Önceden Kürlenmiş Kompozit Numunelerin Kürlenme Durumu Nasıl Tespit Edilir?

Helikopterler, uçaklar ve otomobiller gibi hafif uygulamalar için popüler malzemeler cam ve karbon elyaf takviyeli plastiklerdir. Geleneksel olarak emprenye için epoksi, doymamış polyester ve poliüretan gibi reaktif reçineler kullanılır. ÖnemliÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlı ağ, kimyasal bir reaksiyonla elde edilir. "Yeterince yüksek sıcaklıklardaÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlanma sırasında, malzeme bir jel aracılığıyla sıvıdan cam benzeri bir katıya dönüşür" [1]. Bu nedenle, kompozit malzemenin özellikleri sadece temel bileşenlerin özelliklerine göre değil, üretim süreci koşullarına göre belirlenir.

Bu nedenle, teknik süreçlerde ve optimum üretim koşullarını önceden tanımlamak için, üretim sırasında ulaşılan kürlenme durumunun yanı sıra camsı geçiş sıcaklığı (_Tg) ile kürlenme derecesi arasındaki korelasyonun bilinmesi çok önemlidir. Özellikle, tam kürlenme (Tg∞₎ hakkında bilgi sahibi olmak önemlidir, çünkü reaksiyonu makul bir kürlenme süresi içinde tamamlamak için üretim sıcaklığının _Tg∞ 'a yaklaşması veya aşması gerekir. Aksi takdirde, vitrifikasyon tam kürlenmeyi önler veya geciktirir.

W. Stark, M. Jaunich ve J. McHugh tarafından hazırlanan "Sıcaklık Modülasyonlu Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi (TMDSC) kullanılarak önceden kürlenmiş karbon fiber takviyeli epoksi prepreg (CFC) için kürlenme durumu tespiti" başlıklı bilimsel makale Journal Polymer Testing'de yayınlanmıştır. "TMDSC yöntemini kullanarak [...] karbon fiber (CFR) prepreg için 180°C'de gerçek cam geçiş sıcaklığı, kürlenme derecesi ve kürlenme süresi arasındaki korelasyonu belirlemeyi" amaçlamaktadır [1].

Sıcaklık Modülasyonlu Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi (TM-DSC) nedir?

Geleneksel Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi (DSC), İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal olmayan deneylerde farklı süreler boyunca önceden kürlenmiş numunelerin kürlenme durumunu araştırmak için kullanılır. Bu şekilde, _Tg ve kürlenme derecesi arasındaki korelasyonu tek bir ölçümle belirlemek mümkündür. "Bu deneyler, reaksiyon sıcaklığı maksimum camsı geçiş sıcaklığından yüksek olduğunda iyi sonuç verir. [Gerçek camsı geçiş sıcaklığı kürlenme sonrası reaksiyonla aynı sıcaklık aralığında olduğunda durum daha karmaşıktır. Gerçek camsı geçiş sıcaklığı (_Tgact) terimi, kısmiKürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlar oluşturarak ve üç boyutlu ağlar oluşturarak birbirine bağlandığı reaksiyonlar için kullanılır. kürleme ile elde edilen ve saf reçinenin _Tg0 'ı ile _Tg∞ arasında yer alan değer için kullanılacaktır. Birçok durumda, kürlenme sıcaklığı _Tg∞'dan düşük olduğu için kısmi kürlenme sırasında vitrifikasyon meydana gelir" [1].

Sıcaklık modülasyonlu DSC, camsı geçiş veÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlanma reaksiyonu olaylarının ayrılmasını sağlar. Numune sadece doğrusal bir ısıtma hızına değil, aynı zamanda sinüzoidal sıcaklık değişimlerine de tabi tutulur. Bu yöntem, ısı akışının tersine dönen ve dönmeyen kısımlarının ayrılmasına yol açar. Tersine çeviren etkiler örneğin camsı geçişin yanı sıraErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime ve kristalleşmedir. Cam geçişinde özgül ısıdaki değişim belirgin hale gelir. Tersine dönmeyen süreçler zamanın bir fonksiyonudur veKürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlar oluşturarak ve üç boyutlu ağlar oluşturarak birbirine bağlandığı reaksiyonlar için kullanılır. kürleme ve temperleme etkileri gibi tekrarlanamaz. Toplam ısı akışı ile tersine dönen ısı akışı arasındaki fark olarak hesaplanırlar. Bundan EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermikKürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlar oluşturarak ve üç boyutlu ağlar oluşturarak birbirine bağlandığı reaksiyonlar için kullanılır. kürleme reaksiyonu çıkarılabilir.

Tüm ölçümler için, analiz yazılımının sıcaklık modülasyonu (TM-DSC) için isteğe bağlı yazılım aracıyla birlikte NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^®Proteus^® kullanıldı.

