Thermische eigenschappen van composieten

Vezelversterkte polymeercomposieten worden vaak gebruikt als structurele componenten die worden blootgesteld aan extreem hoge of lage temperaturen. Deze toepassingen omvatten:

• Onderdelen van motorvoertuigen
• Lucht- en ruimtevaart en militaire producten
• Elektronische componenten en printplaat
• Olie- en gasapparatuur

De thermische prestaties van een FRP-composiet zullen een direct resultaat zijn van de harsmatrix en het hardingsproces. Isoftaalzuur, vinylester en epoxyharsen hebben in het algemeen zeer goede thermische eigenschappen. Terwijl orthoftaalharsen meestal slechte thermische prestatie-eigenschappen vertonen.

Bovendien kan dezelfde hars enorm verschillende eigenschappen hebben, afhankelijk van het uithardingsproces, de uithardingstemperatuur en de uitgeharde tijd. Veel epoxyharsen vereisen bijvoorbeeld een "nabehandeling" om de hoogste thermische eigenschappen te helpen bereiken.

Een nabehandeling is de methode voor het toevoegen van temperatuur voor een tijdsduur aan een composiet nadat de harsmatrix al is uitgehard door de thermohardende chemische reactie. Een nabehandeling kan helpen bij het uitlijnen en organiseren van de polymeermoleculen, waardoor de structurele en thermische eigenschappen verder worden verbeterd.

Tg - De glasovergangstemperatuur

FRP-composieten kunnen worden gebruikt in structurele toepassingen die verhoogde temperaturen vereisen, maar bij hogere temperaturen kan het composiet moduluseigenschappen verliezen. Dit betekent dat het polymeer "zacht wordt" en minder stijf wordt. Het verlies aan modulus is geleidelijk bij lagere temperaturen, echter, elke polymeerharsmatrix zal een temperatuur hebben die, wanneer bereikt, het composiet zal overgaan van een glasachtige naar een rubberachtige toestand. Deze overgang wordt de "glasovergangstemperatuur" of Tg genoemd. (In het gesprek vaak aangeduid als "T sub g").

Bij het ontwerpen van een composiet voor een structurele toepassing, is het belangrijk om ervoor te zorgen dat de Tg van de FRP-composiet hoger zal zijn dan de temperatuur waaraan deze ooit zou kunnen worden blootgesteld. Zelfs in niet-structurele toepassingen is de Tg belangrijk omdat het composiet cosmetisch kan veranderen als de Tg wordt overschreden.

Tg wordt meestal gemeten met behulp van twee verschillende methoden:

DSC - Differentiële scanningcalorimetrie

Dit is een chemische analyse die energieabsorptie detecteert. Een polymeer vereist een bepaalde hoeveelheid energie naar overgangstoestanden, net zoals water een bepaalde temperatuur vereist om over te schakelen naar stoom.

DMA - Dynamische mechanische analyse

Deze methode meet fysiek de stijfheid wanneer warmte wordt toegepast, wanneer een snelle afname van de moduluseigenschappen optreedt, is de Tg bereikt.

Hoewel beide methoden voor het testen van de Tg van een polymeercomposiet nauwkeurig zijn, is het belangrijk om dezelfde methode te gebruiken bij het vergelijken van een composiet of polymeermatrix met een andere. Dit vermindert variabelen en biedt een meer nauwkeurige vergelijking.