Summary
وتقترح منهجية تجريبية تستند إلى القياسات الحرارية والريولوجية لتوصيف عملية المعالجة من المواد اللاصقة مع للحصول على معلومات مفيدة لاختيار لاصق الصناعية.
Abstract
تحليل العمليات الحرارية المرتبطة بمعالجة المواد اللاصقة ودراسة السلوك الميكانيكية الشفاء مرة واحدة، وتوفير المعلومات الرئيسية لاختيار أفضل خيار لأي تطبيق معين. 10- والمنهجية المقترحة لتوصيف المعالجة، التي تستند إلى التحليل الحراري وعلم الريولوجيا، موصوفة من خلال مقارنة ثلاث مواد لاصقة تجارية. التقنيات التجريبية المستخدمة هنا هي التحليل الحراري (TGA) ، قياس التحلل التفاضلي (DSC) وعلم الريولوجيا. TGA يوفر معلومات عن الاستقرار الحراري ومحتوى حشو، DSC يسمح بتقييم بعض الأحداث الحرارية المرتبطة رد فعل العلاج والتغيرات الحرارية للمواد المعالجة عندما تتعرض لتغيرات درجة الحرارة. علم الروماتيزم يكمل المعلومات من التحولات الحرارية من وجهة نظر ميكانيكية. وهكذا، يمكن تتبع رد فعل المعالجة من خلال معامل مرن (أساسا معامل التخزين)، وزاوية المرحلة والفجوة. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يظهر أيضا أنه على الرغم من DSC لا فائدة لدراسة علاج المواد اللاصقة القابلة للشفاء الرطوبة، بل هو وسيلة مريحة جدا لتقييم انتقال الزجاج درجة حرارة منخفضة من أنظمة غير متبلور.
Introduction
في الوقت الحاضر هناك طلب متزايد من المواد اللاصقة. تتطلب صناعة اليوم أن تكون المواد اللاصقة لها خصائص متنوعة بشكل متزايد ، تتكيف مع التنوع المتزايد للتطبيقات الجديدة المحتملة. فهو يجعل اختيار الخيار الأنسب لكل حالة محددة مهمة صعبة. ولذلك، فإن وضع منهجية موحدة لتوصيف المواد اللاصقة وفقا لخصائصها من شأنه أن يسهل عملية الاختيار. تحليل لاصقة أثناء عملية المعالجة والخصائص النهائية للنظام الشفاء حاسمة لتحديد ما إذا كان لاصقة صالحة أم لا لتطبيق معين.
اثنين من التقنيات التجريبية الأكثر شيوعا لدراسة سلوك المواد اللاصقة هي التصوير التكفاضلي المسح (DSC) والتحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA). كما تستخدم على نطاق واسع القياسات الريولوجية واختبارات قياس الحرارة. من خلالهم ، يمكن تحديد درجة حرارة انتقال الزجاج (TG) والحرارة المتبقية من المعالجة ، والتي ترتبط بدرجة الشفاء1،2.
توفر TGA معلومات حول الاستقرار الحراري للمواد اللاصقة3،4، وهو أمر مفيد جدًا لإنشاء ظروف عملية أخرى ، من ناحية أخرى يسمح قياس الريولوجي بتحديد الوقت الجل من لاصقة، وتحليل انكماش علاج، وتعريف خصائص اللزوجة من عينة الشفاء5،6،7، في حين أن تقنية DSC يسمح قياس الحرارة المتبقية من العلاج ، وتمييز بين واحد أو أكثر من العمليات الحرارية التي يمكن أن تحدث في وقت واحد خلال علاج8،9. ولذلك، فإن الجمع بين DSC، و TGA والمنهجيات الريولوجية توفير معلومات مفصلة وموثوق بها لتطوير توصيف كامل للمواد اللاصقة.
هناك عدد من الدراسات من المواد اللاصقة حيث يتم تطبيق DSC و TGA معا10،11،12. وهناك أيضا بعض الدراسات التي تكمل DSC مع القياسات الريولوجية13،14،15. ومع ذلك، لا يوجد بروتوكول موحد لمعالجة مقارنة المواد اللاصقة بطريقة منهجية. ومن شأن هذه المقارنة أن تختار جميع المواد اللاصقة الصحيحة بشكل أفضل في سياقات مختلفة. في هذا العمل، يقترح منهجية تجريبية للقيام توصيف لعملية المعالجة من خلال الاستخدام المشترك للتحليل الحراري وعلم الريولوجيا. تطبيق هذه التقنيات كطقم يسمح لجمع معلومات حول السلوك لاصقة أثناء وبعد عملية المعالجة، أيضا الاستقرار الحراري و Tg من المواد16.
ويرد وصف المنهجية المقترحة التي تشمل التقنيات الثلاث، DSC، TGA والريولوجيا في هذا العمل باستخدام ثلاثة مواد لاصقة تجارية كمثال. واحدة من المواد اللاصقة، المشار إليها فيما يلي باسم S2c، هي لاصقة مكونة من عنصرين: المكون A يحتوي على رباعي هيدروفوريل الميثاكريلات والمكون B يحتوي على البنزويل بيروكسيد. يعمل المكون B كمبادر لتفاعل المعالجة عن طريق التسبب في فتح حلقات الميثاكريلات رباعية هيدروفوريل. من خلال آلية البلمرة الراديكالية الحرة ، يتفاعل رابط C = C للمونومر مع الراديكالي المتنامي لتشكيل سلسلة مع مجموعات جانبية رباعية هيدروفوريل17. المواد اللاصقة الأخرى، T1c و T2c، هي إصدارات مكون واحد واثنين من نفس المنزل التجاري من مادة لاصقة البوليمر سيلان المعدلة. تبدأ عملية المعالجة من قبل التحلل المائي لمجموعة سيلان18، والتي يمكن البدء بها عن طريق الرطوبة المحيطة (كما هو الحال في T1c) أو عن طريق إضافة مكون ثان (كما هو الحال في T2c).
