Termal kengayuvchi yelim formulatsiyasi, qizdirish vaqtida tarkibidagi fizik kengaytiruvchi agentning hajmiy kattalashishi hisobiga ikki sirt orasidagi bo‘shliqni to‘ldira oladigan va so‘ng termoset ko‘ndalang bog‘lanish orqali tuzilishini barqarorlashtiradigan yelim tizimidir. Ushbu tadqiqot BADGE/Dicy asosidagi qattiq plyonka yelimining kengayishini bevosita kuzatish uchun optik mikroskop ichiga Peltier qizdirish plitasini integratsiya qilgan original xarakterlash usulini ishlab chiqqan. Yelim ikki shisha plastina orasiga doimiy bo‘shliq bilan joylashtirilgan; qizdirish davomida yumshash, fizik kengaytiruvchi agentning o‘sishi, yuqori shisha bilan kontakt, yoyilish va qotish jarayonlari real vaqt rejimida kuzatilgan. Natijalar muvaffaqiyatli kontakt hosil bo‘lishi faqat maksimal kengayishga emas, balki kengayish bilan ko‘ndalang bog‘lanish orasidagi vaqt uyg‘unligiga bog‘liqligini ko‘rsatadi.
Tadqiqotda 1, 10, 20 va 30 °C·min⁻¹ qizdirish tezliklari hamda 130–175 °C oralig‘idagi turli qotirish haroratlari o‘rganilgan. Fizik kengaytiruvchi agent taxminan 140 °C atrofida tez o‘sa boshlagan, 150–160 °C oralig‘ida barqarorroq xulq ko‘rsatgan, yuqoriroq haroratlarda esa qobiqning qisqarishi va uchuvchan modda yo‘qotilishi bilan bog‘liq hajm kamayishi kuzatilgan. Ayniqsa 0,70 mm bo‘shliqda qizdirish tezligini oshirish shisha bilan kontaktdagi maydonni sezilarli ko‘paytirgan; yoyilgan sirt 1 °C·min⁻¹ da %0,9 ± 0,3 bo‘lgan bo‘lsa, 30 °C·min⁻¹ da %98,6 ± 0,3 ga yetgan.
Bu natijalar yelimning mexanik mustahkamligini bevosita o‘lchash emas. Mikroskopiya usuli asosan kengayish, kontakt va yoyilish sifatini o‘rganadi. Bundan tashqari, tadqiqot tanlangan qattiq plyonka BADGE/Dicy yelimi va Unicell MS4600 fizik kengaytiruvchi agentiga xos; boshqa kimyoviy tizimlar va suyuq yelim tizimlari alohida tasdiqlanishi kerak.
Avtomobil yelimlarida bo‘shliq muammosi
Metall qismlarni yelimlash avtomobil ishlab chiqarishida payvandlash va mexanik biriktirish usullarini to‘ldiruvchi muhim montaj yondashuvidir. Epoksi asosidagi konstruktiv yelimlar korroziyaga chidamlilik, charchashga bardoshlilik va yukni taqsimlash kabi afzalliklarni berishi mumkin. Biroq list metall qismlarni shakllantirish vaqtida metall/yelim/metall sendvich tuzilmasida mahalliy bo‘shliqlar yuzaga kelishi mumkin.
Bu bo‘shliqlar yelimning qarshi sirt bilan to‘liq kontakt qilishiga to‘sqinlik qilishi mumkin. Kontakt yetishmasligi yelimlanish samaradorligini kamaytirishi va suv harakatlanishi mumkin bo‘lgan afzal yo‘llarni hosil qilishi mumkin.
Tadqiqotda o‘rganilgan yondashuv dastlabki qalinligi taxminan 0,50 mm bo‘lgan yelimning qotish davomida hajman kengayib, kattaroq bo‘shliqlarni to‘ldirishidir.
Termal kengayuvchi yelim qanday ishlaydi?
