Yapıştırıcı Sistemlerin Kürünün Reolojik ve Termal Test ile Değerlendirilmesi

Özet

Endüstriyel yapıştırıcı seçimi için yararlı bilgiler elde etmek için yapıştırıcıların kürleme sürecini karakterize etmek için termal ve reolojik ölçümlere dayalı deneysel bir metodoloji önerilmektedir.

Özet

Yapıştırıcıların kürle ilgili termal süreçlerin analizi ve bir kez tedavi edilen mekanik davranış çalışması, herhangi bir uygulama için en iyi seçeneği seçmek için anahtar bilgileri sağlar. Termal analiz ve reolojiye dayanan kür karakterizasyonu için önerilen metodoloji, üç ticari yapıştırıcının karşılaştırılması yla açıklanmıştır. Burada kullanılan deneysel teknikler Termogravimetrik Analiz (TGA), Diferansiyel Tarama Kalorimetre (DSC) ve Reoloji'dir. TGA termal stabilite ve dolgu içeriği hakkında bilgi sağlar, DSC ısı değişiklikleri tabi tutulduğunda kür reaksiyonu ve tedavi malzemetermal değişiklikler ile ilgili bazı termal olayların değerlendirilmesi sağlar. Romatoloji, termal dönüşümlerin bilgilerini mekanik bir bakış açısından tamamlar. Böylece, kürleme reaksiyonu elastik modül (özellikle depolama modülü), faz açısı ve boşluk üzerinden izlenebilir. Buna ek olarak, DSC nem kürlenebilir yapıştırıcıların kür çalışması için hiçbir yararı olmasına rağmen, amorf sistemlerin düşük sıcaklık cam geçiş değerlendirmek için çok uygun bir yöntem olduğu gösterilmiştir.

Giriş

Günümüzde yapıştırıcılara artan bir talep vardır. Günümüzün endüstrisi, yapıştırıcıların, olası yeni uygulamaların artan çeşitliliğine adapte olarak giderek daha çeşitli özelliklere sahip olmasını talep etmektedir. Her özel durum için en uygun seçeneğin seçimini zor bir görev haline getirir. Bu nedenle, yapıştırıcıları özelliklerine göre karakterize etmek için standart bir metodoloji oluşturmak seçim sürecini kolaylaştıracak. Kürleme işlemi sırasında yapıştırıcının analizi ve kürlenmiş sistemin son özellikleri, yapıştırıcının belirli bir uygulama için geçerli olup olmadığına karar vermek için çok önemlidir.

Yapıştırıcıların davranışını incelemek için en sık kullanılan deneysel tekniklerden ikisi Diferansiyel Tarama lı Kalorimetre (DSC) ve Dinamik Mekanik Analiz (DMA) 'dır. Reolojik ölçümler ve termogravimetrik testler de yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar sayesinde, cam geçiş sıcaklığı (Tg) ve kür kalıntı ısı, tedavi derecesi ile ilgili olan^1,2, belirlenebilir.

TGA yapıştırıcıların termal stabilitesi hakkındabilgi sağlar^3,4, hangi daha fazla proses koşulları kurmak için çok yararlıdır, öte yandan reolojik ölçümler yapıştırıcıjel zamanının belirlenmesini, kürlenme küçülme analizini ve kürlenmiş bir numunenin viskoelastik özelliklerinin tanımını sağlar^5,6,7, DSC tekniği kürleme artık ısı ölçümü sağlarken, ve kür sırasında aynı anda gerçekleşebilir bir veya daha fazla termal süreçler arasında ayırt 8^,9. Bu nedenle, DSC, TGA ve reolojik metodolojilerin birleşimi yapıştırıcıların tam bir karakterizasyonu geliştirmek için ayrıntılı ve güvenilir bilgi sağlar.

