การแนะนำ
เรซินฟีนอลเป็นวัสดุเทอร์โมเซตติงที่เกิดจากปฏิกิริยาการควบแน่นระหว่างสารประกอบฟีนอลิกและอัลดีไฮด์ โดยทั่วไปจะเป็นฟีนอลและฟอร์มาลดีไฮด์ วัสดุเหล่านี้ใช้ในระบบคอมโพสิตซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมทางความร้อน ประสิทธิภาพการติดไฟ ความคงตัวของมิติ หรือการทนทานต่อสารเคมี
ระบบเรซินฟีนอลที่บ่มแล้วสามารถแสดงพฤติกรรมการแตกหักที่ค่อนข้างเปราะ แม้ว่าจะขึ้นอยู่กับเคมีของเรซิน สูตรผสม และสภาวะในการบ่มก็ตาม โครงสร้างเครือข่ายแบบเชื่อมขวางสูงที่ให้ความต้านทานความร้อนและสารเคมียังจำกัดการเคลื่อนที่ของโมเลกุล ซึ่งอาจส่งผลต่อพฤติกรรมการแตกหักได้
ความเหนียวของเมทริกซ์เทียบกับความต้านทานการแตกหักแบบคอมโพสิต
ประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้องกับความเหนียวจะต้องได้รับการตีความตามระดับวัสดุและวิธีการทดสอบที่กำลังพิจารณา แนวคิดที่แตกต่างกันหลายประการมีความเกี่ยวข้อง:
ความเหนียวของเมทริกซ์เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมการเสียรูปและการดูดซึมพลังงานของเมทริกซ์ที่บ่มก่อนเกิดความล้มเหลว
พารามิเตอร์ความเหนียวของการแตกหักเป็นคุณสมบัติทางกลศาสตร์การแตกหักเฉพาะที่วัดภายใต้ชิ้นงานทดสอบและสภาวะการทดสอบที่กำหนด
การทดสอบแรงกระแทกจะระบุลักษณะของวัสดุหรือการตอบสนองของชิ้นงานทดสอบภายใต้การโหลดที่รวดเร็ว
ความต้านทานการแตกหักแบบคอมโพสิตและความทนทานต่อความเสียหายเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของระบบคอมโพสิตที่สมบูรณ์
การวัดเหล่านี้อธิบายแง่มุมต่างๆ ของพฤติกรรมของวัสดุ ดังนั้นการปรับปรุงในคุณสมบัติหนึ่งไม่จำเป็นต้องสอดคล้องกับการปรับปรุงในคุณสมบัติอื่น
ยาง สารเคมี โพลีเมอร์หลายเฟส และกลยุทธ์อนุภาคนาโนที่เลือกจะเปลี่ยนเฟสเมทริกซ์หรือเฟสที่มีเมทริกซ์เป็นหลัก ในขณะที่สถาปัตยกรรมของเส้นใยและพฤติกรรมของพื้นผิวมีอิทธิพลต่อการตอบสนองการแตกหักของคอมโพสิตที่สมบูรณ์เป็นหลัก
การดัดแปลงยาง
การดัดแปลงยางเป็นแนวทางที่ได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดีในการคัดเลือกการเสริมความแข็งแกร่งระบบฟีนอลเรซิน. มีการตรวจสอบการดัดแปลงอีลาสโตเมอร์เพื่อเป็นวิธีการปรับเปลี่ยนผลกระทบและพฤติกรรมการแตกหักในสูตรฟีนอลที่เลือก
ผลที่สังเกตได้ขึ้นอยู่กับเคมีของยาง สัณฐานวิทยา การกระจายตัว พฤติกรรมของพื้นผิว สภาวะการแข็งตัว การโหลด และวิธีการทดสอบ โดเมนยางที่กระจัดกระจายสามารถเปลี่ยนแปลงสนามความเค้นเฉพาะที่และพฤติกรรมการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวได้ กลไกที่เกี่ยวข้องขึ้นอยู่กับสัณฐานวิทยาและสูตรเฉพาะของเรซิน-ยาง
การใส่ยางอาจส่งผลต่อพฤติกรรมการแปรรูป ความแข็ง และพฤติกรรมทางความร้อน ดังนั้นจึงต้องประเมินระดับที่เหมาะสมสำหรับสูตรเฉพาะ
การเสริมแรงด้วยเส้นใยและพฤติกรรมการแตกหักแบบคอมโพสิต
