Жылуулукта кеңейүүчү желим формуласы, ысытуу учурунда курамындагы физикалык кеңейтүүчү агенттин көлөмдүк чоңоюшунун эсебинен эки беттин ортосундагы боштукту толтура алган жана андан кийин термореактивдүү кайчылаш байланыш аркылуу түзүлүшүн бекемдеген желим системасы. Бул изилдөө BADGE/Dicy негизиндеги катуу пленкалуу желимдин кеңейишин түздөн-түз байкоо үчүн оптикалык микроскопко Peltier ысытуу плитасын интеграциялаган оригиналдуу мүнөздөө ыкмасын иштеп чыккан. Желим эки айнек пластинанын ортосуна туруктуу аралык менен жайгаштырылган; ысытуу учурунда жумшаруу, физикалык кеңейтүүчү агенттин өсүшү, үстүңкү айнек менен тийишүү, жайылуу жана катуу процесстери реалдуу убакытта байкалган. Натыйжалар ийгиликтүү тийишүүнүн пайда болушу максималдуу кеңейүүгө гана эмес, кеңейүү менен кайчылаш байланыштын ортосундагы убакыттык шайкештикке да көз каранды экенин көрсөтөт.
Изилдөөдө 1, 10, 20 жана 30 °C·min⁻¹ ысытуу ылдамдыктары жана 130–175 °C аралыгындагы ар кандай катуулатуу температуралары изилденген. Физикалык кеңейтүүчү агент болжол менен 140 °C тегерегинде тез өсө баштаган, 150–160 °C аралыгында туруктуураак жүрүм-турум көрсөткөн, ал эми жогорураак температураларда кабыктын кичирейишине жана учуучу заттардын жоголушуна байланышкан көлөм жоготуусу байкалган. Айрыкча 0,70 mm боштукта ысытуу ылдамдыгын жогорулатуу айнек менен тийишкен аянтты кыйла көбөйткөн; жайылган бет 1 °C·min⁻¹ шартында %0,9 ± 0,3 болсо, 30 °C·min⁻¹ шартында %98,6 ± 0,3 ге жеткен.
Бул натыйжалар желимдин механикалык бекемдигин түздөн-түз өлчөө эмес. Микроскопия ыкмасы негизинен кеңейүүнү, тийишүүнү жана жайылуу сапатын изилдейт. Мындан тышкары, изилдөө тандалган катуу пленкалуу BADGE/Dicy желимине жана Unicell MS4600 физикалык кеңейтүүчү агентине мүнөздүү; башка химиялык системалар жана суюк желим системалары өзүнчө текшерилиши керек.
Автомобилдик желимдердеги боштук көйгөйү
Металл бөлүктөрдү желимдөө автомобил өндүрүшүндө ширетүү жана механикалык бириктирүү ыкмаларын толуктаган маанилүү монтаждык ыкма болуп саналат. Эпоксид негизиндеги конструкциялык желимдер коррозияга туруктуулук, чарчоого бекемдик жана жүктү бөлүштүрүү сыяктуу артыкчылыктарды бере алат. Бирок лист металл бөлүктөрдү калыптоо учурунда металл/желим/металл сэндвич түзүлүшүндө жергиликтүү боштуктар пайда болушу мүмкүн.
Бул боштуктар желимдин каршы бет менен толук тийишүүсүнө тоскоол болушу мүмкүн. Тийишүүнүн жетишсиздиги жабышуу көрсөткүчүн төмөндөтүп, суунун өтүшүнө ыңгайлуу жолдорду түзүшү мүмкүн.
Изилденген ыкмада баштапкы калыңдыгы болжол менен 0,50 mm болгон желим катуулоо учурунда көлөмдүү кеңейип, чоңураак боштуктарды толтурат.
Жылуулукта кеңейүүчү желим кантип иштейт?
Жылуулукта кеңейүүчү желим термореактивдүү желим матрицасына кошулган физикалык кеңейтүүчү агенттин микросфералары ысыганда чоңоюшу аркылуу боштукту толтурат; ошол эле температуралык циклде BADGE/Dicy кайчылаш байланыш реакциясы жүрүп, кеңейген түзүлүштүн катууланышын камсыз кылат. Ийгиликтүү натыйжа үчүн микросфералардын кеңейиши желимдин илешкектүүлүгү өтө жогорулап кетүүдөн мурда болушу керек.