Termal kengayuvchi yelim termoset yelim matritsasiga qo‘shilgan fizik kengaytiruvchi agent mikrosferalarining qizdirilganda kattalashishi orqali bo‘shliqni to‘ldiradi; shu harorat sikli davomida BADGE/Dicy ko‘ndalang bog‘lanish reaksiyasi rivojlanib, kengaygan tuzilmaning qotishini ta’minlaydi. Muvaffaqiyatli natija uchun mikrosferalarning kengayishi yelim qovushqoqligi haddan tashqari oshishidan oldin sodir bo‘lishi kerak.
BADGE/Dicy yelim tizimi
Formulatsiyaning asosiy kimyoviy negizi bisfenol A diglitsidil efir (BADGE) bilan ditsiyandiamid (Dicy) o‘rtasidagi reaksiyadir. Dicy stexiometrik qiymatga nisbatan 1,35 molyar ortiqcha miqdorda ishlatilgan. Tijoriy formulatsiya shuningdek %0,35 massa ulushida mochevina asosidagi tezlatgich va %10–15 oralig‘ida mineral to‘ldirgichni o‘z ichiga oladi.
Tadqiqotda ikki asosiy formulatsiya ta’riflangan:
- TEAF: fizik kengaytiruvchi agentni o‘z ichiga olgan termal kengayuvchi yelim.
- TEAFW: fizik kengaytiruvchi agentni o‘z ichiga olmaydigan taqqoslash formulatsiyasi.
TEAF tarkibida PEA ulushi %1–3 massa oralig‘idadir. Plyonkalar xona haroratida qattiq bo‘lib, taxminan 85 °C shishalanish harorati va 0,50 ± 0,03 mm boshlang‘ich qalinlikka ega.
Tijorat siri tufayli barcha komponent nisbatlari oshkor qilinmagan. Shu sababli tadqiqot uslubiy jihatdan batafsil bo‘lsa-da, tijoriy formulatsiyani to‘liq kimyoviy qayta ishlab chiqarishga imkon bermaydi.
Fizik kengaytiruvchi agent
Ishlatilgan Unicell MS4600 PEA qattiq polimer qobiq ichida suyuq alkan aralashmasini tutuvchi sferik mikrozarralardan tashkil topgan. Qizdirilganda yadro bug‘lanadi va polimer qobiqni tashqariga kengaytiradi.
Dastlab mikrosferalarning o‘rtacha diametri taxminan 15–20 µm. Yetkazib beruvchi ma’lumotiga ko‘ra agent taxminan 113–123 °C atrofida kengaya boshlashi va 163–175 °C atrofida maksimal hajmga yetishi kerak. Tadqiqotning mikroskopik kuzatuvlarida esa yaqqol tez kengayish taxminan 140–150 °C oralig‘ida kuzatilgan.
PEA ning haroratga bog‘liq xulqi
130 °C da mikrosferalar 25 daqiqadan keyin ham boshlang‘ich o‘lchamlariga yaqin qolgan. 140 °C da o‘sish birinchi daqiqa ichida boshlangan va taxminan besh daqiqa ichida katta darajada muvozanatlashgan.
150 °C da o‘rtacha diametr 25 daqiqadan so‘ng 92,72 ± 4,23 µmga yetgan. Bu o‘rganilgan izotermik haroratlar orasida kuchli va barqaror kengayish xulqini ko‘rsatadi.
165, 170 va 175 °C da esa boshqacha xulq kuzatilgan. O‘rtacha diametr dastlabki besh daqiqa ichida taxminan 90 µm gacha oshgach, kamayishni boshlagan. 25 daqiqadan so‘ng o‘rtacha diametr:
- 165 °C da 81,94 ± 4,82 µm,
- 170 °C da 76,39 ± 6,10 µm,
- 175 °C da 66,55 ± 7,33 µm
deb o‘lchangan.
Manba bu qisqarishni qobiqdagi yoriqlar yoki polimer devor orqali diffuziya natijasida ichki uchuvchan moddalarning yo‘qolishi va qobiqning vaqt o‘tishi bilan qisqarishi bilan bog‘laydi.
Uzoq vaqt yuqori haroratda nima sodir bo‘ladi?