فيما يتعلق بمجالات تطبيق هذه الأنظمة الثلاثة المختلفة: تم تصميم S2c لاصقة لتحل محل، في بعض الحالات، لحام، التثبيت، الحسم وغيرها من تقنيات الربط الميكانيكية، وأنها مناسبة لربط قوة عالية من المفاصل المخفية على أنواع مختلفة من ركائز بما في ذلك المعاطف العليا، والبلاستيك والزجاج، الخ. وتستخدم المواد اللاصقة T1c و T2c للترابط المرن للمعادن والبلاستيك: في تصنيع القوافل، في صناعة عربات السكك الحديدية أو في بناء السفن.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. التحقق من ظروف الشركة المصنعة علاج
- علاج عينة لاصقة بعد توصيات الشركة المصنعة، ومن ثم تقييمها بواسطة TGA واختبار DSC. تسجيل حالات المعالجة المحددة.
- اختبار TGA لعينة الشفاء
- إجراء اختبارات قياس الحرارة في TGA أو في جهاز DSC + TGA متزامن (SDT).
- إجراء اختبار قياس حراري للعينة المعالجة بعد الخطوات التالية لتحديد محتوى الحشو غير العضوي ودرجة الحرارة التي تبدأ المادة في التحلل عندها. لا تتجاوز درجة الحرارة هذه في مزيد من الاختبارات.
- افتحي الهواء (ستوكوك) قم بتشغيل جهاز SDT (أو TGA). افتح برنامج التحكم SDT.
- فتح الفرن من SDT ووضع اثنين من كبسولات فارغة: واحدة ستكون كبسولة مرجعية والآخر سوف تحتوي على عينة.
- إغلاق الفرن واضغط على Tareالسفلي.
- فتح الفرن ووضع حجم عينة من 10-20 ملغ في كبسولة عينة.
- قم بتعبئة المعلومات حول النموذج في ملخصعلامة التبويب .
- افتح "إجراء علامة التبويب" وانقر على محرر. اسحب نوع الشريحة المنحدر إلى شاشة المحرر. إنشاء منحدر كما 10 أو 20 درجة مئوية / دقيقة إلى 900 درجة مئوية. انقر فوق موافق.
- افتح علامة التبويب Notes. اختر الهواء كغاز التطهير وحدد معدل تدفق 100 مل/دقيقة انقر فوق تطبيق.
ملاحظة: اختبار TGA له هدفان: 1) لتحديد محتوى الحشو غير العضوي و 2) لتحديد درجة الحرارة التي تبدأ المادة في التحلل. بالنسبة للهدف الأول، يجب إجراء الاختبار في جو من الهواء. أما بالنسبة للثاني، فإن الغلاف الجوي للهواء يمثل الحالة الأكثر شيوعاً في الاستخدام العادي. - أغلق الفرن
- ابدأ التجربة.
- اختبار DSC للعينة المعالجة
- تنفيذ اختبارات DSC على DSC القياسية أو على درجة حرارة مشروطة DSC (MTDSC) صك العمل في الوضع القياسي، واستخدام بوتقة الألومنيوم. إجراء اختبار DSC للعينة المعالجة بعد الخطوات التالية لدراسة المعلمات التالية: Tg من المادة، والعلاج المتبقية المحتملة و TG∞ من العينة.
- افتح النتروجين الـ(ستوكوك) قم بتشغيل جهاز DSC. افتح برنامج التحكم الخاص بأجهزة DSC.
- انقر فوق | التحكم | الحدث على. ثم انقر فوق علامة التبويب أداة | تفضيلات الصك، واختيار DSC وإنشاء درجة حرارة احتياطية من 30 درجة مئوية.
- انقر فوق تطبيق. انقر فوق علامة التبويب التحكم | انتقل إلى درجة حرارة الاستعداد وانتظر لمدة 45 دقيقة على الأقل قبل بدء أي تجربة.
- افتح علامة التبويب ملخص. انقر فوق الوضع واختر قياسي.
- افتح "إجراءعلامة التبويب "، وانقر فوق اختبار واختر مخصص. انقر فوق محرر.
- اسحب قطعة من الإكوكيليات تشير إلى درجة الحرارة التي تبدأ بها التجربة (يجب أن تكون درجة الحرارة منخفضة نسبيًا، على سبيل المثال -80 أو -60 درجة مئوية).
- اسحب نوع الشريحة المنحدر إلى شاشة المحرر. إدخال معدل التدفئة من 10 أو 20 درجة مئوية / دقيقة ودرجة الحرارة النهائية في نافذة محرر الأوامر. يتم اختيار درجة الحرارة النهائية بشكل مؤقت للسماح بعلاج كامل ويجب أن تكون أقل من درجة حرارة التدهور التي تم الحصول عليها من اختبار TGA السابق.
ملاحظة: هذه المعدلات التدفئة الموصى بها هي المقترحة كنقطة انطلاق التي من المحتمل أن تعمل بشكل جيد في معظم الحالات. ومع ذلك، يمكن تعديل هذه معدلات التدفئة لتحسين حساسية أو القرار. - اسحب نوع الشريحة المنحدر إلى شاشة المحرر. وبالمثل، إلى الخطوة السابقة، إدخال 10 أو 20 درجة مئوية / دقيقة معدل التبريد إلى درجة حرارة مؤقتة تحت انتقال الزجاج.
- اسحب نوع الشريحة المنحدر إلى شاشة المحرر. إدخال معدل تسخين 10 أو 20 درجة مئوية/دقيقة إلى درجة حرارة أقل قليلاً من درجة حرارة التدهور.
- افتح علامة التبويب Notes. اختر النيتروجين كغاز التدفق وحدد معدل تدفق 50 مل/دقيقة انقر فوق تطبيق.
- قم بتعبئة المعلومات حول النموذج في ملخصعلامة التبويب .
- انقر فوق | التحكم غطاء | مفتوح. ضع مقلاة مرجعية وتحريك مع عينة من 10-20 ملغ داخل خلية DSC.
- قم بتشغيل التجربة بالنقر فوق ابدأ.
2. تحليل DSC لعينة جديدة
- إعداد عينة جديدة من مادة لاصقة باستخدام النسب والإجراءات التي أوصت بها الشركة المصنعة وإخضاعها على الفور للاختبارات التالية.
