Bagaimanakah cara untuk meningkatkan keliatan resin fenolik dalam bahan komposit?

pengenalan

Resin fenolikialah bahan termoset yang terbentuk daripada tindak balas pemeluwapan antara sebatian fenolik dan aldehid, paling biasa fenol dan formaldehid. Bahan ini digunakan dalam sistem komposit di mana tingkah laku terma, prestasi kebakaran, kestabilan dimensi atau rintangan kimia mungkin berkaitan.

Sistem resin fenolik yang disembuhkan boleh mempamerkan tingkah laku patah yang agak rapuh, walaupun ini bergantung pada kimia resin, perumusan, dan keadaan penyembuhan. Struktur rangkaian sangat silang yang menyediakan rintangan haba dan kimia juga menyekat mobiliti molekul, yang boleh mempengaruhi tingkah laku patah.

Keliatan Matriks vs Rintangan Patah Komposit

Prestasi berkaitan keliatan mesti ditafsirkan mengikut tahap bahan dan kaedah ujian yang sedang dipertimbangkan. Beberapa konsep berbeza adalah relevan:

Keliatan matriks melibatkan ubah bentuk dan tingkah laku penyerapan tenaga matriks yang telah sembuh sebelum kegagalan.

Parameter keliatan patah ialah sifat mekanik patah khusus yang diukur di bawah keadaan spesimen dan ujian yang ditentukan.

Ujian kesan mencirikan tindak balas bahan atau spesimen di bawah pemuatan pantas.

Rintangan patah komposit dan toleransi kerosakan melibatkan tingkah laku sistem komposit lengkap.

Pengukuran ini menerangkan aspek tingkah laku material yang berbeza, jadi penambahbaikan dalam satu sifat tidak semestinya sepadan dengan peningkatan dalam yang lain.

Getah, kimia, polimer berbilang fasa, dan strategi nanopartikel terpilih terutamanya mengubah fasa matriks atau matriks yang mengandungi, manakala seni bina gentian dan tingkah laku antara muka terutamanya mempengaruhi tindak balas patah komposit lengkap.

Pengubahsuaian Getah

Pengubahsuaian getah ialah pendekatan yang dikaji dengan baik untuk mengeras yang dipilihsistem resin fenolik. Pengubahsuaian elastomer telah disiasat sebagai cara mengubah suai impak dan tingkah laku patah dalam formulasi fenolik terpilih.

Kesan yang diperhatikan bergantung kepada kimia getah, morfologi, serakan, tingkah laku antara muka, keadaan penyembuhan, pemuatan, dan kaedah ujian. Domain getah tersebar boleh mengubah medan tegasan tempatan dan tingkah laku penyebaran retak. Mekanisme yang terlibat bergantung pada morfologi dan formulasi resin–getah khusus.

Pemuatan getah boleh mempengaruhi tingkah laku pemprosesan, kekakuan dan tingkah laku terma, jadi tahap yang sesuai mesti dinilai untuk formulasi khusus.

Pengukuhan Gentian dan Kelakuan Patah Komposit

Pengukuhan gentian terutamanya mengubah suai tingkah laku patah dan toleransi kerosakan komposit lengkap dan bukannya keliatan intrinsik matriks fenolik yang diawet. Pelbagai seni bina gentian digunakan, termasuk gentian pendek, gentian berterusan, tetulang tenunan, dan tetulang bukan tenunan, bergantung pada keperluan aplikasi.

Dalamkomposit fenolik bertetulang gentian, beberapa mekanisme boleh menyumbang kepada rintangan patah:

Jambatan gentian boleh menyumbang kepada rintangan patah apabila gentian merentangi rekahan yang berkembang dan menahan bukaan retak.

Apabila keadaan penyahikatan antara muka dan keadaan gelongsor membenarkan, tarik keluar gentian boleh menyumbang kepada penyerapan tenaga.

Laluan retak juga boleh diubah hala oleh gentian atau antara muka.

