تأثير درجة حرارة الذوبان على قوة الترابط بين الأسطح في عملية طلاء CF-PAEK (PEEK) بالحرارة.
وصف النص السابق تأثير درجة حرارة القالب على قوة الترابط بين الوجه بين ألياف الكربون الحرارية بولي أريل إيثركيتون (CF-PAEK) والبولي إيثيريثيركيتون (PEEK) أثناء عملية الطلاء. لقد كان مفهوما أن الزيادة في درجة الحرارة لا تؤدي فقط إلى تحسين قوة الترابط بين الأسطح ولكن أيضا تعزز قوة القص. ستستمر هذه المقالة في مناقشة تأثير درجة حرارة ذوبان الراتينج على قوة الترابط السطحي للمادتين المركبتين بعد عملية الطلاء.
تأثير درجة حرارة الانصهار على قوة الترابط السطحي لمركبات اللدائن الحرارية CF-PAEK (PEEK).
1. قوة القص للمواد المركبة المغلفة عند درجات حرارة ذوبان مختلفة: يوضح الشكل أعلاه قوة القص لعينات PEEK/CCF-PAEK وSCF-PEEK/CCF-PAEK عند درجات حرارة انصهار مختلفة. تبلغ قوة القص لـ PEEK/CCF-PAEK 69 ميجا باسكال، و67 ميجا باسكال، و71 ميجا باسكال، و67 ميجا باسكال، و66 ميجا باسكال، على التوالي، بينما تبلغ قوة القص لعينات SCF-PEEK/CCF-PAEK 84 ميجا باسكال، و84 ميجا باسكال، و85 ميجا باسكال. و 87 ميجا باسكال و 83 ميجا باسكال على التوالي. تكشف مقارنة بيانات قوة القص للعينتين المركبتين المطليتين بالراتنج الحراري أنه عندما تكون درجة حرارة القالب 260 درجة، فإن زيادة درجة حرارة الذوبان تعمل في البداية على تحسين قوة الترابط بين الأسطح لـ PEEK/CCF-PAEK، ولكنها تؤدي بعد ذلك إلى الانخفاض.
2. أداء الترابط البيني لعينات SCF-PEEK/CCF-PAEK عند درجات حرارة ذوبان مختلفة: يوضح الشكل أعلاه حالة الترابط البيني لمركبات SCF-PEEK/CCF-PAEK عند درجات حرارة ذوبان مختلفة. عندما تكون درجة حرارة القالب 260 درجة، فإن الحدود بين PAEK و PEEK تصبح غير واضحة. مع زيادة درجة حرارة الذوبان، يخترق عدد متزايد من ألياف الكربون القصيرة من SCF-PEEK راتينج PAEK. كما هو موضح بالدوائر الحمراء في الشكل، تعمل ألياف الكربون القصيرة على سد الحدود بين راتنجات المصفوفة، مما يعزز قوة الترابط بين الوجهين. عندما تتشكل منطقة مزج الراتنج عند الواجهة، يمكن تحسين قابلية تدفق راتنج SCF-PEEK عن طريق رفع درجة حرارة الذوبان، مما يسمح بإدخال المزيد من ألياف الكربون القصيرة في المنطقة الغنية بالراتنج لتقوية الواجهة.
وفقًا للبيانات التجريبية، عندما تكون درجة حرارة القالب 260 درجة ودرجة حرارة ذوبان PEEK/CCF-PAEK هي 400 درجة، فإن قوة القص للمادة المركبة المطلية تصل إلى أعلى نقطة عند 71 ميجا باسكال. على العكس من ذلك، بالنسبة لـ SCF-PEEK/CCF-PAEK، يتم الوصول إلى قوة القص القصوى للعينة المركبة عند 87 ميجا باسكال عندما تكون درجة حرارة الذوبان 410 درجة.
تكشف عمليات محاكاة الديناميكيات الجزيئية أن عملية نشر السلسلة الجزيئية وتكوين السطوح البينية تتأثر بشكل كبير بدرجة حرارة القالب.
