مقدمة
الراتنجات الفينوليةهي مواد تصلد بالحرارة تتشكل من تفاعلات التكثيف بين المركبات الفينولية والألدهيدات، وأكثرها شيوعًا الفينول والفورمالدهيد. تُستخدم هذه المواد في الأنظمة المركبة حيث قد يكون السلوك الحراري أو الأداء الناري أو ثبات الأبعاد أو المقاومة الكيميائية ذا صلة.
يمكن أن تظهر أنظمة الراتنج الفينولية المعالجة سلوك كسر هشًا نسبيًا، على الرغم من أن هذا يعتمد على كيمياء الراتنج وتركيبته وظروف علاجه. كما أن بنية الشبكة المتشابكة للغاية والتي توفر مقاومة حرارية وكيميائية تقيد أيضًا الحركة الجزيئية، مما قد يؤثر على سلوك الكسر.
صلابة المصفوفة مقابل مقاومة الكسر المركب
يجب تفسير الأداء المتعلق بالمتانة وفقًا لمستوى المادة وطريقة الاختبار التي يتم النظر فيها. هناك عدة مفاهيم متميزة ذات صلة:
تتعلق صلابة المصفوفة بالتشوه وسلوك امتصاص الطاقة للمصفوفة المعالجة قبل الفشل.
معلمات صلابة الكسر هي خصائص محددة لميكانيكا الكسر يتم قياسها في ظل ظروف اختبار وعينات محددة.
يميز اختبار التأثير استجابة المادة أو العينة تحت التحميل السريع.
تتعلق مقاومة الكسر المركب وتحمل الضرر بسلوك النظام المركب الكامل.
وتصف هذه القياسات جوانب مختلفة من السلوك المادي، وبالتالي فإن التحسن في خاصية واحدة لا يتوافق بالضرورة مع التحسن في خاصية أخرى.
يغير المطاط والكيميائي والبوليمر متعدد الأطوار واستراتيجيات الجسيمات النانوية المحددة في المقام الأول الطور المحتوي على المصفوفة أو المصفوفة، في حين تؤثر بنية الألياف والسلوك البيني في المقام الأول على استجابة الكسر للمركب الكامل.
تعديل المطاط
يعد تعديل المطاط أسلوبًا مدروسًا جيدًا للتشديد المختارأنظمة الراتنج الفينولية. تمت دراسة التعديل المطاطي كوسيلة لتعديل سلوك التأثير والكسر في تركيبات فينولية مختارة.
تعتمد التأثيرات المرصودة على كيمياء المطاط، وتشكله، والتشتت، والسلوك السطحي، وظروف المعالجة، والتحميل، وطريقة الاختبار. يمكن للنطاقات المطاطية المشتتة أن تغير مجالات الضغط المحلية وتتسبب في سلوك الانتشار. تعتمد الآليات المعنية على شكل وتركيبة الراتنج والمطاط المحددة.
يمكن أن يؤثر تحميل المطاط على سلوك المعالجة، والصلابة، والسلوك الحراري، لذلك يجب تقييم المستوى المناسب للصيغة المحددة.
تقوية الألياف وسلوك الكسر المركب
يعمل تعزيز الألياف في المقام الأول على تعديل سلوك الكسر وتحمل الضرر للمركب الكامل بدلاً من الصلابة الجوهرية للمصفوفة الفينولية المعالجة. يتم استخدام مختلف بنيات الألياف، بما في ذلك الألياف القصيرة، والألياف المستمرة، والتعزيزات المنسوجة، والتعزيزات غير المنسوجة، اعتمادًا على متطلبات التطبيق.
فيالمركبات الفينولية المقواة بالأليافهناك عدة آليات يمكن أن تساهم في مقاومة الكسر:
يمكن أن تساهم جسور الألياف في مقاومة الكسر عندما تمتد الألياف إلى صدع متطور وتقاوم فتح الشقوق.
عندما تسمح ظروف فك الترابط والانزلاق البيني، قد يساهم سحب الألياف في امتصاص الطاقة.
يمكن أيضًا إعادة توجيه مسارات التشققات بواسطة الألياف أو الواجهات.
