Bu eksperimental tədqiqat, elektrik motorları ve jeneratörlerde istifadə olunan ince elektrik poladı lövhələrinı bir arada tutan su əsaslı epoksi yapışdırıcıların, nüvə-qabıq yapılı kauçuk hissəciklərlə güçlendirilmesini incelemektedir. Tədqiqatçılar, silikon nüvəli hissəciklar ilə polibütadien nüvəli hissəciklərin epoksi verniğin bərkimə davranışını, şüşə keçid temperaturunı, laminatların soyulma dayanıqlığını ve yorulma çatlağına karşı müqavimətini müqayisə etmişdir.

Model lak, təxminən 500 g/mol epoksi eşdəyər ağırlığına sahip bisfenol-A diglisidil eter esaslı epoksi ilə hazırlanmışdır. Verniklere, silikon nüvəli CSP-Si veya polibütadien nüvəli CSP-PBR hissəciklar içeren ticari masterbatchler eklenmiştir. Masterbatch məzmunleri lak səviyyəsinde faiz 1 ilə faiz 10 arasında değiştirilmiş; laminatların mexaniki deneylerinde ağırlıklı kimi faiz 1, 2 ve 5 oranları istifadə edilmişdir.

Silikon nüvəli masterbatch, təmiz epoksinin təxminən 172°C olan jelləşmə başlanğıcını çoğu formulyasiyada təxminən 167–170°C aralığına aşağı salmışdır. Polibütadien nüvəli masterbatchlerde ise jelləşmə başlanğıcı təxminən 173–176°C aralığında gerçekleşmiştir. Her iki değiştirici de faiz 5 masterbatch tərkibine kadar tam kürlenmiş epoksinin təxminən 110°C olan şüşə keçid temperaturunı aydın biçimde dəyişdirməmişdir. Yüzde 10 masterbatch tərkibinde şüşə keçid temperaturu 114–115°C düzeyine yüksəlmişdir.

23°C’de gerçekleştirilen rulo soyma deneylerinde bütün kimi en yüksek dayanıqlıq, faiz 5 CSP-Si masterbatch içeren laminatta əldə edilmişdir. Yaklaşık 6,7 N/mm olan bu dəyər, təmiz epoksi referansına göre təxminən faiz 45 artım mənasına gəlir. Temperatur 100, 120 ve 140°C’ye yükseldikçe bütün formulyasiyaların soyulma dayanıqlığı düşmüş; nüvə-qabıq hissəciklərin olumlu etkisi xüsusilə epoksinin cam geçiş bölgesinde daha sınırlı hâle gelmiştir.

Yorulma qırılma mekaniği deneylerinde en aydın iyileşme yine faiz 5 CSP-Si formulyasiyaunda görülmüşdür. Çatlağın ilerlemeye başlaması üçün gerekli eşik şekil değiştirme enerjisi salım hızı [ G_{\mathrm{th}} ], təmiz epoksinin 23°C’deki 34 J/m² dəyərindən 44 J/m²’ye, 70°C’deki 26 J/m² dəyərindən 38 J/m²’ye yüksəlmişdir. Bunlar sırasıyla təxminən faiz 30 ve faiz 45 artıma uyğun gəlir.

CSP-PBR formulyasiyalarında 23°C’de en yüksek yorulma eşiği faiz 2 masterbatch tərkibinde, 40 J/m² kimi ölçülmüşdür. Bunun əksinə polibütadien değiştiricinin 70°C’de tutarlı bir üstünlük sağlamadığı görülmüşdür. Yüzde 5 CSP-PBR formulyasiyaunun 70°C’deki eşik dəyəri 22 J/m²’ye düşerek referansın altında kalmıştır.

Kırılma səthleri, çatlağın mikrometre inceliğindeki epoksi tabakasının iki çelik arayüzü arasında dönüşümlü kimi ilerlediği karma bir hasar mekanizmasını göstermiştir. Tədqiqatçılar, nüvə-qabıq hissəciklərin çatlak önünü sabitlemesi, hissəcik boşluklaşması ve çevredeki epoksinin plastik şekil değiştirmesi gibi toklaştırma mekanizmalarının etkili ola biləcəyini düşünmektedir. Lakin bu nanoskopik mekanizmalar doğrudan görüntülenmemiş; daha yüksək çözünürlüklü elektron mikroskopisi gelecek tədqiqat kimi təklif edilmişdir.

Elektrik çeliği laminatlarında epoksi tabakanın görevi

Elektrik motoru ve jeneratör nüvəleri, tek parça kalın çelik yerine üst üste yerleştirilmiş ince elektrik poladı lövhələrindan oluşturulur. Levhaların birbirinden elektriksel kimi yalıtılması, alternatif manyetik alanın oluşturduğu girdap akımlarını ve bunlara bağlı enerji kayıplarını azaltır.

Epoksi tabakalar bu yapıda iki işlevi birlikte üstlenmektedir:

• Komşu elektrik poladı lövhələri arasında elektriksel yalıtım sağlamak,
• Levhaları bütün səth boyunca mexaniki kimi birbirine bağlamak.

Motor veya jeneratörün yüksek güç yoğunluğunu koruyabilmek üçün yapışdırıcı tabakanın mümkün olduğunca ince ve eş kalınlıkta olması gərəkdir. Buna görə tədqiqatda istifadə olunan epoksi tabakalar yalnız təxminən 5–12 µm kalınlığındadır.