175 °C da 1 soatlik qizdirish vaqtida kengaygan sferalar bir-biriga yaqinlashib koalesans ko‘rsatgani va qobiqlar qisqargani kuzatilgan. Shu tariqa dastlab alohida sferalardan iborat tizim vaqt o‘tishi bilan o‘zaro bog‘langan, tartibsizroq tuzilishga aylanishi mumkin.
Sovitilgandan keyin mikrosferalar dastlabki o‘lcham va taqsimotiga qaytmaydi. Manba bu kuzatuvni kengayish jarayonining qaytmas xususiyatini ko‘rsatuvchi topilma sifatida baholaydi.
Yelimning ko‘ndalang bog‘lanishi
BADGE/Dicy reaksiyasidagi asosiy bosqichlardan biri Dicy ning BADGE dagi oksiran halqasini ochishidir. Bu jarayon gidroksil guruhlarini hosil qiladi va undan keyin nitril guruhlari bilan turli ko‘ndalang bog‘lanish reaksiyalari sodir bo‘lishi mumkin.
FTIR-ATR o‘lchovlarida 910 va 874 cm⁻¹ atrofidagi piklarning kamayishi oksiran halqalarining sarflanishi bilan bog‘langan. Qotishdan so‘ng 1682–1686 cm⁻¹ sohasida yangi tasmalar paydo bo‘lishi va ayrim boshqa tasmalardagi siljishlar ko‘ndalang bog‘langan tuzilma hosil bo‘lishi bilan bog‘langan.
Manba TEAF formulatsiyasida kuzatilgan spektral o‘zgarishlar siklik mochevina guruhlariga olib boruvchi mexanizmga mos kelishi mumkinligini taklif qiladi. Biroq bu talqin mexanizm gipotezasi xususiyatiga ega va mualliflar tezlatgichsiz formulatsiya bilan qo‘shimcha tajribalar zarur bo‘lishi mumkinligini bildiradilar.
Kengayish va qotishning sinxronlashuvi nega muhim?
Kengayish va qotishning sinxronlashuvi muhim, chunki fizik kengaytiruvchi agent yelim hali yetarlicha past qovushqoqlikka ega bo‘lgan paytda o‘sishi kerak; ko‘ndalang bog‘lanish juda erta rivojlansa, qovushqoqlik oshib mikrosferalarning o‘sishini va yelimning bo‘shliqni to‘ldirishini cheklaydi, juda kech qotish esa kengaygan tuzilmaning kerakli paytda barqarorlashishini kechiktirishi mumkin.
Qizdirish tezligining DSC xulqiga ta’siri
DSC o‘lchovlari 1, 10, 20 va 30 °C·min⁻¹ qizdirish tezliklarida bajarilgan. Qizdirish tezligi oshgani sari qotishning boshlanish va pik haroratlari yuqoriroq haroratlarga siljigan.
| Qizdirish tezligi | Qotish boshlanishi | Qotish maksimumi | PEA kengayishi |
|---|---|---|---|
| 1 °C·min⁻¹ | 102 °C | 131 °C | Aniq alohida pik qayd etilmagan |
| 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 ga yetganda taxminiy konversiya darajalari 1, 10, 20 va 30 °C·min⁻¹ uchun mos ravishda %100, %55, %18 va %6 deb hisoblangan. Bu natija sekin rampalarda ko‘ndalang bog‘lanish pastroq haroratlarda va ertaroq rivojlanishini ko‘rsatadi.
1 °C·min⁻¹ sharoitida yelim PEA kuchli kengayishidan oldin sezilarli darajada ko‘ndalang bog‘lanadi. Manba talqiniga ko‘ra oshgan qovushqoqlik keyinchalik mikrosferalarning o‘sishini cheklashi mumkin.
20 va 30 °C·min⁻¹ sharoitida esa PEA kengayishi taxminan 140–141 °C atrofida sodir bo‘lar ekan, aniq qotish boshlanishi mos ravishda 148 va 154 °C da. Shunday qilib kengayish yelim matritsasi qotishidan oldin boshlanishi mumkin.