- اختبار علاج المنحدر
- إجراء اختبار التدفئة والتبريد التدفئة على النحو المبين أدناه للحصول على علاج enthalpy من لاصقة، والانتقال الزجاج النهائي على التدفئة وتحديد مجموعة من درجات الحرارة حيث تبدأ عملية المعالجة.
- افتح علامة التبويب ملخص. انقر فوق الوضع واختر قياسي.
- انقر فوق علامة التبويب أداة | تفضيلات الصك، واختيار DSC وتحديد درجة حرارة احتياطية من 10 درجة مئوية. انقر فوق تطبيق. انقر فوق علامة التبويب التحكم | انتقل إلى درجة الحرارة الاستعداد،
- افتح "إجراءعلامة التبويب "، وانقر فوق اختبار واختر مخصص. انقر فوق محرر. اسحب نوع الشريحة Equilibrate عند -80 درجة مئوية إلى شاشة المحرر. اسحب المنحدر الجزء وإنشاء 10 أو 20 درجة مئوية / دقيقة إلى (درجة حرارة أقل قليلا من درجة حرارة التدهور التي تم الحصول عليها من اختبار TGA).
- إدراج الجزء الإكويليزي في -80 درجة مئوية. ثم اسحب المنحدرالجزء ، إنشاء 10 أو 20 درجة مئوية / دقيقة إلى (نفس درجة الحرارة كما كان من قبل). انقر فوق موافق.
- قم بتعبئة المعلومات حول النموذج في ملخصعلامة التبويب .
- انقر فوق | التحكم غطاء | مفتوح. وضع مقلاة مرجعية وعمومية مع عينة أعدت طازجة من 10-20 ملغ الوزن داخل الفرن.
- ابدأ التجربة.
- اختبار المعالجة متساوي الحرارة
- مع الأخذ في الاعتبار مؤامرة DSC من علاج في منحدر، واختيار عدة درجات الحرارة في بداية exotherm لتنفيذ التجارب الحرارية isother.
ملاحظة: ستسمح التجارب الحرارية iso الحرارية لتقييم أقصى درجة من العلاج التي يمكن الحصول عليها في كل درجة حرارة. - افتح علامة التبويب "ملخص". انقر فوق الوضع واختر قياسي.
- افتح علامة التبويب الإجراء، وانقر فوق اختبار واختر مخصص. انقر فوق محرر. اسحب نوع الشريحة المنحدر إلى شاشة المحرر. إدخال 20 درجة مئوية / دقيقة إلى درجة حرارة iso الحرارية المختارة.
- تقديم جزء متساوي الحرارة للوقت بما فيه الكفاية لإكمال العلاج في هذه الدرجة. فمن الممكن، على سبيل المثال، لإنشاء 300 دقيقة، ولكن يمكن وقف الاختبار عندما منحنى تدفق الحرارة هو مسطح.
- إدخال الجزء الأوامر الإكويليزي في 0 درجة مئوية. إضافة قطعة منحدر، وتحديد معدل التدفئة بين 2 و 20 درجة مئوية / دقيقة (في المثال تم اختيار 2.5 درجة مئوية / دقيقة) إلى درجة الحرارة القصوى، والتي تم اختيارها من اختبار TGA من أجل عدم المساس الاستقرار الحراري من لاصقة.
- اسحب الجزء علامة نهاية دورة إلى نافذة المحرر. إدراج شريحة أخرى من الإكسكيات، وهذه المرة مع درجة حرارة -80 درجة مئوية. إضافة آخر قطعة منحدر مع معدل التدفئة بين 2 و 20 درجة مئوية / دقيقة (في المثال 2.5 تم اختيار درجة مئوية / دقيقة) إلى نفس درجة الحرارة المشار إليها من قبل. انقر فوق موافق.
ملاحظة: هناك مجموعة من معدلات التدفئة المقترحة. ربما، معظمهم يعملون بشكل صحيح واعتمادا على طبيعة عملية المعالجة، أساسا حركيتها، والحساسية والقرار المطلوب، وبعض هذه معدلات التدفئة يمكن أن يكون أفضل. إذا تم التقييم مع أغراض المقارنة يجب استخدام نفس الشروط لكل نظام لاصق درس. من أجل تقليل الوقت المنقضي من خلط المكونات إلى بداية التجارب الحرارية، ينبغي تعديل درجة حرارة الخلية DSC إلى درجة حرارة أقل من درجة الحرارة الحرارية الأيزوحرارية قبل خلط كلا المكونين. - انقر فوق علامة التبويب أداة | تفضيلات الصك، واختيار DSC وتحديد درجة حرارة أقل من درجة حرارة isotherm من التجربة. انقر فوق تطبيق. انقر فوق علامة التبويب التحكم | الذهاب إلى درجة حرارة الاستعداد.
- قم بتعبئة المعلومات حول النموذج في ملخصعلامة التبويب .
- انقر فوق | التحكم غطاء | مفتوح. ضع مقلاة مرجعية وتحريك مع عينة من 10-20 ملغ الوزن داخل الفرن.
- ابدأ التجربة.
- مع الأخذ في الاعتبار مؤامرة DSC من علاج في منحدر، واختيار عدة درجات الحرارة في بداية exotherm لتنفيذ التجارب الحرارية isother.
3- التحليل الريولوجي
- إجراء الاختبارات الريولوجية على rhة، وذلك باستخدام هندسة لوحة متوازية 25 ملم.
- اختبار اكتساح سلالات لوغاريتمية
- القيام اختبار اكتساح اجسة اللوغاريتمية الاستكشافية بعد الخطوات التالية لإعداد السعة سلالة لاستخدامها في دراسة علاج لاصق في rheometer. إجراء الاختبار مع عينة جديدة (قبل المعالجة).
- افتحي الهواء (ستوكوك) قم بتشغيل جهاز مقياس الريومتر. افتح برنامج التحكم في مقياس الريوميتر.
- ضع الهندسة المحددة على مقياس الريومتر.