Su bazlı epoksi lakların düşük uçucu organik bileşik içeriği, düşük yanıcılığı, daha az koku oluşturması ve bobin kaplama süreçlerine uygunluğu mühüm avantajlardır. Bununla yanaşı epoksiler doğal kimi gevrek malzemelerdir. İnce bir epoksi katmanındaki mikroçatlaklar, tekrarlı mexaniki ve termal yükler altında tabakaların ayrılmasına yol açabilir.

Araştırmadaki bilik boşluğu

Kauçuk veya nüvə-qabıq hissəciklərlə epoksi toklaştırma, kalın yapısal yapışdırıcılarda ve kompozitlerde bilinen bir yöntemdir. Bunun əksinə su əsaslı epoksi laklerle birleştirilmiş elektrik poladı laminatlarında, yalnız birkaç mikrometre kalınlığındaki yapışdırıcı tabakalar üçün sistematik bir nüvə-qabıq hissəcik araştırması mövcud deyil.

Tədqiqatnın əsas məqsədi, nanoskopik nüvə-qabıq hissəciklərin iki fərqli düzeydeki etkisini belirlemektir:

• Vernik düzeyi: Jelleşme başlangıcı, viskozite gelişimi ve tam kürlenmiş epoksinin şüşə keçid temperaturu.
• Laminat düzeyi: Soyulma dayanıqlıqı, yorulma çatlağı böyümə müqaviməti ve qırılma mekanizması.

Araştırma ayrıca silikon ve polibütadien gibi fərqli kauçuk nüvəlerin otaq temperaturu ve yükseltilmiş sıcaklıklarda eyni performansı gösterip göstermediğini sorgulamaktadır.

Su bazlı model epoksi verniğin tərkibi

Ana reçine kimi Olin Corporation tarafından sağlanan D.E.R. 671 bisfenol-A diglisidil eter istifadə edilmişdir. Reçinenin epoksi eşdəyər ağırlığı təxminən 500 g/mol’dür.

Vernik tərkibi şu şekilde hazırlanmışdır:

• Bisfenol-A diglisidil eter esaslı epoksi reçine,
• Toplam sistemin faiz 10’u oranında Poloxamer 407 emülgatör,
• Toplam sistemin faiz 45’i oranında su,
• Metoksipropanol içinde çözündürülmüş faiz 99 saflıkta disiyandiamid sertleştirici,
• Epoksiye göre 1,1:1 oranında hafif aşırı stokiyometrik DICY sertleştirici.

Aşırı stokiyometrik DICY kullanımı, bərkimə sırasında epoksi gruplarının mümkün olduğunca yüksek dönüşüme ulaşmasını ve şəbəkə yapısının topolojik kısıtlar nedeniyle eksik kalmamasını amaçlamaktadır.

İncelenen nüvə-qabıq değiştiriciler

CSP-Si üçün Evonik Albidur EP 2240 A, CSP-PBR üçün Kaneka Kane Ace MX150 istifadə edilmişdir. Polibütadien çekirdeğin akrilat esaslı olduğu düşünülen uyumlu bir kopolimer qabıqla çevrili olduğu bildirilmişdir.

Masterbatchler su əsaslı verniğe yüksek hızlı kesme emülsifikasyonuyla eklenmiştir. Sınaq bölümünde faiz 1, 2, 5, 8 ve 10 masterbatch məzmunlerinin hazırlandığı belirtilmesine rağmen nəticə tablolarında faiz 8 formulyasiyau raporlanmamıştır. Mexaniki laminat deneylerinde yalnız faiz 1, 2 ve 5 məzmunleri dəyərlendirilmiştir.

Masterbatch taşıyıcısının eksperimental önemi

Her iki ticari masterbatch, yalnız kauçuk hissəcik içerçıxış ucluğukte; eyni zamanda ana model reçineden daha aşağı epoksi eşdəyər ağırlığına sahip bir epoksi taşıyıcısı da getirmektedir. Ana reçinenin EEW dəyəri təxminən 500 g/mol iken masterbatch taşıyıcısının dəyəri təxminən 300 g/mol’dür.

Buna görə ölçülen değişikliklerin tamamını yalnız kauçuk hissəciklara bağlamak mümkün değildir. Düşük EEW dəyərli taşıyıcı reçine:

• Epoksi fonksiyonlarının yoğunluğunu,
• Kürlenme hızını,
• Şəbəkə yapısının çapraz bağ yoğunluğunu,
• Verniğin akış ve sıkışma davranışını

değiştirebilir. Tədqiqatçılar da jelleşme ve cam geçiş sonuçlarını yorumlarken bu taşıyıcı etkisini xüsusilə vurgulamaktadır. Tədqiqatda hissəcik içermeyen fakat eyni düşük EEW taşıyıcı reçineyi içeren ayrı bir kontrol formulyasiyau mövcud deyil.

Elektrik çeliği lövhələrinın hazırlanması

Altlık kimi DIN EN 10106 standardına uyğun, tane yönlenmesiz M-800-50A elektrik poladı istifadə edilmişdir. Levha kalınlığı 0,5 mm’dir.

Üretim sırası şöyledir:

1. Yağ ve istehsal kalıntıları alkalin sıcak yıkamayla uzaklaştırılmıştır.
2. İlk səthe 14 µm doktor bıçağıyla lak uygulanmıştır.
3. İlk kaplama 210°C’de 5 saniye kurutulmuştur.
4. Karşı səth eyni biçimde kaplanmıştır.
5. İkinci kaplama 210°C’de 20 saniye kurutulmuştur.
6. Kısmen çapraz bağlı B-aşaması kaplama kalınlığı təxminən 5–8 µm kimi ölçülmüşdür.
7. Levhalar üst üste yerleştirilerek 180°C’de, 0,3 MPa təzyiq altında iki saat kürlenmiştir.

