Влияние температуры расплава на прочность межфазного соединения в процессе нанесения термопластичного покрытия CF-PAEK (PEEK).
В предыдущем тексте описывалось влияние температуры формы на прочность межфазного соединения между термопластичным полиарилэфиркетоном из углеродного волокна (CF-PAEK) и полиэфирэфиркетоном (PEEK) во время процесса нанесения покрытия. Было понятно, что повышение температуры не только улучшает прочность межфазного соединения, но также увеличивает прочность на сдвиг. В этой статье мы продолжим обсуждение влияния температуры расплава смолы на прочность межфазного соединения двух композитных материалов после процесса нанесения покрытия.
Влияние температуры расплава на прочность межфазного соединения термопластичных композитов CF-PAEK (PEEK).
1. Прочность на сдвиг композиционных материалов с покрытием при различных температурах плавления.: На рисунке выше показана прочность на сдвиг образцов PEEK/CCF-PAEK и SCF-PEEK/CCF-PAEK при различных температурах плавления. Прочность на сдвиг PEEK/CCF-PAEK составляет 69 МПа, 67 МПа, 71 МПа, 67 МПа и 66 МПа соответственно, тогда как прочность на сдвиг образцов SCF-PEEK/CCF-PAEK составляет 84 МПа, 84 МПа, 85 МПа. , 87 МПа и 83 МПа соответственно. Сравнение данных прочности на сдвиг двух образцов композита, покрытого термопластической смолой, показывает, что, когда температура формы составляет 260 градусов, повышение температуры плавления первоначально улучшает прочность межфазного соединения PEEK/CCF-PAEK, но затем приводит к ее снижению.
2. Характеристики межфазного соединения образцов SCF-PEEK/CCF-PAEK при различных температурах плавления.: На рисунке выше показано состояние межфазного соединения композитов SCF-PEEK/CCF-PAEK при различных температурах плавления. Когда температура формы достигает 260 градусов, граница между PAEK и PEEK становится нечеткой. По мере увеличения температуры плавления все большее количество коротких углеродных волокон из SCF-PEEK проникает в смолу PAEK. Как показано красными кружками на рисунке, короткие углеродные волокна перекрывают границу между двумя матричными смолами, повышая прочность межфазного соединения. Когда на границе раздела образуется зона смешения смолы, текучесть смолы SCF-PEEK можно улучшить за счет повышения температуры плавления, что позволяет вводить более короткие углеродные волокна в богатую смолой область для укрепления границы раздела.
Согласно экспериментальным данным, когда температура формы составляет 260 градусов, а температура плавления PEEK/CCF-PAEK составляет 400 градусов, прочность на сдвиг композиционного материала с покрытием достигает наивысшей точки - 71 МПа. И наоборот, для SCF-PEEK/CCF-PAEK максимальная прочность на сдвиг композитного образца достигается при 87 МПа, когда температура плавления составляет 410 градусов.
Моделирование молекулярной динамики показывает, что на диффузию молекулярных цепей и процесс формирования межфазных границ существенное влияние оказывает температура пресс-формы.
Как показано на рисунке выше, смола PAEK окрашена в коричневый цвет, а смола PEEK — в зеленый цвет. Конкретный процесс нанесения покрытия и формования двух термопластичных композитов наблюдается с помощью сканирующей электронной микроскопии, что позволяет изучить молекулярную диффузию и формирование межфазных границ. Результаты показывают, что температура формы существенно влияет на прочность межфазного соединения, тогда как температура расплава практически не влияет. Таким образом, температура пресс-формы устанавливается в качестве основного фактора для наблюдения за моделированием в эксперименте: температура литья под давлением установлена на уровне 400 градусов, а температура формы - на уровне 220 градусов, 240 градусов, 260 градусов и 280 градусов соответственно.
Данные показывают, что по мере увеличения температуры формы некоторые молекулярные цепи проникают через границу раздела и переплетаются с цепями другого слоя. В процессе нанесения покрытия и формования термопластичных композитов PEEK/PAEK формирование границы раздела зависит не только от взаимного движения двух молекулярных цепей, но и от самодвижения молекул.
На рисунке а показан радиус вращения на границе раздела смол ПАЭК и ПЭЭК при различных температурах формы. При различных условиях обработки, когда достигается стабильное состояние в 300 градусов, радиус вращения всей системы постепенно увеличивается. На рисунке b показана кривая зависимости среднего азимутального смещения от времени на границе раздела смол PEEK и PAEK при различных температурах формы. Общее среднее азимутальное смещение быстро увеличивается с течением времени, указывая на то, что с повышением температуры молекулярное движение ускоряется, что приводит к увеличению прочности межфазных связей. Однако когда температура превышает 280 градусов, среднее азимутальное смещение стабилизируется, а прочность межфазного соединения также перестает увеличиваться.
На рисунке показаны энергия межфазной связи и коэффициент диффузии двух систем при разных температурах формы. Можно заметить, что при увеличении температуры формы с 220 градусов до 280 градусов коэффициент диффузии возрастает с 7,3 × 10^-10 м²·с^-1 до 14,0 × 10^. -10 м²·с^-1, при этом абсолютное значение межфазной энергии резко возрастает с 233,4 ккал·моль^-1 до 450,8 ккал·моль^-1. По сравнению с другими изменениями температуры коэффициент диффузии значительно меняется, когда температура формы повышается с 220 до 240 градусов. В этот момент скорость молекулярной диффузии увеличивается, что соответствует тенденции, наблюдаемой в отношении прочности образцов на сдвиг.
Объединив предыдущий и текущий текст, можно сделать вывод, что в процессе нанесения покрытия и формования композитов из термопластичного углеродного волокна, полиарилэфиркетона (ПАЭК) и полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), как температура формы, так и температура плавления оказывают существенное влияние на общий результат. механические свойства композитов и прочность межфазного соединения. Подбирая соответствующие температуры формы и плавления, можно производить термопластичные композиты из углеродного волокна и полиарилэфиркетона с превосходными характеристиками.
