Формулятсияи часпакии аз гармӣ васеъшаванда, системаи часпакест, ки ҳангоми гармкунӣ аз ҳисоби афзоиши ҳаҷмии агенти физикии васеъкунанда метавонад фосилаи байни ду сатҳро пур кунад ва сипас сохтори худро тавассути пайвастшавии салибии термореактивӣ устувор созад. Ин таҳқиқот усули аслии тавсифро таҳия кардааст, ки барои мушоҳидаи мустақими васеъшавии часпакии плёнкаи сахти асоси BADGE/Dicy плитаи гармкунандаи Peltier-ро ба микроскопи оптикӣ ҳамгиро мекунад. Часпак бо фосилаи собит байни ду лавҳаи шишагӣ ҷойгир карда шуд; ҳангоми гармкунӣ нармшавӣ, афзоиши агенти физикии васеъкунанда, тамос бо шишаи болоӣ, паҳншавӣ ва равандҳои сахтшавӣ дар вақти воқеӣ мушоҳида гардиданд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки ташаккули тамоси муваффақ на танҳо ба васеъшавии ҳадди аксар, балки ба ҳамоҳангии вақтӣ байни васеъшавӣ ва пайвастшавии салибӣ вобаста аст.

Дар таҳқиқот суръатҳои гармкунии 1, 10, 20 ва 30 °C·min⁻¹ ва ҳароратҳои гуногуни сахтшавӣ дар доираи 130–175 °C баррасӣ шуданд. Агенти физикии васеъкунанда тақрибан дар 140 °C зуд ба калоншавӣ оғоз кард, дар доираи 150–160 °C рафтори устувортар нишон дод ва дар ҳароратҳои баландтар аз сабаби коҳиши пӯст ва талафи моддаҳои идорашаванда камшавии ҳаҷмро нишон дод. Хусусан дар фосилаи 0,70 mm зиёд кардани суръати гармкунӣ масоҳати дар тамос бо шиша бударо ба таври назаррас афзуд; сатҳи паҳншуда аз %0,9 ± 0,3 дар 1 °C·min⁻¹ то %98,6 ± 0,3 дар 30 °C·min⁻¹ расид.

Ин натиҷаҳо ченкунии мустақими устувории механикии часпак нестанд. Усули микроскопӣ асосан васеъшавӣ, тамос ва сифати паҳншавиро меомӯзад. Илова бар ин, таҳқиқот ба часпакии плёнкаи сахти BADGE/Dicy ва агенти физикии васеъкунандаи Unicell MS4600-и интихобшуда хос аст; химияҳои дигар ва системаҳои часпаки моеъ бояд алоҳида тасдиқ карда шаванд.

Мушкилоти фосила дар часпакҳои автомобилӣ

Часпондани қисмҳои металлӣ дар истеҳсоли автомобил як равиши муҳими васлкунӣ мебошад, ки усулҳои кафшер ва пайвасткунии механикиро пурра мекунад. Часпакҳои сохтории асоси эпоксид метавонанд афзалиятҳое чун муқовимат ба зангзанӣ, устуворӣ ба хастагӣ ва тақсимоти борро фароҳам оваранд. Аммо ҳангоми шаклдиҳии қисмҳои варақӣ дар сохтори сэндвичии металл/часпак/металл фосилаҳои маҳаллӣ ба вуҷуд омада метавонанд.

Ин фосилаҳо метавонанд ба тамоси пурраи часпак бо сатҳи муқобил монеъ шаванд. Норасоии тамос метавонад ҳам самаранокии часпишро кам кунад ва ҳам роҳҳои афзалиятнок барои ҳаракати об ба вуҷуд орад.

Равиши баррасишуда дар таҳқиқот ин аст, ки часпаки дорои ғафсии ибтидоии тақрибан 0,50 mm ҳангоми сахтшавӣ аз ҷиҳати ҳаҷм васеъ шуда, фосилаҳои калонтарро пур мекунад.

Часпаки аз гармӣ васеъшаванда чӣ гуна кор мекунад?