Rulo soyma sınaqları üçün dört çelik levhadan, yorulma qırılma sınaqları üçün altı çelik levhadan oluşan laminatlar üretilmiştir.

Kürlenme ve jelleşme sınağı

Verniklerin reokinetik davranışı, ASTM D4473-03 yaklaşımına göre plaka-plaka geometrili dinamik mexaniki analizle araşdırılmışdır.

Şəkil 1’in sol tarafında salınımlı plaka-plaka sınaq düzeneği, sağ tarafında ise kompleks viskozite eğrisinden jelləşmə başlanğıcının belirlenmesi gösterilmektedir. Temperatur önce katı epoksi önpolimeri eriterek viskoziteyi hafifçe düşürmektedir. DGEBA ilə DICY arasındaki çapraz bağlanma hızlandığında viskozite yükselmekte; üç boyutlu şəbəkə oluşmaya başladığında artım çok daha keskin hâle gelmektedir.

Jelleşme başlangıcı, düşük viskoziteli plato ilə viskozitenin hızla yükseldiği bölüm üçün çizilen teğetlerin kesişiminden belirlenmiştir.

Cam geçiş sıcaklığının ölçülmesi

Tam kürlenmiş epoksinin şüşə keçid temperaturunı belirlemek üçün şekil değiştirme genliği faiz 0,1’e düşürülmüş, frekans 1 Hz’de tutulmuş ve numuneler 70–120°C arasında 2 K/dakika hızla ısıtılmıştır.

Cam geçiş sıcaklığı [ T_G ], kayıp faktörü eğrisinin maksimumundan belirlenmiştir. Bu temperatur, epoksi zincirlerinin segmental hareketliliğinin aydın biçimde arttığı bölgeyi təmsil edir.

Rulo soyma dayanıqlıqı sınağı

Yapışma dayanıqlıqı DIN EN 1464’e göre ZwickRoell Z020 evrensel test cihazıyla ölçülmüşdür. Dört katmanlı laminattan tek bir çelik levha, diğer üç levhadan soyulmuştur.

• Test hızı: 100 mm/dakika.
• Ortam koşulu: 23°C ve faiz 50 bağıl nem.
• Ek test sıcaklıkları: 100, 120 ve 140°C.
• Her formulyasiya üçün en az beş laminat.
• İlk ve son 25 mm yer değiştirme bölümleri ortalamadan çıkarılmıştır.

Rulo soyma dayanıqlıqı, ölçülen ortalama kuvvetin numune genişliğine bölünmesiyle N/mm cinsinden dəyərlendirilmiştir. Bu deneyde ölçülen enerjinin mühüm bir bölümü yalnız yapışdırıcının qırılmasından değil, soyulan çelik levhanın plastik bükülmesinden de kaynaklanmaktadır.

Yorulma çatlak büyümesi sınağı

Servis koşullarına daha yakın bir ayrılma müqaviməti ölçmek üçün altı levhalı çift konsol kiriş numuneleri hazırlanmışdır. Merkez yapışdırıcı tabakaya, toplam kalınlığı 0,5 µm’den küçük iki gümüş yaprak yerleştirilerek yapay bir başlanğıc çatlağı oluşturulmuştur.

Şəkil 2’nin solunda çift konsol kiriş numunesi ve çatlak önü, sağında ise temperatur kontrollü ortamda eyni anda dört numunenin denenebildiği düzenek gösterilmektedir.

Yorulma eğrilerinde dikey eksen çevrim başına çatlak ilerleme hızını:

\[ \frac{da}{dN} \]

yatay eksen ise çevrimdeki en yüksek şekil değiştirme enerjisi salım hızını:

\[ G_{\max} \]

göstərir. Tasarım açısından en mühüm dəyərlerden biri, çatlak büyümesinin son derece yavaşladığı eşik bölgesindeki:

\[ G_{\mathrm{th}} \]

dəyəridir. Daha yüksək [ G_{\mathrm{th}} ], yorulma çatlağının ilerlemesi üçün daha büyük mexaniki itici kuvvet gerektiği anlamına gelir.

Kırılma səthlerinin incelenmesi

Yorulma sonrasında kırılan səthler dört fərqli yöntemle dəyərlendirilmiştir:

• Nikon D700 fotoğraf makinesiyle makroskopik görüntüleme,
• Manuel eşik dəyəri kullanan Python betiğiyle siyah-beyaz səth sınıflandırması,
• 50 kat büyütmeli lazer konfokal mikroskopla səth yükseklik profili,
• Raman spektroskopisiyle silikon-oksijen bağlarının haritalanması.

İkili görüntülerde siyah bölgeler açıkta kalan elektrik poladıni, beyaz bölgeler səthde kalan epoksi alanlarını təmsil edir.

Raman ölçmələri 532 nm lazer, 1800 çizgi/mm kırınım ağı, 5 saniye edinim süresi ve 2 µm tarama adımıyla yapılmıştır. Spektrumlar 300–3100 cm⁻¹ aralığında toplanmıştır.

Jelleşme başlangıcına ilişkin nəticələr

Şəkil 3’te silikon ve polibütadien formulyasiyalarının sıcaklığa bağlı kompleks viskozite eğrileri ayrı panellerde gösterilmektedir. Təmiz epoksi üçün təxminən 172°C’de başlayan keskin viskozite artımı, üç boyutlu şəbəkə oluşumunu təmsil edir.