Geleneksel DSC ölçümünden elde edilen üst düzey bilgiler

Daha yüksek bir seviyede ilk bilgileri elde etmek için, kürlenmemiş prepreg malzeme 2, 10 ve 20 K/dak ısıtma hızlarında standart bir DSC ölçümü ile analiz edilmiştir. "Isıtma hızı ne kadar yüksek olursa, _Tg0'daki ısı akışındaki adım o kadar belirgin olur. DSC kullanarak camsı geçiş tespiti için 20 K/dak gibi yüksek bir ısıtma hızının önerilmesinin nedeni budur" [1]. EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.EkzotermikÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlanma reaksiyonunun başlangıcı yaklaşık 140°C'den itibaren tespit edilmiştir. Ayrıca, iki aşamalı veya çok aşamalı reaksiyona işaret eden iki net EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik tepe gözlenmiştir. _Tgact eğrilerde fark edilememiştir.

Kürlenmemiş karbon fiber prepreg üzerinde TM-DSC kullanımı

Daha önce yayınlanan sonuçlara dayanarak selectmodülasyon süresi parametresi 60 sn olarak belirlenmiştir. Mümkün olan en yüksek ısıtma hızı _Tg'yi belirlemek için avantajlıdır. Bu nedenle, 10 K/dk selectmümkün olan en yüksek temel ısıtma hızı olarak belirlenmiştir.

Şekil 1, sıcaklık modülasyonlu DSC ölçümünün tipik bir davranışını göstermektedir. Isı akışı, üst üste bindirilmiş modülasyonun etkisini göstermektedir. Şekil 2, tersine dönen ve dönmeyen sinyalin yanı sıra toplam sinyali de göstermektedir. Ters çevirme ve toplam sinyalden elde edilen _Tg0 değerinin iyi bir uyum içinde olduğu gözlemlenebilir. Beklendiği gibi bu, bu gelişmiş yöntemin kullanımının bu malzeme için özel bir avantajı olmadığını göstermektedir. Sadece camsı geçiş ve reaksiyon sıcaklıklarının birbirine yakın olduğu kısmi kürlenmiş numuneler ölçülürken, bu etkileri gözlemlemek için sıcaklık modülasyonu yöntemine ihtiyaç duyulmaktadır.

Kürlenme derecesi ve kürlenme süresi arasındaki korelasyon

Kürlenme derecesi ile kürlenme süresi arasındaki ilişkiyi belirlemek için, önceden kürlenmiş numuneler 10 dakika ile 5 saat arasında sıcaklık modülasyonlu DSC'de kürlenme sürelerini simüle ederek ölçülmüştür (diğer parametreler sabit tutulmuştur: altta yatan ısıtma hızı: 10 K/dak, modülasyon genliği: 1,6 K, modülasyon süresi: 60 s).

"Reaksiyon süresi arttıkça, gerçek camsı geçiş sıcaklığı da artmaktadır. Ayrıca, kürlenme sonrası reaksiyonun başlangıç sıcaklığı artar ve açığa çıkan ısı miktarı azalır" [1].

Kürlenme derecesi hesaplandıktan sonra, analizler "reaksiyonun ana kısmının ilk 60 dakika boyunca ilerlediğini" göstermektedir [1]. Bundan sonra, kürlenme derecesi ve _Tgact neredeyse doğrusal olarak büyür.

TM-DSC ile kürleme koşulları arasındaki korelasyonun bulunması

W. Stark ve arkadaşları tarafından hazırlanan bilimsel araştırmaarch sıcaklık modülasyonlu DSC (TM-DSC) analizinin önceden kürlenmiş karbon fiber epoksi prepreginin (CFC) kürlenme durumunun tespit edilmesine olanak sağladığını vurgulamaktadır. Termoanalitik yöntem, kürlenme koşulları, kürlenme derecesi ve camsı geçiş sıcaklığı arasındaki korelasyonları bulmak için kullanılmıştır, çünkü TMDSC "genellikle EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik bir kürlenme reaksiyonunun eşlik ettiği ve bu nedenle standart DSC ölçümlerinde gölgede kalan camsı geçiş sıcaklığının daha iyi belirlenmesini sağlar" [1].

Kürlenme derecesinin bir fonksiyonu olarak camsı geçiş sıcaklığı hakkında bilgi sahibi olmak, optimum üretim koşullarının önceden tanımlanması ve vitrifikasyonun önlenmesi açısından hayati önem taşımaktadır.

Kaynak

[1] Stark, W., Jaunich, M. , McHugh, J. (2013): Sıcaklık Modülasyonlu Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi (TMDSC) kullanılarak önceden kürlenmiş karbon fiber takviyeli epoksi prepreg (CFC) için kürlenme durumu tespiti, Polymer Testing, http://dx.doi.org/10.1016/j.polymertesting.2013.07.007