Kesan suhu acuan terhadap kekuatan ikatan antara muka dalam proses salutan dan pengacuan termoplastik CF-PAEK (PEEK).
Komposit gentian karbon termoplastik berprestasi tinggi mempamerkan kelebihan seperti keliatan tinggi, rintangan hentaman, penyerapan lembapan rendah dan prestasi alam sekitar yang cemerlang. Penyelidikan mengenai jenis bahan komposit ini telah dijalankan, menghasilkan pembangunan pelbagai komposit gentian karbon termoplastik dengan matriks yang berbeza, serta beberapa teknik pemprosesan yang boleh dilaksanakan, termasuk pengacuan suntikan, pengacuan mampatan dan pengacuan salutan. Teknologi lebur suhu tinggi telah lama dianggap sebagai salah satu kaedah utama untuk penyediaan komposit gentian karbon termoplastik. Kertas kerja ini akan memperkenalkan kesan suhu acuan pada kekuatan ikatan antara muka untuk gentian karbon berterusan bertetulang poliaril eter keton (CF-PAEK) dan gentian karbon pendek bertetulang polieter eter keton (CF-PEEK) semasa proses pengacuan salutan, menyepadukan pandangan daripada kesusasteraan profesional .
Penyediaan Komposit Bersalut daripada Termoplastik CF-PAEK dan CF-PEEK
Komposit keton poliaril eter termoplastik bertetulang gentian karbon berterusan (CF-PAEK) telah disediakan menggunakan gentian karbon satu arah, yang kemudiannya dibentuk menjadi lamina komposit bertetulang gentian karbon berterusan melalui pengacuan mampatan. Keton eter polieter (PEEK) dan keton eter polieter bertetulang gentian karbon pendek (SCF-PEEK) dipilih sebagai bahan suntikan, disuntik ke dalam acuan yang diletakkan pada permukaan lamina CF-PAEK, dan dikekalkan di bawah tekanan untuk tempoh tertentu untuk menghasilkan campuran komposit bersalut. Selepas membenarkan udara menyejuk ke suhu bilik, komposit gentian karbon termoplastik yang dibentuk telah dikeluarkan dan dipotong kepada saiz tetap. Pelbagai ujian prestasi telah dijalankan selepas itu, termasuk ujian sifat mekanikal, analisis mikroskop elektron pengimbasan (SEM), ujian pecahan volum, ujian tingkah laku reologi, dan ujian nanoindentation. Data ujian telah digraf, dan kesimpulan yang sepadan dibuat melalui kajian perbandingan beberapa set sampel.
Kesan suhu acuan ke atas kekuatan ikatan antara muka komposit CF-PAEK (PEEK) termoplastik.
1.Kelikatan-Suhu Lengkung PAEK dan PEEK Resin: Rajah di atas menunjukkan lengkung suhu kelikatan untuk resin PAEK dan PEEK. Data menunjukkan bahawa kelikatan PAEK berjulat dari kira-kira 89 hingga 237 Pa·s pada suhu antara 340 darjah dan 400 darjah, manakala kelikatan PEEK berjulat dari 203 hingga 330 Pa·s pada suhu antara 360 darjah dan 420 darjah. Kedua-dua resin termoplastik mempamerkan tingkah laku penipisan ricih, dengan kelikatan berkurangan apabila suhu meningkat. Lebih rendah kelikatan resin cair, lebih baik resapan, yang secara positif mempengaruhi kekuatan ikatan antara muka.
2. Kekuatan Ricih Komposit Bersalut pada Suhu Acuan Berbeza: Rajah a di atas menunjukkan lengkung tegasan-terikan untuk bahan PEEK dan SCF-PEEK pada suhu acuan yang berbeza. Rajah b membentangkan data kekuatan ricih untuk PEEK/CCF-PAEK dan SCF-PEEK/CCF-PAEK pada suhu acuan yang berbeza-beza. Kekuatan ricih PEEK/CCF-PAEK ialah 56 MPa, 65 MPa, 70 MPa, dan 68 MPa, manakala kekuatan ricih SCF-PEEK/CCF-PAEK ialah 77 MPa, 79 MPa, 85 MPa, dan 71 MPa.
Keputusan menunjukkan bahawa apabila suhu acuan meningkat, kekuatan ricih sampel bertambah baik. Selain itu, disebabkan oleh tetulang daripada gentian karbon pendek, kekuatan ricih SCF-PEEK/CCF-PAEK lebih tinggi. Suhu acuan mempengaruhi masa pengekalan suhu antara muka antara cair yang disuntik (PEEK dan SCF-PEEK) dan lamina CCF-PAEK, serta masa sentuhan sebelum pengawetan. Apabila suhu acuan meningkat, suhu lapisan antara muka secara beransur-ansur meningkat, menggalakkan pencairan dan resapan resin PAEK pada suhu lebur yang lebih rendah, dengan itu meningkatkan kekuatan ikatan antara muka.