يعتمد سلوك الكسر للمركب المقوى بالألياف على عوامل تشمل بنية التعزيز، والتوجيه، وكسر الحجم، وسلوك الواجهة البينية، ووضع التحميل، وعملية التصنيع. تؤثر خصائص الواجهة البينية على نقل الحمل وسلوك الكسر. يمكن استخدام عوامل الاقتران والمعالجات السطحية لتعديل سلوك السطح البيني لمصفوفة الألياف.
التعديل الكيميائي ومتعدد المراحل
التعديل الكيميائي
التعديل الكيميائي يمكن أن يغير البنية والاستجابة الميكانيكية للشبكة الفينولية المعالجة. التعديلات التي تهدف إلى تغيير السلوك المرتبط بالكسر قد تؤثر أيضًا على الصلابة أو السلوك الحراري أو خصائص العلاج أو قابلية المعالجة.
تم دراسة الكاردانول والمكونات الأخرى المشتقة من سائل قشر الكاجو كمعدلات في الأنظمة الفينولية. ويعتمد السلوك الميكانيكي والحراري الناتج على التركيب وظروف المعالجة.
شبكات البوليمر المتداخلة
تشتمل شبكة البوليمر المتداخلة (IPN) على شبكتين أو أكثر من شبكات البوليمر المتداخلة جزئيًا على الأقل على المستوى الجزيئي، ولا ترتبط ببعضها البعض تساهميًا، ولا يمكن فصلها دون كسر الروابط الكيميائية. إن خليط شبكات البوليمر المشكلة بشكل منفصل لا يعد في حد ذاته IPN.
تحتوي شبكة بوليمر شبه متداخلة على شبكة بوليمر واحدة أو أكثر مع واحد أو أكثر من البوليمرات الخطية أو المتفرعة التي تخترق بنية الشبكة على المستوى الجزيئي.
اعتمادًا على التركيب والتشكل وظروف المعالجة، قد تغير بنيات IPN أو شبه IPN توازن السلوك الميكانيكي والحراري والكسر في الأنظمة المحتوية على الفينول.
تعديل الجسيمات النانوية
تم دراسة الجسيمات النانوية كمعدلات فيأنظمة الراتنج الفينولية. وتعتمد تأثيراتها على كيمياء الجسيمات، والتحميل، والتشتت، وخصائص السطح، والتفاعلات مع المصفوفة.
يمكن أن تؤثر جودة التشتت على سلوك الأنظمة المعدلة بالجسيمات النانوية. قد تؤثر استراتيجية المعالجة السطحية والتشتت على التوافق والأداء.
قد تغير الجسيمات النانوية سلوك انتشار الكراك اعتمادًا على التشتت والتفاعلات البينية. تعد الصلابة والقوة والمتانة من الخصائص المميزة وقد تستجيب بشكل مختلف للتعديل.
تقييم الأداء المتعلق بالصلابة
توصيف التأثير والكسر
يمكن استخدام اختبار Charpy أو Izod لمقارنة استجابة التأثير في ظل عينة محددة وظروف اختبار. يوفر اختبار التأثير واختبار ميكانيكا الكسر أنواعًا مختلفة من بيانات التوصيف ولا يمكن استبدالهما.
يمكن استخدام تكوينات الانحناء ذو الحافة الواحدة (SENB) لتوصيف ميكانيكا الكسر بموجب طريقة اختبار البوليمر المعمول بها. تعتمد صحة معلمات صلابة الكسر المُبلغ عنها على هندسة العينة، واستجابة المواد، وظروف الاختبار.
بالنسبة للمركبات الرقائقية المناسبة، يمكن استخدام طرق الشعاع المزدوج الكابولي (DCB) لتوصيف الكسر بين الصفائح في الوضع الأول. يمكن استخدام أساليب الثنية المحززة (ENF) لتوصيف الكسر بين الصفائح من النمط II للشرائح المناسبة. بالنسبة للمركبات المغلفة حيث تكون مقاومة التصفيح مصدر قلق في التصميم، قد يكون توصيف الكسر بين الصفائح ذا أهمية خاصة.
دعم التوصيف الميكانيكي واللزج
يمكن استخدام اختبار الشد والانثناء لتقييم التغيرات في القوة والصلابة المرتبطة بالتعديل. تكمل هذه القياسات التوصيف المرتبط بالصلابة من خلال تحديد مقايضات الملكية الميكانيكية.
