Thermische Eigenschaften des Glasübergangs

Faserverstärkte Polymerverbundwerkstoffe werden häufig als Strukturkomponenten verwendet, die extrem hohen oder niedrigen Erhitzungen ausgesetzt sind. Diese Anwendungen umfassen:

• Kfz-Motorkomponenten
• Luft- und Raumfahrt sowie militärische Produkte
• Elektronik- und Leiterplattenkomponenten
• Öl- und Gasausrüstung

Die Wärmeleistung eines FRP-Verbundwerkstoffs ist ein direktes Ergebnis der Harzmatrix und des Härtungsprozesses. Isophthalic, Vinylesterund Epoxidharze haben im Allgemeinen sehr gute Wärmeleistungseigenschaften. Während orthophthalische Harze am häufigsten schlechte Wärmeleistungseigenschaften aufweisen.

Darüber hinaus kann dasselbe Harz je nach Aushärtungsprozess, Aushärtungstemperatur und Aushärtungszeit sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise erfordern viele Epoxidharze eine "Nachhärtung", um die höchsten thermischen Leistungseigenschaften zu erreichen.

Eine Nachhärtung ist die Methode zum Hinzufügen von Temperatur für eine Zeitdauer zu a zusammengesetzt nachdem die Harzmatrix bereits durch die duroplastische chemische Reaktion ausgehärtet ist. Eine Nachhärtung kann dabei helfen, die Polymermoleküle auszurichten und zu organisieren, wodurch die strukturellen und thermischen Eigenschaften weiter verbessert werden.

GFK-Verbundwerkstoffe können in strukturellen Anwendungen verwendet werden, die erhöhte Temperaturen erfordern. Bei höheren Temperaturen kann der Verbundwerkstoff jedoch verlieren Moduleigenschaften. Das heißt, das Polymer kann "erweichen" und weniger steif werden. Der Modulverlust ist bei niedrigeren Temperaturen allmählich, jedoch hat jede Polymerharzmatrix Eine Temperatur, bei der der Verbundstoff bei Erreichen von einem glasigen in einen gummiartigen Zustand übergeht Zustand. Dieser Übergang wird als "Glasübergangstemperatur" oder Tg bezeichnet. (Wird im Gespräch allgemein als "T sub g" bezeichnet).

Beim Entwerfen eines Verbundwerkstoffs für eine strukturelle Anwendung ist es wichtig sicherzustellen, dass die Tg des GFK-Verbundwerkstoffs höher ist als die Temperatur, der er jemals ausgesetzt sein könnte. Selbst bei nicht strukturellen Anwendungen ist die Tg wichtig, da sich der Verbundstoff kosmetisch ändern kann, wenn die Tg überschritten wird.

Tg wird am häufigsten mit zwei verschiedenen Methoden gemessen:

Dies ist eine chemische Analyse, die die Energieabsorption erfasst. Ein Polymer benötigt eine bestimmte Energiemenge für Übergangszustände, ähnlich wie Wasser eine bestimmte Temperatur für den Übergang zu Dampf benötigt.

Dieses Verfahren misst physikalisch die Steifheit, wenn Wärme angewendet wird. Wenn eine schnelle Abnahme der Moduleigenschaften auftritt, wurde die Tg erreicht.

Obwohl beide Methoden zum Testen der Tg eines Polymerverbundwerkstoffs genau sind, ist es wichtig, beim Vergleich eines Verbundwerkstoffs oder Polymers dasselbe Verfahren zu verwenden Matrix zum anderen. Dies reduziert Variablen und bietet einen genaueren Vergleich.