Η επίδραση της θερμοκρασίας τήγματος στη διεπιφανειακή δύναμη συγκόλλησης στη διαδικασία επίστρωσης θερμοπλαστικής CF-PAEK (PEEK).
Το προηγούμενο κείμενο περιέγραψε την επίδραση της θερμοκρασίας του καλουπιού στη διεπιφανειακή ισχύ σύνδεσης μεταξύ της πολυαρυλαιθερκετόνης από θερμοπλαστική ίνα άνθρακα (CF-PAEK) και της πολυαιθεραιθερκετόνης (PEEK) κατά τη διαδικασία επικάλυψης. Έγινε κατανοητό ότι η αύξηση της θερμοκρασίας όχι μόνο βελτιώνει την αντοχή της διεπιφανειακής σύνδεσης αλλά επίσης ενισχύει την αντοχή στη διάτμηση. Αυτό το άρθρο θα συνεχίσει να συζητά την επίδραση της θερμοκρασίας τήξης της ρητίνης στη διεπιφανειακή αντοχή συγκόλλησης των δύο σύνθετων υλικών μετά τη διαδικασία επίστρωσης.
Η επίδραση της θερμοκρασίας τήγματος στη διεπιφανειακή αντοχή συγκόλλησης των θερμοπλαστικών σύνθετων υλικών CF-PAEK (PEEK).
1. Αντοχή σε διάτμηση επικαλυμμένων σύνθετων υλικών σε διαφορετικές θερμοκρασίες τήξης: Το παραπάνω σχήμα δείχνει τη διατμητική αντοχή των δειγμάτων PEEK/CCF-PAEK και SCF-PEEK/CCF-PAEK σε διαφορετικές θερμοκρασίες τήξης. Οι διατμητικές αντοχές του PEEK/CCF-PAEK είναι 69 MPa, 67 MPa, 71 MPa, 67 MPa και 66 MPa, αντίστοιχα, ενώ οι διατμητικές αντοχές των δειγμάτων SCF-PEEK/CCF-PAEK είναι 84 MPa, 84 MPa, 85 MPa. , 87 MPa και 83 MPa, αντίστοιχα. Η σύγκριση των δεδομένων αντοχής διάτμησης των δύο σύνθετων δειγμάτων επικαλυμμένων με θερμοπλαστική ρητίνη αποκαλύπτει ότι όταν η θερμοκρασία καλουπιού είναι 260 μοίρες, η αύξηση της θερμοκρασίας τήγματος αρχικά βελτιώνει τη διεπιφανειακή αντοχή συγκόλλησης του PEEK/CCF-PAEK, αλλά στη συνέχεια οδηγεί σε πτώση.
2. Απόδοση διεπιφανειακής συγκόλλησης δειγμάτων SCF-PEEK/CCF-PAEK σε διαφορετικές θερμοκρασίες τήξης: Το παραπάνω σχήμα απεικονίζει την κατάσταση διεπιφανειακής σύνδεσης των σύνθετων υλικών SCF-PEEK/CCF-PAEK σε διάφορες θερμοκρασίες τήξης. Όταν η θερμοκρασία του καλουπιού είναι 260 μοίρες, τα όρια μεταξύ ΠΑΕΚ και PEEK γίνονται ασαφή. Καθώς η θερμοκρασία τήγματος αυξάνεται, ένας αυξανόμενος αριθμός κοντών ινών άνθρακα από το SCF-PEEK διεισδύει στη ρητίνη ΠΑΕΚ. Όπως υποδεικνύεται από τους κόκκινους κύκλους στο σχήμα, οι κοντές ίνες άνθρακα γεφυρώνουν το όριο μεταξύ των δύο ρητινών μήτρας, ενισχύοντας την αντοχή της διεπιφανειακής σύνδεσης. Όταν σχηματίζεται μια ζώνη ανάμειξης ρητίνης στη διεπιφάνεια, η δυνατότητα ροής της ρητίνης SCF-PEEK μπορεί να βελτιωθεί αυξάνοντας τη θερμοκρασία τήγματος, επιτρέποντας την εισαγωγή περισσότερων κοντών ινών άνθρακα στην πλούσια σε ρητίνη περιοχή για την ενίσχυση της διεπαφής.
Σύμφωνα με πειραματικά δεδομένα, όταν η θερμοκρασία καλουπιού είναι 260 μοίρες και η θερμοκρασία τήξης του PEEK/CCF-PAEK είναι 400 μοίρες, η αντοχή στη διάτμηση του επικαλυμμένου σύνθετου υλικού φτάνει στο υψηλότερο σημείο στα 71 MPa. Αντίθετα, για το SCF-PEEK/CCF-PAEK, η μέγιστη διατμητική αντοχή του σύνθετου δείγματος επιτυγχάνεται στα 87 MPa όταν η θερμοκρασία τήξης είναι 410 μοίρες.
Οι προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής αποκαλύπτουν ότι η διάχυση της μοριακής αλυσίδας και η διεπιφανειακή διαδικασία σχηματισμού επηρεάζονται σημαντικά από τη θερμοκρασία του καλουπιού.
Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, η ρητίνη ΠΑΕΚ έχει καφέ χρώμα και η ρητίνη PEEK έχει πράσινο χρώμα. Η συγκεκριμένη διαδικασία επικάλυψης και χύτευσης των δύο θερμοπλαστικών σύνθετων υλικών παρατηρείται με τη χρήση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης, επιτρέποντας την εξέταση της μοριακής διάχυσης και του σχηματισμού διεπιφανειών. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η θερμοκρασία του καλουπιού επηρεάζει σημαντικά την αντοχή της διεπιφανειακής σύνδεσης, ενώ η θερμοκρασία τήγματος δεν έχει σχεδόν καμία επίδραση. Ως εκ τούτου, η θερμοκρασία καλουπιού ορίζεται ως ο βασικός παράγοντας για την παρατήρηση προσομοίωσης στο πείραμα, με τη θερμοκρασία χύτευσης με έγχυση να έχει καθοριστεί στους 400 βαθμούς και τις θερμοκρασίες καλουπιού στους 220 βαθμούς, 240 βαθμούς, 260 μοίρες και 280 μοίρες, αντίστοιχα.
Τα δεδομένα δείχνουν ότι καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του καλουπιού, ορισμένες μοριακές αλυσίδες διεισδύουν στη διεπιφάνεια και εμπλέκονται με τις αλυσίδες του άλλου στρώματος. Στη διαδικασία επίστρωσης και χύτευσης των θερμοπλαστικών σύνθετων υλικών PEEK/PAEK, ο σχηματισμός της διεπαφής εξαρτάται όχι μόνο από την αμοιβαία κίνηση των δύο μοριακών αλυσίδων αλλά και από την αυτοκίνηση των μορίων.
Το σχήμα α δείχνει την ακτίνα περιστροφής στη διεπαφή μεταξύ των ρητινών PAEK και PEEK σε διαφορετικές θερμοκρασίες καλουπιού. Κάτω από διάφορες συνθήκες επεξεργασίας, όταν επιτυγχάνεται μια σταθερή κατάσταση 300 μοιρών, η ακτίνα περιστροφής ολόκληρου του συστήματος σταδιακά αυξάνεται. Το σχήμα β δείχνει τη μέση καμπύλη αζιμουθιακής μετατόπισης-χρόνου στη διεπιφάνεια μεταξύ των ρητινών PEEK και PAEK σε διαφορετικές θερμοκρασίες καλουπιού. Η συνολική μέση αζιμουθιακή μετατόπιση αυξάνεται γρήγορα με την πάροδο του χρόνου, υποδεικνύοντας ότι καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η μοριακή κίνηση επιταχύνεται, οδηγώντας σε ενίσχυση της αντοχής της διεπιφανειακής σύνδεσης. Ωστόσο, όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 280 μοίρες, η μέση αζιμουθιακή μετατόπιση σταθεροποιείται και η ισχύς διεπιφανειακής σύνδεσης παύει επίσης να αυξάνεται.
Το σχήμα δείχνει την ενέργεια διεπιφανειακής σύνδεσης και τον συντελεστή διάχυσης των δύο συστημάτων σε διαφορετικές θερμοκρασίες καλουπιού. Μπορεί να παρατηρηθεί ότι καθώς η θερμοκρασία του καλουπιού αυξάνεται από 220 βαθμούς σε 280 μοίρες, ο συντελεστής διάχυσης αυξάνεται από 7,3 × 10^-10 m²·s^-1 σε 14,0 × 10^ -10 m²·s^-1, ενώ η απόλυτη τιμή της διεπιφανειακής ενέργειας αυξάνεται απότομα από 233,4 kcal·mol^-1 σε 450,8 kcal·mol^-1. Σε σύγκριση με άλλες αλλαγές θερμοκρασίας, ο συντελεστής διάχυσης παρουσιάζει σημαντική διακύμανση όταν η θερμοκρασία του καλουπιού αυξάνεται από 220 βαθμούς σε 240 βαθμούς. Σε αυτό το σημείο, ο ρυθμός μοριακής διάχυσης αυξάνεται, γεγονός που ευθυγραμμίζεται με την τάση που παρατηρείται στη διατμητική αντοχή των δειγμάτων.
Συνδυάζοντας το προηγούμενο και το τρέχον κείμενο, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι στη διαδικασία επίστρωσης και χύτευσης των σύνθετων υλικών από θερμοπλαστική ανθρακονήματα πολυαρυλαιθέρα (PAEK) και κετόνη πολυαιθέρα (PEEK), τόσο η θερμοκρασία του καλουπιού όσο και η θερμοκρασία τήξης έχουν σημαντικό αντίκτυπο στη συνολική μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών και αντοχή διεπιφανειακής σύνδεσης. Επιλέγοντας τις κατάλληλες θερμοκρασίες καλουπιού και τήγματος, είναι δυνατή η παραγωγή σύνθετων σύνθετων πολυαρυλαιθεροκετόνης από θερμοπλαστικά ανθρακονήματα με ανώτερη απόδοση.
