Effekten av smeltetemperatur på grenseflatebindingsstyrken i den termoplastiske CF-PAEK (PEEK) beleggingsprosessen.
Den forrige teksten beskrev virkningen av formtemperatur på grenseflatebindingsstyrken mellom termoplastisk karbonfiberpolyaryleterketon (CF-PAEK) og polyetereterketon (PEEK) under belegningsprosessen. Det ble forstått at en økning i temperatur ikke bare forbedrer grenseflatebindingsstyrken, men også forbedrer skjærstyrken. Denne artikkelen vil fortsette å diskutere effekten av harpikssmeltetemperaturen på grenseflatebindingsstyrken til de to komposittmaterialene etter belegningsprosessen.
Effekten av smeltetemperatur på grenseflatebindingsstyrken til termoplastiske CF-PAEK (PEEK) kompositter.
1. Skjærstyrke av belagte komposittmaterialer ved forskjellige smeltetemperaturer: Figuren over viser skjærstyrken til PEEK/CCF-PAEK og SCF-PEEK/CCF-PAEK prøver ved forskjellige smeltetemperaturer. Skjærstyrkene til PEEK/CCF-PAEK er henholdsvis 69 MPa, 67 MPa, 71 MPa, 67 MPa og 66 MPa, mens skjærstyrkene til SCF-PEEK/CCF-PAEK-prøver er 84 MPa, 84 MPa, 85 MPa henholdsvis 87 MPa og 83 MPa. Sammenligning av skjærstyrkedataene til de to termoplastiske harpiksbelagte komposittprøvene viser at når formtemperaturen er 260 grader, vil økning av smeltetemperaturen i utgangspunktet forbedre grenseflatebindingsstyrken til PEEK/CCF-PAEK, men fører deretter til en nedgang.
2. Grenseflatebindingsytelse for SCF-PEEK/CCF-PAEK-prøver ved forskjellige smeltetemperaturer: Figuren ovenfor illustrerer grenseflatebindingstilstanden til SCF-PEEK/CCF-PAEK-kompositter ved forskjellige smeltetemperaturer. Når formtemperaturen er 260 grader, blir grensen mellom PAEK og PEEK uklar. Når smeltetemperaturen øker, trenger et økende antall korte karbonfibre fra SCF-PEEK inn i PAEK-harpiksen. Som indikert av de røde sirklene i figuren, slår de korte karbonfibrene en bro over grensen mellom de to matriseharpiksene, og øker grenseflatebindingsstyrken. Når en harpiksblandingssone dannes ved grensesnittet, kan flytbarheten til SCF-PEEK-harpiksen forbedres ved å heve smeltetemperaturen, slik at flere korte karbonfibre kan settes inn i det harpiksrike området for å styrke grensesnittet.
I følge eksperimentelle data, når formtemperaturen er 260 grader og smeltetemperaturen til PEEK/CCF-PAEK er 400 grader, når skjærstyrken til det belagte komposittmaterialet sitt høyeste punkt ved 71 MPa. Motsatt, for SCF-PEEK/CCF-PAEK, nås den maksimale skjærstyrken til komposittprøven ved 87 MPa når smeltetemperaturen er 410 grader.
Molekylær dynamikksimuleringer avslører at molekylkjedediffusjonen og grenseflateformasjonsprosessen er betydelig påvirket av formtemperaturen.
Som vist i figuren ovenfor er PAEK-harpiks farget brunt og PEEK-harpiks er farget grønt. Den spesifikke prosessen med å belegge og støpe de to termoplastiske komposittene observeres ved bruk av skanningselektronmikroskopi, noe som muliggjør undersøkelse av molekylær diffusjon og dannelse av grensesnitt. Resultatene indikerer at formtemperatur påvirker grenseflatebindingsstyrken betydelig, mens smeltetemperaturen nesten ikke har noen innvirkning. Derfor er formtemperatur satt som kjernefaktoren for simuleringsobservasjon i eksperimentet, med sprøytestøpetemperaturen fastsatt til 400 grader og formtemperaturene satt til henholdsvis 220 grader, 240 grader, 260 grader og 280 grader.
Dataene viser at når formtemperaturen øker, trenger noen molekylære kjeder inn i grensesnittet og vikler seg inn i kjedene til det andre laget. I belegnings- og støpeprosessen til PEEK/PAEK termoplastiske kompositter avhenger dannelsen av grensesnittet ikke bare av den gjensidige bevegelsen av de to molekylkjedene, men også av selvbevegelsen til molekylene.
Figur a viser rotasjonsradiusen ved grensesnittet mellom PAEK- og PEEK-harpikser under forskjellige formtemperaturer. Under forskjellige behandlingsforhold, når en stabil tilstand på 300 grader er nådd, øker rotasjonsradiusen til hele systemet gradvis. Figur b viser den gjennomsnittlige asimutale forskyvningstidskurven ved grensesnittet mellom PEEK- og PAEK-harpikser under forskjellige formtemperaturer. Den totale gjennomsnittlige asimutforskyvningen øker raskt over tid, noe som indikerer at når temperaturen stiger, akselererer molekylær bevegelse, noe som fører til en forbedring i grenseflatebindingsstyrken. Imidlertid, når temperaturen overstiger 280 grader, stabiliserer den gjennomsnittlige asimutforskyvningen seg, og grenseflatebindingsstyrken slutter også å øke.
Figuren viser grenseflatebindingsenergien og diffusjonskoeffisienten til de to systemene ved forskjellige formtemperaturer. Det kan observeres at når formtemperaturen øker fra 220 grader til 280 grader, øker diffusjonskoeffisienten fra 7,3 × 10^-10 m²·s^-1 til 14,0 × 10^ -10 m²·s^-1, mens den absolutte verdien av grensesnittenergien øker kraftig fra 233,4 kcal·mol^-1 til 450,8 kcal·mol^-1. Sammenlignet med andre temperaturendringer, viser diffusjonskoeffisienten en betydelig variasjon når formtemperaturen heves fra 220 grader til 240 grader. På dette tidspunktet øker den molekylære diffusjonshastigheten, noe som stemmer overens med trenden observert i skjærstyrken til prøvene.
Ved å kombinere den forrige og gjeldende teksten, kan det konkluderes med at i belegnings- og støpeprosessen av termoplastiske karbonfiber polyaryleterketon (PAEK) og polyeter eter keton (PEEK) kompositter, har både formtemperatur og smeltetemperatur en betydelig innvirkning på den totale mekaniske egenskaper til komposittene og grenseflatebindingsstyrke. Ved å velge passende form- og smeltetemperaturer er det mulig å produsere termoplastiske karbonfiberpolyaryleterketonkompositter med overlegen ytelse.