Kelakuan patah bagi komposit bertetulang gentian bergantung kepada faktor termasuk seni bina tetulang, orientasi, pecahan isipadu, tingkah laku antara muka, mod pemuatan dan proses pembuatan. Sifat antara muka mempengaruhi pemindahan beban dan tingkah laku patah. Ejen gandingan dan rawatan permukaan boleh digunakan untuk mengubah suai tingkah laku antara muka gentian-matriks.

Pengubahsuaian Kimia dan Pelbagai Fasa

Pengubahsuaian Kimia

Pengubahsuaian kimia boleh mengubah struktur dan tindak balas mekanikal rangkaian fenolik yang diawet. Pengubahsuaian yang bertujuan untuk mengubah tingkah laku yang berkaitan dengan patah tulang juga boleh menjejaskan kekakuan, tingkah laku terma, ciri penyembuhan atau kebolehprosesan.

Cardanol dan komponen yang diperolehi gajus-kacang-cengkerang-cecair lain telah disiasat sebagai pengubah dalam sistem fenolik. Kelakuan mekanikal dan haba yang terhasil bergantung pada komposisi dan keadaan penyembuhan.

Rangkaian Polimer Interpenetrasi

Rangkaian polimer interpenetrasi (IPN) terdiri daripada dua atau lebih rangkaian polimer yang sekurang-kurangnya sebahagiannya berjalin pada skala molekul, tidak terikat secara kovalen antara satu sama lain, dan tidak boleh dipisahkan tanpa memutuskan ikatan kimia. Campuran rangkaian polimer yang telah dibentuk secara berasingan bukanlah, dengan sendirinya, IPN.

Rangkaian polimer separa tembus mengandungi satu atau lebih rangkaian polimer bersama satu atau lebih polimer linear atau bercabang yang menembusi struktur rangkaian pada skala molekul.

Bergantung pada komposisi, morfologi dan keadaan pemprosesan, seni bina IPN atau separa IPN boleh mengubah keseimbangan tingkah laku mekanikal, haba dan patah dalam sistem yang mengandungi fenolik.

Pengubahsuaian Nanozarah

Nanozarah telah disiasat sebagai pengubah dalamsistem resin fenolik. Kesannya bergantung pada kimia zarah, pemuatan, serakan, ciri permukaan, dan interaksi dengan matriks.

Kualiti serakan boleh mempengaruhi tingkah laku sistem diubah suai nanozarah. Rawatan permukaan dan strategi penyebaran boleh mempengaruhi keserasian dan prestasi.

Nanozarah boleh mengubah tingkah laku perambatan retak bergantung pada serakan dan interaksi antara muka. Kekakuan, kekuatan dan keliatan adalah sifat yang berbeza dan mungkin bertindak balas secara berbeza kepada pengubahsuaian.

Menilai Prestasi Berkaitan Ketangguhan

Kesan dan Pencirian Patah

Ujian Charpy atau Izod boleh digunakan untuk membandingkan tindak balas impak di bawah keadaan spesimen dan ujian yang ditentukan. Ujian kesan dan ujian mekanik patah menyediakan jenis data pencirian yang berbeza dan tidak boleh ditukar ganti.

Konfigurasi selekoh bermata tunggal (SENB) boleh digunakan untuk pencirian mekanik patah di bawah kaedah ujian polimer yang berkenaan. Kesahihan parameter keliatan patah yang dilaporkan bergantung pada geometri spesimen, tindak balas bahan dan keadaan ujian.

Untuk komposit berlamina yang sesuai, kaedah rasuk dua julur (DCB) boleh digunakan untuk pencirian patah interlaminar Mod I. Kaedah lentur-lentur hujung (ENF) boleh digunakan untuk pencirian patah antara lamina Mod II bagi lamina yang sesuai. Untuk komposit berlamina yang mempunyai rintangan penepian merupakan kebimbangan reka bentuk, pencirian patah antara lamina mungkin amat relevan.

Menyokong Pencirian Mekanikal dan Viskoelastik

Ujian tegangan dan lentur boleh digunakan untuk menilai perubahan dalam kekuatan dan kekakuan yang berkaitan dengan pengubahsuaian. Pengukuran ini melengkapkan pencirian berkaitan keliatan dengan mengenal pasti pertukaran sifat mekanikal.