DSC ve TGA'nın birlikte uygulandığı yapıştırıcılar üzerinde bir dizi çalışma vardır^10,11,12. Ayrıca dsc'yi reolojik ölçümlerle tamamlayan bazı çalışmalar vardır^13,14,15. Ancak, yapıştırıcıların sistematik bir şekilde karşılaştırılmasını ele alacak standart bir protokol yoktur. Bu karşılaştırma tüm daha iyi farklı bağlamlarda doğru yapıştırıcılar seçmek için olacaktır. Bu çalışmada, termal analiz ve reolojinin kombine kullanımı yoluyla kürleme sürecinin bir karakterizasyonu için deneysel bir metodoloji önerilmektedir. Bir topluluk olarak bu teknikleri n uygulanması sırasında ve kür leme işlemi sonrasında yapıştırıcı davranış hakkında bilgi toplamak için izin verir, ayrıca termal stabilite ve malzemenin Tg¹⁶.

Üç tekniği içeren önerilen metodoloji, DSC, TGA ve reoloji bu çalışmada üç ticari yapıştırıcı lar örnek olarak tanımlanmıştır. Yapıştırıcılardan biri, bundan böyle S2c olarak adlandırılan, iki bileşenli bir yapıştırıcıdır: Bileşen A tetrahidrofurfuryl metakrilat içerir ve bileşen B benzoil peroksit içerir. B bileşeni tetrahidrofurfuryl metakrilat halkalarının açılmasına neden olarak kür leme reaksiyonunun başlatıcısı olarak hareket eder. Serbest radikal polimerizasyon mekanizması sayesinde monomerin C=C bağı büyüyen radikalile reaksiyona girer ve tetrahidrofurfuryl yan gruplar¹⁷ile bir zincir oluşturur. Diğer yapıştırıcılar, T1c ve T2c, değiştirilmiş bir silane polimer yapıştırıcı aynı ticari evden bir ve iki bileşenli sürümleri vardır. Kürleme işlemi, ortam nemi (T1c örneğinde olduğu gibi) veya ikinci bir bileşenin eklenmesiyle (T2c örneğinde olduğu gibi) başlatılabilen silane grubu^18'inhidrolizi ile başlar.

Bu üç farklı sistemlerin uygulama alanları ile ilgili olarak: yapıştırıcı S2c, bazı durumlarda, kaynak, perçinleme, clinching ve diğer mekanik sabitleme teknikleri yerine tasarlanmıştır ve üst kat, plastik, cam, vb dahil olmak üzere yüzeylerin farklı türleri üzerinde gizli eklemlerin yüksek mukavemetli sabitleme için uygundur. T1c ve T2c yapıştırıcıları metal ve plastiklerin elastik yapıştırma için kullanılır: karavan üretiminde, demiryolu araç endüstrisinde veya gemi yapımında.