Izotermik qotirish haroratining ta’siri
130, 140, 160 va 175 °C izotermik qotirish sharoitlarida ko‘ndalang bog‘lanishning tugallanish vaqti harorat oshishi bilan qisqargan.
| Harorat | Taxminiy qotish vaqti |
|---|---|
| 130 °C | 24 daqiqa |
| 140 °C | 16 daqiqa |
| 160 °C | 15 daqiqa |
| 175 °C | 14,5 daqiqa |
130 va 140 °C da qotirilgan materiallarning pastroq shishalanish harorati va pastroq reaksiya entalpiyasini ko‘rsatishi, bu sharoitlarda ko‘ndalang bog‘lanish 160 va 175 °C sharoitlariga nisbatan kamroq rivojlangan bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatadi.
Tadqiqot Usuli va Natijalari
Optik mikroskopiya qurilmasi
PEA kengayishini kuzatish uchun Olympus BX51 optik mikroskopi va Olympus DP20 CCD kamerasi ishlatilgan. Mikroskop transmissiya rejimida ×50 dan ×500 gacha kattalashtirish oralig‘ida ishlatilgan.
Harorat nazorati LTS350 Peltier qizdirish plitasi va TP94 harorat moduli orqali ta’minlangan. Bu qurilma namunani belgilangan harorat rampasi bo‘ylab mikroskop ostida bevosita kuzatish imkonini bergan.
PEA zarracha o‘lchamlari ImageJ 1.54g yordamida tahlil qilingan va har bir sharoit uchun 250 zarrachaning diametri qo‘lda o‘lchangan.
Ikki shisha plastina orasidagi yelim tajribasi
Original xarakterlash usulida taxminan 10 × 10 × 0,50 mm o‘lchamdagi va taxminan 0,05 g massali xom yelim bo‘lagi ikki mikroskop oynasi orasiga joylashtirilgan.
Teflon tasmalari ikki shisha orasida doimiy bo‘shliq hosil qilish va chekka ta’sirlarni cheklash uchun ishlatilgan. Yuqori shisha ustiga 24,4 g og‘irlikdagi teshikli metall qism joylashtirilgan.
Ikki bo‘shliq balandligi sinovdan o‘tkazilgan:
- 0,50 mm,
- 0,70 mm.
Xom yelimning boshlang‘ich qalinligi taxminan 0,50 mm bo‘lgani uchun 0,70 mm konfiguratsiyada haqiqiy hajmiy bo‘shliq mavjud va kengayish shu farqni yopishi kerak.
Sirt kontakti qanday o‘lchandi?
Mikroskop tasvirlarida yuqori shisha bilan kontaktdagi yelim sohalari to‘q, kontakt qilmagan sohalar esa och ko‘rinadi. Tasvirlar ImageJ bilan kontrastlangan va Huang chegaralash usuli yordamida kontakt maydoni foiz hisobida aniqlangan.
Har bir namuna uchun beshta tasvir tahlil qilingan.
Bu o‘lchov “yelimlanish mustahkamligi” emasligini ta’kidlash kerak. O‘lchanadigan kattalik shisha bilan kontaktdagi sirt ulushidir va haqiqiy mexanik bog‘ mustahkamligini bevosita o‘lchamaydi.
Qizdirish davomida kuzatilgan bosqichlar
Optik mikroskop ostida ketma-ket quyidagi sirt o‘zgarishlari kuzatilgan:
- Boshlanish: qattiq plyonka tuzilmasi.
- Bo‘shliq hosil bo‘lishi: Tg dan oshilgach material yumshaydi va sirtda bo‘shliqlar ko‘rinadi.
- Kengayish: PEA mikrosferalari o‘sa boshlaydi.
- “Pop” bosqichi: PEA sirtda tez ko‘rinadigan holatga keladigan o‘tish.
- Yoyilish: kengayayotgan yelim yuqori shishaga yetadi va kontakt maydoni kattalashadi.
- Barqarorlashish/qotish: ko‘ndalang bog‘lanish rivojlangani sari tuzilma qattiqlashadi.