- انقر فوق صفر الفجوة.
- انقر فوق علامة التبويب هندسة. اختر الهندسة المحددة.
- افتح علامة التبويب Experiment.
- قم بتعبئة المعلومات حول النموذج في نموذجعلامة التبويب .
- انقر فوق إجراءعلامة التبويب . اختر السعة التذبذبية. ويمكن إجراء هذه التجربة في درجة حرارة الغرفة (درجة الحرارة الفعلية مشروحة)، وبتردد 1 هرتز واكتساح لوغاريتمي من 10-3 إلى 100٪ من السلالة.
ملاحظة: لإعداد عينة من النظام المكونين، وزن المكونات في درجة حرارة الغرفة، حوالي 20 درجة مئوية إلى النسب الدقيقة التي أوصت بها الشركة المصنعة. ثم اخلط كلا المكونات. - ضع العينة على اللوحة السفلية مع فصل اللوحة العلوية حوالي 40 مم عن اللوحة السفلية. اخفضي الصفيحة العليا حتى يلاحظ وجود فجوة حول 2 مم بين اللوحتين. تقليم قبالة لاصقة الزائدة.
- ابدأ التجربة.
- اختبار علاج متعدد الترددات الحرارية
ملاحظة: يوضح هذا الاختبار ما إذا كان هناك أو لا يوجد هلام، وفي حالة الهلام، فإنه يوفر وقت الهلام. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن ملاحظة انكماش وتطور G'' و'G'على طول عملية المعالجة.- اتبع الإجراء اللاحق لمراقبة علاج المادة اللاصقة.
- انقر فوق إجراءعلامة التبويب . اختر خيارات التكييف. إنشاء ضغط الوضع، القوة المحورية 0 N وحساسية 0.1 N. انقر فوق التقدم وإنشاء حد تغيير الفجوة من 2000 ميكرومتر في الاتجاهات صعودا وهبوطا.
- إدراج خطوة جديدة من اكتساح الوقت المتذبذب. ويمكن إجراء هذه التجربة في درجة حرارة الغرفة (درجة الحرارة الفعلية مشروحة)، ومدة الاختبار كدالة للوقت العلاجي المقدر استناداً إلى ورقة البيانات الخاصة بالملصق، والنسبة المئوية للسلالات التي يتم اختيارها من نتيجة اختبار اكتساح السلالة اللوغاريتمية السابقة. اختر "منفصل" ثم قم بتعيين الترددات 1 و3 و10 هرتز لجميع العينات.
- إزالة العينة السابقة، لا الفجوة الصفرية ووضع عينة جديدة. ثم تابع كما هو الحال في الخطوة 3.2.9.
- ابدأ التجربة.
ملاحظة: لا تقم بإزالة العينة في نهاية التجربة. وسوف تستخدم في التجربة القادمة.
- اختبار اكتساح عزم الدوران
- بمجرد انتهاء اختبار المعالجة، انتقل إلى اختبار اكتساح عزم الدوران بعد الخطوات التالية لمعرفة النطاق اللزجة الخطي للمادة المعالجة سابقًا.
ملاحظة: يمكن تحديد تمديد LVR إما عن طريق تطبيق اختبار اكتساح اجهد, معظمها في مقاييس الريومتر التي تسيطر عليها سلالة, أو عزم الدوران أو اختبار اكتساح الإجهاد, معظمها في مقياس الضغط تسيطر عليها. ومع ذلك، في بعض مقاييس الريومترات يمكن استخدام كلا الأسلوبين. - انقر فوق إجراءعلامة التبويب . اختيار السعة التذبذب. ويمكن إجراء هذه التجربة في درجة حرارة الغرفة (درجة الحرارة الفعلية مشروحة)، مع تردد 1 هرتز واكتساح لوغاريتمي من 10 إلى 10000 μNm من عزم الدوران.
ملاحظة: استخدم نفس النموذج الذي تم تركه في الجهاز من التجربة السابقة. - ابدأ التجربة.
ملاحظة: لا تقم بإزالة العينة في نهاية التجربة. وسوف تستخدم في التجربة القادمة.
- بمجرد انتهاء اختبار المعالجة، انتقل إلى اختبار اكتساح عزم الدوران بعد الخطوات التالية لمعرفة النطاق اللزجة الخطي للمادة المعالجة سابقًا.
- اختبار فحص درجة الحرارة
- إجراء اختبار فحص درجة الحرارة بعد الخطوات التالية للتحقق من اكتمال العلاج.
- انقر فوق إجراءعلامة التبويب . اختر درجة الحرارة المنحدر. بدء التجربة من درجة حرارة الغرفة، وإنشاء معدل منحدر من 1 درجة مئوية / دقيقة، والتي تضمن توزيع موحد لدرجة الحرارة في العينة دون استهلاك الوقت المفرط جدا، وتردد 1 هرتز والسعة عزم الدوران معين، والذي يتم اختياره من قبل اختبار الاجتياح عزم الدوران السابقة.
ملاحظة: استخدم نفس النموذج الذي تم تركه في الجهاز من التجربة السابقة. - أغلق فرن مقياس الرودومي. فتح stopcock الهواء من الفرن.
- ابدأ التجربة.
ملاحظة: إذا كانت هناك حاجة إلى التجربة التالية، لا تقم بإزالة العينة في نهاية التجربة. في هذه الحالة سوف تستخدم للتجربة القادمة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
من أجل إظهار تطبيق الأسلوب المقترح ثلاثة أنظمة لاصقة تستخدم (جدول المواد):
- S2c، نظام مكونين.
- T1c، وهو واحد مكون سيلان المعدلة البوليمر، الذي يتم تشغيل رد فعل علاج من الرطوبة.
- T2c، نظام مكونين. وهو البوليمر سيلان المعدلة أيضا، ولكن العنصر الثاني يهدف إلى جعل معدل المعالجة قليلا أكثر استقلالية من محتوى الرطوبة من الهواء.