Часпаки аз гармӣ васеъшаванда бо калон шудани микросфераҳои агенти физикии васеъкунанда, ки ба матритсаи часпаки термореактивӣ илова шудаанд, ҳангоми гармкунӣ фосиларо пур мекунад; дар ҳамон даври ҳароратӣ реаксияи пайвастшавии салибии BADGE/Dicy пеш рафта, сахтшавии сохтори васеъшударо таъмин мекунад. Барои натиҷаи муваффақ васеъшавии микросфераҳо бояд пеш аз он рух диҳад, ки часпакии часпак аз ҳад зиёд баланд шавад.

Системаи часпаки BADGE/Dicy

Асоси асосии химиявии формулятсия реаксияи байни бисфенол A диглицидил эфир (BADGE) ва дициандиамид (Dicy) мебошад. Dicy нисбат ба арзиши стехиометрӣ бо зиёдатии молярии 1,35 истифода шудааст. Формулятсияи тиҷоратӣ ҳамчунин суръатдиҳандаи асоси мочевина бо ҳиссаи вазнии %0,35 ва пуркунандаи минералӣ дар доираи %10–15 дорад.

Дар таҳқиқот ду формулятсияи асосӣ муайян шудаанд:

• TEAF: часпаки аз гармӣ васеъшаванда, ки агенти физикии васеъкунанда дорад.
• TEAFW: формулятсияи муқоисавие, ки агенти физикии васеъкунанда надорад.

Дар TEAF ҳиссаи PEA дар доираи вазнии %1–3 аст. Плёнкаҳо дар ҳарорати хонагӣ сахт буда, ҳарорати гузариши шишагӣ тақрибан 85 °C ва ғафсии ибтидоии 0,50 ± 0,03 mm доранд.

Аз сабаби сирри тиҷоратӣ ҳамаи таносубҳои компонентҳо ифшо нашудаанд. Аз ин рӯ, гарчанде таҳқиқот аз ҷиҳати методӣ муфассал аст, он бозсозии пурраи химиявии формулятсияи тиҷоратиро имконпазир намекунад.

Агенти физикии васеъкунанда

Unicell MS4600 PEA-и истифодашуда аз микрозарраҳои курашакл иборат аст, ки омехтаи алкани моеъро дар дохили пӯсти полимерии сахт нигоҳ медоранд. Ҳангоми гармкунӣ ядро бухор шуда, пӯсти полимериро ба берун васеъ мекунад.

Дар оғоз диаметри миёнаи микросфераҳо тақрибан 15–20 µm аст. Тибқи маълумоти таъминкунанда агент бояд тақрибан дар 113–123 °C ба васеъшавӣ оғоз карда, тақрибан дар 163–175 °C ба ҳаҷми ҳадди аксар расад. Аммо дар мушоҳидаҳои микроскопии таҳқиқот васеъшавии босуръати равшан тақрибан дар доираи 140–150 °C дида шуд.

Рафтори PEA вобаста ба ҳарорат

Дар 130 °C микросфераҳо ҳатто пас аз 25 дақиқа ба андозаҳои ибтидоии худ наздик монданд. Дар 140 °C афзоиш дар дақиқаи аввал оғоз шуда, тақрибан дар панҷ дақиқа асосан ба мувозинат расид.

Дар 150 °C диаметри миёна пас аз 25 дақиқа ба 92,72 ± 4,23 µm расид. Ин рафтори қавӣ ва устувори васеъшавиро дар байни ҳароратҳои изотермии баррасишуда нишон медиҳад.

Дар 165, 170 ва 175 °C бошад рафтори дигар мушоҳида шуд. Диаметри миёна дар панҷ дақиқаи аввал то тақрибан 90 µm боло рафта, сипас ба камшавӣ оғоз кард. Пас аз 25 дақиқа диаметри миёна:

• дар 165 °C 81,94 ± 4,82 µm,
• дар 170 °C 76,39 ± 6,10 µm,
• дар 175 °C 66,55 ± 7,33 µm

чен карда шуд.

Манбаъ ин камшавиро бо талафи моддаҳои идорашавандаи дохилӣ тавассути тарқишҳои пӯст ё диффузия аз девори полимерӣ ва бо коҳиши пӯст бо гузашти вақт алоқаманд мекунад.

Ҳангоми муддати дароз дар ҳарорати баланд чӣ рӯй медиҳад?