CSP-Si formulyasiyalarının çoğunda jelleşme daha aşağı sıcaklıkta başlamıştır. Tədqiqatçılar bunu hem düşük EEW dəyərli masterbatch taşıyıcısına hem de hissəcik çekirdeği veya kabuğunun epoksi içindeki olası şişme ve qarşılıqlı təsirlerine bağlamaktadır.

CSP-PBR formulyasiyalarında ise jelləşmə başlanğıcı referanstan düşük değil, ümumi kimi 1–4°C daha yüksəktir. Bu nəticə, tədqiqatın özetindeki “her iki CSP türünün jelləşmə başlanğıcını düşürdüğü” ifadesiyle uyumlu değildir. Cədvəl 1, Şəkil 3, nəticə bölümü ve ümumi nəticələr birlikte dəyərlendirildiğinde jelleşme sıcaklığındaki azalmaün esas kimi CSP-Si formulyasiyalarında gerçekleştiği görülmektedir.

Cam geçiş sıcaklığının değişimi

Yüzde 1–5 masterbatch aralığında şüşə keçid temperaturu 110–112°C arasında kalmıştır. Bu nəticə, esnek kauçuk çekirdeğin eklenmesine rağmen epoksinin tam kürlenmiş ağındaki ana segmental geçişin mühüm ölçüde düşmediğini göstərir.

Yüzde 10 masterbatch tərkibinde [ T_G ] dəyərinin CSP-Si üçün 114°C’ye, CSP-PBR üçün 115°C’ye yükselmesi, düşük EEW taşıyıcısının daha yoğun bir çapraz bağ ağı oluşturmasıyla açıklanmıştır. Yüzde 10 formulyasiyaların fərqli bərkimə davranışı nedeniyle laminat düzeyindeki mexaniki deneylere alınmadığı bildirilmişdir.

Tədqiqatda çapraz bağ yoğunluğu doğrudan şişme, spektroskopi veya şəbəkə modeliyle ölçülmemiştir. Daha yoğun şəbəkə yorumu, taşıyıcı reçinenin EEW dəyəri ve cam geçiş davranışından yapılan bir çıkarımdır.

23°C’de rulo soyma dayanıqlıqı

Şəkil 4, CSP-Si ve CSP-PBR laminatlarının 23, 100, 120 ve 140°C’deki rulo soyma dayanıqlıqlarını göstərir.

Oda sıcaklığındaki əsas nəticələr şöyledir:

• Referans laminat təxminən 4,6 N/mm düzeyindedir.
• Yüzde 5 CSP-Si formulyasiyau 6,7 N/mm ilə en yüksek dəyəri vermiştir.
• CSP-Si iyileşmesi referansa göre təxminən faiz 45’tir.
• Yüzde 5 CSP-PBR formulyasiyau təxminən faiz 25 iyileşme sağlamıştır.
• Diğer faiz 1 ve 2 CSP formulyasiyaları da ümumi kimi referansın üzerinde nəticə vermiştir.

Nüvə-qabıq hissəciklərin varlığı, gevrek epoksinin daha fazla plastik şekil değiştirmesine ve soyma sırasında daha fazla enerji tüketmesine izin vermiştir. Bununla yanaşı rulo soyma sonucu yalnız yapışdırıcının ara səth qırılma enerjisini ölçmediğinden, çelik levhanın bükülme davranışı da sonuçlara katkıda mövcuddur.

Yüksek sıcaklıktaki soyulma davranışı

Temperatur 100°C’ye çıktığında formulyasiyalar arasındaki farklar küçülmüştür. CSP-PBR bazı məzmunlerde 100°C’de CSP-Si’dan biraz daha etkili görünürken, faiz 5 CSP-Si eğrisi bu sıcaklıkta referansın altında kalmaktadır. Buna görə özet bölümündeki bütün CSP formulyasiyalarının her sıcaklıkta referansı geçtiği yönündeki ümumi ifade, Şəkil 4’teki bütün noktalar üçün geçerli değildir.

120°C, epoksinin təxminən 110°C olan şüşə keçid temperaturunın üzerindedir. Bu bölgede zəncir hareketliliğinin artması nedeniyle bütün laminatların soyulma dayanıqlığı aydın biçimde düşmüştür. Buna rağmen CSP-Si içeren laminatlar referansa göre təxminən faiz 25 daha yüksək dəyərlere ulaşmıştır.

140°C’de bütün eğriler təxminən sıfıra yaklaşmaktadır. Bu nəticə, incelenen epoksi sisteminin şüşə keçid temperaturunın oldukça üzerindeki sıcaklıklarda yük taşıma kapasitesini büyük ölçüde kaybettiğini göstərir.

Yorulma çatlak büyüme eşikleri

Silikon nüvəli hissəciklərin yorulma performansı

Şəkil 5’te CSP-Si formulyasiyalarının çatlak büyüme eğrileri gösterilmektedir. Eğriler üç bölgeye ayrılmaktadır:

• Eşik veya son derece yavaş çatlak ilerleme bölgesi,
• Kararlı çatlak büyümesi bölgesi,
• Kararsız ve hızlı qırılma bölgesi.

Yüzde 5 CSP-Si, hem 23 hem de 70°C’de çatlak büyümesini en aydın biçimde yavaşlatan formulyasiyadur. Eşik dəyəri:

\[ 34\ \mathrm{J/m^2}\rightarrow44\ \mathrm{J/m^2} \]

ve:

\[ 26\ \mathrm{J/m^2}\rightarrow38\ \mathrm{J/m^2} \]

şeklinde yüksəlmişdir.

