نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی کامپوزیت، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر، تهران، ایران

2 دانشیار، مهندسی پلیمر، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر، تهران، ایران

چکیده

در مقایسه با گرمانرم‌ها، فرآیندهای گرماسخت‌ها و کامپوزیت‌های ماتریس گرماسخت به‌خاطر واکنش‌پذیری آن‌ها پیچیده‌تر بوده و کنترل‌پذیری کمتری دارند. مکانیزم و سینتیک پخت، مورفولوژی شبکه را تعیین می‌کند که در آن خواص مکانیکی و فیزیکی محصول پخت شده قابل ارزیابی است. بنابراین، فهم سینتیک پخت گرماسخت‌ها برای توسعه فرآیند، کنترل کیفیت و کسب محصولات با خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب ضروری می‌باشد. از این‌رو، در این پژوهش، به بررسی سینتیک پخت سامانه رزین اپوکسی 828 EPON/عامل پخت دی‌سیان دی‌آمید/شتاب دهنده دیوران برای تولید پیش‌آغشته اپوکسی/الیاف شیشه مورد استفاده در پره توربین بادی پرداخته شده است. برای این منظور، پخت سامانه اپوکسی با آزمون گرماسنج روبشی تفاضلی (DSC) هم‌دما انجام و تاثیر افزایش دما و درصد وزنی نانوذرات سیلیکا بررسی شده است. برای بررسی اثر دما، آزمون DSC هم‌دما در پنج دمای مختلف بدون حضور نانوذره انجام شده و برای بررسی تاثیر نانوذره این آزمون در حضور مقادیر 0، 4 و 6 درصد وزنی نانوسیلیکا انجام شده است. نمودارهای به‌دست آمده توسط برازش منحنی نرم‌افزار متلب به خوبی با مدل خودکاتالیزوری کمال برازش شده و پارامترهای مدل برای هر نمونه مورد آزمون به‌دست آمده است. نتایج نشان داد افزایش دمای آزمون ‌هم‌دما، موجب افزایش نرخ واکنش و نیز کامل‌تر شدن فرآیند پخت می‌شود. افزودن نانوسیلیکا نیز منجر به افزایش سرعت پخت در α پایین شده اما تاخیر در لحظه شروع واکنش داشته و گرمای کل واکنش را به‌طور قابل توجهی کاهش داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Study of the influence of temperature and nanosilica on curing behavior and cure kinetics modelling of an epoxy resin system

نویسندگان [English]

  • Mahdieh Nikzamir 1
  • Mehrzad Mortezaei 2

1 Department of Composite Engineering, Malik Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

2 Department of Composite Engineering, Malik Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

Compared to thermoplastic, thermoset matrix composites and thermoset processes is more complex and less controllability. Cure kinetics, determine the network morphology in which the mechanical and physical properties of cured product may be assessed. So, knowing of thermoset curing kinetics is essential to process development, quality control and achieve desirable products. Hence, in this work, cure kinetics of an epoxy resin EPON 828/ curing agent dicyandiamide / accelerator Duran system for the production of  the epoxy/glass fiber prepreg using in wind turbine blades. For this, curing epoxy system was carried out using Differential Scanning Calorimetry and the effect of temperature and the nanosilica weight percent studied. To investigate the effect of temperature, isothermal DSC test was carried out at five different temperature without the presence of nanoparticles and to assess the influences nanosilica with 0, 4 and 6 weight percentage is done. Obtained figures by MATLAB curve fitting were fitted well with autocatalytic Kamal model and model parameters achieved for each tested sample. Results showed an increase in temperature of the isothermal test, leads the increase of the rate of cure and the complete of curing process. Addition of nanosilica cause the increase of the rate of cure at low value α but delay at the beginning of cure and decrease significantly  overall heat of reaction

کلیدواژه‌ها [English]

  • Epoxy resin
  • cure kinetics
  • Nanosilica
  • autocatalytic Kamal model

[1]    Intelligence AM. Global Epoxy Resin Market by Application & Geography – Forecasts up to 2017, 2012.

[2]    Badrinarayanan, P. Lu, Y. Larock, RC. and Kessler, MR., “Cure Characterization of Soybean Oil-Styrene- vinylbenzene Thermosetting Copolymers,” Journal of applied polymer science, Vol. 113, No. 2, pp.1042-1049, 2009.