كما هو موضح في الشكل أعلاه، راتنج PAEK ملون باللون البني وراتنج PEEK ملون باللون الأخضر. تمت ملاحظة العملية المحددة لطلاء وقولبة المركبين بالحرارة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح، مما يسمح بفحص الانتشار الجزيئي وتكوين السطح البيني. تشير النتائج إلى أن درجة حرارة العفن تؤثر بشكل كبير على قوة الترابط بين الأسطح، في حين أن درجة حرارة الذوبان ليس لها أي تأثير تقريبًا. لذلك، تم تعيين درجة حرارة القالب كعامل أساسي لمراقبة المحاكاة في التجربة، مع تحديد درجة حرارة صب الحقن عند 400 درجة ودرجات حرارة القالب عند 220 درجة، 240 درجة، 260 درجة، و 280 درجة، على التوالي.
تظهر البيانات أنه مع زيادة درجة حرارة العفن، تخترق بعض السلاسل الجزيئية السطح البيني وتتشابك مع سلاسل الطبقة الأخرى. في عملية الطلاء والقولبة للمركبات البلاستيكية الحرارية PEEK/PAEK، لا يعتمد تكوين الواجهة على الحركة المتبادلة للسلسلتين الجزيئيتين فحسب، بل يعتمد أيضًا على الحركة الذاتية للجزيئات.
يوضح الشكل (أ) نصف قطر الدوران عند السطح البيني بين راتنجات PAEK وPEEK تحت درجات حرارة العفن المختلفة. في ظل ظروف المعالجة المختلفة، عندما يتم الوصول إلى حالة مستقرة تبلغ 300 درجة، فإن نصف قطر الدوران للنظام بأكمله يزداد تدريجيًا. يعرض الشكل ب متوسط منحنى وقت الإزاحة السمتية عند السطح البيني بين راتنجات PEEK وPAEK تحت درجات حرارة العفن المختلفة. يزداد متوسط الإزاحة السمتية بشكل سريع مع مرور الوقت، مما يشير إلى أنه مع ارتفاع درجة الحرارة، تتسارع الحركة الجزيئية، مما يؤدي إلى تعزيز قوة الترابط بين الأسطح. ومع ذلك، عندما تتجاوز درجة الحرارة 280 درجة، يستقر متوسط الإزاحة السمتية، كما تتوقف قوة الترابط بين السطوح عن الزيادة.
يوضح الشكل طاقة الترابط بين الأسطح ومعامل الانتشار للنظامين عند درجات حرارة العفن المختلفة. يمكن ملاحظة أنه مع زيادة درجة حرارة القالب من 220 درجة إلى 280 درجة، يرتفع معامل الانتشار من 7.3 × 10^-10 m²·s^-1 إلى 14.0 × 10^ -10 m²·s^-1، بينما تزداد القيمة المطلقة للطاقة السطحية بشكل حاد من 233.4 كيلو كالوري·مول^-1 إلى 450.8 كيلو كالوري·مول^-1. بالمقارنة مع تغيرات درجات الحرارة الأخرى، فإن معامل الانتشار يظهر تباينًا كبيرًا عندما يتم رفع درجة حرارة القالب من 220 درجة إلى 240 درجة. عند هذه النقطة، يزيد معدل الانتشار الجزيئي، الذي يتماشى مع الاتجاه الملحوظ في قوة القص للعينات.
من خلال الجمع بين النص السابق والحالي، يمكن أن نستنتج أنه في عملية الطلاء والقولبة لمركبات ألياف الكربون بولي أريل إيثر كيتون (PAEK) وبولي إيثر كيتون (PEEK)، فإن كلاً من درجة حرارة القالب ودرجة حرارة الذوبان لها تأثير كبير على المظهر العام. الخواص الميكانيكية للمركبات وقوة الترابط بين الأسطح. من خلال اختيار درجات الحرارة المناسبة للقالب والذوبان، من الممكن إنتاج مركبات ألياف الكربون بولي أريل إيثر كيتون ذات الأداء المتفوق.