يتم تحليل الاستقرار الحراري وكمية حشو المواد اللاصقة المعالجة من قبل TGA. ويبين الشكل 1 قطع الأرض التي تم الحصول عليها في الهواء من المواد اللاصقة الثلاث. في حالة S2c لوحظ فقدان كتلة طفيف من حوالي 50 درجة مئوية، والتي ربما ترتبط تطاير الرطوبة. ويبدو أن بداية عملية التدهور الرئيسية هي 196 درجة مئوية. وبالنسبة لتي 1C و T2c، تظهر الانحطاط عند درجات حرارة أعلى قليلاً: 236 درجة مئوية و210 درجات مئوية على التوالي. وينبغي عدم الوصول إلى درجات حرارة التدهور هذه في تجارب أخرى لـ DSC أو الريولوجيا. البقايا في 600 درجة مئوية على الأرجح يتوافق مع الحشو غير العضوية. وتبلغ 37.5٪ ل T1c، 36.9٪ ل T2c، و 24.6٪ لS2c. في حالة S2c لوحظ فقدان كتلة هامة في نطاق 600-800 درجة مئوية مما يشير إلى أن CaCO3 هو المكون الرئيسي حشو لأنه هو حشو نموذجي الذي يتحلل في هذا النطاق من درجة الحرارة في الهواء. ولوحظ فقدان جماعي بنسبة 10.32٪ ما يقابل 23.5٪ من كاكو3 في العينة المعالجة.
الشكل 1: منحنيات TGA من المواد اللاصقة الثلاثة. تم الحصول على المنحنيات من عينات الشفاء باستخدام الهواء كغاز التطهير. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
بعد الإجراء، تتكون الخطوة التالية من إجراء اختبارات DSC للعينات المعالجة. ويبين الشكل 2 منحنيات تدفق الحرارة التي تم الحصول عليها. وقد شُفي S2c سابقاً في درجة حرارة الغرفة (حوالي 20 درجة مئوية) خلال 95 دقيقة. و T1c (الرطوبة علاج النظام) و T2c سابقا الشفاء في درجة حرارة الغرفة لمدة 48 ساعة.
الشكل 2: منحنيات تدفق الحرارة DSC التي تم الحصول عليها من عينات الشفاء من المواد اللاصقة الثلاثة: S2c (أ) ، T1c (ب) ، T2c (C). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ويبين الشكل 2 ألف عدم وجود دليل على العلاج المتبقي. ويلاحظ انحراف صغير عن خط الأساس عند حوالي 60 درجة مئوية خلال أول منحدر للتدفئة. يمكن اعتباره مظهرًا من مظاهر انتقال الزجاج ، ولكنه لا يذكر من الناحية العملية ، وسيكون من الأفضل الانتظار حتى يتم تأكيد الاختبار الريولوجي. تم تحديد درجة حرارة انتقال الزجاج عند 60 درجة مئوية من قبل الشركة المصنعة ولكن لم يتم ملاحظتها في مؤامرة DSC هذه. في -67 درجة مئوية، هناك انخفاض صغير في إشارة تدفق الحرارة التي تشير إلى انتقال الزجاج ممكن من عنصر من مادة لاصقة. الشكل 2B يظهر انتقال الزجاج واضحة في -66 درجة مئوية. هناك أيضا ذروة طاردة بين 65 °C و 85 °C على التدفئة و exotherm المقابلة على التبريد عند 53 °C. يشير شكل وحجم هذه القمم إلى عمليات ذوبان وبلورة محتملة لمركب بوليمري. الحدث الوحيد المهم في الشكل 2C هو انتقال الزجاج في -64 درجة مئوية.
ترتبط النتائج التالية أيضاً باختبارات DSC. ويبين الشكل 3 مؤامرة علاج عينة S2c في 20 درجة مئوية / دقيقة في منحدر التدفئة. وسوف يتبع هذا المنحدر من قبل سلالم التبريد والتدفئة التي لم يتم عرضها في هذا الشكل. يتم الحصول على enthalpy علاج من لاصقة، 171.5 J/g، عن طريق دمج الذروة. شكل exotherm يوحي رد فعل علاج autocatalytic19،20،21، والتي من شأنها أن تتوافق مع الميثيل الميثاكريلات الحرة الراديكالية البلمرة من لاصقة S2c22.
الشكل 3: DSC منحنيات تدفق الحرارة التي تم الحصول عليها من عينة جديدة من نظام لاصق S2c الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
في حالة T1c و T2c لم يلاحظ exotherm علاج من قبل DSC ، كما هو متوقع للرطوبة معالجة المواد اللاصقة. دراسات الريولوجيا من علاج تكون ذات أهمية قصوى لهذه النظم.
من أجل تقييم درجة المعالجة التي يمكن تحقيقها في درجات حرارة مختلفة تم إجراء تجارب DSC الحرارية iso الحرارية فقط لS2c ، حيث لا يمكن تتبع أنظمة الرطوبة القابلة للشفاء من قبل DSC. بالنسبة لعينتي T1c و T2c، يمكن استخدام القياسات الهاوتية مثل G أو الفجوة لتتبع تقدم رد الفعل العلاجي في أي درجة حرارة يتم فيها تنفيذ التجربة. ويبين الجدول 1 القيم العلاجية التي تم الحصول عليها عند ثلاث درجات حرارة. يتم حساب درجة المعالجة بمقارنة علاج enthalpy التي تم الحصول عليها في كل درجة حرارة لتلك التي تم الحصول عليها في منحدر التدفئة. تم الحصول على القيمة المستخدمة لحساب القيم المعروضة في الجدول 1 عند 20 درجة مئوية/دقيقة.
| درجة الحرارة (درجة مئوية) | علاج enthalpy (J / ز) | درجة العلاج (٪) |
| 10 | 162.1 | 94.5 |
| 15 | 166.0 | 96.8 |
| 20 | 169.5 | 98.8 |
الجدول 1: علاج enthalpy ودرجة قيم الشفاء الناتجة عن علاج متساوي الحرارة من عينات S2c في درجات حرارة مختلفة.