Protokol

1. Üreticinin kür koşullarını kontrol etme

1. Yapıştırıcı örneğini üreticinin tavsiyelerine göre iyileştirin ve ardından tga ve DSC testi ile değerlendirin. Belirli kür koşullarını kaydedin.
2. Kürlenmiş numunenin TGA testi
   1. Termogravimetrik testleri Bir TGA'da veya eşzamanlı DSC+TGA ekipmanında (SDT) gerçekleştirin.
   2. İnorganik dolgu içeriğini ve malzemenin bozulmaya başladığı sıcaklığı belirlemek için sonraki adımları takiben kürlenmiş numunenin termogravimetrik testini uygulayın. Daha sonraki testlerde bu sıcaklığı aşmayın.
   3. Hava stopcock açın. SDT (veya TGA) aparatını açın. SDT kontrol yazılımını açın.
   4. SDT fırınını açın ve iki boş kapsül yerleştirin: biri referans kapsülü, diğeri ise numuneyi içerecektir.
   5. Fırını kapatın ve alt Taretuşuna basın.
   6. Fırını açın ve örnek kapsülüne 10-20 mg'lık bir numune boyutu yerleştirin.
   7. Sekme Özeti'ndekiörnekle ilgili bilgileri doldurun.
   8. Sekme Yordamı'nı açın ve Düzenleyici'yitıklatın. Segment türü Rampayı'nı Düzenleyici ekranına sürükleyin. Rampayı 10 veya 20 °C/dk ila 900 °C olarak kurun. Tamam'ıtıklatın.
   9. Notlarsekmesini açın. Temizleme gazı olarak Hava'yı seçin ve 100 mL/dk akış hızı belirleyin.
      NOT: TGA testinin iki amacı vardır: 1) inorganik dolgu içeriğini belirlemek ve 2) malzemenin bozulmaya başladığı sıcaklığı belirlemek için. İlk amaç için testin bir hava atmosferinde yapılması gerekir. İkincisi, bir hava atmosferi normal kullanımda en yaygın durumu temsil eder.
   10. Fırını kapatın.
   11. Deneyi başlatın.
3. Kürlenmiş numunenin DSC testi
   1. DSC testlerini standart bir DSC üzerinde veya standart modda çalışan modüle edilmiş sıcaklık DSC (MTDSC) aletüzerinde gerçekleştirin, alüminyum potalar kullanın. Aşağıdaki parametreleri incelemek için sonraki adımları takiben kürlenmiş numunenin DSC testini yapın: malzemenin Tg'si, olası bir artık kürleme ve numunenin Tg_∞.
   2. Nitrojen duraçını aç. DSC cihazını açın. DSC aracının kontrol yazılımını açın.
   3. Denetim |'nı tıklatın Olay | Üzerinde. Sonra sekmesiaracı tıklatın | Enstrüman Tercihleri, DSC'yi seçin ve 30 °C'lik bekleme sıcaklığı nı belirleyin.
   4. Uygula'yıtıklatın. Denetim sekmesini tıklatın | Bekleme Sıcaklığı'na gidin ve herhangi bir denemeye başlamadan önce en az 45 dakika bekleyin.
   5. Sekme Özetiniaçın. Mod'u tıklatın ve Standart'ıseçin.
   6. Sekme Yordamı'nıaçın, Test'i tıklatın ve Özel'iseçin. Düzenleyici'yitıklatın.
   7. Deneye başlama sıcaklığını gösteren bir Denge segmentini sürükleyin (bu sıcaklık nispeten düşük olmalıdır, örneğin -80 veya -60 °C).
   8. Segment türü Rampayı'nı Düzenleyici ekranına sürükleyin. Komut düzenleyicipenceresine 10 veya 20 °C/dk'lık bir ısıtma hızı ve son sıcaklığı tanıtılıyorum. Son sıcaklık geçici olarak tam bir tedavi için seçilir ve önceki TGA testinden elde edilen bozulma sıcaklığından daha düşük olmalıdır.
      NOT: Bu önerilen ısıtma oranları muhtemelen çoğu durumda iyi çalışacak bir başlangıç noktası olarak önerilmektedir. Ancak, bu ısıtma oranları hassasiyet veya çözünürlüğü artırmak için değiştirilebilir.
   9. Segment türü Rampayı'nı Düzenleyici ekranına sürükleyin. Benzer şekilde, bir önceki adıma göre, cam geçişinin geçici altında bir sıcaklığa 10 veya 20 °C/dk soğutma hızı getirin.
   10. Segment türü Rampayı'nı Düzenleyici ekranına sürükleyin. 10 veya 20 °C/dk'lık ısıtma oranını bozulma sıcaklığının biraz altında bir sıcaklığa getirin.
   11. Notlarsekmesini açın. Akış gazı olarak Azot'u seçin ve 50 mL/dk akış hızı belirleyin.
   12. Sekme Özeti'ndekiörnekle ilgili bilgileri doldurun.
   13. Denetim |'nı tıklatın Kapak | Aç. DSC hücresinin içine 10-20 mg ağırlıkta bir örnek içeren bir referans tava ve bir tava yerleştirin.
   14. Başlat'ıtıklatarak denemeyi başlatın.

