor produce în același timp. relaxare al lanțurilor polimerice. Una dintre cele mai importante tranziții în polimeri este temperatura de tranziție vitroasă (_Tg), care este indicată de scăderea bruscă a semnalului modulului de stocare. La această temperatură, semnalele modulului de pierdere și ale factorului de pierdere prezintă un vârf. Temperatura la care apare valoarea de vârf a semnalului factorului de pierdere (tan δ) a fost aleasă ca temperatură de tranziție vitroasă.

În timp ce materialele pot fi utilizate deasupra, sub și în interiorul regiunii de tranziție vitroasă, adezivii tind să fie utilizați sub această temperatură deoarece rigiditatea scade, ceea ce înseamnă că o îmbinare adezivă nu va mai fi funcțională.

Amestecul de cianoacrilat de etil și elastomer se va separa în faze la întărirea monomerului cianoacrilat. Creșterea greutății moleculare a cianoacrilatului induce separarea fazelor. Dacă are loc separarea completă a fazelor elastomerului, ar trebui să se observe două temperaturi de tranziție vitroasă în curba DMA, și anume _Tg a elastomerului cu separare de fază și _Tg a polimerului cianoacrilat.

Au fost identificate trei regiuni în curbele DMA, după cum se arată în figura 2, și anume, la temperatură scăzută între -55°C și 0°C, un umăr între 50°C și 110°C și o altă regiune între 110°C și 160°C.

Existența modificării modulului de stocare și a factorului de pierdere între -55°C și 0°C, care corespunde regiunii de tranziție vitroasă a elastomerului (scanare DMA separată a elastomerului utilizat ca agent de ^întărire1), confirmă faptul că elastomerul s-a separat de fază în timpul polimerizării. Intensitatea picului tan δ arată cantitatea de elastomer cu separare de fază. Regiunea cuprinsă între 110°C și 160°C este regiunea _Tg a poli CA.

Umărul dintre 50°C și 110°C are aproximativ aceeași intensitate pentru ambele probe. Se crede că această regiune este un amestec de monomer cianoacrilat și elastomer. Separarea de fază a elastomerului încetează în momentul în care vâscozitatea începe să crească rapid. Astfel, la temperatura de gelificare, adică la trecerea unui material de la o fază lichidă la o fază solidă, separarea fazelor încetează și blochează morfologia. Pentru a identifica originea regiunii dintre 50°C și 110°C, o probă de film în vrac a fost încălzită la 110°C, considerată limita superioară a regiunii, urmată de o a doua încălzire până la _Tg a poli CA. După a^doua etapă de încălzire, curba tan δ corespunzătoare regiunii 50°C și 110°C, s-a stabilizat și s-a observat o creștere a vârfului tan δ al elastomerului împreună cu o creștere a modulului de stocare. Acest rezultat indică faptul că, pentru a obține o separare completă a fazelor elastomerului, ar putea fi aplicat un tratament termic care constă într-o singură etapă de încălzire la 110°C.

Rezultate similare au fost obținute pentru filmele în vrac polimerizate cu inițiatori. Cu toate acestea, utilizarea inițiatorilor a afectat comportamentul de separare a fazelor elastomerului.

Sursa

[1] Tatiana Ștefanov, Bernard Ryan, Alojz Ivanković, Neal Murphy. (2020). Analiza mecanică dinamică a filmelor masive adezive de cianoacrilat de etil umplute cu negru de fum, întărite cu elastomer. International Journal of Adhesion and Adhesives, 101:102630. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102630.