BADGE/Dicy желим системасы
Формуланын негизги химиялык негизи бисфенол A диглицидил эфир (BADGE) менен дициандиамид (Dicy) ортосундагы реакция болуп саналат. Dicy стехиометриялык мааниге салыштырмалуу 1,35 молярдык ашыкча өлчөмдө колдонулган. Коммерциялык формула ошондой эле %0,35 массалык үлүштө мочевина негизиндеги тездеткичти жана %10–15 аралыгындагы минералдык толтургучту камтыйт.
Изилдөөдө эки негизги формула аныкталган:
- TEAF: физикалык кеңейтүүчү агент камтыган жылуулукта кеңейүүчү желим.
- TEAFW: физикалык кеңейтүүчү агент камтыбаган салыштыруу формуласы.
TEAF курамындагы PEA үлүшү %1–3 массалык аралыгында. Пленкалар бөлмө температурасында катуу, болжол менен 85 °C айнектешүү температурасына жана 0,50 ± 0,03 mm баштапкы калыңдыкка ээ.
Коммерциялык сырга байланыштуу бардык компоненттердин катыштары ачыкталган эмес. Ошондуктан изилдөө ыкмалык жактан деталдуу болгону менен, коммерциялык формуланы толук химиялык түрдө кайра түзүүгө мүмкүнчүлүк бербейт.
Физикалык кеңейтүүчү агент
Колдонулган Unicell MS4600 PEA катуу полимер кабыктын ичинде суюк алкан аралашмасын кармаган тоголок микробөлүкчөлөрдөн турат. Ысытылганда өзөк бууланып, полимер кабыкты сыртка карай кеңейтет.
Баштапкы учурда микросфералардын орточо диаметри болжол менен 15–20 µm. Жеткирүүчүнүн маалыматына ылайык агент болжол менен 113–123 °C тегерегинде кеңейе баштап, 163–175 °C тегерегинде максималдуу көлөмгө жетиши керек. Бирок изилдөөнүн микроскоптук байкоолорунда айкын тез кеңейүү болжол менен 140–150 °C аралыгында байкалган.
PEAнын температурага жараша жүрүм-туруму
130 °C шартында микросфералар 25 мүнөттөн кийин да баштапкы өлчөмдөрүнө жакын калган. 140 °C шартында өсүү биринчи мүнөттүн ичинде башталып, болжол менен беш мүнөттө негизинен тең салмакка келген.
150 °C шартында орточо диаметр 25 мүнөттөн кийин 92,72 ± 4,23 µmге жеткен. Бул изилденген изотермиялык температуралардын арасында күчтүү жана туруктуу кеңейүү жүрүм-турумун көрсөтөт.
165, 170 жана 175 °C шарттарында башкача жүрүм-турум байкалган. Орточо диаметр алгачкы беш мүнөттө болжол менен 90 µm деңгээлине жеткенден кийин азая баштаган. 25 мүнөттөн кийин орточо диаметр:
- 165 °C шартында 81,94 ± 4,82 µm,
- 170 °C шартында 76,39 ± 6,10 µm,
- 175 °C шартында 66,55 ± 7,33 µm
болуп өлчөнгөн.
Булак бул кичирейүүнү кабыктагы жаракалар аркылуу же полимер дубалы аркылуу диффузия менен ички учуучу заттардын жоголушу жана кабыктын убакыт өткөн сайын кичирейиши менен байланыштырат.
Жогорку температурада узак убакыт кармалса эмне болот?
175 °C шартында 1 сааттык ысытууда кеңейген сфералар бири-бирине жакындап, коалесценция көрсөткөнү жана кабыктар кичирейгени байкалган. Ошентип, башында өзүнчө сфералардан турган система убакыт өткөн сайын бири-бири менен байланышкан, тартипсизирээк түзүлүшкө айланышы мүмкүн.
Муздатылгандан кийин микросфералар баштапкы өлчөмүнө жана бөлүштүрүлүшүнө кайтып келбейт. Булак бул байкоону кеңейүү процессинин кайтарылгыс мүнөзүнө ишарат кылган жыйынтык катары баалайт.
