Inledning
Fenolformaldehydhartser är termohärdare som erhålls genom polykondensation av formaldehyd med fenol eller substituerad fenol. De är de första syntetiska hartser som har utvecklats. Den mest kända fenolformaldehydhartsen, mest känd som bakelit, har fått sitt namn av Leo Baekeland som tillverkade den kommersiellt.
Testförhållanden
Härdningen av ett fenolformaldehydharts mättes med DSC 214 Polyma med hjälp av högtrycksdeglar. Härdningen av PF är en polykondensationsreaktion som är kopplad till en vattenförlust. I en öppen degel skulle avdunstningen av vatten orsaka en EndotermEn provövergång eller en reaktion är endoterm om det behövs värme för omvandlingen.endoterm effekt i DSC-kurvan som överlagrar den exoterma härdningsreaktionen.
Tre prover på vardera ca 20 mg bereddes och mättes vid 2, 3 och 5 K/min från rumstemperatur till 260°C.
Testresultat
Det endoterma steg som detekteras i de tre DSC-värmekurvorna kommer från glasövergången hos den ohärdade polymeren. Som förväntat flyttas den till högre temperaturer när uppvärmningshastigheten ökar (mittpunkt vid 58°C och 61°C för mätningarna vid 2 K/min respektive 5 K/min). Den överlappas av en relaxationstopp som beror på att den mekaniska spänningen i provet släpper. Den exoterma dubbeltoppen mellan 100°C och 250°C beror på härdningen av hartset. Alla tre kurvorna har dessutom en axel vid temperaturer från 151°C (vid 2 K/min) till 163°C (vid 5 K/min). Härdningsreaktionen överlappas av en endotermisk topp på small som detekterades vid 112°C (2 och 3 K/min) och 114°C (5 K/min) och som troligen kommer från smältningen av en tillsats.
Dessa tre kurvor användes för att bestämma härdningsreaktionens kinetik med hjälp av NETZSCH Advanced Software Thermokinetics . På grund av den komplexa toppstrukturen antas det att härdningen är en trestegsreaktion. Smälttoppen togs också med i beräkningen för kinetikmodellen med en oberoende enstegsreaktion.
Resultatet visas i figur 2. Den bästa modellen för härdningsreaktionen är en trestegsmodell där varje steg är av n-te ordningens typ med autokatalys. Dessutom beaktas smälteffekten med hjälp av en enstegsreaktion av andra ordningen. Med en korrelationskoefficient på över 0,99 stämmer de kurvor som beräknats med kinetikmodellen (heldragna linjer) väl överens med de uppmätta kurvorna (streckade linjer), vilket bekräftar det ursprungliga antagandet.
Den kinetiska modellen kan nu användas för att förutsäga reaktionshastigheten för ett specificerat temperaturprogram. Som exempel visar figur 3 kurvorna för slutprodukten som bestäms av partiell area som en funktion av tiden för olika temperaturer mellan 90°C och 250°C. Det är också möjligt att förutsäga den procentuella andelen av slutprodukten under ett temperaturprogram som definieras av användaren, vilket visas i figur 4.
Slutsats
Högtrycksdeglar användes tillsammans med DSC 214 Polyma för att undersöka härdningsreaktionen i ett fenolformaldehydharts. Tre mätningar med olika uppvärmningshastigheter gör det möjligt att bestämma reaktionskinetiken med hjälp av programvaran Thermokinetics. Den kinetiska modellen kan sedan användas för att göra förutsägelser om systemets beteende under användardefinierade temperaturförhållanden, t.ex. bearbetningsförhållanden.