Pelējuma temperatūras ietekme uz saskarnes stiprību termoplastiskā CF-PAEK (PEEK) pārklāšanas un formēšanas procesā.
Augstas veiktspējas termoplastiskiem oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir tādas priekšrocības kā augsta stingrība, triecienizturība, zema mitruma uzsūkšanās un izcila ekoloģiskā veiktspēja. Šāda veida kompozītmateriālu izpēte turpinās, kā rezultātā ir izstrādāti dažādi termoplastiski oglekļa šķiedras kompozītmateriāli ar dažādām matricām, kā arī vairākas iespējamas apstrādes metodes, tostarp iesmidzināšana, presēšana un pārklājuma formēšana. Augstas temperatūras kausēšanas tehnoloģija jau sen tiek uzskatīta par vienu no galvenajām metodēm termoplastisko oglekļa šķiedru kompozītmateriālu sagatavošanai. Šis raksts iepazīstinās ar veidņu temperatūras ietekmi uz saskarnes stiprību nepārtrauktai oglekļa šķiedru pastiprinātam poliarilētera ketonam (CF-PAEK) un ar oglekļa šķiedru pastiprinātam poliētera ketonam (CF-PEEK) pārklājuma formēšanas procesā, integrējot atziņas no profesionālās literatūras. .
Pārklātu kompozītmateriālu sagatavošana no termoplastiskā CF-PAEK un CF-PEEK
Nepārtrauktas oglekļa šķiedras pastiprinātas termoplastiskas poliarilētera ketona (CF-PAEK) kompozītmateriāli tika sagatavoti, izmantojot vienvirziena oglekļa šķiedras, kas pēc tam tika veidotas nepārtrauktos oglekļa šķiedru pastiprinātos kompozītmateriālu laminātos, izmantojot presēšanas formēšanu. Poliētera ētera ketons (PEEK) un ar īsu oglekļa šķiedru pastiprināts poliētera ētera ketons (SCF-PEEK) tika izvēlēti kā injekcijas materiāli, tika ievadīti veidnēs, kas novietotas uz CF-PAEK laminātu virsmas, un noteiktu laiku tika turēti zem spiediena, lai iegūtu jauktu. pārklāti kompozītmateriāli. Pēc tam, kad ļāva gaisam atdzist līdz istabas temperatūrai, formētie termoplastiskās oglekļa šķiedras kompozītmateriāli tika noņemti un sagriezti fiksētos izmēros. Pēc tam tika veikti dažādi veiktspējas testi, tostarp mehānisko īpašību pārbaude, skenējošās elektronu mikroskopijas (SEM) analīze, tilpuma frakcijas pārbaude, reoloģiskās uzvedības pārbaude un nanoindentācijas pārbaude. Testa dati tika attēloti grafikā, un attiecīgie secinājumi tika izdarīti, izmantojot salīdzinošus pētījumus par vairākām paraugu kopām.
Pelējuma temperatūras ietekme uz termoplastisko CF-PAEK (PEEK) kompozītmateriālu saskarnes stiprību.
1. PAEK un PEEK sveķu viskozitātes-temperatūras līknes: Augšējā attēlā parādītas viskozitātes-temperatūras līknes PAEK un PEEK sveķiem. Dati liecina, ka PAEK viskozitāte svārstās no aptuveni 89 līdz 237 Pa·s temperatūrā no 340 grādiem līdz 400 grādiem, savukārt PEEK viskozitāte svārstās no 203 līdz 330 Pa·s temperatūrā no 360 grādiem līdz 420 grādiem. Abiem termoplastiskajiem sveķiem piemīt bīdes atšķaidīšana, viskozitātei samazinoties, paaugstinoties temperatūrai. Jo zemāka ir sveķu kausējuma viskozitāte, jo labāka ir difūzija, kas pozitīvi ietekmē saskarnes savienojuma stiprību.
2. Pārklātu kompozītmateriālu bīdes izturība dažādās pelējuma temperatūrās: Attēlā a parādītas sprieguma-deformācijas līknes PEEK un SCF-PEEK materiāliem dažādās veidņu temperatūrās. Attēlā b ir parādīti bīdes izturības dati PEEK/CCF-PAEK un SCF-PEEK/CCF-PAEK dažādās veidņu temperatūrās. PEEK/CCF-PAEK bīdes stiprības ir 56 MPa, 65 MPa, 70 MPa un 68 MPa, savukārt SCF-PEEK/CCF-PAEK bīdes stiprības ir 77 MPa, 79 MPa, 85 MPa un 71 MPa.
Rezultāti liecina, ka, paaugstinoties pelējuma temperatūrai, uzlabojas paraugu bīdes izturība. Turklāt, pateicoties stiegrojumam no īsām oglekļa šķiedrām, SCF-PEEK/CCF-PAEK bīdes izturība ir augstāka. Pelējuma temperatūra ietekmē saskarnes temperatūras saglabāšanas laiku starp ievadīto kausējumu (PEEK un SCF-PEEK) un CCF-PAEK laminātu, kā arī saskares laiku pirms sacietēšanas. Paaugstinoties pelējuma temperatūrai, saskarnes slāņa temperatūra pakāpeniski paaugstinās, veicinot PAEK sveķu kušanu un difūziju zemākās kušanas temperatūrās, tādējādi uzlabojot saskarnes saķeres spēku.