Ҳангоми гармкунии 1 соата дар 175 °C мушоҳида шуд, ки сфераҳои васеъшуда ба ҳам наздик шуда, коалессенсия нишон медиҳанд ва пӯстҳо коҳиш меёбанд. Ҳамин тавр, системае, ки дар оғоз аз сфераҳои ҷудогона иборат буд, метавонад бо гузашти вақт ба сохтори номунтазамтари ба ҳам пайваст табдил ёбад.

Пас аз хунуккунӣ микросфераҳо ба андоза ва тақсимоти ибтидоии худ барнамегарданд. Манбаъ ин мушоҳидаро ҳамчун натиҷае арзёбӣ мекунад, ки ба хусусияти бебозгашти раванди васеъшавӣ ишора мекунад.

Пайвастшавии салибии часпак

Яке аз марҳилаҳои асосии реаксияи BADGE/Dicy кушодани ҳалқаи оксирани BADGE аз ҷониби Dicy мебошад. Ин раванд гурӯҳҳои гидроксил ҳосил мекунад ва баъдан бо гурӯҳҳои нитрил реаксияҳои гуногуни пайвастшавии салибӣ метавонанд ба амал оянд.

Дар ченкуниҳои FTIR-ATR камшавии қуллаҳо дар атрофи 910 ва 874 cm⁻¹ бо масраф шудани ҳалқаҳои оксиран алоқаманд дониста шудааст. Пас аз сахтшавӣ пайдо шудани бандҳои нав дар минтақаи 1682–1686 cm⁻¹ ва ҷойивазкунии баъзе бандҳои дигар бо ташаккули сохтори салибан пайваст алоқаманд дониста шудааст.

Манбаъ пешниҳод мекунад, ки тағйироти спектрии дар формулятсияи TEAF мушоҳидашуда метавонанд бо механизме, ки ба гурӯҳҳои даврии мочевина мебарад, мувофиқ бошанд. Аммо ин тафсир хусусияти гипотезаи механизмиро дорад ва муаллифон қайд мекунанд, ки таҷрибаҳои иловагӣ бо формулятсияи бе суръатдиҳанда метавонанд зарур бошанд.

Чаро ҳамоҳангии васеъшавӣ ва сахтшавӣ муҳим аст?

Ҳамоҳангии васеъшавӣ ва сахтшавӣ муҳим аст, зеро агенти физикии васеъкунанда бояд дар ҳоле калон шавад, ки часпак ҳанӯз часпакии нисбатан паст дорад; агар пайвастшавии салибӣ хеле барвақт пеш равад, афзоиши часпакӣ калоншавии микросфераҳо ва пур шудани фосиларо маҳдуд мекунад, дар ҳоле ки сахтшавии хеле дер метавонад устуворшавии сохтори васеъшударо дар вақти лозима ба таъхир андозад.

Таъсири суръати гармкунӣ ба рафтори DSC

Ченкуниҳои DSC бо суръатҳои гармкунии 1, 10, 20 ва 30 °C·min⁻¹ анҷом дода шуданд. Бо афзоиши суръати гармкунӣ ҳароратҳои оғоз ва қуллаи сахтшавӣ ба ҳароратҳои баландтар гузаштанд.

Ҳангоми расидан ба 175 °C дараҷаҳои тахминии табдил барои 1, 10, 20 ва 30 °C·min⁻¹ мутаносибан %100, %55, %18 ва %6 ҳисоб шуданд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки дар рампаҳои суст пайвастшавии салибӣ дар ҳароратҳои пасттар ва барвақттар пеш меравад.

Дар шароити 1 °C·min⁻¹ часпак пеш аз васеъшавии қавии PEA ба таври назаррас салибан пайваст мешавад. Тибқи тафсири манбаъ, часпакии афзуда баъдан метавонад калоншавии микросфераҳоро маҳдуд кунад.

Дар шароити 20 ва 30 °C·min⁻¹ бошад васеъшавии PEA тақрибан дар 140–141 °C ба амал меояд, дар ҳоле ки оғози равшани сахтшавӣ мутаносибан 148 ва 154 °C аст. Ҳамин тавр, васеъшавӣ метавонад пеш аз сахт шудани матритсаи часпак оғоз шавад.

