Giriş
Termoset epoksi sistemleri, yapıştırıcılar, kaplamalar, kompozitler ve elektronik kapsülleme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Sertleşme sırasında, başlangıçta düşük viskoziteli olan reçine, yüksek derecede çapraz bağlanmış bir ağa dönüşür ve bu da hem mekanik hem de elektriksel özelliklerde önemli değişikliklere yol açar.
Sertleşme sürecinin seyrini anlamak, proses optimizasyonu, kalite kontrolü ve nihai malzemenin performansının tahmin edilmesi açısından hayati önem taşır. Reolojik teknikler viskozite değişimi ve jelleşme davranışı hakkında bilgi sağlarken, dielektrik analiz (DEA) sertleşme reaksiyonuyla ilişkili moleküler hareketlilik ve moleküler dinamiği izler. Ionic
Her iki tekniğin tek bir deneyde birleştirilmesi, makroskopik mekanik değişiklikleri ve mikroskopik moleküler hareketliliği eşzamanlı olarak izleyerek Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme sürecine ilişkin kapsamlı bir bakış sunar.
Bu çalışma, Kinexus Prime dönme reometresi ile bir DEA 288 Ionic dielektrik analizörünün birleştirilmesiyle, aminle kürlenen iki bileşenli bir epoksi reçine üzerinde yapılan eşzamanlı ölçümü göstermektedir.
Deneysel
Malzeme
Epoksi reçine ve amin sertleştiriciden oluşan iki bileşenli bir epoksi sistemi incelenmiştir. Bileşenler, ölçümden hemen önce üreticinin önerdiği karıştırma oranına göre karıştırılmıştır.
Yöntemler
Ölçümler aşağıdakiler kullanılarak gerçekleştirilmiştir:
- Kinexus Prime rotasyonel reometre,
- DEA 288 Ionic dielektrik analizörü ve
- Şekil 1'de gösterilen entegre reoloji-dielektrik ölçüm düzeneği.
Karıştırma işleminin hemen ardından, reaktif formülasyon, aynı zamanda DEA 288 Ionic'un dielektrik sensör elektrotu olarak da işlev gören alt reometre plakasına yerleştirildi. Sistem 50 °C'de tutuldu.
Üst ölçüm plakası (çapı 8 mm) yerleştirildikten ve ölçüm aralığı 1 mm olarak ayarlandıktan sonra, sertleşme süreci boyunca reolojik ve dielektrik veriler eşzamanlı olarak kaydedildi. Tablo 1’de ölçüm koşulları özetlenmiştir.
Kinexus Dönme Reometresi: Moleküler Ağ Oluşumunun İzlenmesi
Reolojik tepki, polimer ağı geliştikçe malzemenin akış ve deformasyon davranışındaki değişiklikleri yansıtır.
Sertleşmenin başlangıcında, sertleşmemiş reçine ağırlıklı olarak sıvı benzeri bir davranış sergiler ve polimer zincirleri nispeten serbestçe hareket edebilir. Çapraz bağlanma ilerledikçe, büyüyen polimer ağı moleküler hareketi giderek kısıtlar ve bu da viskozite ve elastikitede önemli bir artışa yol açar.
Bu davranış, rotasyonel reometri ile ölçülen reolojik parametrelerde görülür. Dolayısıyla reolojik sinyal, özellikle viskoelastik özelliklerde önemli değişikliklerin meydana geldiği jelleşme ve vitrifikasyon aşamaları civarında, Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme sürecinin ilerleyişi ve yapısal gelişim hakkında son derece hassas bir gösterge sağlar.
DEA 288 Ionic: Moleküler Hareketliliğin İzlenmesi
Dielektrik tepki, malzeme içindeki Ionic türlerin ve dipollerin hareketliliğini yansıtır.
Sertleşmenin başlangıcında, Ionic yük taşıyıcıları sıvı reçine içinde nispeten serbestçe hareket edebilir. Çapraz bağlanma ilerledikçe, büyüyen polimer ağı moleküler hareketi giderek kısıtlar ve bu d Ionic hareketliliğinde önemli bir azalmaya yol açar.
Bu davranış, DEA 288 Ionic sistemi ile ölçülen iyon viskozitesindeki artışla yansıtılır. Dolayısıyla dielektrik sinyal, özellikle reolojik değişikliklerin hâlâ nispeten small olabileceği erken aşamalarda, sertleşmenin ilerleyişine dair son derece hassas bir gösterge sağlar.