2. Taze bir numunenin DSC analizi

1. Üretici tarafından önerilen oranları ve prosedürleri kullanarak yapıştırıcının yeni bir örneğini hazırlayın ve hemen aşağıdaki testlere tabi tutarak uygulayın.
2. Rampa kürleme testi
   1. Yapıştırıcının kür entalpisini, ısıtmada son cam geçişini elde etmek ve kürleme işleminin başladığı sıcaklık aralığını belirlemek için aşağıda belirtildiği gibi bir ısıtma-soğutma-ısıtma testi yapın.
   2. Sekme Özetiniaçın. Mod'u tıklatın ve Standart'ıseçin.
   3. Sekme Aracı | Enstrüman Tercihleri, DSC'yi seçin ve 10 °C'lik bekleme sıcaklığı nı belirleyin. Uygula'yıtıklatın. Denetim | sekmesini tıklatın Bekleme Sıcaklığına Git,
   4. Sekme Yordamı'nıaçın, Test'i tıklatın ve Özel'iseçin. Düzenleyici'yitıklatın. Segment tipi Denge'yi -80 °C'de Düzenleyici ekranına sürükleyin. Segment Rampasını sürükleyin ve 10 veya 20 °C/dk'dan (TGA testinden elde edilen bozulma sıcaklığının biraz altında bir sıcaklık) kurun.
   5. -80 °C'de segmente denge yerleştirin. Daha sonra segment Rampasürükleyin, 10 veya 20 ° C/dk kurmak (önceki aynı sıcaklıkta). Tamam'ıtıklatın.
   6. Sekme Özeti'ndekiörnekle ilgili bilgileri doldurun.
   7. Denetim |'nı tıklatın Kapak | Aç. Fırının içine 10-20 mg ağırlığında taze hazırlanmış numune ile bir referans tava ve bir tava yerleştirin.
   8. Deneyi başlatın.
3. Izotermal kür testi
   1. Rampada kür DSC arsa dikkate alarak, izotermal deneyler yürütmek için ekzotermin başında çeşitli sıcaklıklar seçin.
      NOT: İzotermal deneyler, her sıcaklıkta elde edilebilen maksimum kürleme derecesini değerlendirmeye olanak sağlar.
   2. Özet sekmesini açın. Mod'u tıklatın ve Standart'ıseçin.
   3. Yordam sekmesini açın, Test'i tıklatın ve Özel'iseçin. Düzenleyici'yitıklatın. Segment türü Rampayı'nı Düzenleyici ekranına sürükleyin. Seçilen isothermal sıcaklığa 20 °C/dak tanıyın.
   4. Bu sıcaklıkta tedaviyi tamamlamak için yeterli zaman için bir Isothermal segment tanıtın. Örneğin, 300 dk kurmak mümkündür, ancak ısı akış eğrisi düz olduğunda test durdurulabilir.
   5. 0 °C'debir komut segmenti denge tanıyın. Bir Rampa segmenti ekleyin, yapıştırıcının Termal stabilitesini tehlikeye atmamak için TGA testinden seçilen maksimum sıcaklığa 2 ila 20 °C/dk (örnek 2,5 °C/dak olarak seçilmiştir) arasında bir ısıtma oranı belirleyin.
   6. Döngü kesiminin İşaret ucunu düzenleyici penceresine sürükleyin. Bu sefer -80 °C sıcaklıkta başka bir Denge segmenti yerleştirin. Daha önce belirtilen sıcaklıkta 2 ila 20 °C/dk (örnek 2,5 °C/dk olarak seçilmiş) arasında ısıtma hızına sahip başka bir Rampa segmenti ekleyin. Tamam'ıtıklatın.
      NOT: Bir dizi ısıtma oranı önerilmektedir. Muhtemelen, bunların çoğu doğru ve kür sürecinin doğasına bağlı olarak, özellikle kinetik, ve duyarlılık ve çözünürlük gerekli, bu ısıtma oranları nın bazıları daha iyi olabilir. Değerlendirme karşılaştırmalı amaçlarla yapılırsa, çalışılan her yapıştırıcı sistem için aynı koşullar kullanılmalıdır. Bileşenlerin karıştırılarak seothermal deneylerin başına kadar geçen süreyi en aza indirmek için, DSC hücresinin sıcaklığı her iki bileşeni karıştırmadan önce isothermal sıcaklıktan daha düşük bir sıcaklığa ayarlanmalıdır.
   7. Sekme Aracı | Enstrüman Tercihleri, DSC'yi seçin ve deneyin izotermm sıcaklığından daha düşük bir sıcaklık belirleyin. Uygula'yıtıklatın. Denetim | sekmesini tıklatın Bekleme Sıcaklığına gidin.
   8. Sekme Özeti'ndekiörnekle ilgili bilgileri doldurun.
   9. Denetim |'nı tıklatın Kapak | Aç. Fırının içine 10-20 mg ağırlık tasimi içeren bir referans tava ve bir tava yerleştirin.
   10. Deneyi başlatın.