Таъсири ҳарорати сахтшавии изотермӣ

Дар шароити сахтшавии изотермии 130, 140, 160 ва 175 °C вақти анҷомёбии пайвастшавии салибӣ бо баланд шудани ҳарорат кӯтоҳ шуд.

Ҳарорати гузариши шишагӣ ва энталпияи реаксияи пасттари маводҳои дар 130 ва 140 °C сахтшуда нишон медиҳанд, ки дар ин шароит пайвастшавии салибӣ нисбат ба шароити 160 ва 175 °C камтар пеш рафта метавонад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Дастгоҳи микроскопияи оптикӣ

Барои пайгирии васеъшавии PEA микроскопи оптикии Olympus BX51 ва камераи Olympus DP20 CCD истифода шуданд. Микроскоп дар ҳолати интиқол бо диапазони калонкунии ×50 то ×500 кор карда шуд.

Назорати ҳарорат бо плитаи гармкунандаи LTS350 Peltier ва модули ҳароратии TP94 таъмин карда шуд. Ин дастгоҳ мушоҳидаи мустақими намуна дар зери микроскопро дар тӯли рампаи муайяни ҳароратӣ имконпазир гардонд.

Андозаҳои зарраҳои PEA бо ImageJ 1.54g таҳлил шуда, барои ҳар як шароит диаметри 250 зарра дастӣ чен карда шуд.

Таҷрибаи часпак байни ду лавҳаи шишагӣ

Дар усули аслии тавсиф порчаи часпаки хом бо андозаи тақрибан 10 × 10 × 0,50 mm ва массаи тақрибан 0,05 g байни ду шишаи микроскоп ҷойгир карда шуд.

Наворҳои Teflon барои ба вуҷуд овардани фосилаи собит байни ду шиша ва маҳдуд кардани таъсири канорӣ истифода шуданд. Дар болои шишаи болоӣ порчаи металлии сӯрохдор бо вазни 24,4 g ҷойгир карда шуд.

Ду баландии фосила санҷида шуд:

• 0,50 mm,
• 0,70 mm.

Азбаски ғафсии ибтидоии часпаки хом тақрибан 0,50 mm аст, дар конфигуратсияи 0,70 mm фосилаи воқеии ҳаҷмӣ мавҷуд аст ва васеъшавӣ бояд ин фарқро пӯшонад.

Тамоси сатҳӣ чӣ гуна чен карда шуд?

Дар тасвирҳои микроскопӣ минтақаҳои часпаке, ки бо шишаи болоӣ дар тамосанд, торик ва минтақаҳои бе тамос равшан дида мешаванд. Контрасти тасвирҳо бо ImageJ баланд карда шуда, бо истифода аз усули остонагузории Huang масоҳати тамос бо фоиз ҳисоб карда шуд.

Барои ҳар як намуна панҷ тасвир таҳлил карда шуд.

Бояд таъкид кард, ки ин ченкунӣ “мустаҳкамии часпиш” нест. Бузургии ченшаванда ҳиссаи сатҳи дар тамос бо шиша буда, мустаҳкамии воқеии пайванди механикиро мустақиман чен намекунад.

Марҳилаҳои ҳангоми гармкунӣ мушоҳидашуда

Дар зери микроскопи оптикӣ пайдарпай тағйироти зерини сатҳӣ мушоҳида шуданд:

1. Оғоз: сохтори плёнкаи сахт.
2. Ташаккули фосила: бо гузаштан аз Tg мавод нарм шуда, дар сатҳ фосилаҳо пайдо мешаванд.
3. Васеъшавӣ: микросфераҳои PEA ба калоншавӣ оғоз мекунанд.
4. Марҳилаи “Pop”: гузарише, ки дар он PEA дар сатҳ зуд намоён мешавад.
5. Паҳншавӣ: часпаки васеъшаванда ба шишаи болоӣ расида, масоҳати тамос меафзояд.
6. Устуворшавӣ/сахтшавӣ: бо пешрафти пайвастшавии салибӣ сохтор сахт мешавад.

