Effekten av smälttemperatur på gränsytans bindningsstyrka i den termoplastiska CF-PAEK (PEEK) beläggningsprocessen.
Den tidigare texten beskrev formtemperaturens inverkan på gränsytans bindningsstyrka mellan termoplastisk kolfiberpolyaryleterketon (CF-PAEK) och polyetereterketon (PEEK) under beläggningsprocessen. Det var underförstått att en ökning av temperaturen inte bara förbättrar gränsytebindningsstyrkan utan också förbättrar skjuvhållfastheten. Denna artikel kommer att fortsätta att diskutera effekten av hartssmälttemperaturen på gränsytbindningsstyrkan hos de två kompositmaterialen efter beläggningsprocessen.
Effekten av smälttemperatur på gränsytebindningsstyrkan hos termoplastiska CF-PAEK (PEEK) kompositer.
1. Skjuvhållfasthet för belagda kompositmaterial vid olika smälttemperaturer: Figuren ovan visar skjuvhållfastheten för PEEK/CCF-PAEK- och SCF-PEEK/CCF-PAEK-prover vid olika smälttemperaturer. Skjuvhållfastheterna för PEEK/CCF-PAEK är 69 MPa, 67 MPa, 71 MPa, 67 MPa respektive 66 MPa, medan skjuvhållfastheterna för SCF-PEEK/CCF-PAEK-prover är 84 MPa, 84 MPa, 85 MPa , 87 MPa respektive 83 MPa. En jämförelse av skjuvhållfasthetsdata för de två termoplastiska hartsbelagda kompositproverna visar att när formtemperaturen är 260 grader, förbättrar en ökning av smälttemperaturen initialt gränsytebindningsstyrkan hos PEEK/CCF-PAEK, men leder sedan till en minskning.
2. Gränssnittsbindningsprestanda för SCF-PEEK/CCF-PAEK-prover vid olika smälttemperaturer: Figuren ovan illustrerar gränsytebindningstillståndet för SCF-PEEK/CCF-PAEK-kompositer vid olika smälttemperaturer. När formtemperaturen är 260 grader blir gränsen mellan PAEK och PEEK oklar. När smälttemperaturen ökar tränger ett ökande antal korta kolfibrer från SCF-PEEK in i PAEK-hartset. Som indikeras av de röda cirklarna i figuren överbryggar de korta kolfibrerna gränsen mellan de två matrishartserna, vilket förbättrar gränsytans bindningsstyrka. När en hartsblandningszon bildas vid gränsytan, kan flytbarheten hos SCF-PEEK-hartset förbättras genom att höja smälttemperaturen, vilket gör att fler korta kolfibrer kan införas i det hartsrika området för att stärka gränsytan.
Enligt experimentella data, när formtemperaturen är 260 grader och smälttemperaturen för PEEK/CCF-PAEK är 400 grader, når skjuvhållfastheten för det belagda kompositmaterialet sin högsta punkt vid 71 MPa. Omvänt, för SCF-PEEK/CCF-PAEK, uppnås den maximala skjuvhållfastheten för kompositprovet vid 87 MPa när smälttemperaturen är 410 grader.
Molekylära dynamiksimuleringar avslöjar att molekylkedjediffusionen och gränsytbildningsprocessen påverkas avsevärt av formtemperaturen.
Som visas i figuren ovan är PAEK-harts färgat brunt och PEEK-harts är färgat grönt. Den specifika processen för beläggning och formning av de två termoplastiska kompositerna observeras med användning av svepelektronmikroskopi, vilket möjliggör undersökning av molekylär diffusion och gränsytbildning. Resultaten indikerar att formtemperaturen signifikant påverkar gränsytets bindningsstyrka, medan smälttemperaturen nästan inte har någon inverkan. Därför är formtemperaturen inställd som kärnfaktorn för simuleringsobservation i experimentet, med formsprutningstemperaturen inställd på 400 grader och formtemperaturen inställd på 220 grader, 240 grader, 260 grader respektive 280 grader.
Data visar att när formtemperaturen ökar, tränger vissa molekylkedjor in i gränsytan och trasslar in sig i det andra lagrets kedjor. I beläggnings- och formningsprocessen av PEEK/PAEK termoplastiska kompositer beror bildningen av gränsytan inte bara på den inbördes rörelsen av de två molekylkedjorna utan också på molekylernas självrörelse.
Figur a visar rotationsradien vid gränsytan mellan PAEK- och PEEK-hartser under olika formtemperaturer. Under olika bearbetningsförhållanden, när ett stabilt tillstånd på 300 grader uppnås, ökar rotationsradien för hela systemet gradvis. Figur b visar den genomsnittliga azimutförskjutningstidkurvan vid gränssnittet mellan PEEK- och PAEK-hartser under olika formtemperaturer. Den totala genomsnittliga azimutförskjutningen ökar snabbt över tiden, vilket indikerar att när temperaturen stiger, accelererar molekylär rörelse, vilket leder till en förbättring av gränsytans bindningsstyrka. Men när temperaturen överstiger 280 grader stabiliseras den genomsnittliga azimutförskjutningen, och gränsytans bindningsstyrka upphör också att öka.
Figuren visar gränsytebindningsenergin och diffusionskoefficienten för de två systemen vid olika formtemperaturer. Det kan observeras att när formtemperaturen ökar från 220 grader till 280 grader, ökar diffusionskoefficienten från 7,3 × 10^-10 m²·s^-1 till 14,0 × 10^ -10 m²·s^-1, medan det absoluta värdet av gränsytenergin ökar kraftigt från 233,4 kcal·mol^-1 till 450,8 kcal·mol^-1. Jämfört med andra temperaturförändringar uppvisar diffusionskoefficienten en betydande variation när formtemperaturen höjs från 220 grader till 240 grader. Vid denna tidpunkt ökar den molekylära diffusionshastigheten, vilket överensstämmer med trenden som observeras i provernas skjuvhållfasthet.
Genom att kombinera den tidigare och nuvarande texten kan man dra slutsatsen att i beläggnings- och formningsprocessen av termoplastiska kolfiber polyaryleterketon (PAEK) och polyeter eter keton (PEEK) kompositer, har både formtemperatur och smälttemperatur en betydande inverkan på den totala kompositernas mekaniska egenskaper och gränsytebindningsstyrka. Genom att välja lämpliga form- och smälttemperaturer är det möjligt att producera termoplastiska kolfiberpolyaryleterketonkompositer med överlägsen prestanda.