3. Mod Kegagalan Ricih Sampel Komposit Bersalut pada Suhu Acuan Berbeza: Rajah di atas menunjukkan keratan rentas kegagalan ricih bagi komposit bersalut PEEK/CCF-PAEK pada suhu acuan yang berbeza. Ia mendedahkan bahawa di bawah tindakan daya ricih, retakan mula terbentuk pada kedua-dua belah sampel dan memanjang ke arah pusat. Apabila suhu acuan ditetapkan pada 220 darjah dan 240 darjah, kegagalan PEEK/CCF-PAEK terutamanya berpunca daripada penembusan antara muka, menunjukkan kekuatan ikatan antara muka yang agak lemah (Rajah a dan b). Sebaliknya, apabila suhu acuan meningkat kepada 260 darjah dan 280 darjah, kegagalan PEEK/CCF-PAEK adalah disebabkan terutamanya oleh patah interlaminar, menunjukkan kekuatan ikatan antara muka yang lebih kuat (Rajah c dan d).
Rajah di atas menunjukkan keratan rentas kegagalan ricih bagi komposit bersalut SCF-PEEK/CCF-PAEK pada suhu acuan yang berbeza, dengan keadaan sampel yang serupa dengan komposit PEEK/CCF-PAEK. Pada suhu acuan 220 darjah dan 240 darjah, kegagalan ikatan antara muka kekal sebagai isu utama (Rajah a dan b). Apabila suhu acuan meningkat kepada 260 darjah dan 280 darjah, kegagalan SCF-PEEK/CCF-PAEK dicirikan oleh patah interlaminar CCF-PAEK dan kegagalan lenturan SCF-PEEK (Rajah c dan d). Disebabkan oleh ubah bentuk lenturan dan ubah bentuk ricih interlaminar yang disebabkan oleh proses salutan, apabila kekuatan ikatan antara muka menjadi lemah, delaminasi boleh berlaku antara PEEK, SCF-PEEK, dan CCF-PAEK. Apabila kekuatan ikatan antara muka meningkat, penembusan antara muka dalam komposit secara beransur-ansur berkurangan, manakala patah interlaminar resin meningkat.
Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa mod kegagalan antara muka komposit berubah dengan peningkatan suhu acuan. Pada suhu yang lebih rendah, suhu antara muka lebih rendah, dan leburan dalam acuan suntikan menyejuk dengan lebih cepat, mengakibatkan resapan molekul yang lebih perlahan dan lekatan yang lebih lemah. Kegagalan ricih menjelma sebagai kegagalan antara muka, dicirikan oleh ikatan mekanikal. Apabila suhu acuan meningkat, luas permukaan patah PEEK meningkat secara beransur-ansur. Suhu acuan yang lebih tinggi meningkatkan suhu antara muka antara resin PEEK dan PAEK, meningkatkan masa pengadunan sebelum pengawetan, yang memudahkan proses pencairan resin. Apabila suhu antara muka melebihi suhu lebur PAEK, lapisan eutektik resin terbentuk pada antara muka, meningkatkan kekuatan ikatan antara muka.
4. Lengkung Kedalaman Beban Nanoindentation Komposit Bersalut pada Suhu Acuan Berbeza: Lengkung dalam rajah di atas menunjukkan bahawa untuk beban lekukan yang sama, kedalaman lekukan secara beransur-ansur berkurangan dengan peningkatan suhu acuan, menunjukkan bahawa kapasiti galas beban resin pada antara muka bertambah kukuh apabila suhu acuan meningkat. Untuk komposit PEEK/CCF-PAEK, pada suhu acuan 260 darjah, kapasiti galas beban resin antara muka adalah serupa dengan PEEK, menunjukkan bahawa komposit bersalut telah mencapai keadaan resin cair bercampur dengan lapisan suntikan resin (PEEK), mencapai kekuatan yang hampir sama. Berbanding dengan PEEK, komposit SCF-PEEK/CCF-PAEK mempamerkan beban yang lebih tinggi pada antara muka, menunjukkan bahawa penambahan gentian karbon pendek meningkatkan resin pada antara muka, membolehkannya menanggung beban yang lebih tinggi.
Apabila kedalaman lekukan adalah kecil, modulus berkurangan dengan cepat dengan peningkatan kedalaman lekukan (Rajah b), menunjukkan variasi yang besar dalam lengkung modulus semasa fasa ini. Sebaik sahaja kedalaman melebihi 250 nm, nilai modulus mula licin dengan kedalaman yang semakin meningkat. Pada kedalaman lebih daripada 500 nm, lengkung modulus menjadi lebih stabil. Pada suhu acuan 220 darjah, lengkung modulus kedalaman untuk komposit bersalut PEEK/CCF-PAEK agak tidak stabil, dengan modulus yang lebih rendah sebanyak 4.2 GPa. Ini menunjukkan bahawa pada suhu acuan 260 darjah, leburan boleh membentuk lapisan kewujudan bersama resin dengan permukaan resin prabentuk, menghasilkan modulus yang setanding dengan PEEK.
Lengkung modulus kedalaman untuk komposit bersalut SCF-PEEK/CCF-PAEK agak licin, menunjukkan bahawa penambahan gentian karbon pendek boleh meningkatkan modulus resin pada antara muka. Apabila suhu acuan meningkat, modulus juga meningkat secara beransur-ansur. Pada suhu acuan 260 darjah, peningkatan adalah ketara, mencapai sehingga 5.5 GPa, yang berkaitan dengan peralihan dalam keadaan ikatan antara muka pada suhu ini. Ini menunjukkan bahawa dua jenis resin di antara muka boleh cair dan meresap antara satu sama lain. Selain itu, gentian karbon pendek boleh membenamkan diri dalam lapisan antara muka apabila resin berada dalam keadaan cair, yang menyumbang kepada peningkatan modulus.