ويبين الشكل 4 كيف أن العلاج المتبقي أصغر بكثير في حالة العينة التي شُفيت في درجة حرارة أعلى. وذلك لأن درجة المعالجة التي تحققت عند 20 درجة مئوية أعلى من تلك التي تم الحصول عليها عند 10 درجات مئوية، كما يمكن ملاحظتها في الجدول 1.
الشكل 4: قطع تدفق الحرارة المحددة التي تم الحصول عليها في عمليات التسخين الأولى والثانية من عينات S2c المعالجة بـisothermally في درجات الحرارة المشار إليها. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ومن السمات الهامة لعملية المعالجة التي لم يتم ملاحظتها من قبل DSC هي الجل، والانكماش الناتج عن العلاج وتغيير مودولي على طول عملية العلاج. وهذا الأخير مهم بشكل خاص في حالة الرطوبة التي تسبب العلاج، لأنه في هذه النظم تحويل عملية المعالجة لا يمكن تتبعها DSC. يمكن تقييم هذه الميزات المفقودة من قبل الريولوجيا.
يتكون الاختبار الريولوجي الأول الذي يتم إجراؤه مع كل عينة من اكتساح سلالات يسمح برؤية النطاق اللزيكي الخطي الذي سيتم من خلاله اختيار قيمة سلالة للتجربة التالية، وهو اختبار متعدد الترددات متساوي الحرارة بالترددات التالية: 1 و3 و10 هرتز (6.28 و18.85 و62.83 راد/س). الشكل 5 يتوافق مع علاج عينة S2c الطازجة التي يتم وضعها بين لوحات متوازية من rheometer. ويمكن ملاحظة الوقت الجل من المواد كنقطة حيث زاوية المرحلة، δ، يصبح تردد مستقل، وفقا لمعيار الشتاء والشامبون23،24. الوقت الجل هو الوقت من خلط المكونين إلى لحظة عندما منحنيات زاوية المرحلة التي تم الحصول عليها في ترددات مختلفة عبر. بعد الجل، وG تستمر في الزيادة حتى قيمة إلى حد ما فوق درجة حرارة العلاج. ارتفاع محتوى حشو من هذه العينة، حوالي 23٪، هو السبب في أن قيمة أعلى من G ' من G" يتم الحصول عليها طوال الاختبار. الشكل 5 يعطي أيضا معلومات حول انكماش لاصقة على طول علاج، وهذا هو حوالي 6.5٪ في 10 دقيقة. قيمة 20.5 MPa يتم الحصول على معامل بعد حوالي 11 دقيقة من خلط المكونات. بعد تلك اللحظة، يتغير مودولي والفجوة قليلاً جداً.
الشكل 5: قطع الأرض الناتجة عن المعالجة الحرارية iso الحرارية لعينة S2c في مقياس الريومتر في درجة حرارة الغرفة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
عند إجراء اختبار الترددات المتعددة الحرارية في درجات حرارة مختلفة، سيكون من الممكن تقييم كيفية اختلاف وقت الجل مع درجة حرارة المعالجة. في حالة أنظمة T1c و T2c ، الشكل 6 والشكل 7، لا يوجد أي علامة على جلهات المواد اللاصقة. مقارنة بين منحدرات مودولي من كل من المواد اللاصقة يكشف أن T2c علاج أسرع من T1c، وهو أمر طبيعي منذ T2c لديه مركب إضافي لتسريع رد الفعل علاج. ويلاحظ زيادة هامة في معامل التخزين في كلتا الحالتين، لتصل إلى قيمة ثابتة تقريبا بعد 24 ساعة. لوحظت قيمة 0.94 MPa لـ T1c و 1.2 MPa لـ T2c، وهي أصغر بكثير من تلك التي لوحظت لـ S2c.
مرة أخرى، حشو عالية يفسر أن G 'هو أعلى باستمرار من G" على طول الاختبار. سلوك تان δ في كلتا الحالتين, ويبدو أن تكون ذات صلة القص أن تلك المواد ثيكسوروبيك الخضوع بين لوحات من rheometer وأيضا بسبب عملية المعالجة.
من ناحية أخرى، فإن الانكماش الملاحظ لكل من أنظمة T1c و T2c في 24 ساعة و0.65٪ و 0.89٪ على التوالي ، قليل جدًا مقارنة بتلك التي لوحظت لـ S2c في 15 دقيقة ، 5.7٪.
الشكل 6: قطع الأرض الناتجة عن المعالجة الحرارية iso الحرارية لعينة T1c في مقياس الريومتر في درجة حرارة الغرفة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: قطع الأرض الناتجة عن المعالجة الحرارية iso الحرارية لعينة T2c في مقياس الريومتر في درجة حرارة الغرفة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
هناك حاجة إلى اختبارات فحص درجة الحرارة للعينات المعالجة لتقييم النطاق اللزوج الخطي (LVR) للعينات المعالجة. وعادة ما يتم تحديد LVR إما عن طريق تطبيق اختبار اكتساح سلالة, في مقاييس الريومتر التي تسيطر عليها, أو الإجهاد أو عزم الدوران اختبار الاجتياح, في مقياس الضغط المسيطر. ومع ذلك، في بعض مقاييس الريومترات يمكن استخدام كلا الأسلوبين. في هذه المناسبة تم القيام به من قبل الزتياح عزم الدوران.
ويبين الشكل 8 نتائج فحص درجة حرارة عينة S2c التي شُفيت لمدة ساعة واحدة في مقياس الرحى. يمكن التعرف على انتقال الزجاج بسهولة على أنه قطرة في G ' ، وكذرات كبيرة في G'' وفي زاوية المرحلة ، δ. تبلغ قيمة Tg، التي تقاس كذرية δ، 60.2 درجة مئوية.
الشكل 8: اختبار فحص درجة الحرارة الذي تم إجراؤه في مقياس الرودومي مع عينة S2c المعالجة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
وتنعكس درجات الحرارة مسح T1c الشفاء الكامل و T2c المواد اللاصقة في الشكل 9. لا يظهر مسح T2c أي استرخاء في جميع نطاق درجة الحرارة. يمكن أن تكون ذات فائدة في حالة السعي إلى سلوك ثابت في هذا النطاق من درجة الحرارة. من ناحية أخرى، فإن معامل المسح الضوئي T1c تظهر انخفاض بطيء حتى تصل إلى 60 درجة مئوية، ومن ثم انخفاض أكثر كثافة بين 60 درجة مئوية و 80 درجة مئوية ثم تستمر ثابتة حتى نهاية الاختبار.