Yüzde 2 CSP-Si ise rulo soyma deneyinde yarar sağlamasına rağmen yorulma eşiğinde referansı geçmemiştir. Bu nəticə, kısa süreli soyma dayanıqlıqının yüksek olmasının uzun süreli yorulma çatlağı müqavimətinin de mutlaka yüksek olacağı anlamına gelmediğini göstərir.

Polibütadien nüvəli hissəciklərin yorulma performansı

Şəkil 6’ya göre CSP-PBR, 23°C’de kararlı büyüme ve eşik bölgələrində sınırlı fakat olumlu bir etki sağlamıştır. En yüksek dəyər faiz 2 masterbatch tərkibinde 40 J/m²’dir.

70°C’de nəticələr daha değişkendir:

• Yüzde 1 CSP-PBR: 28 J/m²,
• Yüzde 2 CSP-PBR: 30 J/m²,
• Yüzde 5 CSP-PBR: 22 J/m².

Yüzde 2 formulyasiyau referansın 26 J/m² dəyərindən daha yüksək olsa da, iyileşme CSP-Si kadar büyük ve məzmun boyunca tutarlı değildir. Yüzde 5 formulyasiyau ise referansın altında kalmıştır. Buna görə tədqiqatçılar CSP-PBR’nin 70°C’de aydın ve güvenilir bir yorulma avantajı oluşturmadığı sonucuna varmıştır.

Rulo soyma ve yorulma sıralamalarının neden fərqli olduğu

Şəkil 7, 23°C’de en başarılı iki formulyasiya olan faiz 5 CSP-Si ilə faiz 2 CSP-PBR’yi doğrudan karşılaştırmaktadır. Her ikisi de təmiz epoksiye göre çatlak büyüme kinetiğini iyileştirmektedir.

Bununla yanaşı formulyasiyaların rulo soyma ve yorulma sıralamaları eyni değildir. Bunun əsas nedenleri şunlardır:

• Rulo soyma kısa süreli ve büyük şekil değiştirmeli bir deneydir.
• Rulo soyma sırasında çelik levha plastik kimi bükülür.
• Yorulma sınağı düşük çatlak ilerleme hızlarında binlerce çevrimi kapsar.
• DCB numunesinde çelik kolların plastik şekil değiştirmesi amaçlanmaz.
• Kararlı çatlak büyümesi ve eşik bölgesinde sürünme, yerel hasar birikimi ve arayüz davranışı daha önemlidir.

Buna görə bir formulyasiyaun tek seferlik soyma dayanıqlıqı yüksekken yorulma eşiği eyni ölçüde yükselmeyebilir.

Önerilen toklaştırma mekanizmaları

Tədqiqat, nüvə-qabıq hissəciklərin epoksiyi aşağıdakı mekanizmalarla toklaştırabileceğini ileri sürmektedir:

• Çatlak cephesinin hissəciklar tarafından sabitlenmesi veya yön değiştirmesi,
• Kauçuk çekirdeğin kavitasyonu,
• Parçacığın matriksten yerel kimi ayrılması,
• Oluşan boşlukların çevresinde plastik büyüme,
• Epoksi matrisinde kesme bantlarının meydana gelmesi,
• Çatlak önündeki gerilmenin daha geniş bir alana dağıtılması.

Bu açıklamalar literatürde bilinen toklaştırma mekanizmaları ve deneylerde ölçülen dayanıqlıq değişimleriyle uyumludur. Lakin tədqiqatda tekil nanoskopik hissəciklərin çatlak önündeki davranışı doğrudan gözlenmemiştir. Dolayısıyla mekanizma, ölçülmüş makroskopik performans ve qırılma səthlerinden yapılan olası bir yorumdur.

Karma qırılma mekanizması

16. ve 17. səhifəlardaki Cədvəl 3 ve Cədvəl 4, 23 ve 70°C’de yorulma sonrasında oluşan qırılma səthlerinin ikili siyah-beyaz görüntülerini göstərir.

Çatlak yalnız tek bir çelik–epoksi arayüzünü izlememiştir. Bunun yerine:

1. Bir arayüz boyunca ilerlemiş,
2. Mikrometre inceliğindeki epoksi tabakasını katetmiş,
3. Karşı taraftaki çelik–epoksi arayüzüne geçmiş,
4. Bu geçişleri çatlak boyunca defalarca tekrarlamıştır.

Buna görə hasar tamamen yapışma arayüzünde gerçekleşen adezif qırılma veya yalnız epoksi içinde gerçekleşen kohezyon qırılması değildir; iki mekanizmanın birlikte bulunduğu karma bir qırılmadır.

23°C’de referans ve CSP-PBR numunelerinde arayüzler arasındaki geçişlerin daha sık olması, daha ince ve benekli qırılma desenleri yaratmışdır. Yükseltilmiş sıcaklıkta daha büyük epoksi adaları görülmüşdür. Bununla yanaşı görüntülerin biçimiyle [ G_{\mathrm{th}} ] veya kararlı çatlak büyüme hızı arasında açıq bir tekil ilişki kurulamamıştır.

Lazer konfokal səth profilleri

Şəkil 8’deki yükseklik profilleri, çatlağın epoksi katmanını geçerek karşı arayüze atladığı noktalarda ani yükseklik değişimleri göstərir.

CSP-Si laminatlarında ölçülen yükseklik farkları təxminən:

• Yüzde 1 formulyasiyaunda 12 µm,
• Yüzde 5 formulyasiyaunda 8 µm

aralığındadır. CSP-PBR numunelerinin çoğunda tabaka kalınlığı 8 µm’nin altında kalmış, faiz 5 formulyasiyau bu ümumi eğilimden ayrılmıştır.