การเสริมแรงด้วยไฟเบอร์จะปรับเปลี่ยนพฤติกรรมการแตกหักและความทนทานต่อความเสียหายของคอมโพสิตที่สมบูรณ์เป็นหลัก แทนที่จะเป็นความเหนียวภายในของเมทริกซ์ฟีนอลิกที่บ่มแล้ว สถาปัตยกรรมเส้นใยต่างๆ ถูกนำมาใช้ รวมถึงเส้นใยสั้น เส้นใยต่อเนื่อง การเสริมแรงแบบทอ และการเสริมแรงแบบนอนวูฟเวน ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งาน
ในคอมโพสิตฟีนอลเสริมเส้นใยกลไกหลายประการสามารถส่งผลต่อความต้านทานการแตกหักได้:
การเชื่อมเส้นใยสามารถมีส่วนช่วยในการต้านทานการแตกหักเมื่อเส้นใยขยายรอยแตกที่กำลังพัฒนาและต้านทานการเปิดรอยแตกร้าว
ในกรณีที่สภาพการหลุดลอกและการเลื่อนของพื้นผิวเอื้ออำนวย การดึงเส้นใยออกอาจส่งผลต่อการดูดซับพลังงาน
เส้นทางแคร็กอาจถูกเปลี่ยนเส้นทางโดยไฟเบอร์หรืออินเทอร์เฟซ
พฤติกรรมการแตกหักของคอมโพสิตที่เสริมด้วยเส้นใยขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ รวมถึงสถาปัตยกรรมการเสริมแรง การวางแนว เศษส่วนของปริมาตร พฤติกรรมของพื้นผิว รูปแบบการโหลด และกระบวนการผลิต คุณสมบัติระหว่างพื้นผิวมีอิทธิพลต่อการถ่ายโอนโหลดและพฤติกรรมการแตกหัก อาจใช้สารเชื่อมต่อและการปรับสภาพพื้นผิวเพื่อปรับเปลี่ยนพฤติกรรมการเชื่อมต่อระหว่างไฟเบอร์และเมทริกซ์
การดัดแปลงทางเคมีและหลายเฟส
การดัดแปลงทางเคมี
การดัดแปลงทางเคมีสามารถเปลี่ยนโครงสร้างและการตอบสนองทางกลของโครงข่ายฟีนอลิกที่บ่มแล้ว การปรับเปลี่ยนที่มีจุดประสงค์เพื่อเปลี่ยนพฤติกรรมที่เกี่ยวข้องกับการแตกหักอาจส่งผลต่อความแข็ง พฤติกรรมทางความร้อน ลักษณะการแข็งตัว หรือความสามารถในการแปรรูป
คาร์ดานอลและส่วนประกอบอื่นๆ ที่ได้มาจากเปลือกมะม่วงหิมพานต์-เปลือก-ของเหลวได้รับการตรวจสอบเป็นตัวดัดแปลงในระบบฟีนอลิก พฤติกรรมทางกลและความร้อนที่เกิดขึ้นจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและสภาวะการบ่ม
เครือข่ายโพลีเมอร์ที่แทรกซึม
เครือข่ายโพลีเมอร์ที่ทะลุผ่าน (IPN) ประกอบด้วยเครือข่ายโพลีเมอร์ตั้งแต่สองตัวขึ้นไปที่เชื่อมต่อกันอย่างน้อยบางส่วนในระดับโมเลกุล ไม่ถูกพันธะโควาเลนต์ซึ่งกันและกัน และไม่สามารถแยกออกได้โดยไม่ทำลายพันธะเคมี ส่วนผสมของเครือข่ายโพลีเมอร์ที่ขึ้นรูปล่วงหน้าแยกกันไม่ใช่ IPN โดยตัวมันเอง
เครือข่ายโพลีเมอร์แบบกึ่งแทรกซึมประกอบด้วยเครือข่ายโพลีเมอร์ตั้งแต่หนึ่งเครือข่ายขึ้นไปพร้อมกับโพลีเมอร์เชิงเส้นหรือแบบแยกแขนงตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปที่เจาะโครงสร้างเครือข่ายในระดับโมเลกุล
สถาปัตยกรรม IPN หรือกึ่ง IPN อาจเปลี่ยนแปลงความสมดุลของพฤติกรรมทางกล ความร้อน และการแตกหักในระบบที่ประกอบด้วยฟีนอลิก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ สัณฐานวิทยา และสภาวะการประมวลผล
การดัดแปลงอนุภาคนาโน
อนุภาคนาโนได้รับการตรวจสอบเป็นตัวดัดแปลงระบบเรซินฟีนอล. ผลกระทบขึ้นอยู่กับเคมีของอนุภาค การโหลด การกระจายตัว คุณลักษณะของพื้นผิว และอันตรกิริยากับเมทริกซ์