[3]    Hardis, R. Jessop, JLP. Peters, FE. Kessler, MR., “Cure Kinetics Characterization and Monitoring of an Epoxy Resin Using DSC, Raman Spectroscopy, and DEA,” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 49, pp.100-108, 2013.

[4]    Sheng, X. Akinc, M. and Kessler, M.R., “Cure Kinetics of Thermosetting Bisphenol E Cyanate Ester,” Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 93, No. 1, pp.77-85, 2008.

[5]    Raja, R. Pandiyan, K. and Chakraborty, S., “Curing Kinetics of Medium Reactive Unsaturated Polyester Resin Used For Liquid Composite Molding Process, ” Journal of applied polymer science, Vol. 114, No. 4, pp. 2415-2420, 2009.

[6]    Haman, K. adrinarayanan, P B. and Kessler, M.R., “Cure Characterization of the Ring‐Opening Metathesis Polymerization of Linseed Oil‐Based Thermosetting Resins,” Polymer International, Vol. 58, No. 7, pp. 738-744, 2009.

[7]     Sheng, X. Mauldin, T.C. and Kessler, M.R., “Kinetics of Bulk Azide/Alkyne “Click” Polymerization,” Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, Vol. 48, No. 18, pp. 4093-4102, 2010.

[8]    Yoo, MJ. Kim, SH. Park, SD. Lee, WS. And Sun, JW., “Investigation of Curing Kinetics of Various Cycloaliphatic Epoxy Resins Using Dynamic Thermal Analysis, ” European Polymer Journal, Vol. 46, No. 5, pp. 1158-1162, 2010.

[9]     Abenojar, J. Martinez, M. A. Pantoja, M. Velasco, F. Del, J. and Real, C., “Epoxy Composite Reinforced With Nano and Micro Sic Particles: Curing Kinetics and Mechanical Properties,” The Journal of Adhesion, Vol. 88, No. 4-6, pp. 418-434, 2012.

[10]   Thomas, R. Sinturel, C. Pionteck, J. Puliyalil, H. and Thomas, S. “In-Situ Cure and Cure Kinetic Analysis of A Liquid Rubber Modified Epoxy Resin,” Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 51, No. 38, pp. 12178-12191, 2012.

[11]  Ren, R. Xiong, X. Ma, X. Liu, S. Wang, J. Chen, P., “Isothermal Curing Kinetics and Mechanism of DGEBA Epoxy Resin With Phthalide-Containing Aromatic Diamine,” Thermochimica Acta, Vol. 623, pp. 15-21, 2016.

[12]  Harsch, M. Karger-Kocsis, J. and Holst, M., “Influence of Fillers and Additives on the Cure Kinetics of an Epoxy/Anhydride Resin,” European Polymer Journal, Vol. 43, No. 4, pp. 1168-1178, 2007.

[13]   Zhou, T. Wang, X. Liu, X. and Xiong, D. “Influence of Multi-Walled Carbon Nanotubes on the Cure Behavior of Epoxy-Imidazole System,” Carbon, Vol. 47, No. 4, pp. 1112-1118, 2009.

[14]  Ghaffari, M. Ehsani, M. Khonakdar, HA. Assche, G V. and Terrync, H., “The Kinetic Analysis Of Isothermal Curing Reaction Of An Epoxy Resin-Glassflake Nanocomposite,” Thermochimica Acta, Vol. 549, pp.81-86, 2012.

[15]   Kuo, PY. Yan, N. and Sain, M., “Influence of Cellulose Nanofibers on the Curing Behavior of Epoxy/Amine Systems,” European Polymer Journal, Vol. 49, No. 12, pp. 3778-3787, 2013.

[16]  Garschke, C. Parlevliet, PP. Weimer, C. and Fox, BL., “Cure Kinetics And Viscosity Modelling of a High-Performance Epoxy Resin Film,” Polymer Testing, Vol. 32, No. 1, pp. 150-157, 2013.

[17]  Barbosa, A.Q. Da Silva, L.F.M. Abenojar, J. Real, J.C. Paiva, R.M.M. and Ochsner, A., “Kinetic Analysis and Characterization of an Epoxy/Cork Adhesive,” Thermochimica Acta, Vol. 604, pp. 52-60, 2015.

[18]  Keller, A. Masania, K. Taylor, A.C. and Dransfeld, C., “Fast-Curing Epoxy Polymers With Silica Nanoparticles: Properties and Rheo-Kinetic Modelling,” Journal of Materials Science, Vol. 51, No. 1, pp. 236-251, 2016.