0,50 va 0,70 mm bo‘shliqlarni taqqoslash
20 °C·min⁻¹ qizdirish va 175 °C da 25 daqiqalik qotirish sharoitida:
| Bo‘shliq | Yoyilish boshlanishi | Yoyilgan sirt |
|---|---|---|
| 0,50 mm | 138–147 °C | 99,4 ± 0,5% |
| 0,70 mm | 175 °C da dastlabki 1 daqiqa | 56,4 ± 3,2% |
0,50 mm konfiguratsiyada shisha sirti bilan deyarli to‘liq kontakt hosil bo‘lgan. 0,70 mm bo‘shliqda esa ayni termal sikl yelimga sirtning faqat taxminan yarmi bilan kontakt qilish imkonini bergan.
0,50 mm bo‘shliqda qizdirish tezligi
| Qizdirish tezligi | Yoyilgan sirt |
|---|---|
| 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 sekin qizdirishdan tashqari qolgan uchta sharoitda deyarli to‘liq sirt kontakti olingan.
0,70 mm bo‘shliqda qizdirish tezligining kuchli ta’siri
| Qizdirish tezligi | Yoyilgan sirt |
|---|---|
| 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% |
Bu qator tadqiqotning eng aniq natijalaridan biridir. Kattaroq 0,70 mm bo‘shliqda qizdirish tezligi oshgani sari kontakt maydoni keskin oshgan.
1 °C·min⁻¹ sharoitida yelim erta ko‘ndalang bog‘langani uchun qovushqoqlik oshgan va kengayish katta darajada cheklangan. 30 °C·min⁻¹ sharoitida esa PEA kengayishi ertaroq sodir bo‘lgan, yelim yuqori plastinaga pastroq haroratda yetgan va deyarli to‘liq kontaktni ta’minlagan.
150 °C PEA uchun nega muhim?
PEA alohida o‘rganilgan tajribalarda 150 °C izotermik sharoit kengayish nuqtai nazaridan eng samarali sharoitlardan biri sifatida qayd etilgan. Biroq referens yelim tizimining sanoat qotirish harorati 175 °C.
Bu ikki optimumning farqli bo‘lishi tadqiqotning asosiy muhandislik muammosini yuzaga keltiradi: fizik kengaytiruvchi agentning eng yaxshi xulqi bilan termoset matritsaning kerakli ko‘ndalang bog‘lanish sharoitlari bir xil haroratda sodir bo‘lmasligi mumkin.
Tadqiqot qo‘llab-quvvatlagan natijalar
- Optik mikroskop + Peltier qizdirish qurilmasi kengayuvchi yelimlarni qotish vaqtida bevosita kuzatish imkonini bergan.
- PEA ning barqaror kengayishi o‘rganilgan tizimda taxminan 140–160 °C oralig‘ida kuzatilgan.
- 160 °C dan yuqoridagi uzoq muddatli qizdirish mikrosferalarda qisqarish va cho‘kish moyilligini oshirgan.
- Qizdirish tezligi ko‘ndalang bog‘lanishning boshlanish haroratini va yelimning kengayishi uchun mavjud qovushqoqlik oynasini o‘zgartirgan.
- 0,70 mm bo‘shliqda tez qizdirish shisha bilan kontakt maydonini katta darajada oshirgan.
- Kengayish va qotish orasidagi vaqt uyg‘unligi bo‘shliqni to‘ldirish samaradorligining muhim belgilovchilaridan biridir.
Bu usul haqiqiy yelimlanish mustahkamligini o‘lchaydimi?
Yo‘q. Taklif etilgan mikroskopiya usuli asosan yelimning kengayish xulqini, ikki sirt orasidagi bo‘shliqni to‘ldirish qobiliyatini va yuqori shisha bilan kontaktdagi sirt ulushini xarakterlaydi; tadqiqot bevosita kesish, qirib ajratish yoki tortish turidagi mexanik yelimlanish mustahkamligini o‘lchamaydi. Shu sababli yoyilgan sirtning yuqori foizi yaxshiroq kontakt sharoitini ko‘rsatadi, biroq o‘zi yakuniy mexanik bog‘ mustahkamligiga teng emas.
Cheklovlar
- Tijoriy formulatsiyaning barcha komponent nisbatlari oshkor qilinmagan.