Analisis mekanikal dinamik (DMA) boleh memberikan maklumat tentang tindak balas viskoelastik dan tingkah laku berkaitan peralihan kaca. DMA menyediakan pencirian termomekanikal yang menyokong dan bukannya data keliatan patah.

Perumusan Tukar Ganti

Penilaian harus mempertimbangkan kesan ke atas kekakuan, kekuatan, tingkah laku terma, tingkah laku penyembuhan, kelikatan, kebolehprosesan, keserasian pembuatan dan kos.

Pelbagai pendekatan boleh digabungkan, tetapi interaksi mereka harus dinilai secara eksperimen untuk sistem bahan tertentu.

Kesimpulan

Prestasi berkaitan peneguhan dalamkomposit resin fenolikboleh diubah suai pada kedua-dua peringkat matriks dan komposit. Pendekatan getah, kimia, berbilang fasa-polimer, dan nanozarah terutamanya mempengaruhi fasa yang mengandungi matriks, manakala seni bina tetulang dan tingkah laku antara muka mempengaruhi terutamanya tindak balas patah komposit lengkap.

Strategi yang sesuai bergantung pada sifat sasaran, sistem bahan, laluan pemprosesan, dan keperluan aplikasi. Oleh itu, pencirian kesan, patah, mekanikal dan viskoelastik harus dipilih mengikut soalan prestasi yang dinilai.

Rujukan

1. Chang, S., Wang, X., Zhang, G., Zhao, F.-G., Pei, K., & Yang, X. (2024). Mendayakan peneguhan resin fenolik dan tahan haba: Taktik dan kemajuan terkini.Polimer,315, 127782. DOI: 10.1016/j.polymer.2024.127782
2. Kaynak, C., & Cagatay, O. (2006). Pengukuhan getah resin fenolik dengan menggunakan getah nitril dan silane amino.Ujian Polimer,25(3), 296–305. DOI: 10.1016/j.polimertesting.2006.01.004
3. Ma, HY, Wei, GS, Liu, YQ, Zhang, XH, Gao, JM, Huang, F., Tan, BH, Song, ZH, & Qiao, JL (2005). Kesan nanopartikel elastomer pada sifat resin fenolik.Polimer,46(23), 10568–10573. DOI: 10.1016/j.polimer.2005.07.103
4. Huong, NL, Nieu, NH, Tan, TTM, & Griesser, UJ (1996). Resin kardanol-fenol-formaldehid. Analisis dan pencirian haba.Kimia Makromolekul Gunaan,243, 77–85. DOI: 10.1002/apmc.1996.052430107
5. Alemán, J., Chadwick, AV, He, J., Hess, M., Horie, K., Jones, RG, Kratochvíl, P., Meisel, I., Mita, I., Moad, G., Penczek, S., & Stepto, RFT (2007). Takrif istilah yang berkaitan dengan struktur dan pemprosesan sol, gel, rangkaian, dan bahan hibrid bukan organik-organik (IUPAC Recommendations 2007).Kimia Tulen dan Gunaan,79(10), 1801–1829. DOI: 10.1351/pac200779101801
6. Clyne, TW, & Hull, D. (2019).Pengenalan kepada Bahan Komposit(edisi ke-3). Cambridge University Press. DOI: 10.1017/9781139050586
7. Pertubuhan Antarabangsa untuk Standardisasi. (2018).ISO 13586:2018, Plastik - Penentuan keliatan patah (GIC dan KIC) - Pendekatan mekanik patah elastik linear (LEFM).
8. ASTM Antarabangsa. (2021).ASTM D5528/D5528M-21, Kaedah Ujian Standard untuk Mod I Keliatan Fraktur Interlaminar bagi Komposit Matriks Polimer Bertetulang Gentian Satu Arah. DOI: 10.1520/D5528_D5528M-21
9. ASTM Antarabangsa. (2019).ASTM D7905/D7905M-19, Kaedah Ujian Standard untuk Penentuan Keliatan Patah Interlaminar Mod II bagi Komposit Matriks Polimer Bertetulang Gentian Satu Arah. DOI: 10.1520/D7905_D7905M-19