Желимдин кайчылаш байланышы
BADGE/Dicy реакциясындагы негизги баскычтардын бири Dicyнин BADGEдеги оксиран шакегин ачышы болуп саналат. Бул процесс гидроксил топторун түзөт, андан кийин нитрил топтору менен ар кандай кайчылаш байланыш реакциялары жүрүшү мүмкүн.
FTIR-ATR өлчөөлөрүндө 910 жана 874 cm⁻¹ тегерегиндеги чокулардын азайышы оксиран шакектеринин сарпталышы менен байланыштырылған. Катуулоодон кийин 1682–1686 cm⁻¹ аймагында жаңы тилкелердин пайда болушу жана башка айрым тилкелердин жылышы кайчылаш байланышкан түзүлүштүн пайда болушу менен байланыштырылған.
Булак TEAF формуласында байкалган спектрдик өзгөрүүлөр циклдик мочевина топторуна алып баруучу механизмге шайкеш болушу мүмкүн деп болжолдойт. Бирок бул түшүндүрмө механизм гипотезасы мүнөзүндө жана авторлор тездеткичсиз формула менен кошумча эксперименттер талап кылынышы мүмкүн экенин белгилешет.
Кеңейүү менен катуулоонун синхрондошуусу эмне үчүн маанилүү?
Кеңейүү менен катуулоонун синхрондошуусу маанилүү, анткени физикалык кеңейтүүчү агент желим дагы жетиштүү төмөн илешкектүүлүктө турганда өсүшү керек; кайчылаш байланыш өтө эрте жүрсө, илешкектүүлүк өсүп, микросфералардын чоңоюшун жана желимдин боштукту толтурушун чектейт, ал эми өтө кеч катуулануу кеңейген түзүлүштүн керектүү учурда бекемделишин кечеңдетиши мүмкүн.
Ысытуу ылдамдыгынын DSC жүрүм-турумуна таасири
DSC өлчөөлөрү 1, 10, 20 жана 30 °C·min⁻¹ ысытуу ылдамдыктарында жүргүзүлгөн. Ысытуу ылдамдыгы жогорулаган сайын катуулоонун башталыш жана чоку температуралары жогорураак температураларга жылган.
| Ысытуу ылдамдыгы | Катуулоонун башталышы | Катуулоонун максимумы | PEA кеңейиши |
|---|---|---|---|
| 1 °C·min⁻¹ | 102 °C | 131 °C | Айкын өзүнчө чоку билдирилген эмес |
| 10 °C·min⁻¹ | 129 °C | 160 °C | 138 °C |
| 20 °C·min⁻¹ | 148 °C | 185 °C | 140 °C |
| 30 °C·min⁻¹ | 154 °C | 194 °C | 141 °C |
175 °C ге жеткенде болжолдуу конверсия даражалары 1, 10, 20 жана 30 °C·min⁻¹ үчүн тиешелүүлүгүнө жараша %100, %55, %18 жана %6 деп эсептелген. Бул натыйжа жай рампаларда кайчылаш байланыш төмөнүрөөк температураларда жана эртерээк жүрөрүн көрсөтөт.
1 °C·min⁻¹ шартында желим PEA күчтүү кеңейгенге чейин кыйла деңгээлде кайчылаш байланышат. Булактын түшүндүрмөсүнө ылайык, жогорулаган илешкектүүлүк кийин микросфералардын өсүшүн чектеши мүмкүн.
20 жана 30 °C·min⁻¹ шарттарында PEA кеңейиши болжол менен 140–141 °C тегерегинде жүрсө, айкын катуулоонун башталышы тиешелүүлүгүнө жараша 148 жана 154 °C. Ошентип, кеңейүү желим матрицасы катууланганга чейин башталышы мүмкүн.