3. Pārklātu kompozītmateriālu paraugu bīdes atteices režīmi dažādās pelējuma temperatūrās: Augšējā attēlā ir parādīti PEEK/CCF-PAEK pārklājumu kompozītmateriālu šķērsgriezumi dažādās veidņu temperatūrās. Tas atklāj, ka bīdes spēku ietekmē abās parauga pusēs sāk veidoties plaisas un stiepjas virzienā uz centru. Ja pelējuma temperatūra ir iestatīta uz 220 grādiem un 240 grādiem, PEEK/CCF-PAEK kļūme galvenokārt rodas saskarnes atslāņošanās dēļ, kas norāda uz relatīvi vāju saskarnes saķeres izturību (attēls a un b). Turpretim, kad pelējuma temperatūra paaugstinās līdz 260 grādiem un 280 grādiem, PEEK/CCF-PAEK kļūme galvenokārt ir saistīta ar starpslāņu lūzumu, kas liecina par spēcīgāku saskarnes saķeres stiprību (c un d attēls).
Augšējā attēlā parādīti SCF-PEEK/CCF-PAEK pārklājumu kompozītmateriālu šķērsgriezumi ar bīdes lūzumu dažādās veidņu temperatūrās ar parauga stāvokli, kas ir līdzīgs PEEK/CCF-PAEK kompozītmateriālu stāvoklim. Pie 220 grādu un 240 grādu veidņu temperatūras galvenā problēma joprojām ir saskarnes savienojuma kļūme (attēls a un b). Kad pelējuma temperatūra paaugstinās līdz 260 grādiem un 280 grādiem, SCF-PEEK/CCF-PAEK bojājumu raksturo CCF-PAEK starpslāņu lūzums un SCF-PEEK lieces bojājums (attēls c un d). Pārklāšanas procesa izraisītās lieces deformācijas un starpslāņu bīdes deformācijas dēļ, vājinoties saskarnes savienojuma stiprībai, starp PEEK, SCF-PEEK un CCF-PAEK var rasties atslāņošanās. Palielinoties saskarnes savienojuma stiprībai, kompozītmateriāla saskarnes atslāņošanās pakāpeniski samazinās, bet palielinās sveķu starpslāņa lūzums.
Eksperimentu rezultāti liecina, ka kompozītmateriāla saskarnes atteices režīmi mainās, palielinoties veidņu temperatūrai. Zemākā temperatūrā saskarnes temperatūra ir zemāka, un kausējums iesmidzināšanas veidnē atdziest ātrāk, kā rezultātā molekulārā difūzija ir lēnāka un adhēzija ir vājāka. Bīdes atteice izpaužas kā saskarnes bojājums, ko raksturo mehāniska savienošana. Paaugstinoties pelējuma temperatūrai, PEEK lūzuma virsmas laukums pakāpeniski palielinās. Augstākas pelējuma temperatūras paaugstina saskarnes temperatūru starp PEEK sveķiem un PAEK, palielinot sajaukšanas laiku pirms sacietēšanas, kas atvieglo sveķu kušanas procesu. Kad saskarnes temperatūra pārsniedz PAEK kušanas temperatūru, saskarnē veidojas sveķu eitektiskais slānis, kas uzlabo saskarnes savienojuma izturību.
4. Pārklātu kompozītmateriālu nanoiepumu slodzes un dziļuma līknes dažādās veidņu temperatūrās: Iepriekš redzamā attēla līknes norāda, ka pie vienas un tās pašas ievilkuma slodzes ievilkuma dziļums pakāpeniski samazinās, palielinoties veidnes temperatūrai, kas liecina, ka sveķu nestspēja saskarnē palielinās, veidnes temperatūrai paaugstinoties. PEEK/CCF-PAEK kompozītmateriālam 260 grādu veidnes temperatūrā saskarnes sveķu nestspēja ir līdzīga PEEK nestspējai, kas norāda, ka pārklātais kompozīts ir sasniedzis izkausētu sveķu sajaukšanos ar injekcijas slāni. sveķi (PEEK), sasniedzot gandrīz identisku stiprību. Salīdzinot ar PEEK, SCF-PEEK/CCF-PAEK kompozītam ir lielāka slodze saskarnē, kas liecina, ka īsu oglekļa šķiedru pievienošana uzlabo sveķu saturu saskarnē, ļaujot tam izturēt lielākas slodzes.
Ja ievilkuma dziļums ir mazs, modulis strauji samazinās, palielinoties ievilkuma dziļumam (b attēls), parādot ievērojamas moduļa līknes izmaiņas šajā fāzē. Kad dziļums pārsniedz 250 nm, moduļa vērtības sāk izlīdzināties, palielinoties dziļumam. Dziļumā, kas pārsniedz 500 nm, moduļa līkne kļūst stabilāka. Pie 220 grādu veidnes temperatūras PEEK/CCF-PAEK pārklājuma kompozītmateriālu dziļuma moduļa līkne ir salīdzinoši nestabila ar zemāku moduli 4,2 GPa. Tas norāda, ka 260 grādu veidnes temperatūrā kausējums var veidot sveķu līdzāspastāvēšanas slāni ar sagataves virsmas sveķiem, kā rezultātā modulis ir salīdzināms ar PEEK moduli.
SCF-PEEK/CCF-PAEK pārklājumu kompozītmateriālu dziļuma un moduļa līkne ir salīdzinoši gluda, norādot, ka īsu oglekļa šķiedru pievienošana var uzlabot sveķu moduli saskarnē. Palielinoties pelējuma temperatūrai, pakāpeniski palielinās arī modulis. Pie 260 grādu pelējuma temperatūras pieaugums ir ievērojams, sasniedzot līdz 5,5 GPa, kas ir saistīts ar pāreju saskarnes savienojuma stāvoklī šajā temperatūrā. Tas norāda, ka divu veidu sveķi saskarnē var izkausēt un izkliedēties viens otrā. Turklāt īsās oglekļa šķiedras var iegulties saskarnes slānī, kad sveķi ir izkausētā stāvoklī, kas veicina moduļa palielināšanos.