يمكن أن يوفر التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) معلومات حول الاستجابة اللزجية المرنة والسلوك المتعلق بالانتقال الزجاجي. يوفر التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) دعمًا للتوصيف الميكانيكي الحراري بدلاً من بيانات صلابة الكسر.
صياغة المقايضات
يجب أن يأخذ التقييم في الاعتبار التأثيرات على الصلابة والقوة والسلوك الحراري وسلوك المعالجة واللزوجة وقابلية المعالجة وتوافق التصنيع والتكلفة.
ويمكن الجمع بين أساليب متعددة، ولكن ينبغي تقييم تفاعلاتها بشكل تجريبي لنظام المواد المحدد.
خاتمة
الأداء المتعلق بالتقوية فيمركبات الراتنج الفينوليةيمكن تعديلها على المستويين المصفوفي والمركب. تؤثر طرق المطاط والكيميائية والبوليمر متعدد الأطوار والجسيمات النانوية بشكل أساسي على الطور الذي يحتوي على المصفوفة، بينما تؤثر بنية التعزيز والسلوك البيني في المقام الأول على استجابة الكسر للمركب الكامل.
تعتمد الإستراتيجية المناسبة على خصائص الهدف ونظام المواد ومسار المعالجة ومتطلبات التطبيق. ولذلك ينبغي تحديد خصائص التأثير والكسر والتوصيف الميكانيكي واللزج وفقًا لسؤال الأداء الذي يتم تقييمه.
مراجع
- تشانغ، إس، وانغ، إكس، تشانغ، جي، تشاو، إف-جي، بي، كيه، ويانغ، إكس (2024). تمكين تشديد الراتنج الفينولي ومقاومته للحرارة: التكتيكات والتطورات الحديثة.البوليمر,315، 127782. DOI: 10.1016/j.polymer.2024.127782
- كايناك، سي.، وكاجاتاي، أو. (2006). تقوية المطاط للراتنج الفينولي باستخدام مطاط النتريل والسيلان الأميني.اختبار البوليمر,25(3)، 296-305. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2006.01.004
- Ma, HY, Wei, GS, Liu, YQ, Zhang, XH, Gao, JM, Huang, F., Tan, BH, Song, ZH, & Qiao, JL (2005). تأثير الجسيمات النانوية المرنة على خواص الراتنج الفينولي.البوليمر,46(23)، 10568-10573. DOI: 10.1016/j.polymer.2005.07.103
- هوونغ، NL، نيو، NH، تان، TTM، & جريسر، UJ (1996). راتنجات الكاردانول-الفينول-فورمالدهايد. التحليل الحراري والتوصيف.الكيمياء الجزيئية التطبيقية,243، 77-85. دوى: 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). تعريفات المصطلحات المتعلقة بتركيب ومعالجة المواد الهلامية والمواد الهلامية والشبكات والمواد الهجينة العضوية وغير العضوية (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) 2007).الكيمياء البحتة والتطبيقية,79(10)، 1801-1829. دوى: 10.1351/pac200779101801
- كلاين، تي دبليو، وهال، د. (2019).مقدمة للمواد المركبة(الطبعة الثالثة). مطبعة جامعة كامبريدج. دوى: 10.1017/9781139050586
- المنظمة الدولية للتوحيد القياسي. (2018).ISO 13586:2018، البلاستيك - تحديد صلابة الكسر (GIC وKIC) - نهج ميكانيكا الكسر المرنة الخطية (LEFM).
- ASTM الدولية. (2021).ASTM D5528/D5528M-21، طريقة الاختبار القياسية للوضع الأول لصلابة الكسر بين الصفائح لمركبات مصفوفة البوليمر المقواة بالألياف أحادية الاتجاه. دوى: 10.1520/D5528_D5528M-21
- ASTM الدولية. (2019).ASTM D7905/D7905M-19، طريقة الاختبار القياسية لتحديد صلابة الكسر بين الصفائح من النمط II لمركبات مصفوفة البوليمر المقواة بالألياف أحادية الاتجاه. دوى: 10.1520/D7905_D7905M-19