Bu nəticə, masterbatch türünün yalnız epoksi ağını değil, laminasyon sırasında verniğin lövhələr arasından sıkışarak dışarı çıkma miktarını da etkilediğini göstərir. Yapıştırıcı kalınlığı yorulma çatlağı önündeki plastik işlem bölgesinin sınırlandırılmasını değiştirdiğinden, mexaniki performans farklarının bir bölümü hissəcik kimyasından değil tabaka kalınlığından kaynaklanabilir.

Raman haritalamasının gösterdiği nəticə

Şəkil 9, faiz 5 CSP-Si içeren laminatın qırılma səthindeki bir epoksi adasının Raman haritasını göstərir. Kırmızı bölgeler, silikon-oksijen bağıyla ilişkilendirilen Raman pikinin yüksek olduğu alanları təmsil edir.

Yaklaşık 2 µm uzamsal çözünürlükte:

• Epoksi adalarının kenarlarında aydın silikon parçacığı yığılması görülmemiştir.
• Mikrometre ölçeğinde büyük CSP-Si kümeleri saptanmamıştır.
• Çatlağın karşı arayüze geçişinin büyük bir silikon parçacığı aglomerasyonuyla tetiklendiğine dair kanıt bulunmamıştır.

Birincil nüvə-qabıq hissəciklərin nanometre ölçeğinde olduğu belirtilmektedir. Buna görə 2 µm adımlı Raman haritası tek tek hissəcikları veya küçük nanokümeleri çözemez; yalnız mikrometre ölçeğindeki büyük ve heterojen yığılmaları dışlayabilir.

Tədqiqatnın güclü tərəfləri

• Su bazlı epoksi lakten real elektrik poladı laminatına uzanan çok aşamalı bir sınaq tasarımı istifadə edilmişdir.
• İki fərqli kauçuk nüvə kimyası eyni ana reçine sistemi içinde karşılaştırılmıştır.
• Masterbatch içeriği sistematik kimi değiştirilmiştir.
• Kürlenme, cam geçişi, soyulma ve yorulma davranışı birlikte dəyərlendirilmiştir.
• Rulo soyma deneylerinde her formulyasiya üçün en az beş numune istifadə edilmişdir.
• Yorulma çatlakları uyumluluk temelli yöntemle çevrim boyunca izlenmiştir.
• Yorulma verileri Hartman–Schijve eğrileriyle dəyərlendirilmiştir.
• Kırılma səthleri makroskopik fotoğraf, konfokal profilometri ve Raman haritalamasıyla araşdırılmışdır.
• 23°C ilə 70°C yorulma sonuçlarının karşılaştırılması, değiştiricilerin temperatur duyarlılığını görünür kılmıştır.
• Rulo soyma ilə yorulma sıralamalarının eyni olmadığı açıkça gösterilmiştir.

Tədqiqatnın əsas məhdudiyyətləri

• Tədqiqat hakem dəyərlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir.
• Parçacık etkisini düşük EEW dəyərli masterbatch taşıyıcısından ayıran hissəciksız taşıyıcı kontrolü mövcud deyil.
• Fərqli masterbatchler laminasyon sırasında fərqli yapışdırıcı kalınlıkları yaratmışdır; bu qalınlıq farkı yorulma sonuçlarını etkileyebilir.
• Parçacıkların real boyutu ve sayı yoğunluğu doğrudan ölçülmemiştir.
• Tek tek hissəciklərin çatlak önündeki kavitasyonu, bağ kopması veya boşluk büyümesi doğrudan görüntülenmemiştir.
• Raman haritasının 2 µm çözünürlüğü nanoskopik dağılımı doğrulamak üçün yeterli değildir.
• Yorulma deneylerindeki tekrar sayısı ve numuneler arası saçılım ayrıntılı biçimde verilməmişdir.
• Nəticələr üçün p dəyəri, güven aralığı veya anlamlılık testi raporlanmamıştır.
• Yalnız 23 ve 70°C’de yorulma testi yapılmıştır.
• 140°C’de mexaniki performansın kaybolmasına rağmen daha yüksək temperaturlar üçün ayrıntılı hasar analizi sunulmamıştır.
• Doğrudan motor tədqiqat şərtləri, titreşim spektrumları veya uzun süreli termal yaşlandırma uygulanmamıştır.
• Transformatör yağı veya doğrudan soğutma mayəıyla olası qarşılıqlı təsirler incelenmemiştir.
• Tədqiqat yalnız M-800-50A elektrik poladı ve belirli səth temizleme koşuluyla həyata keçirilmişdir.
• Yüzde 8 masterbatch tərkibi sınaq bölümünde listelenmesine rağmen sonuçlarda yer almamaktadır.
• Yüzde 10 formulyasiyalar mexaniki laminat deneylerine alınmamıştır.
• Ham sınaq verileri açıq bir məlumat deposunda bulunmamakta, talep üzerine sorumlu yazardan sağlanmaktadır.

Metin içindeki tutarlılık ve raporlama notları

• Özet, her iki CSP türünün jelləşmə başlanğıcını düşürdüğünü belirtmektedir; ancak Cədvəl 1, CSP-PBR formulyasiyalarının referanstan daha yüksək jelleşme sıcaklıklarına sahip olduğunu göstərir.
• Nəticə bölümünde CSP-Si üçün faiz 45 yorulma artımının “45°C”de elde edildiği yazılmıştır. Sınaq yöntemi, Şəkil 5, Cədvəl 2 ve özet bu sıcaklığın 70°C olduğunu göstərir.
• Şəkil 5 ve Şəkil 6 açıklamalarında 23 ve 70°C panellerinin sağ-sol sırası ters yazılmıştır; grafiklerin üzerindeki etiketlere göre 23°C solda, 70°C sağdadır.
• Raman yöntemi bölümünde Si–O piki 500 cm⁻¹, nəticələr ve Şəkil 9 açıklamasında 560 cm⁻¹ kimi bildirilmişdir.
• Özette bütün CSP formulyasiyalarının soyulma dayanıqlığını artırdığı belirtilse de Şəkil 4’te bazı temperatur ve məzmun noktaları referansın altında veya ona çok yakındır.