คุณภาพการกระจายตัวสามารถส่งผลต่อพฤติกรรมของระบบดัดแปลงอนุภาคนาโน กลยุทธ์การรักษาพื้นผิวและการกระจายตัวอาจส่งผลต่อความเข้ากันได้และประสิทธิภาพ
อนุภาคนาโนอาจเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวขึ้นอยู่กับการกระจายตัวและการโต้ตอบระหว่างผิว ความแข็ง ความแข็งแกร่ง และความเหนียวเป็นคุณสมบัติที่แตกต่างกันและอาจตอบสนองต่อการปรับเปลี่ยนที่แตกต่างกัน
การประเมินประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้องกับความเหนียว
ลักษณะการกระแทกและการแตกหัก
การทดสอบแบบชาร์ปีหรือไอซอดสามารถใช้เพื่อเปรียบเทียบการตอบสนองต่อแรงกระแทกภายใต้ชิ้นงานทดสอบและเงื่อนไขการทดสอบที่กำหนด การทดสอบแรงกระแทกและการทดสอบกลไกการแตกหักให้ข้อมูลลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกันและไม่สามารถใช้แทนกันได้
การกำหนดค่าการโค้งงอที่มีรอยบากขอบเดียว (SENB) อาจใช้สำหรับการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของกลไกการแตกหักภายใต้วิธีการทดสอบโพลีเมอร์ที่เกี่ยวข้อง ความถูกต้องของพารามิเตอร์ความเหนียวแตกหักที่รายงานขึ้นอยู่กับรูปทรงของชิ้นงาน การตอบสนองของวัสดุ และสภาวะการทดสอบ
สำหรับวัสดุคอมโพสิตเคลือบที่เหมาะสม อาจใช้วิธีการคานคานคู่ (DCB) สำหรับการระบุคุณลักษณะการแตกหักระหว่างชั้นแบบ Mode I อาจใช้วิธี End-notched-flexure (ENF) สำหรับการระบุลักษณะการแตกหักระหว่างชั้นแบบ Mode II ของลามิเนตที่เหมาะสม สำหรับวัสดุคอมโพสิตเคลือบซึ่งการออกแบบคำนึงถึงความต้านทานการหลุดล่อน การจำแนกลักษณะเฉพาะของการแตกหักระหว่างชั้นอาจมีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษ
รองรับคุณสมบัติทางกลและวิสโคอิลาสติก
การทดสอบแรงดึงและแรงดัดงอสามารถใช้เพื่อประเมินการเปลี่ยนแปลงด้านความแข็งแรงและความแข็งที่เกี่ยวข้องกับการดัดแปลง การวัดเหล่านี้ช่วยเสริมคุณลักษณะที่เกี่ยวข้องกับความเหนียวโดยการระบุข้อด้อยระหว่างคุณสมบัติทางกล
การวิเคราะห์เชิงกลแบบไดนามิก (DMA) สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับการตอบสนองแบบหยุ่นหนืดและพฤติกรรมที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว DMA ให้การสนับสนุนการแสดงลักษณะเฉพาะทางความร้อนเชิงกลมากกว่าข้อมูลความทนทานต่อการแตกหัก
การแลกเปลี่ยนการผสมสูตร
การประเมินควรพิจารณาผลกระทบต่อความแข็ง ความแข็งแรง พฤติกรรมทางความร้อน พฤติกรรมการแข็งตัว ความหนืด ความสามารถในการแปรรูป ความเข้ากันได้ของการผลิต และต้นทุน
อาจรวมวิธีการหลายวิธีเข้าด้วยกัน แต่ควรประเมินปฏิกิริยาระหว่างกันด้วยวิธีทดลองสำหรับระบบวัสดุเฉพาะ
บทสรุป
ประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้องกับการแกร่งในคอมโพสิตเรซินฟีนอลสามารถแก้ไขได้ทั้งในระดับเมทริกซ์และคอมโพสิต วิธียาง เคมี มัลติเฟสโพลีเมอร์ และอนุภาคนาโนส่งผลกระทบหลักต่อเฟสที่มีเมทริกซ์ ในขณะที่สถาปัตยกรรมการเสริมแรงและพฤติกรรมของพื้นผิวมีอิทธิพลต่อการตอบสนองการแตกหักของคอมโพสิตที่สมบูรณ์เป็นหลัก
กลยุทธ์ที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเป้าหมาย ระบบวัสดุ เส้นทางการประมวลผล และข้อกำหนดในการใช้งาน ดังนั้นควรเลือกลักษณะเฉพาะของการกระแทก การแตกหัก เชิงกล และหยุ่นหนืดตามคำถามด้านประสิทธิภาพที่กำลังประเมิน
อ้างอิง
- Chang, S., Wang, X., Zhang, G., Zhao, F.-G., Pei, K., & Yang, X. (2024) ช่วยให้ฟีนอลิกเรซินมีความเหนียวและทนความร้อน: กลยุทธ์และความก้าวหน้าล่าสุดโพลีเมอร์,315, 127782 ดอย: 10.1016/j.polymer.2024.127782
- Kaynak, C. , และ Cagatai, O. (2006) การแข็งตัวของยางฟีนอลิกเรซินโดยใช้ยางไนไตรล์และอะมิโนไซเลนการทดสอบโพลีเมอร์,25(3), 296–305. ดอย: 10.1016/j.polymertesting.2006.01.004
- Ma, HY, Wei, GS, Liu, YQ, Zhang, XH, Gao, JM, Huang, F., Tan, BH, Song, ZH และ Qiao, JL (2005) ผลของอนุภาคนาโนอีลาสโตเมอร์ต่อคุณสมบัติของฟีนอลิกเรซินโพลีเมอร์,46(23), 10568–10573 ดอย: 10.1016/j.polymer.2005.07.103
- Huong, NL, Nieu, NH, Tan, TTM และ Griesser, UJ (1996) คาร์ดานอล-ฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์เรซิน การวิเคราะห์และลักษณะเฉพาะทางความร้อนเคมีโมเลกุลประยุกต์,243, 77–85. ดอย: 10.1002/apmc.1996.052430107
- 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) คำจำกัดความของคำศัพท์ที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างและการประมวลผลของโซล เจล เครือข่าย และวัสดุลูกผสมอนินทรีย์-อินทรีย์ (IUPAC Recommendations 2007)เคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์,79(10), 1801–1829. ดอย: 10.1351/pac200779101801
- ไคลน์ ไต้หวัน และฮัลล์ ดี. (2019)ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับวัสดุคอมโพสิต(ฉบับที่ 3). สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์. ดอย: 10.1017/9781139050586
- องค์การระหว่างประเทศเพื่อการมาตรฐาน (2018)ISO 13586:2018 พลาสติก - การหาค่าความเหนียวแตกหัก (GIC และ KIC) - วิธีกลศาสตร์การแตกหักแบบยืดหยุ่นเชิงเส้น (LEFM).
- ASTM อินเตอร์เนชั่นแนล (2021).ASTM D5528/D5528M-21 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับ Mode I ความเหนียวของการแตกหักระหว่างชั้นของคอมโพสิตเมทริกซ์โพลีเมอร์เสริมเส้นใยทิศทางเดียว. ดอย: 10.1520/D5528_D5528M-21
- ASTM อินเตอร์เนชั่นแนล (2019)ASTM D7905/D7905M-19 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการหาค่าความเหนียวแตกหักระหว่างชั้นแบบ Mode II ของคอมโพสิตเมทริกซ์โพลีเมอร์เสริมเส้นใยทิศทางเดียว. ดอย: 10.1520/D7905_D7905M-19