Муқоисаи фосилаҳои 0,50 ва 0,70 mm

Дар шароити гармкунии 20 °C·min⁻¹ ва сахтшавии 25 дақиқа дар 175 °C:

Дар конфигуратсияи 0,50 mm бо сатҳи шиша тақрибан тамоси пурра ба вуҷуд омад. Дар фосилаи 0,70 mm ҳамон даври ҳароратӣ ба часпак имкон дод, ки танҳо бо тақрибан нисфи сатҳ тамос кунад.

Суръати гармкунӣ дар фосилаи 0,50 mm

Ба истиснои гармкунии сусти 1 °C·min⁻¹, дар се шароити дигар тақрибан тамоси пурраи сатҳӣ ба даст омад.

Таъсири қавии суръати гармкунӣ дар фосилаи 0,70 mm

Ин силсила яке аз натиҷаҳои равшани таҳқиқот аст. Дар фосилаи калонтарини 0,70 mm бо афзоиши суръати гармкунӣ масоҳати тамос хеле зиёд шуд.

Дар шароити 1 °C·min⁻¹ азбаски часпак барвақт салибан пайваст шуд, часпакӣ баланд гардида, васеъшавӣ ба таври ҷиддӣ маҳдуд шуд. Дар шароити 30 °C·min⁻¹ бошад васеъшавии PEA барвақттар рух дода, часпак дар ҳарорати пасттар ба лавҳаи болоӣ расид ва тақрибан тамоси пурра фароҳам овард.

Чаро 150 °C барои PEA муҳим аст?

Дар таҷрибаҳое, ки PEA алоҳида омӯхта шуд, шароити изотермии 150 °C ҳамчун яке аз шароитҳои самараноктарин барои васеъшавӣ гузориш шудааст. Аммо ҳарорати саноатии сахтшавии системаи часпаки истинодӣ 175 °C аст.

Фарқ кардани ин ду оптимум мушкилоти асосии муҳандисии таҳқиқотро ба вуҷуд меорад: рафтори беҳтарини агенти физикии васеъкунанда ва шароити дилхоҳи пайвастшавии салибии матритсаи термореактивӣ метавонанд дар як ҳарорат рух надиҳанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Микроскопи оптикӣ + дастгоҳи гармкунандаи Peltier мушоҳидаи мустақими часпакҳои васеъшавандаро ҳангоми сахтшавӣ имконпазир кард.
• Васеъшавии устувори PEA дар системаи омӯхташуда тақрибан дар доираи 140–160 °C мушоҳида шуд.
• Гармкунии дарозмуддат аз 160 °C боло майли микросфераҳоро ба камшавӣ ва фурӯпошӣ зиёд кард.
• Суръати гармкунӣ ҳарорати оғози пайвастшавии салибӣ ва равзанаи часпакии дастрас барои васеъшавии часпакро тағйир дод.
• Дар фосилаи 0,70 mm гармкунии зуд масоҳати тамос бо шишаро хеле зиёд кард.
• Ҳамоҳангии вақтӣ байни васеъшавӣ ва сахтшавӣ яке аз муайянкунандаҳои муҳими самаранокии пур кардани фосила мебошад.

Оё ин усул мустаҳкамии воқеии часпишро чен мекунад?

Не. Усули пешниҳодшудаи микроскопӣ асосан рафтори васеъшавии часпак, қобилияти пур кардани фосилаи байни ду сатҳ ва ҳиссаи сатҳи дар тамос бо шишаи болоӣ бударо тавсиф мекунад; таҳқиқот ченкунии мустақими мустаҳкамии механикии часпишро бо навъи буриш, кандашавӣ ё кашиш анҷом намедиҳад. Аз ин рӯ, фоизи баланди сатҳи паҳншуда шароити беҳтари тамосро нишон медиҳад, аммо худ ба худ ба мустаҳкамии ниҳоии пайванди механикӣ баробар нест.

