Elastomer ile sertleştirilmiş yapıştırıcılarda faz ayrışmasının DMA ile incelenmesi

Bugün piyasada epoksiler, silikonlar, poliüretanlar, siyanoakrilatlar, anaerobikler ve benzerleri dahil olmak üzere, cerrahi ve genel amaçlı evsel uygulamaların yanı sıra otomotiv, inşaat, uçak, elektronik ve tıbbi cihaz endüstrilerinde uygulamaları olan geniş bir yapıştırıcı yelpazesi mevcuttur. Yapıştırıcıların yük taşıyan uygulamalarda kullanılması, çatlak oluşumu ve büyümesine karşı direnç, yani tokluk gerektirir. Yapıştırıcılarda kullanılan polimerlerin çoğu nispeten kırılgan malzemelerdir. Tokluklarını artırmak için, yapıştırıcı formülasyonlarına farklı dolgu maddeleri veya sertleştirici maddeler dahil edilir.

Faz ayrımı, monomerin polimere dönüşümü, yani sertleştirilmiş yapıştırıcının polimerizasyonu veya kürlenmesi sırasında meydana gelir. Farklı kürleme koşulları altında faz ayrımı davranışının ve morfolojinin gelişiminin anlaşılması, faz ayrımı mekanizmasının belirlenmesine yönelik önemli adımlardır. Dinamik mekanik analiz (DMA), çeşitli polimer karışımlarını ve dolayısıyla sertleştirilmiş yapıştırıcıları karakterize etmek için çok yönlü bir tekniktir. Uygulamaya veya numune malzemesine bağlı olarak farklı test modları mevcuttur.

Bu editör yazısı, 2020 yılında Uluslararası Yapışma ve Yapıştırıcılar Dergisi'nde ayrıntılı olarak yayınlanan elastomer ile sertleştirilmiş etil siyanoakrilat yapıştırıcı dökme filmlerde termal özelliklerin ve faz ayrımının araştırılmasında NETZSCH DMA 242 E Artemis 'in uygulanmasını özetlemektedir [1]. Dökme filmler, poli (etilen) (PE) alt tabakalar arasında ve bir poli (tetrafloroetilen) (PTFE) kalıp içinde hem önceden karıştırılmış başlatıcılarla hem de başlatıcılar olmadan oda sıcaklığında kürlenmiştir.

Siyanoakrilat (CA) yapıştırıcıların sertleştirilmesi

Siyanoakrilat (CA) yapıştırıcılar, oda sıcaklığında hızlı kürlenme hızları ve sınırlı bağlarda yüksek mukavemetleri nedeniyle birçok yapıştırıcı sınıfı arasında benzersizdir. Bu nedenle, bu yapıştırıcı sistemlerinin sertleştirilmesi büyük bir avantaj olacaktır.

Polimerlerdeki geçişler, bir DMA sıcaklık taraması sırasında depolama modülü, kayıp modülü veya kayıp faktöründeki değişim izlenerek ölçülebilir. Bu değişiklikler polimer zincirlerinin gevşeme davranışına bağlıdır. Polimerlerdeki en önemli geçişlerden biri, depolama modülü sinyalindeki keskin düşüşle gösterilen camsı geçiş sıcaklığıdır (_Tg). Bu sıcaklıkta, kayıp modülü ve kayıp faktörü sinyalleri bir tepe noktası gösterir. Kayıp faktörü (tan δ) sinyalinin tepe değerinin oluştuğu sıcaklık camsı geçiş sıcaklığı olarak seçilmiştir.

Malzemeler camsı geçiş bölgesinin üstünde, altında ve içinde kullanılabilirken, yapıştırıcılar sertlik azaldığı için altında kullanılma eğilimindedir, bu da bir yapıştırıcı ekleminin artık işlevsel olmayacağı anlamına gelir.

Etil siyanoakrilat ve elastomer karışımı, siyanoakrilat monomerinin sertleşmesi üzerine faz ayrımı yapacaktır. Siyanoakrilat molekül ağırlığındaki artış faz ayrılmasını tetikler. Elastomerde tam faz ayrışması meydana gelirse, DMA eğrisinde iki camsı geçiş sıcaklığı görülmelidir, yani faz ayrışmış elastomerin _Tg 'si ve siyanoakrilat polimerinin _Tg 'si.

DMA eğrilerinde Şekil 2'de gösterildiği gibi üç bölge tespit edilmiştir: -55°C ile 0°C arasındaki düşük sıcaklık, 50°C ile 110°C arasında bir omuz ve 110°C ile 160°C arasında başka bir bölge.

Elastomerin camsı geçiş bölgesiyle eşleşen -55°C ile 0°C arasında depolama modülü ve kayıp faktöründeki değişimin varlığı (sertleştirme maddesi olarak kullanılan elastomerin ayrı DMA ^taraması1), elastomerin polimerizasyon sırasında faz ayrışmasına uğradığını doğrulamaktadır. Tan δ pikinin yoğunluğu faz ayrışmasına uğramış elastomer miktarını gösterir. 110°C ile 160°C arasındaki bölge poli CA'nın _Tg bölgesidir.

50°C ile 110°C arasındaki omuz her iki numune için de yaklaşık aynı yoğunluğa sahiptir. Bu bölgenin siyanoakrilat monomer ve elastomer karışımı olduğu düşünülmektedir. Elastomerin faz ayrımı, viskozite hızla yükselmeye başladığında sona erer. Böylece, jelleşme sıcaklığında, yani bir malzemenin sıvıdan katı faza geçişinde, faz ayrımı durur ve morfolojiyi yerinde kilitler. 50°C ile 110°C arasındaki bölgenin kaynağını belirlemek için, bir dökme film örneği bölgenin üst sınırı olarak kabul edilen 110°C'ye kadar ısıtılmış, ardından poli CA'nın _Tg 'sini geçen ikinci bir ısıtma yapılmıştır.^İkinci ısıtma adımından sonra, 50°C ve 110°C bölgesine karşılık gelen tan δ eğrisi düzleşti ve Elastikiyet ve Elastikiyet ModülüKauçuk esnekliği veya entropi esnekliği, herhangi bir kauçuk veya elastomer sistemin dışarıdan uygulanan bir deformasyon veya gerilmeye karşı direncini tanımlar. depolama modülünde bir artışla birlikte elastomer tan δ pikinde bir artış gözlendi. Bu sonuç, elastomerde tam bir faz ayrışması elde etmek için 110°C'ye kadar tek adımda ısıtmadan oluşan bir ısıl işlem uygulanabileceğini göstermektedir.

Başlatıcılar kullanılarak kürlenen bulk filmler için de benzer sonuçlar elde edilmiştir. Ancak, başlatıcıların kullanımı elastomerin faz ayrımı davranışını etkilemiştir.

Kaynak

[1] Tatiana Ștefanov, Bernard Ryan, Alojz Ivanković, Neal Murphy. (2020). Karbon siyahı dolgulu, elastomer ile sertleştirilmiş etil siyanoakrilat yapıştırıcı bulk filmlerin dinamik mekanik analizi. International Journal of Adhesion and Adhesives, 101:102630. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102630.