Изотермиялык катуулатуу температурасынын таасири
130, 140, 160 жана 175 °C изотермиялык катуулатуу шарттарында кайчылаш байланыштын аяктоо убактысы температура жогорулаган сайын кыскарган.
| Температура | Болжолдуу катуулоо убактысы |
|---|---|
| 130 °C | 24 мүнөт |
| 140 °C | 16 мүнөт |
| 160 °C | 15 мүнөт |
| 175 °C | 14,5 мүнөт |
130 жана 140 °C шартында катуулатылган материалдардын айнектешүү температурасы жана реакция энтальпиясы төмөн болушу, бул шарттарда кайчылаш байланыш 160 жана 175 °C шарттарына салыштырмалуу азыраак жүргөн болушу мүмкүн экенин көрсөтөт.
Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары
Оптикалык микроскопиялык түзүлүш
PEA кеңейишин көзөмөлдөө үчүн Olympus BX51 оптикалык микроскобу жана Olympus DP20 CCD камерасы колдонулган. Микроскоп өткөрүү режиминде ×50 ден ×500 ге чейинки чоңойтуу аралыгында иштетилген.
Температураны көзөмөлдөө LTS350 Peltier ысытуу плитасы жана TP94 температура модулу менен камсыздалган. Бул түзүлүш үлгүнү белгиленген температуралык рампа боюнча микроскоптун астында түздөн-түз байкоого мүмкүнчүлүк берген.
PEA бөлүкчөлөрүнүн өлчөмдөрү ImageJ 1.54g менен талданып, ар бир шарт үчүн 250 бөлүкчөнүн диаметри кол менен өлчөнгөн.
Эки айнек пластинанын ортосундагы желим эксперименти
Оригиналдуу мүнөздөө ыкмасында болжол менен 10 × 10 × 0,50 mm өлчөмүндөгү жана болжол менен 0,05 g массасындагы чийки желим бөлүгү эки микроскоп айнегинин ортосуна жайгаштырылган.
Тефлон тилкелери эки айнектин ортосунда туруктуу боштук түзүү жана четки таасирлерди чектөө үчүн колдонулган. Үстүңкү айнектин үстүнө 24,4 g салмактагы тешиктүү металл бөлүк коюлган.
Эки боштук бийиктиги сыналган:
- 0,50 mm,
- 0,70 mm.
Чийки желимдин баштапкы калыңдыгы болжол менен 0,50 mm болгондуктан, 0,70 mm конфигурациясында чыныгы көлөмдүк боштук бар жана кеңейүү ушул айырманы жабышы керек.
Беттик тийишүү кантип өлчөндү?
Микроскоп сүрөттөрүндө үстүңкү айнек менен тийишкен желим аймактары күңүрт, ал эми тийишпеген аймактар ачык көрүнөт. Сүрөттөр ImageJ менен контрастталып, Huang босого ыкмасы колдонулуп, тийишүү аянты пайыз менен эсептелген.
Ар бир үлгү үчүн беш сүрөт талданган.
Бул өлчөө “жабышуу бекемдиги” эмес экенин баса белгилөө керек. Өлчөнгөн чоңдук айнек менен тийишкен беттин үлүшү болуп саналат жана чыныгы механикалык байланыш бекемдигин түздөн-түз өлчөбөйт.
Ысытуу учурунда байкалган этаптар
Оптикалык микроскоптун астында кезеги менен төмөнкү беттик өзгөрүүлөр байкалган:
- Башталышы: катуу пленка түзүлүшү.
- Боштуктун пайда болушу: Tg ашкан сайын материал жумшарып, бетинде боштуктар көрүнөт.
- Кеңейүү: PEA микросфералары чоңоюп баштайт.
- “Pop” этабы: PEA бетинде тез көрүнүктүү болуп калган өтүү.
- Жайылуу: кеңейген желим үстүңкү айнекке жетип, тийишүү аянты чоңоёт.
- Турукташуу/катуулоо: кайчылаш байланыш жүргөн сайын түзүлүш катууланат.
0,50 жана 0,70 mm боштуктарды салыштыруу
20 °C·min⁻¹ ысытуу жана 175 °C шартында 25 мүнөттүк катуулоо шартында:
| Боштук | Жайылуунун башталышы | Жайылган бет |
|---|---|---|
| 0,50 mm | 138–147 °C | 99,4 ± 0,5% |
| 0,70 mm | 175 °C шартында алгачкы 1 мүнөт | 56,4 ± 3,2% |
0,50 mm конфигурациясында айнек бети менен дээрлик толук тийишүү пайда болгон. 0,70 mm боштукта ошол эле жылуулук цикли желимдин беттин болжол менен жарымы менен гана тийишүүсүнө мүмкүнчүлүк берген.
