Termoplastik CF-PAEK (PEEK) kaplama prosesinde eriyik sıcaklığının arayüzey bağlanma mukavemetine etkisi.
Önceki metinde kalıp sıcaklığının, kaplama işlemi sırasında termoplastik karbon fiber poliarileterketon (CF-PAEK) ve polietereterketon (PEEK) arasındaki arayüzey bağlanma mukavemeti üzerindeki etkisi açıklanıyordu. Sıcaklıktaki artışın sadece arayüzey bağlanma mukavemetini arttırmakla kalmayıp aynı zamanda kayma mukavemetini de arttırdığı anlaşılmıştır. Bu makale, reçine erime sıcaklığının, kaplama işleminden sonra iki kompozit malzemenin arayüzey bağlanma mukavemeti üzerindeki etkisini tartışmaya devam edecektir.
Erime sıcaklığının termoplastik CF-PAEK (PEEK) kompozitlerinin arayüzey bağlanma mukavemetine etkisi.
1. Farklı Erime Sıcaklıklarında Kaplanmış Kompozit Malzemelerin Kayma Dayanımı: Yukarıdaki şekil PEEK/CCF-PAEK ve SCF-PEEK/CCF-PAEK numunelerinin farklı erime sıcaklıklarındaki kayma mukavemetini göstermektedir. PEEK/CCF-PAEK'in kesme mukavemetleri sırasıyla 69 MPa, 67 MPa, 71 MPa, 67 MPa ve 66 MPa iken SCF-PEEK/CCF-PAEK numunelerinin kesme mukavemetleri 84 MPa, 84 MPa, 85 MPa'dır. , 87 MPa ve 83 MPa sırasıyla. İki termoplastik reçine kaplı kompozit örneğinin kayma mukavemeti verilerinin karşılaştırılması, kalıp sıcaklığı 260 derece olduğunda, eriyik sıcaklığının arttırılmasının başlangıçta PEEK/CCF-PAEK'in arayüzey bağlanma mukavemetini iyileştirdiğini, ancak daha sonra düşüşe yol açtığını ortaya koymaktadır.
2.Farklı Erime Sıcaklıklarında SCF-PEEK/CCF-PAEK Numunelerinin Arayüzey Bağlanma Performansı: Yukarıdaki şekil, SCF-PEEK/CCF-PAEK kompozitlerinin çeşitli erime sıcaklıklarında arayüzey bağlanma durumunu göstermektedir. Kalıp sıcaklığı 260 derece olduğunda PAEK ve PEEK arasındaki sınır belirsizleşir. Eriyik sıcaklığı arttıkça, SCF-PEEK'ten gelen artan sayıda kısa karbon fiber PAEK reçinesine nüfuz eder. Şekildeki kırmızı dairelerle gösterildiği gibi, kısa karbon fiberler iki matris reçinesi arasındaki sınırı köprüleyerek arayüzey bağlanma gücünü arttırır. Arayüzde bir reçine harmanlama bölgesi oluştuğunda, SCF-PEEK reçinesinin akışkanlığı, eriyik sıcaklığının yükseltilmesiyle geliştirilebilir, bu da arayüzün güçlendirilmesi için reçine açısından zengin bölgeye daha fazla kısa karbon elyafının yerleştirilmesine olanak tanır.
Deneysel verilere göre kalıp sıcaklığı 260 derece ve PEEK/CCF-PAEK erime sıcaklığı 400 derece olduğunda kaplanan kompozit malzemenin kayma mukavemeti en yüksek noktasına 71 MPa'da ulaşmaktadır. Bunun tersine, SCF-PEEK/CCF-PAEK için kompozit numunenin maksimum kayma mukavemetine erime sıcaklığı 410 derece olduğunda 87 MPa'da ulaşılır.
Moleküler dinamik simülasyonları, moleküler zincir difüzyonunun ve arayüzey oluşum sürecinin kalıp sıcaklığından önemli ölçüde etkilendiğini ortaya koymaktadır.
Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi PAEK reçinesi kahverengi, PEEK reçinesi ise yeşil renktedir. İki termoplastik kompozitin özel kaplama ve kalıplama işlemi, taramalı elektron mikroskobu kullanılarak gözlemlenir ve moleküler difüzyon ve arayüzey oluşumunun incelenmesine olanak tanır. Sonuçlar, kalıp sıcaklığının arayüzey bağlanma gücünü önemli ölçüde etkilediğini, erime sıcaklığının ise neredeyse hiç etkisinin olmadığını göstermektedir. Bu nedenle, enjeksiyon kalıplama sıcaklığı 400 dereceye ve kalıp sıcaklıkları sırasıyla 220 dereceye, 240 dereceye, 260 dereceye ve 280 dereceye ayarlanarak kalıp sıcaklığı deneyde simülasyon gözlemi için temel faktör olarak ayarlandı.
Veriler, kalıp sıcaklığı arttıkça bazı moleküler zincirlerin ara yüzeye nüfuz ettiğini ve diğer katmanın zincirlerine dolandığını gösteriyor. PEEK/PAEK termoplastik kompozitlerinin kaplama ve kalıplama prosesinde arayüzün oluşumu sadece iki moleküler zincirin karşılıklı hareketine değil aynı zamanda moleküllerin kendi kendine hareketine de bağlıdır.
Şekil a, farklı kalıp sıcaklıkları altında PAEK ve PEEK reçineleri arasındaki arayüzdeki dönme yarıçapını göstermektedir. Çeşitli işleme koşulları altında, 300 derecelik kararlı duruma ulaşıldığında, tüm sistemin dönme yarıçapı giderek artar. Şekil b, farklı kalıp sıcaklıkları altında PEEK ve PAEK reçineleri arasındaki arayüzdeki ortalama azimut yer değiştirme-zaman eğrisini gösterir. Genel ortalama azimut yer değiştirmesi zaman içinde hızlı bir şekilde artar; bu, sıcaklık arttıkça moleküler hareketin hızlandığını ve arayüzey bağlanma mukavemetinde bir artışa yol açtığını gösterir. Ancak sıcaklık 280 dereceyi aştığında ortalama azimut yer değiştirmesi sabitlenir ve arayüzey bağlanma kuvvetinin artışı da durur.
Şekil farklı kalıp sıcaklıklarında iki sistemin arayüzey bağlanma enerjisini ve difüzyon katsayısını göstermektedir. Kalıp sıcaklığı 220 dereceden 280 dereceye çıktıkça difüzyon katsayısının 7,3 × 10^-10 m²·s^-1'den 14,0 × 10^'ye çıktığı görülmektedir. -10 m²·s^-1, arayüzey enerjisinin mutlak değeri ise keskin bir şekilde 233,4 kcal·mol^-1'den 450,8 kcal·mol^-1'ye yükselir. Diğer sıcaklık değişimleriyle karşılaştırıldığında kalıp sıcaklığı 220 dereceden 240 dereceye çıkarıldığında difüzyon katsayısı önemli bir değişiklik göstermektedir. Bu noktada moleküler difüzyon hızı artar ve bu da numunelerin kayma mukavemetinde gözlemlenen eğilimle uyumludur.
Önceki ve mevcut metin birleştirildiğinde, termoplastik karbon fiber poliaril eter keton (PAEK) ve polieter eter keton (PEEK) kompozitlerinin kaplama ve kalıplama prosesinde hem kalıp sıcaklığının hem de erime sıcaklığının genel performans üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu sonucuna varılabilir. Kompozitlerin mekanik özellikleri ve arayüzey bağlanma mukavemeti. Uygun kalıp ve erime sıcaklıkları seçilerek üstün performansa sahip termoplastik karbon fiber poliaril eter keton kompozitleri üretmek mümkündür.