3. Reolojik analiz

1. 25 mm paralel plaka geometrisi kullanarak reometre üzerinde reolojik testleri gerçekleştirin.
2. Logaritmik gerinim süpürme testi
   1. Reometredeki yapıştırıcının kür çalışmasında kullanılacak gerinim genliğini ayarlamak için aşağıdaki adımları izleyerek bir keşif logaritmik gerinim testi yapın. Testi taze bir örnekle (kürlemeden önce) gerçekleştirin.
   2. Hava stopcock açın. Reometre cihazını açın. Reometre kontrol yazılımını açın.
   3. Reometreye özel geometriyi yerleştirin.
   4. Sıfır Boşluk'utıklatın.
   5. Geometrisekmesini tıklatın. Belirli geometriyi seçin.
   6. Sekmeyi Deneme'yiaçın.
   7. Örnek sekmesindekiörnekle ilgili bilgileri doldurun.
   8. Sekme Yordamı'nıtıklatın. Salınım Genliği'niseçin. Bu deney oda sıcaklığında (gerçek sıcaklık açıklamalı) ve 1 Hz frekansı ve 10^{-3 ila} %100 arasında bir logaritmik süpürme ile gerçekleştirilebilir.
      NOT: İki bileşenli sistemin bir örneğini hazırlamak için, bileşenleri oda sıcaklığında, üretici tarafından önerilen tam oranlarda yaklaşık 20 °C olarak tartın. Sonra her iki bileşeni karıştırın.
   9. Alt plakadan yaklaşık 40 mm ayrılmış üst plaka ile alt plaka üzerinde örnek yerleştirin. Her iki plaka arasında yaklaşık 2 mm'lik bir boşluk gözlenene kadar üst plakayı indirin. Fazla yapıştırıcıyı kırpın.
   10. Deneyi başlatın.
3. Izotermal çok frekanslı kür testi
   NOT: Bu test, jelleşme olup olmadığını gösterir ve jelleşme durumunda, jelleşme süresini sağlar. Buna ek olarak, daralma ve G'' ve G'' evrimi kürleme işlemi boyunca görülebilir.
   1. Yapıştırıcının kürünü izlemek için sonraki yordamı izleyin.
   2. Sekme Yordamı'nıtıklatın. Klima SeçenekleriniSeçin. Mod Sıkıştırma, Eksenel Kuvvet 0 N ve 0,1 N. Tıklayın Duyarlılık belirleyin ve yukarı ve aşağı yönde 2000 μm boşluk değişim sınırı kurun.
   3. Salınımlı zaman süpürme yeni bir adım ekleyin. Bu deneme oda sıcaklığında (gerçek sıcaklık açıklamalı), yapıştırıcının Veri Sayfasına dayalı tahmini kürleme süresinin bir fonksiyonu olarak testin süresi ve önceki logaritmik suşu süpürme testi sonucunda seçilen Strain yüzdesi ile gerçekleştirilebilir. Ayrık'ı seçin ve ardından tüm örnekler için 1, 3 ve 10 Hz frekanslarını ayarlayın.
   4. Önceki örneği çıkarın, Sıfır Boşluğu'nu yapın ve yeni bir örnek yerleştirin. Sonra adım 3.2.9 olarak devam edin.
   5. Deneyi başlatın.
      NOT: Denemenin sonundaki örneği çıkarmayın. Bir sonraki deneyde kullanılacaktır.
4. Tork süpürme testi
   1. Kürleme testi sona erdiğinde, daha önce kürlenmiş malzemenin lineer viskoelastik aralığını bulmak için aşağıdaki adımları izleyerek tork süpürme testine geçin.
      NOT: LVR'ın uzantısı, çoğunlukla kontrollü gerilme reometrelerinde gerinim süpürme testi uygulanarak veya çoğunlukla kontrollü gerilim rebiyometresinde tork veya stres süpürme testi uygulanarak belirlenebilir. Ancak bazı reometrelerde her iki yöntem de kullanılabilir.
   2. Sekme Yordamı'nıtıklatın. Salınım Genliğini seçin. Bu deney oda sıcaklığında (gerçek sıcaklık açıklamalı), 1 Hz frekansı ve 10 ila 10000 μNm tork lojismik süpürme ile gerçekleştirilebilir.
      NOT: Önceki denemeden alette bırakılan aynı örneği kullanın.
   3. Deneyi başlatın.
      NOT: Denemenin sonundaki örneği çıkarmayın. Bir sonraki deneyde kullanılacaktır.
5. Sıcaklık titreti testi
   1. Kürün tamamolduğunu doğrulamak için aşağıdaki adımları izleyerek bir sıcaklık tazısı testi yapın.
   2. Sekme Yordamı'nıtıklatın. Sıcaklık Rampasıseçin. Deneyi oda sıcaklığından başlatın, 1 °C/dk rampa hızı belirleyin, bu da çok fazla zaman, 1 Hz'lik bir frekans ve önceki Tork süpürme testinden seçilen belirli bir Tork genliği tüketmeden numuneye tek tip bir sıcaklık dağılımını sağlayın.
      NOT: Önceki denemeden alette bırakılan aynı örneği kullanın.
   3. Reometrenin fırınını kapatın. Fırının hava duramasını açın.
   4. Deneyi başlatın.
      NOT: Bir sonraki deneme gerekirse, denemenin sonundaki örneği çıkarmayın. Bu durumda bir sonraki deney için kullanılacak.