Tablo 1: Test koşulları
Kinexus Dönme Reometresi | |
| Geometri | Çapı 8 mm olan tek kullanımlık plaka |
| Ölçüm aralığı | 1 mm |
| Kesme gerinimi | 0,1% |
| Frekans | 1 Hz |
| Sıcaklık | 50°C |
DEA 288 Ionic | |
| Sensör | Alete monte |
| Frekans | 1 Hz ila 10 kHz |
| Sıcaklık | 50 °C |
Sonuçlar ve Tartışma
Şekil 2, deney sırasında ölçülen karmaşık kesme viskozitesi ve faz açısı eğrilerini gösterirken, Şekil 3 ise elastik kesme modülü (G´), viskoz kesme modülü (G´´), faz açısı ve ham faz açısı eğrilerini göstermektedir.
Sertleşmenin İlk Aşamalarında Gösterilen Davranış
Taze karıştırılmış epoksi formülasyonu yüklendikten hemen sonra, malzeme düşük karmaşık kesme viskozitesi gösterir. Bu koşullar altında, reolojik tepki, ham faz açısı verilerinde görülebilen cihaz atalet etkilerinden etkilenebilir.
rSpace yazılımında bulunan ham faz açısı kullanılarak, faz açısı ile ham faz açısı karşılaştırılarak atalet etkisi tespit edilebilir. Ölçümün başlangıcında, ham faz açısı fiziksel olarak anlamlı olan faz açısını aşar; bu durum, reolojik sinyalin yalnızca malzeme tepkisini yansıtmak yerine atalet etkilerinden de etkilendiğini gösterir.
Sonuç olarak, bu ilk dönemde elde edilen reolojik parametreler dikkatle yorumlanmalıdır ve kürlemenin en erken aşamalarını değerlendirmek için uygun değildir. Bu nedenle, düzeltilmemiş faz açısının düzeltilmiş faz açısını aştığı reolojik eğriler gösterilmemiştir.
Bir çözüm yolu, ölçüm aralığını daraltmak, plaka çapını küçültmek ve/veya test frekansını düşürmek suretiyle atalet etkilerini en aza indirmektir.
Ancak, test DEA 288 Ionic ile birlikte gerçekleştirilirse, Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme sürecinin tam bir karakterizasyonu için ölçümü tekrarlamak gerekmez. Dielektrik verileri eşzamanlı olarak elde edildiğinden, kürlemenin başlangıcı iyon viskozitesinin değişimi yoluyla doğrudan izlenebilir. Reolojik ölçümlerin aksine, dielektrik ölçümler reometrenin ataletinden etkilenmez ve bu nedenle deneyin en başından itibaren Ionic hareketliliğindeki azalma hakkında güvenilir bilgi sağlar.
Şekil 4, dielektrik analiz yoluyla belirlenen iyon viskozitesinin değişimini göstermektedir. Ölçümün başlamasından hemen sonra tüm frekanslarda gözlenen iyon viskozitesindeki artış, Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme reaksiyonunun başlamasıyla ilişkilidir.
Jelleşme
Sertleşme reaksiyonu ilerledikçe, epoksi ve amin fonksiyonel grupları arasında kovalent bağların oluşmasıyla moleküler ağırlık arttı. Sonuç olarak, kompleks viskozite sürekli olarak arttı.
Viskoelastik modüllerin değişimi aracılığıyla, ağırlıklı olarak viskoz bir sıvıdan elastik bir ağa geçiş gözlemlendi. Jellenme noktası, 116. dakikada tespit edilen elastik kesme modülü (G´) ile viskoz kesme modülünün (G´´) kesiştiği noktada belirlenebilir; bu durum, sonsuz bir üç boyutlu ağın oluştuğunu gösterir.
Sonuç: Reolojik Atalet Etkilerine Rağmen Sertleşme Sürecinin Eşzamanlı Tespiti
Sertleşme ilerledikçe ve viskozite arttıkça, atalet etkisi hızla azalır. Reolojik veriler bu noktada malzemenin tepkisini tam olarak yansıtmaya başlar; bu da viskozite artışının, viskoelastik gelişimin ve jelleşme davranışının daha sonra belirlenmesini mümkün kılar.
Bu nedenle, reometrik ve dielektrik analizlerin birleştirilmesi, tüm ölçüm aralığı boyunca kürlenme sürecinin sürekli izlenmesini sağlar. DEA, ağ oluşumunun en erken aşamalarını yakalarken, reometri ise yeterli yapısal mukavemet sağlandıktan sonra mekanik özelliklerin gelişimi hakkında ayrıntılı bilgi sağlar.