Маҳдудиятҳо

• Ҳамаи таносубҳои компонентҳои формулятсияи тиҷоратӣ ифшо нашудаанд.
• Рафтори PEA ба Unicell MS4600 хос аст; агентҳои дигари физикии васеъкунанда метавонанд равзанаҳои ҳароратии дигар нишон диҳанд.
• Усул дар шакли ҳозира ба часпакҳои термореактивии шакли плёнкаи сахт нигаронида шудааст.
• Муаллифон қайд мекунанд, ки усул метавонад ба системаҳои эпоксидии моеъ ё полиуретанӣ мустақиман татбиқ нашавад.
• Модели лавҳаи шишагӣ ҳамаи хусусиятҳои химиявӣ, механикӣ ва геометрии сатҳҳои воқеии металлии автомобилро намояндагӣ намекунад.
• Фоизи тамос мустаҳкамии мустақими часпиш нест.
• Усул бояд дар доираи васеътари формулятсияҳо ва оилаи агентҳои васеъкунанда тасдиқ карда шавад.

Аҳамияти амалӣ

Арзиши муҳандисии ин усул дар он аст, ки ба ҷои танҳо дидани сохтори ниҳоии кафк, имкон медиҳад мустақиман пайгирӣ карда шавад, ки часпаки васеъшаванда ҳангоми идома доштани раванди сахтшавӣ фосиларо кай ва чӣ гуна пур мекунад.

Ин равиш махсусан дар истеҳсоли сохторҳои сэндвичии металл/часпак/металл барои муқоисаи даврҳои ҳароратии часпакҳои васеъшаванда, ки барои пур кардани фосилаҳои аз шаклдиҳӣ пайдошаванда истифода мешаванд, муфид буда метавонад.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Ин муҳтавои Verianla дар асоси кори таҳиякардаи Florian Cavodeau, Sophie Bistac ва Maurice Brogly бо номи An Original Method to Characterize the Expansion of Thermally Self-Expandable Adhesive Thermoset Formulations Using Optical Microscopy ба таври мустақил таҳия шудааст.

Мақола дар маҷаллаи Adhesives дар соли 2026, Ҷилди 2, Мақолаи 10 нашр шудааст. DOI: 10.3390/adhesives2020010. Санаи нашр 2 Май 2026 аст. Ношир MDPI мебошад ва таҳқиқот таҳти иҷозатномаи Creative Commons Attribution (CC BY) бо дастрасии кушода нашр шудааст.

Таҳқиқот часпаки плёнкаи сахти аз гармӣ васеъшавандаи асоси BADGE/Dicy-ро ҳамроҳ бо агенти физикии васеъкунандаи Unicell MS4600 меомӯзад. Рафтори васеъшавӣ бо микроскопи оптикӣ ва плитаи гармкунандаи Peltier пайгирӣ шуда, раванди пайвастшавии салибӣ бо DSC ва FTIR-ATR тавсиф шудааст.

Усули тавсифи оптикӣ васеъшавии часпак ва масоҳати тамосро дар фосилаҳои назоратшавандаи 0,50 ва 0,70 mm байни ду лавҳаи шишагӣ мустақиман мушоҳида мекунад. ImageJ барои таҳлили диаметри зарраҳои PEA ва ҳиссаи сатҳи дар тамос бо шишаи болоӣ истифода шудааст.

Таҳқиқот санҷиши мустақими мустаҳкамии механикии часпиш нест. Фоизҳое, ки ҳамчун “Spreaded surface” дода шудаанд, масоҳати дар тамос бо шишаи болоӣ бударо ифода мекунанд. Аз ин рӯ, ҳиссаи тамос ва мустаҳкамии ниҳоии пайванд як бузургии илмӣ нестанд.

Таҳқиқот қисман аз ҷониби L&L PRODUCTS EUROPE SAS маблағгузорӣ шудааст. Муаллифон набудани бархӯрди манфиатҳоро гузориш кардаанд. Зикр шудааст, ки маълумоти хом, аз ҷумла видеоҳои микроскопӣ, метавонанд бо дархост аз ҷониби муҳаққиқон мубодила шаванд.

Тасвирҳои микроскопи оптикӣ, каҷҳои DSC ва схемаҳои реаксияи химиявии дар манбаъ пешниҳодшуда дар ин матн айнан бознашр нашудаанд. Маълумоти рақамӣ ва робитаҳои методӣ бо нигоҳ доштани вафодорӣ ба манбаъ барои Verianla бозсозӣ шудаанд.