0,50 mm боштуктагы ысытуу ылдамдыгы
| Ысытуу ылдамдыгы | Жайылган бет |
|---|---|
| 1 °C·min⁻¹ | 5,7 ± 2,1% |
| 10 °C·min⁻¹ | 99,1 ± 0,2% |
| 20 °C·min⁻¹ | 99,4 ± 0,5% |
| 30 °C·min⁻¹ | 98,8 ± 0,5% |
1 °C·min⁻¹ жай ысытуудан башка үч шартта дээрлик толук беттик тийишүү алынган.
0,70 mm боштукта ысытуу ылдамдыгынын күчтүү таасири
| Ысытуу ылдамдыгы | Жайылган бет |
|---|---|
| 1 °C·min⁻¹ | 0,9 ± 0,3% |
| 10 °C·min⁻¹ | 17,9 ± 8,6% |
| 20 °C·min⁻¹ | 56,4 ± 3,2% |
| 30 °C·min⁻¹ | 98,6 ± 0,3% |
Бул катар изилдөөнүн эң ачык жыйынтыктарынын бири. Чоңураак 0,70 mm боштукта ысытуу ылдамдыгы жогорулаган сайын тийишүү аянты кыйла көбөйгөн.
1 °C·min⁻¹ шартында желим эрте кайчылаш байланышкандыктан, илешкектүүлүк өсүп, кеңейүү олуттуу чектелген. 30 °C·min⁻¹ шартында болсо PEA кеңейиши эртерээк жүрүп, желим үстүңкү пластинага төмөнүрөөк температурада жетип, дээрлик толук тийишүүнү камсыз кылган.
150 °C PEA үчүн эмне үчүн маанилүү?
PEA өзүнчө изилденген эксперименттерде 150 °C изотермиялык шарт кеңейүү жагынан эң натыйжалуу шарттардын бири катары билдирилген. Бирок эталондук желим системасынын өнөр жайлык катуулатуу температурасы 175 °C.
Бул эки оптимумдун ар башка болушу изилдөөнүн негизги инженердик маселесин түзөт: физикалык кеңейтүүчү агенттин эң жакшы жүрүм-туруму менен термореактивдүү матрицанын каалаган кайчылаш байланыш шарттары бир температурада ишке ашпай калышы мүмкүн.
Изилдөө колдогон жыйынтыктар
- Оптикалык микроскоп + Peltier ысытуу түзүлүшү кеңейүүчү желимдерди катуулоо учурунда түздөн-түз байкоого мүмкүнчүлүк берген.
- PEAнын туруктуу кеңейиши изилденген системада болжол менен 140–160 °C аралыгында байкалган.
- 160 °C ден жогору узакка ысытуу микросфераларда кичирейүү жана чөгүү тенденциясын күчөткөн.
- Ысытуу ылдамдыгы кайчылаш байланыштын башталыш температурасын жана желимдин кеңейиши үчүн жеткиликтүү илешкектүүлүк терезесин өзгөрткөн.
- 0,70 mm боштукта тез ысытуу айнек менен тийишүү аянтын кыйла көбөйткөн.
- Кеңейүү менен катуулоонун ортосундагы убакыттык шайкештик боштукту толтуруу натыйжалуулугунун маанилүү аныктоочуларынын бири.
Бул ыкма чыныгы жабышуу бекемдигин өлчөйбү?
Жок. Сунушталган микроскопия ыкмасы негизинен желимдин кеңейүү жүрүм-турумун, эки беттин ортосундагы боштукту толтуруу жөндөмүн жана үстүңкү айнек менен тийишкен беттин үлүшүн мүнөздөйт; изилдөө түздөн-түз кесүү, сыйруу же тартуу тибиндеги механикалык жабышуу бекемдигин өлчөбөйт. Ошондуктан жайылган беттин жогорку пайызы жакшыраак тийишүү шартын көрсөтөт, бирок өзү эле акыркы механикалык байланыш бекемдигине барабар эмес.
Чектөөлөр
- Коммерциялык формуланын бардык компоненттеринин катыштары ачыкталган эмес.