Bu farklılıklar tədqiqatın ana eğilimlerini ortadan kaldırmamaktadır; ancak verilerin yeniden kullanılmasında ve bağımsız doğrulamada özgün tablo ve grafiklerin esas alınmasını gerektirmektedir.

Tədqiqat neyi göstərir?

• Silikon nüvəli masterbatch, su əsaslı epoksinin jelləşmə başlanğıcını birkaç derece düşürebilmektedir.
• Yüzde 5’e kadar CSP eklenmesi şüşə keçid temperaturunı aydın biçimde düşürçıxış ucluğuktedir.
• Nüvə-qabıq değiştiriciler 23°C’de rulo soyma dayanıqlıqını yükseltebilmektedir.
• Yüzde 5 CSP-Si, incelenen formulyasiyalar içinde en yüksek otaq temperaturu soyulma dayanıqlığını vermiştir.
• Yüzde 5 CSP-Si, 23 ve 70°C’de yorulma çatlağı eşik müqavimətini aydın biçimde artırmıştır.
• CSP-PBR üçün en iyi 23°C yorulma sonucu faiz 2 masterbatch tərkibinde əldə edilmişdir.
• CSP-PBR’nin 70°C’deki etkisi məzmun boyunca tutarlı değildir.
• Rulo soyma dayanıqlıqı ilə yorulma çatlak eşiği eyni malzeme sıralamasını verçıxış ucluğuktedir.
• Kırılma, iki çelik–epoksi arayüzü arasında dönüşümlü ilerleyen karma bir mekanizmadır.
• CSP-Si üçün mikrometre ölçeğinde aydın aglomerasyon saptanmamıştır.

Tədqiqat neyi sübut etmir?

• Ölçülen bütün mexaniki iyileşmenin yalnız kauçuk hissəciklardan kaynaklandığını sübut etmir.
• Masterbatch taşıyıcısının bərkimə ve çapraz bağ yoğunluğundaki etkisini hissəcik etkisinden ayırmamaktadır.
• Çatlak sabitleme, hissəcik kavitasyonu ve kesme bandı oluşumunu doğrudan nanoskopik kimi gösterçıxış ucluğuktedir.
• Yüzde 5 CSP-Si oranının bütün su əsaslı epoksiler üçün evrensel optimum olduğunu gösterçıxış ucluğuktedir.
• Malzemelerin real bir motor veya jeneratör içindeki hizmet ömrünü hesaplamamaktadır.
• Doğrudan yağ soğutmalı motorlarda kimyəvi uyumluluğu gösterçıxış ucluğuktedir.
• Yüksek sıcaklıktaki iyileşmenin epoksinin cam geçiş sınırlarını ortadan kaldırdığını gösterçıxış ucluğuktedir.
• Elektriksel yalıtım, girdap akımı kaybı, manyetik performans veya motor verimi ölççıxış ucluğuktedir.
• Parçacık eklenmesinin uzun süreli nem, yağ, termal çevrim veya oksidatif yaşlanma davranışına etkisini belirleçıxış ucluğuktedir.

Bilimsel ve teknolojik önemi

Araştırmanın en mühüm katkısı, mikrometre inceliğindeki su əsaslı epoksi tabakaların toklaştırılmasının mümkün olduğunu ve düzgün hissəcik türüyle yalnız kısa süreli soyulma dayanıqlığının değil, düşük hızlı yorulma çatlağı müqavimətinin de artırılabileceğini göstermesidir.

Xüsusilə faiz 5 CSP-Si formulyasiyaunun 70°C’de de iyileşme sağlaması, kontrollü sıcaklıkta çalışan elektrik motorları açısından dikkat çekicidir. Bununla yanaşı 120–140°C aralığındaki keskin soyulma dayanıqlığı kaybı, epoksi ağının şüşə keçid temperaturunın temel hizmet sınırı olmaya devam ettiğini göstərir.

Yenilenebilir enerji istehsalindeki jeneratörler ve elektrikli avtomobil motorları üçün daha dayanıklı tam səth bağlı elektrik poladı paketleri:

• Tabaka ayrılması riskini azaltabilir,
• Titreşim ve gürültü davranışını iyileştirebilir,
• İnce yalıtım tabakalarının mexaniki bütünlüğünü koruyabilir,
• Daha uzun hizmet ömrüne katkıda bulunabilir.

Lakin tədqiqat bu sistem düzeyindeki kazanımları doğrudan ölçmemiştir. Endüstriyel uygulamaya geçiş üçün uzun süreli termal-mexaniki yaşlandırma, soğutma mayəlarıyla uyumluluk, elektriksel yalıtım ve real motor çekirdeği sınaqları zəruridir.

Tədqiqatnın Yöntemi ve Bulguları

Tədqiqat dizaynının texniki xülasəsi

Ölçmə şərtləri

Əsas nicel nəticələr

Şəkil ve tabloların bilimsel içeriği

İstatistiksel ve məlumat dəyərlendirme qeydi

Rulo soyma deneylerinde en az beş numunenin ortalaması ve saçılım bantları verilmişdir. Bununla yanaşı:

• Gruplar arasında hipotez testi yapılmamıştır.
• p dəyərleri raporlanmamıştır.
• Güven aralıkları verilməmişdir.
• Yorulma deneylerinin grup başına tekrar sayısı açıkça belirtilmemiştir.
• Hartman–Schijve uyum katsayıları veya uyum belirsizlikleri tablolaştırılmamıştır.