الشكل 9: اختبارات فحص درجة الحرارة من المواد اللاصقة الشفاء T1c و T2c. تم الحصول على قيم G', G'' و δ من 1 درجة مئوية / دقيقة مسح درجة الحرارة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
اختبار TGA الأولية لكل لاصق هو دائما خطوة أساسية لأنه يعطي معلومات عن نطاق درجة الحرارة التي المواد مستقرة. وهذه المعلومات حاسمة الأهمية في الإعداد الصحيح لمزيد من التجارب. بالإضافة إلى ذلك ، قد تبلغ TGA أيضًا عن محتوى الحشو ، والتي يمكن أن تكون ثاقبة للغاية لفهم أن معامل التخزين والخسارة قد لا يعبر على طول العلاج.
من ناحية أخرى ، يسمح DSC لدراسة علاج معظم أنظمة التنمّس ولكن ليس من أولئك الذين يتم تشغيل رد فعل علاجهم للرطوبة. الريولوجيا يسمح لتتبع علاج أي نظام، والرطوبة أثار أم لا، وهو الأسلوب الصحيح لمقارنتها. ومع ذلك، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الحد النموذجي من مقاييس الرودومية هو الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يمكن إجراء اختبار علاج. لحسن الحظ، تهدف معظم المواد اللاصقة لاستخدامها في درجة حرارة الغرفة أو أعلى.
تحتوي معظم المواد اللاصقة المرنة على درجة حرارة انتقال زجاجية في درجات حرارة محيطة فرعية. قد يكون لبعض مكونات الأنظمة شبه الصلبة Tg منخفضة جداً ولكن من الشائع أن لا يمكن أن تصل إلى أن درجة حرارة منخفضة. يمكن أن تصل إلى العديد من DSC التجارية بسهولة -80 درجة مئوية وبالتالي يمكن استخدامها لتحديد أن TG منخفضة.
سمة مثيرة للاهتمام من بعض مقاييس الريومتر هو إمكانية تطبيق قوة محورية فارغة تقريبا، والذي يسمح لتتبع التغيرات الفجوة بسبب انكماش لاصق على طول العلاج. هذه الميزة لم تكن شائعة في الماضي ولكن في الوقت الحاضر العديد من مقاييس الريومترات تتضمن هذه الميزة. ميزة أخرى مثيرة للاهتمام من احترام الريولوجيا لDSC هو إمكانية تحديد نقطة هلام من خلال زاوية المرحلة في ترددات مختلفة. وهذا مفيد لرؤيتها لاصق هو thermoset أم لا، وإذا كان الأمر كذلك، لقياس الوقت هلام، وهو عامل حاسم الذي يرتبط مباشرة إلى وقت العمل في درجة حرارة معينة.
ومن الخطوات الحاسمة في إطار البروتوكول استخدام النسب والإجراءات المناسبة التي أوصى بها الصانع مع نظامين مكونين، فضلا عن تعديل درجة حرارة DSC والوقت الذي تم إنفاقه لإطلاق تجربة للعينات الطازجة. فيما يتعلق باختبار الريولوجي، من المهم الحفاظ على معدل التدفئة عند قيم منخفضة لضمان توزيع موحد لدرجة الحرارة، وأيضا لاختبار DSC ينبغي أن تأخذ في الاعتبار معدل التدفئة المختارة جوانب مثل حساسية والقرار.
وتتيح النتائج التجريبية التي يمكن الحصول عليها بواسطة المنهجية المقترحة أن تفهم بشكل أفضل كيف يمكن أن تؤثر بارامترات الوقت ودرجة الحرارة التي ينطوي عليها إعداد أي مفصل لاصق على الخصائص التكنولوجية للمواد اللاصقة. على سبيل المثال ، في حالة الحرارة ، من المهم إكمال تطبيق العناصر المختلفة للمفصل قبل حدوث الجلجلة ، ومن المهم أيضًا الحفاظ على العناصر في مكانها حتى يتم الوصول إلى حوالي 90٪ من المعامل الأقصى. يمكن أن تساعد هذه المنهجية في الاختيار بين المواد اللاصقة ذات التفاعلات المختلفة أو المعامل أو الانكماش في المعالجة.
من كل ما سبق ، يمكن استنتاج أن من الراحة في وضع منهجية للدراسة المنهجية للعلاج من نظم لاصقة من خلال اثنين من التقنيات ، والتحليل الحراري والريولوجيا ، والتي تكمل بعضها البعض بكفاءة لتحقيق توصيف كامل للعلاج لنظم مختلفة جدا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
Acknowledgments
وقد تم دعم هذا البحث جزئيا من قبل وزارة العلوم والابتكار الإسبانية [غرانت MTM2014-52876-R]، [MTM2017-82724-R] ومن قبل زونتا دي غاليسيا (Unidad Mixta de Investigación UDC-Navantia [IN853B-2018/02]). نود أن نشكر TA الصكوك على الصورة التي تبين مخطط rheometer المستخدمة. يتم تضمين هذه الصورة في جدول مواد المقالة. ونود أيضا أن نشكر مجلة التحليل الحراري والقياسات الحرارية على إذنها باستخدام بعض البيانات من المرجع [16]، و Centode Investigaciones Científicas Avanzadas (CICA) لاستخدام مرافقها.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2960 SDT | TA Instruments | Simultaneous DSC/TGA device: Used to perform thermogravimetric tests. | |
| Discovery HR-2 | TA Instruments | Rheometer to perform rheological test. | |
| MDSC Q2000 | TA Instruments | Differential Scanning Calorimeter with optional temperature modulation. Used to peform DSC and MDSC tests. | |
| Sikafast 5211NT | Sika | S2c: a two component system manufactured by Sika. It is based on tetrahydrofurfuryl methacrylate and contains an ethoxylated aromatic amine. The second component contains benzoyl peroxide as the initiator for the crosslinking reaction. |
|
| Teroson MS 939 FR | Henkel | T1c: manufactured by Henkel, which is a one component sylil-modified-polymer, whose cure reaction is triggered by moisture. | |
| Teroson MS 9399 | Henkel | T2c: a two component system manufactured by Henkel. It is a sylil-modified-polymer too but the second component is aimed to make the curing rate a little more independent from the moisture content of air. | |
| TRIOS | TA Instruments | Control Software for the rheometer. Version 4.4.0.41651 |
References
- Zhang, Y., Adams, R. D., da Silva, L. F. M. Effects of Curing Cycle and Thermal History on the Glass Transition Temperature of Adhesives. The Journal of Adhesion. 90 (4), 327-345 (2014).
