Kušanas temperatūras ietekme uz saskarnes stiprību termoplastiskā CF-PAEK (PEEK) pārklājuma procesā.
Iepriekšējā tekstā tika aprakstīta pelējuma temperatūras ietekme uz termoplastiskās oglekļa šķiedras poliarilēterketonu (CF-PAEK) un poliēteriēterketonu (PEEK) saskarnes stiprību pārklāšanas procesā. Tika saprasts, ka temperatūras paaugstināšanās ne tikai uzlabo saskarnes savienojuma izturību, bet arī palielina bīdes izturību. Šis raksts turpinās apspriest sveķu kušanas temperatūras ietekmi uz divu kompozītmateriālu saskarnes stiprību pēc pārklāšanas procesa.
Kušanas temperatūras ietekme uz termoplastisko CF-PAEK (PEEK) kompozītmateriālu saskarnes stiprību.
1. Pārklātu kompozītmateriālu bīdes izturība dažādās kušanas temperatūrās: Augšējā attēlā parādīta PEEK/CCF-PAEK un SCF-PEEK/CCF-PAEK paraugu bīdes izturība dažādās kušanas temperatūrās. PEEK/CCF-PAEK bīdes stiprības ir attiecīgi 69 MPa, 67 MPa, 71 MPa, 67 MPa un 66 MPa, savukārt SCF-PEEK/CCF-PAEK paraugu bīdes stiprības ir 84 MPa, 84 MPa, 85 MPa. , attiecīgi 87 MPa un 83 MPa. Salīdzinot divu ar termoplastiskiem sveķiem pārklātu kompozītmateriālu paraugu bīdes stiprības datus, atklājas, ka tad, kad veidnes temperatūra ir 260 grādi, kausēšanas temperatūras paaugstināšana sākotnēji uzlabo PEEK/CCF-PAEK saskarnes stiprību, bet pēc tam noved pie samazināšanās.
2. SCF-PEEK/CCF-PAEK paraugu saskarnes savienošanas veiktspēja dažādās kušanas temperatūrās: Augšējā attēlā ir parādīts SCF-PEEK/CCF-PAEK kompozītmateriālu saskarnes stāvoklis dažādās kušanas temperatūrās. Kad pelējuma temperatūra ir 260 grādi, robeža starp PAEK un PEEK kļūst neskaidra. Palielinoties kausējuma temperatūrai, PAEK sveķos iekļūst arvien lielāks skaits īsu oglekļa šķiedru no SCF-PEEK. Kā norāda sarkanie apļi attēlā, īsās oglekļa šķiedras savieno robežu starp diviem matricas sveķiem, uzlabojot saskarnes savienojuma izturību. Kad saskarnē veidojas sveķu sajaukšanas zona, SCF-PEEK sveķu plūstamību var uzlabot, paaugstinot kušanas temperatūru, ļaujot sveķiem bagātajā reģionā ievietot vairāk īsu oglekļa šķiedru, lai nostiprinātu saskarni.
Saskaņā ar eksperimentālajiem datiem, kad veidnes temperatūra ir 260 grādi un PEEK/CCF-PAEK kušanas temperatūra ir 400 grādi, pārklātā kompozītmateriāla bīdes izturība sasniedz augstāko punktu pie 71 MPa. Un otrādi, SCF-PEEK/CCF-PAEK saliktā parauga maksimālā bīdes izturība tiek sasniegta pie 87 MPa, ja kausējuma temperatūra ir 410 grādi.
Molekulārās dinamikas simulācijas atklāj, ka molekulārās ķēdes difūzijas un saskarnes veidošanās procesu būtiski ietekmē pelējuma temperatūra.
Kā parādīts attēlā, PAEK sveķi ir brūnā krāsā un PEEK sveķi ir zaļā krāsā. Abu termoplastisko kompozītmateriālu pārklāšanas un formēšanas specifiskais process tiek novērots, izmantojot skenējošu elektronu mikroskopiju, ļaujot pārbaudīt molekulāro difūziju un saskarnes veidošanos. Rezultāti liecina, ka pelējuma temperatūra būtiski ietekmē saskarnes savienojuma stiprību, savukārt kušanas temperatūra gandrīz neietekmē. Tāpēc veidnes temperatūra ir iestatīta kā galvenais faktors simulācijas novērošanai eksperimentā ar iesmidzināšanas formēšanas temperatūru, kas noteikta attiecīgi 400 grādi un veidņu temperatūru attiecīgi 220 grādi, 240 grādi, 260 grādi un 280 grādi.
Dati liecina, ka, paaugstinoties pelējuma temperatūrai, dažas molekulārās ķēdes iekļūst saskarnē un sapinās ar otra slāņa ķēdēm. PEEK/PAEK termoplastisko kompozītmateriālu pārklāšanas un formēšanas procesā saskarnes veidošanās ir atkarīga ne tikai no abu molekulāro ķēžu savstarpējās kustības, bet arī no molekulu paškustības.
Attēlā a parādīts rotācijas rādiuss saskarnē starp PAEK un PEEK sveķiem dažādās pelējuma temperatūrās. Dažādos apstrādes apstākļos, kad tiek sasniegts stabils 300 grādu stāvoklis, visas sistēmas rotācijas rādiuss pakāpeniski palielinās. Attēlā b ir parādīta vidējā azimutālā pārvietošanās laika līkne saskarnē starp PEEK un PAEK sveķiem dažādās pelējuma temperatūrās. Kopējā vidējā azimutālā nobīde laika gaitā strauji palielinās, norādot, ka, paaugstinoties temperatūrai, molekulārā kustība paātrinās, kā rezultātā palielinās saskarnes savienojuma stiprība. Tomēr, kad temperatūra pārsniedz 280 grādus, vidējā azimutālā nobīde stabilizējas, un arī saskarnes savienojuma stiprība pārstāj palielināties.
Attēlā parādīta abu sistēmu saskarnes savienojuma enerģija un difūzijas koeficients dažādās veidņu temperatūrās. Var novērot, ka pelējuma temperatūrai paaugstinoties no 220 grādiem līdz 280 grādiem, difūzijas koeficients palielinās no 7,3 × 10^-10 m²·s^-1 līdz 14,0 × 10^ -10 m²·s^-1, savukārt saskarnes enerģijas absolūtā vērtība strauji palielinās no 233,4 kcal·mol^-1 līdz 450,8 kcal·mol^-1. Salīdzinot ar citām temperatūras izmaiņām, difūzijas koeficients uzrāda ievērojamas izmaiņas, kad pelējuma temperatūra tiek paaugstināta no 220 grādiem līdz 240 grādiem. Šajā brīdī palielinās molekulārās difūzijas ātrums, kas atbilst tendencei, kas novērota paraugu bīdes stiprībā.
Apvienojot iepriekšējo un pašreizējo tekstu, var secināt, ka termoplastiskās oglekļa šķiedras poliarilētera ketona (PAEK) un poliētera ētera (PEEK) kompozītu pārklāšanas un formēšanas procesā gan veidņu temperatūrai, gan kušanas temperatūrai ir būtiska ietekme uz kopējo kompozītu mehāniskās īpašības un saskarnes stiprība. Izvēloties piemērotas veidnes un kušanas temperatūras, ir iespējams ražot termoplastiskas oglekļa šķiedras poliarilētera ketona kompozītmateriālus ar izcilu veiktspēju.