Buna görə “mühüm” veya “aydın” kimi tanımlanan farklar ağırlıklı kimi eğriler, ortalama dəyərler ve mühendislik büyüklükleri üzerinden yorumlanmıştır; istatistiksel anlamlılıkla eş tutulmamalıdır.

Mənbə və Metod Qeydi

Tədqiqatnın tam özgün adı:Effect of core-shell particles on the curing kinetics of waterborne epoxy varnishes and the mechanical performance of electrical steel laminates

Müəlliflər ve sıraları: Gernot M. Wallner; Cornelia Marchfelder; Anna Seyr; Gabriel Riedl.

Məsul müəllif: Gernot M. Wallner.

Məsul müəllif e-postası: gernot.wallner@jku.at

Eş birinci yazar veya eş katkı: Birgə birinci müəlliflik ya da eş katkı beyanı mövcud deyil.

PDF’de belirtilen qurum: Christian Doppler Laboratory for Superimposed Mechanical-Environmental Ageing of Polymeric Hybrid Laminates (CDL-AgePol), Department of Polymer Durability and Regenerative Energy, Institute of Polymeric Materials and Testing, University of Linz, Altenberger Str. 69, 4040 Linz, Austria.

SSRN’de belirtilen qurum: Johannes Kepler University Linz.

DOI:10.2139/ssrn.6947713

Resmî tədqiqat kaydı:SSRN tədqiqat səhifəsı

SSRN yayımlanma tarihi: 15 Haziran 2026.

Nəşr ili: 2026.

Səhifə sayısı: 29.

Mənbə növü: Eksperimental polimer malzemeleri, su əsaslı kaplama, yapışdırma teknolojisi ve yorulma qırılma mekaniği preprinti.

Jurnal bilgisi: PDF’nin səhifə üst bilgilerinde International Journal of Adhesion and Adhesives adı mövcuddur. Lakin cilt, sayı, makale numarası, kabul tarihi veya hakemli dergi DOI’si verilməmişdir. Buna görə dergide yayımlanmış nihai makale statüsü doğrulanamamıştır.

Nəşr platforması: SSRN.

Özgün akademik yayınevi: Hakemli bir dergi yayınevi kaydı doğrulanamamıştır. Mevcut resmî dağıtım kaydı SSRN’dir.

Rəyçilik statusu: Tədqiqat rəyçilikdən keçməmişdir. Her səhifəda “This preprint research paper has not been peer reviewed” uyarısı mövcuddur.

Yazar katkıları:

• Gernot M. Wallner: Kavramsallaştırma, finansman temini, yöntem, proje yönetimi, danışmanlık, doğrulama ve metnin gözden geçirilmesi.
• Cornelia Marchfelder: Məlumat düzenleme, biçimsel analiz, araştırma, görselleştirme ve ilk taslak yazımı.
• Anna Seyr: Məlumat düzenleme, araştırma, görselleştirme ve ilk taslak yazımı.
• Gabriel Riedl: Məlumat düzenleme, biçimsel analiz ve yazılım.

Maliyyələşdirmə: Avusturya Federal Dijital ve Ekonomik İşler Bakanlığı, National Foundation for Research, Technology and Development ve Christian Doppler Research Association tarafından destek sağlandığı bildirilmiştir.

Malzeme desteği: Evonik ve Kaneka, nüvə-qabıq hissəcik masterbatchlerini sağlamıştır.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər çıkar çatışması bulunmadığını beyan etmiştir.

Etik onay: Uygulanabilir olmadığı bildirilmişdir.

Məlumat erişimi: Üretilen ve analiz edilen məlumat setlerinin makul talep üzerine sorumlu yazardan edinilebileceği bildirilmiştir.

Bu Türkçe anlatım, tədqiqatın 29 səhifəsı; eksperimental yöntemleri, bütün tablo ve şekilleri, qırılma səthi görüntüleri, grafik eğilimleri, yazar beyanları ve nəticə bölümü birlikte incelenerek hazırlanmışdır. Bilimsel açıklamalar tədqiqatın sunduğu deneylere dayandırılmış; dış kaynaklardan yeni malzeme performansı, mekanizma veya uygulama sonucu eklenmemiştir.

Tədqiqatnın en mühüm yöntemsel məhdudiyyətləri; masterbatch taşıyıcısı ilə hissəcik etkisinin ayrılamaması, yapışdırıcı kalınlıklarının formulyasiyalar arasında değişmesi, nanoskopik toklaştırma mekanizmalarının doğrudan görüntülençıxış ucluğusi, yorulma tekrar sayılarının açıkça verilçıxış ucluğusi, istatistiksel anlamlılık testlerinin bulunmaması ve tədqiqat metnindeki bazı temperatur, Raman piki ve şekil izahı tutarsızlıklarıdır.

Nəticələr, silikon nüvəli faiz 5 masterbatch formulyasiyaunun incelenen koşullarda en dengeli soyulma ve yorulma performansını verdiğini göstərir. Lakin bu nisbət, fərqli epoksi kimyaları, elektrik poladı türleri, kaplama kalınlıkları ve real motor tədqiqat ortamları üçün bağımsız kimi doğrulanmadan evrensel optimum kabul edilçıxış ucluğulidir.