- Wisanrakkit, G., Gillham, J. K. The glass transition temperature (Tg) as an index of chemical conversion for a high-Tg amine/epoxy system: Chemical and diffusion-controlled reaction kinetics. Journal of Applied Polymer Science. 41 (11-12), 2885-2929 (1990).
- Ji, X., Guo, M. Preparation and properties of a chitosan-lignin wood adhesive. International Journal of Adhesion and Adhesives. 82, 8-13 (2018).
- Aliakbari, M., Jazani, M. O., Sohrabian, M., Jouyandeh, M., Saeb, M. R. Multi-nationality epoxy adhesives on trial for future nanocomposite developments. Progress in Organic Coatings. 133, 376-386 (2019).
- Kozowyk, P. R. B., Poulis, J. A. A new experimental methodology for assessing adhesive properties shows that Neandertals used the most suitable material available. Journal of Human Evolution. 137, 102664 (2019).
- Tenorio-Alfonso, A., Pizarro, M. L., Sánchez, M. C., Franco, J. M. Assessing the rheological properties and adhesion performance on different substrates of a novel green polyurethane based on castor oil and cellulose acetate: A comparison with commercial adhesives. International Journal of Adhesion and Adhesives. 82, 21-26 (2018).
- Presser, M., Geiss, P. L. Experimental investigation of the influence of residual stress due to curing shrinkage on the interphase formation in adhesively bonded joints. Procedia Engineering. 10, 2743-2748 (2011).
- McHugh, J., Fideu, P., Herrmann, A., Stark, W. Determination and review of specific heat capacity measurements during isothermal cure of an epoxy using TM-DSC and standard DSC techniques. Polymer Testing. 29 (6), 759-765 (2010).
- Moussa, O., Vassilopoulos, A. P., Keller, T. Experimental DSC-based method to determine glass transition temperature during curing of structural adhesives. Construction and Building Materials. 28 (1), 263-268 (2012).
- Yang, Q., Xian, G., Karbhari, V. M. Hygrothermal ageing of an epoxy adhesive used in FRP strengthening of concrete. Journal of Applied Polymer Science. 107 (4), 2607-2617 (2008).
- Campbell, R., Pickett, B., La Saponara, V., Dierdorf, D. Thermal Characterization and Flammability of Structural Epoxy Adhesive and Carbon/Epoxy Composite with Environmental and Chemical Degradation. Journal of Adhesion Science and Technology. 26, 889-910 (2012).
- Rahman, M. M., Kim, H. D. Synthesis and characterization of waterborne polyurethane adhesives containing different amount of ionic groups (I). Journal of Applied Polymer Science. 102 (6), 5684-5691 (2006).
- Vega-Baudrit, J., Navarro-Bañón, V., Vázquez, P., Martín-Martínez, J. M. Addition of nanosilicas with different silanol content to thermoplastic polyurethane adhesives. International Journal of Adhesion and Adhesives. 26 (5), 378-387 (2006).
- Park, Y. J., Joo, H. S., Kim, H. J., Lee, Y. K. Adhesion and rheological properties of EVA-based hot-melt adhesives. International Journal of Adhesion and Adhesives. 26 (8), 571-576 (2006).
- Kim, H., Kim, J., Kim, J. Effects of novel carboxylic acid-based reductants on the wetting characteristics of anisotropic conductive adhesive with low melting point alloy filler. Microelectronics Reliability. 50 (2), 258-265 (2010).
- Sánchez-Silva, B., et al. Thermal and rheological comparison of adhesives. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 138 (5), 3357-3366 (2019).
- Full, A. P., et al. Polymerization of tetrahydrofurfuryl methacrylate in three-component anionic microemulsions. Macromolecules. 25, 5157-5164 (1992).
- Pizzi, A., Mittal, K. L. Handbook of adhesive technology. , Marcel Dekker Inc. New York. (1992).
- Keenan, M. R. Autocatalytic cure kinetics from DSC measurements: Zero initial cure rate. Journal of Applied Polymer Science. 33 (5), 1725-1734 (1987).
- Lee, J. Y., Shim, M. J., Kim, S. W. Autocatalytic cure kinetics of natural zeolite filled epoxy composites. Materials Chemistry and Physics. 48 (1), 36-40 (1997).
- Hayaty, M., Beheshty, M. H., Esfandeh, M. Isothermal differential scanning calorimetry study of a glass/epoxy prepreg. Polymers for Advanced Technologies. 22 (6), 1001-1006 (2011).
- Lee, E. J., Park, H. J., Kim, S. M., Lee, K. Y. Effect of Azo and Peroxide Initiators on a Kinetic Study of Methyl Methacrylate Free Radical Polymerization by DSC. Macromolecular Research. 26 (4), 322-331 (2018).
- Chambon, F., Winter, H. H. Linear Viscoelasticity at the Gel Point of a Crosslinking PDMS with Imbalanced Stoichiometry. Journal of Rheology. 31 (8), 683-697 (1987).
- Winter, H. H., Chambon, F. Analysis of linear viscoelasticity of a crosslinking polymer at the gel point. Journal of Rheology. 30 (2), 367-382 (1986).
- Roland, C. M. Characteristic relaxation times and their invariance to thermodynamic conditions. Soft Matter. 4 (12), 2316 (2008).
