تقييم علاج أنظمة لاصقة من قبل اختبار الريولوجي والحراري
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.
Protocol
Representative Results
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 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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).