Sonuçlar

Önerilen yöntemin uygulanmasını göstermek için üç yapıştırıcı sistem kullanılmaktadır (Malzeme Tablosu):

• S2c, iki bileşenli bir sistem.
• T1c, tek bileşenli silane-modifiye-polimer, olan tedavi reaksiyonu nem tarafından tetiklenir.
• T2c, iki bileşenli bir sistem. Bu çok bir silane-modifiye-polimer, ama ikinci bileşeni havanın nem içeriğinden biraz daha bağımsız kür oranı yapmak hedeflenmektedir.

Isıl stabilite ve...

Tartışmalar

Malzemenin stabil olduğu sıcaklık aralığı hakkında bilgi verdiği için her yapıştırıcının ön TGA testi her zaman temel bir adımdır. Bu bilgi, daha fazla deneyi doğru bir şekilde ayarlamak için çok önemlidir. Buna ek olarak, TGA da dolgu içeriği hakkında bilgi verebilir, hangi depolama ve kayıp modülü tedavi boyunca çapraz olmayabilir anlamak için çok anlayışlı olabilir.

Öte yandan, DSC en termosetting sistemlerinin tedavisi niret lenmelerine izin verir, ancak...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
2960 SDT	TA Instruments		Simultaneous DSC/TGA device: Used to perform thermogravimetric tests.
Discovery HR-2	TA Instruments		Rheometer to perform rheological test.
MDSC Q2000	TA Instruments		Differential Scanning Calorimeter with optional temperature modulation. Used to peform DSC and MDSC tests.
Sikafast 5211NT	Sika		S2c: a two component system manufactured by Sika. It is based on tetrahydrofurfuryl methacrylate and contains an ethoxylated aromatic amine. The second component contains benzoyl peroxide as the initiator for the crosslinking reaction.
Teroson MS 939 FR	Henkel		T1c: manufactured by Henkel, which is a one component sylil-modified-polymer, whose cure reaction is triggered by moisture.
Teroson MS 9399	Henkel		T2c: a two component system manufactured by Henkel. It is a sylil-modified-polymer too but the second component is aimed to make the curing rate a little more independent from the moisture content of air.
TRIOS	TA Instruments		Control Software for the rheometer. Version 4.4.0.41651