Оценка лечения клеевых систем с помощью реологических и тепловых испытаний
Summary
Экспериментальная методология, основанная на тепловых и реологических измерениях, предлагается охарактеризовать процесс лечения клеем с для получения полезной информации для промышленного отбора клея.
Abstract
Анализ тепловых процессов, связанных с лечением клея и изучением механического поведения после излечения, предоставляет ключевую информацию, чтобы выбрать наилучший вариант для любого конкретного применения. Предлагаемая методология характеристики лечения, основанная на тепловом анализе и реологии, описывается путем сопоставления трех коммерческих клеев. Экспериментальные методы, используемые здесь термогравиметрический анализ (TGA), дифференциальное сканирование калориметрии (DSC) и релогии. TGA предоставляет информацию о тепловой устойчивости и содержании наполнителя, DSC позволяет оценку некоторых тепловых событий, связанных с реакцией лечения и тепловых изменений вылеченного материала при изменении температуры. Реология дополняет информацию о тепловых преобразованиях с механической точки зрения. Таким образом, реакцию лечения можно отслеживать через эластичный модуль (в основном модуль хранения), угол фазы и зазор. Кроме того, показано также, что, хотя DSC не имеет смысла изучать лечение вылечиваемых влаги клеев, это очень удобный метод для оценки низкой температуры стекла переход аморфных систем.
Introduction
В настоящее время растет спрос на клеи. Сегодняшняя промышленность требует, чтобы клеи были все более разнообразными свойствами, адаптированными к растущему разнообразию возможных новых приложений. Это делает выбор наиболее подходящего варианта для каждого конкретного случая трудной задачей. Таким образом, создание стандартной методологии для характеристики клеев в соответствии с их свойствами облегчило бы процесс отбора. Анализ клея в процессе лечения и конечные свойства вылеченной системы имеют решающее значение для решения о том, является ли клей действительным или нет для определенного применения.
Двумя наиболее часто используемыми экспериментальными методами для изучения поведения клеев являются дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) и динамический механический анализ (DMA). Широко используются также реологические измерения и термогравиметрические испытания. Через них можно определить температуру перехода стекла (Tg) и остаточное теплолечения, которые связаны со степенью излечения 1,2.
TGA предоставляет информацию о тепловой устойчивости клеев3,4, что очень полезно для создания дальнейших условий процесса, с другой стороны, реологические измерения позволяют определить время геля клея, анализ лечения усадки, а также определение вязко-вязкостачных свойстввылеченного образца 5,6,7, в то время как метод DSC позволяет измерять остаточное тепло лечения, и распознавание между одним или несколькими тепловымипроцессами,которые могут происходить одновременно во времялечения 8,9. Таким образом, сочетание DSC, TGA и реологических методологий предоставляет подробную и достоверную информацию для разработки полной характеристики клеев.
Существует ряд исследований клеев, где DSC и TGA применяютсявместе 10,11,12. Есть также некоторые исследования, которые дополняют DSC с реологическимиизмерениями 13,14,15. Однако не существует стандартизированного протокола для систематического сопоставления клеев. Это сравнение было бы лучше выбрать правильные клеи в различных контекстах. В этой работе предлагается экспериментальная методология для характеристики процесса лечения путем комбинированного использования теплового анализа и реологии. Применение этих методов в качестве ансамбля позволяет собирать информацию о поведении клея во время и после процесса лечения, а также тепловой стабильности и Tg материала16.
Предлагаемая методология с участием трех методов, DSC, TGA и реологии описывается в этой работе с использованием трех коммерческих клеев в качестве примера. Один из клеев, hereinafter называется S2c, является двухкомпонентным клеем: компонент А содержит тетрагидрофурфурил метакрилат и компонент B содержит перекись бензоила. Компонент B выступает в качестве инициатора реакции лечения, вызывая тетрагидрофурфурил метакрилат кольца, чтобы открыть. С помощью механизма свободной радикальной полимеризации, связь C’C мономера реагирует с растущим радикалом, чтобы сформировать цепь с тетрагидрофурфурил боковых групп17. Другие клеи, T1c и T2c, являются одно- и двухкомпонентными версиями из того же коммерческого дома модифицированного силанового полимерного клея. Процесс лечения начинается с гидролиза силановойгруппы 18,который может быть инициирован окружающей влажностью (как в случае T1c) или добавлением второго компонента (как в случае T2c).
Что касается областей применения этих трех различных систем: клей S2c был разработан, чтобы заменить, в некоторых случаях, сварки, клепки, клинч и другие механические методы крепления и подходит для высокопрочного крепления скрытых суставов на различных типах субстратов, включая верхние пальто, пластмассы, стекло и т.д. Клеи T1c и T2c используются для упругого склеивания металлов и пластмасс: в караванном производстве, в железнодорожной автомобильной промышленности или в судостроении.
Protocol
Representative Results
Discussion
Предварительное испытание TGA каждого клея всегда является фундаментальным шагом, поскольку дает информацию о диапазоне температур, при котором материал стабилен. Эта информация имеет решающее значение для правильной настройки дальнейших экспериментов. Кроме того, TGA может также инфо?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было частично поддержано Министерством науки и инноваций Испании (Grant MTM2014-52876-R), «MTM2017-82724-R» и Xunta de Galicia (Unidad Mixta de Investigaci’n UDC-Navantia (IN853B-2018/02). Мы хотели бы поблагодарить TA Instruments за изображение, показывающее схему используемого реометра. Это изображение включено в таблицу материалов статьи. Мы также хотели бы поблагодарить журнал теплового анализа и калориметрии за его разрешение на использование некоторых данных из ссылки , и Centr ode Investigaciones Cient’ficas Avanzadas (CICA) для использования своих объектов.
Materials
| 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. , (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).
