Undersökning av fasseparation i elastomerhärdade lim med DMA

Det finns ett brett utbud av lim på marknaden idag, inklusive epoxier, silikoner, polyuretaner, cyanoakrylater, anaerobics och så vidare, med tillämpningar inom fordons-, bygg-, flyg-, elektronik- och medicinteknisk industri, förutom kirurgiska och allmänna hushållsapplikationer. Användningen av lim i lastbärande applikationer kräver motståndskraft mot sprickbildning och spricktillväxt, det vill säga seghet. Många av de polymerer som används i lim är relativt spröda material. För att förbättra deras seghet ingår olika fyllmedel eller härdningsmedel i limformuleringarna.

Fasseparation sker under processen för omvandling av monomer till polymer, dvs. polymerisering eller Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning, av det seghärdade limmet. En förståelse av fasseparationsbeteendet under olika härdningsförhållanden och utvecklingen av morfologin är viktiga steg mot att identifiera mekanismen för fasseparation. Dynamisk mekanisk analys (DMA) är en mångsidig teknik för att karakterisera olika polymerblandningar, och därmed härdade lim. Olika testmetoder finns tillgängliga beroende på applikation eller provmaterial.

Denna ledare sammanfattar tillämpningen av NETZSCH DMA 242 E Artemis i undersökningen av termiska egenskaper och fasseparation i elastomerhärdade etylcyanoakrylatlim bulkfilmer, som publicerades i detalj i International Journal of Adhesion and Adhesives 2020 [1]. Bulkfilmer härdades vid rumstemperatur, både med och utan förblandade initiatorer, mellan polyetylen (PE) -substrat och i en poly (tetrafluoroeten) (PTFE) -form.

Härdning av cyanoakrylatlim (CA)

Cyanoakrylat (CA) lim är unika bland de många klasserna av lim på grund av deras snabba härdningshastighet vid rumstemperatur och hög hållfasthet i begränsade bindningar. Därför skulle härdningen av dessa limsystem vara en stor fördel.

Övergångar i polymerer kan mätas genom att övervaka förändringen i lagringsmodul, ViskositetsmodulDen komplexa modulen (viskösa komponenten), förlustmodulen eller G'', är den "imaginära" delen av provets totala komplexa modul. Den viskösa komponenten indikerar det vätskeliknande, eller ur fas, svaret hos det prov som mäts. förlustmodul eller förlustfaktor under en DMA-temperaturskanning. Dessa förändringar beror på polymerkedjornas relaxationsbeteende. En av de viktigaste övergångarna i polymerer är glasövergångstemperaturen (_Tg), som indikeras av den kraftiga minskningen av lagringsmodulssignalen. Vid denna temperatur uppvisar ViskositetsmodulDen komplexa modulen (viskösa komponenten), förlustmodulen eller G'', är den "imaginära" delen av provets totala komplexa modul. Den viskösa komponenten indikerar det vätskeliknande, eller ur fas, svaret hos det prov som mäts. förlustmodul- och förlustfaktorsignalerna en topp. Den temperatur vid vilken toppvärdet för förlustfaktorsignalen (tan δ) inträffade valdes som glasövergångstemperatur.

Medan material kan användas över, under och inom glasövergångsregionen, tenderar lim att användas under eftersom styvheten minskar, vilket innebär att en limfog inte längre är funktionell.

Blandningen av etylcyanoakrylat och elastomer kommer att fasseparera vid Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning av cyanoakrylatmonomeren. Ökningen av cyanoakrylatets molekylvikt inducerar fasseparation. Om fullständig fasseparation av elastomeren sker, bör två glasövergångstemperaturer ses i DMA-kurvan, dvs _Tg för den fasseparerade elastomeren och _Tg för cyanoakrylatpolymeren.

Tre regioner identifierades i DMA-kurvorna enligt figur 2, dvs. vid låg temperatur mellan -55°C och 0°C, en axel mellan 50°C och 110°C och en annan region mellan 110°C och 160°C.

Förändringen i lagringsmodul och förlustfaktor mellan -55°C och 0°C, som motsvarar elastomerens glasövergångsområde (separat DMA-scanning av elastomeren som används som ^härdare1), bekräftar att elastomeren fasseparerades under polymerisationen. Intensiteten hos tan δ-toppen visar mängden av den fasseparerade elastomeren. Området mellan 110°C och 160°C är _Tg-området för poly CA.

Axeln mellan 50°C och 110°C har ungefär samma intensitet för båda proverna. Man tror att denna region är en blandning av cyanoakrylatmonomer och elastomer. Elastomerens fasseparation upphör vid den tidpunkt då viskositeten börjar stiga snabbt. Vid geleringstemperaturen, dvs. när ett material övergår från en flytande till en fast fas, upphör således fasseparationen och morfologin låses på plats. För att Identify ursprunget till området mellan 50°C och 110°C, upphettades ett prov av bulkfilmen till 110°C, vilket anses vara den övre gränsen för området, följt av en andra upphettning förbi _Tg för poly CA. Efter det^andra uppvärmningssteget planade tan δ-kurvan som motsvarar 50°C- och 110°C-området ut och en ökning av elastomerens tan δ-topp tillsammans med en ökning av lagringsmodulen observerades. Detta resultat indikerar att man för att få en fullständig fasseparation av elastomeren kan använda en termisk behandling som består av en stegvis upphettning till 110°C.

Liknande resultat erhölls för bulkfilmerna som härdats med hjälp av initiatorer. Användningen av initiatorer påverkade dock elastomerens fasseparationsbeteende.

Källa

[1] Tatiana Ștefanov, Bernard Ryan, Alojz Ivanković, Neal Murphy. (2020). Dynamisk mekanisk analys av kolsvartfyllda, elastomertjocka etylcyanoakrylatlimfilmer i bulk. International Journal of Adhesion and Adhesives, 101:102630. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102630.