Vliv teploty taveniny na pevnost mezifázového spojení v procesu potahování termoplastickým CF-PAEK (PEEK).
Předchozí text popisoval vliv teploty formy na pevnost mezifázového spojení mezi termoplastickým uhlíkovým vláknem polyaryletherketonem (CF-PAEK) a polyetheretherketonem (PEEK) během procesu potahování. Bylo zřejmé, že zvýšení teploty nejen zlepšuje pevnost mezifázového spojení, ale také zvyšuje pevnost ve smyku. Tento článek bude pokračovat v diskuzi o vlivu teploty taveniny pryskyřice na pevnost mezifázového spojení dvou kompozitních materiálů po procesu potahování.
Vliv teploty taveniny na pevnost mezifázového spojení termoplastických kompozitů CF-PAEK (PEEK).
1. Pevnost ve smyku potažených kompozitních materiálů při různých teplotách taveniny: Obrázek výše ukazuje pevnost ve smyku vzorků PEEK/CCF-PAEK a SCF-PEEK/CCF-PAEK při různých teplotách tání. Pevnosti ve smyku u vzorků PEEK/CCF-PAEK jsou 69 MPa, 67 MPa, 71 MPa, 67 MPa a 66 MPa, zatímco pevnosti ve smyku vzorků SCF-PEEK/CCF-PAEK jsou 84 MPa, 84 MPa, 85 MPa. 87 MPa, respektive 83 MPa. Porovnání údajů o pevnosti ve smyku dvou vzorků kompozitu potažených termoplastickou pryskyřicí ukazuje, že když je teplota formy 260 stupňů, zvýšení teploty taveniny zpočátku zlepšuje pevnost mezifázového spojení PEEK/CCF-PAEK, ale pak vede k poklesu.
2. Výkonnost mezifázového spojení vzorků SCF-PEEK/CCF-PAEK při různých teplotách taveniny: Obrázek výše ilustruje stav mezifázového spojení kompozitů SCF-PEEK/CCF-PAEK při různých teplotách taveniny. Když je teplota formy 260 stupňů, hranice mezi PAEK a PEEK se stává nejasnou. S rostoucí teplotou taveniny proniká do pryskyřice PAEK stále větší počet krátkých uhlíkových vláken z SCF-PEEK. Jak je znázorněno červenými kroužky na obrázku, krátká uhlíková vlákna přemosťují hranici mezi dvěma matricovými pryskyřicemi a zvyšují pevnost mezifázového spojení. Když se na rozhraní vytvoří zóna míšení pryskyřice, tekutost pryskyřice SCF-PEEK může být zlepšena zvýšením teploty taveniny, což umožní vložení více krátkých uhlíkových vláken do oblasti bohaté na pryskyřici pro zpevnění rozhraní.
Podle experimentálních údajů, když je teplota formy 260 stupňů a teplota taveniny PEEK/CCF-PAEK je 400 stupňů, pevnost ve smyku potaženého kompozitního materiálu dosahuje svého nejvyššího bodu při 71 MPa. Naopak pro SCF-PEEK/CCF-PAEK je maximální pevnosti ve smyku kompozitního vzorku dosaženo při 87 MPa, když je teplota taveniny 410 stupňů.
Simulace molekulární dynamiky odhalují, že difúze molekulárního řetězce a proces tvorby rozhraní jsou významně ovlivněny teplotou formy.
Jak je znázorněno na obrázku výše, pryskyřice PAEK je zbarvena hnědě a pryskyřice PEEK je zbarvena zeleně. Specifický proces potahování a lisování dvou termoplastických kompozitů je sledován pomocí rastrovací elektronové mikroskopie, což umožňuje zkoumání molekulární difúze a vytváření rozhraní. Výsledky ukazují, že teplota formy významně ovlivňuje pevnost mezifázového spojení, zatímco teplota taveniny nemá téměř žádný vliv. Proto je teplota formy nastavena jako hlavní faktor pro simulační pozorování v experimentu, přičemž teplota vstřikování je nastavena na 400 stupňů a teploty formy jsou nastaveny na 220 stupňů, 240 stupňů, 260 stupňů a 280 stupňů.
Data ukazují, že jak se teplota formy zvyšuje, některé molekulární řetězce pronikají rozhraním a zaplétají se do řetězců druhé vrstvy. V procesu potahování a lisování termoplastických kompozitů PEEK/PAEK závisí tvorba rozhraní nejen na vzájemném pohybu dvou molekulových řetězců, ale také na samopohybu molekul.
Obrázek a ukazuje poloměr otáčení na rozhraní mezi pryskyřicemi PAEK a PEEK při různých teplotách formy. Za různých podmínek zpracování, kdy je dosaženo stabilního stavu 300 stupňů, se poloměr otáčení celého systému postupně zvyšuje. Obrázek b zobrazuje průměrnou křivku azimutálního posunu-čas na rozhraní mezi pryskyřicemi PEEK a PAEK při různých teplotách formy. Celkový průměrný azimutální posun se v průběhu času rychle zvyšuje, což naznačuje, že jak teplota stoupá, molekulární pohyb se zrychluje, což vede ke zvýšení pevnosti mezifázového spojení. Když však teplota překročí 280 stupňů, průměrný azimutální posun se stabilizuje a pevnost mezifázového spojení se také přestane zvyšovat.
Obrázek ukazuje energii mezifázového spojení a koeficient difúze obou systémů při různých teplotách formy. Lze pozorovat, že když se teplota formy zvýší z 220 stupňů na 280 stupňů, difúzní koeficient se zvýší ze 7,3 × 10^-10 m²·s^-1 na 14,0 × 10^ -10 m²·s^-1, zatímco absolutní hodnota mezifázové energie prudce roste z 233,4 kcal·mol^-1 na 450,8 kcal·mol^-1. Ve srovnání s jinými změnami teploty vykazuje difúzní koeficient významnou změnu, když se teplota formy zvýší z 220 stupňů na 240 stupňů. V tomto bodě se rychlost molekulární difúze zvyšuje, což je v souladu s trendem pozorovaným ve smykové síle vzorků.
Kombinací předchozího a současného textu lze dojít k závěru, že v procesu potahování a formování kompozitů z termoplastických uhlíkových vláken polyaryletherketon (PAEK) a polyetheretherketon (PEEK) mají jak teplota formy, tak teplota taveniny významný vliv na celkovou mechanické vlastnosti kompozitů a pevnost mezifázového spojení. Volbou vhodných teplot formy a taveniny je možné vyrábět termoplastické kompozity z polyaryletherketonových uhlíkových vláken s vynikajícím výkonem.