- PEAнын жүрүм-туруму Unicell MS4600га мүнөздүү; башка физикалык кеңейтүүчү агенттер башка температуралык терезелерди көрсөтүшү мүмкүн.
- Ыкма азыркы түрүндө катуу пленка формасындагы термореактивдүү желимдерге багытталган.
- Авторлор бул ыкма суюк эпоксид же полиуретан системаларына түздөн-түз колдонулбашы мүмкүн экенин белгилешет.
- Айнек пластина модели чыныгы автомобилдик металл беттердин бардык химиялык, механикалык жана геометриялык касиеттерин чагылдырбайт.
- Тийишүү пайызы түздөн-түз жабышуу бекемдиги эмес.
- Ыкманы формулалардын жана кеңейтүүчү агенттердин кеңири тобунда текшерүү зарыл.
Колдонмолук мааниси
Бул ыкманын инженердик баалуулугу кеңейүүчү желимдин акыркы көбүк түзүлүшүн гана карабастан, катуулоо процесси жүрүп жатканда боштукту качан жана кантип толтурарын түздөн-түз байкоого мүмкүнчүлүк берүүсүндө.
Бул ыкма өзгөчө металл/желим/металл сэндвич түзүлүштөрүн өндүрүүдө, калыптоодон улам пайда болушу мүмкүн болгон боштуктарды толтуруу үчүн колдонулган кеңейүүчү желимдердин жылуулук циклдерин салыштырууда пайдалуу болушу мүмкүн.
Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү
Бул Verianla мазмуну Florian Cavodeau, Sophie Bistac жана Maurice Brogly тарабынан даярдалган An Original Method to Characterize the Expansion of Thermally Self-Expandable Adhesive Thermoset Formulations Using Optical Microscopy аттуу изилдөөгө негизделип өз алдынча даярдалган.
Макала Adhesives журналында 2026 жылы, Том 2, Макала 10 катары жарыяланган. DOI: 10.3390/adhesives2020010. Жарыяланган күнү 2 Май 2026. Басмачы MDPI жана изилдөө Creative Commons Attribution (CC BY) лицензиясы астында ачык жеткиликтүүлүк менен жарыяланган.
Изилдөө BADGE/Dicy негизиндеги жылуулукта кеңейүүчү катуу пленкалуу желимди Unicell MS4600 физикалык кеңейтүүчү агенти менен бирге изилдейт. Кеңейүү жүрүм-туруму оптикалык микроскоп жана Peltier ысытуу плитасы менен көзөмөлдөнгөн; кайчылаш байланыш процесси DSC жана FTIR-ATR менен мүнөздөлгөн.
Оптикалык мүнөздөө ыкмасы эки айнек пластинанын ортосундагы көзөмөлдөнгөн 0,50 жана 0,70 mm боштуктарда желимдин кеңейишин жана тийишүү аянтын түздөн-түз байкайт. ImageJ PEA бөлүкчөлөрүнүн диаметрин жана үстүңкү айнек менен тийишкен беттин үлүшүн талдоо үчүн колдонулган.
Изилдөө түздөн-түз механикалык жабышуу бекемдиги сыноосу эмес. “Spreaded surface” катары берилген пайыздар үстүңкү айнек менен тийишкен аянтты билдирет. Ошондуктан тийишүү үлүшү менен акыркы байланыш бекемдиги бир эле илимий чоңдук эмес.
Изилдөө жарым-жартылай L&L PRODUCTS EUROPE SAS тарабынан каржыланган. Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришкен. Чийки маалыматтар, анын ичинде микроскоп видеолору, суроо-талап боюнча изилдөөчүлөр тарабынан бөлүшүлүшү мүмкүн экени көрсөтүлгөн.
Булакта берилген оптикалык микроскоп сүрөттөрү, DSC ийри сызыктары жана химиялык реакция схемалары бул текстте сөзмө-сөз кайра жарыяланган эмес. Сандык маалыматтар жана ыкмалык байланыштар булакка берилгендик сакталуу менен Verianla үчүн кайра түзүлгөн.
Пикир калтырыңыз
E-mail дарегиңиз жарыяланбайт. Милдеттүү талаалар * менен белгиленген