- PEA xulqi Unicell MS4600 ga xos; boshqa fizik kengaytiruvchi agentlar turli harorat oynalarini ko‘rsatishi mumkin.
- Usul hozirgi holatida qattiq plyonka shaklidagi termoset yelimlarga qaratilgan.
- Mualliflar usul suyuq epoksi yoki poliuretan tizimlariga bevosita tatbiq etilmasligi mumkinligini bildiradilar.
- Shisha plastina modeli haqiqiy avtomobil metall sirtlarining barcha kimyoviy, mexanik va geometrik xususiyatlarini ifodalamaydi.
- Kontakt foizi bevosita yelimlanish mustahkamligi emas.
- Usulni kengroq formulatsiyalar va kengaytiruvchi agentlar oilasida tasdiqlash zarur.
Amaliy mazmuni
Ushbu usulning muhandislik qiymati kengayuvchi yelimning faqat yakuniy ko‘pik tuzilmasiga qarash o‘rniga, qotish jarayoni davom etayotgan paytda bo‘shliqni qachon va qanday to‘ldirishini bevosita kuzata olishidir.
Bu yondashuv ayniqsa metall/yelim/metall sendvich tuzilmalarni ishlab chiqarishda, shakllantirish sababli yuzaga kelishi mumkin bo‘lgan bo‘shliqlarni to‘ldirish uchun ishlatiladigan kengayuvchi yelimlarning termal sikllarini taqqoslashda foydali bo‘lishi mumkin.
Manba va Usul Haqida Izoh
Ushbu Verianla mazmuni Florian Cavodeau, Sophie Bistac va Maurice Brogly tomonidan tayyorlangan An Original Method to Characterize the Expansion of Thermally Self-Expandable Adhesive Thermoset Formulations Using Optical Microscopy nomli tadqiqot asosida mustaqil tarzda yaratilgan.
Maqola Adhesives jurnalida 2026 yilda, Jild 2, Maqola 10 sifatida nashr etilgan. DOI: 10.3390/adhesives2020010. Nashr sanasi 2 May 2026. Nashriyotchi MDPI bo‘lib, tadqiqot Creative Commons Attribution (CC BY) litsenziyasi ostida ochiq kirish shaklida e’lon qilingan.
Tadqiqot BADGE/Dicy asosidagi termal kengayuvchi qattiq plyonka yelimini fizik kengaytiruvchi agent Unicell MS4600 bilan birga o‘rganadi. Kengayish xulqi optik mikroskop va Peltier qizdirish plitasi bilan kuzatilgan; ko‘ndalang bog‘lanish jarayoni DSC va FTIR-ATR bilan xarakterlangan.
Optik xarakterlash usuli ikki shisha plastina orasidagi nazorat qilinadigan 0,50 va 0,70 mm bo‘shliqlarda yelimning kengayishi va kontakt maydonini bevosita kuzatadi. ImageJ PEA zarracha diametri va yuqori shisha bilan kontaktdagi sirt ulushini tahlil qilish uchun ishlatilgan.
Tadqiqot bevosita mexanik yelimlanish mustahkamligi sinovi emas. “Spreaded surface” sifatida berilgan foizlar yuqori shisha bilan kontaktdagi maydonni ifodalaydi. Shu sababli kontakt ulushi bilan yakuniy bog‘ mustahkamligi bir xil ilmiy kattalik emas.
Tadqiqot qisman L&L PRODUCTS EUROPE SAS tomonidan moliyalashtirilgan. Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirgan. Xom ma’lumotlar, jumladan mikroskop videolari, so‘rov bo‘yicha tadqiqotchilar tomonidan taqdim etilishi mumkinligi qayd etilgan.
Manbada keltirilgan optik mikroskop tasvirlari, DSC egri chiziqlari va kimyoviy reaksiya sxemalari ushbu matnda aynan qayta nashr etilmagan. Raqamli ma’lumotlar va uslubiy bog‘lanishlar manbaga sodiqlik saqlangan holda Verianla uchun qayta tuzilgan.
Izoh qoldiring
E-pochta manzilingiz chop etilmaydi. Majburiy maydonlar * bilan belgilangan