การเปรียบเทียบคุณสมบัติเรซิ่น
ทางเลือกของระบบเรซินที่จะใช้ในส่วนประกอบใด ๆ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติจำนวนหนึ่งต่อไปนี้อาจเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในโครงสร้างคอมโพสิตส่วนใหญ่:
1. คุณสมบัติพันธะ
2. คุณสมบัติเชิงกล
3. ความต้านทานรอยแตกด้วยกล้องจุลทรรศน์
4. ความเหนื่อยล้า
5. การเสื่อมสภาพของการกัดกร่อนของน้ำ
คุณสมบัติพันธะ
มันได้รับการหารือกันว่าคุณสมบัติการยึดเกาะของระบบเรซินมีความสำคัญในการบรรลุคุณสมบัติเชิงกลอย่างเต็มรูปแบบของคอมโพสิต ในโครงสร้างแซนวิชการยึดเกาะของเมทริกซ์เรซิ่นกับการเสริมแรงของเส้นใยหรือวัสดุหลักเป็นสิ่งสำคัญ
เรซินโพลีเอสเตอร์มักจะมีคุณสมบัติการยึดเกาะต่ำที่สุดของทั้งสามระบบที่อธิบายไว้ที่นี่ เรซินไวนิลเลสเตอร์แสดงคุณสมบัติพันธะที่ดีกว่าโพลีเอสเตอร์ แต่ระบบอีพอกซีเรซินให้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของกาวทั้งหมดและมักพบในกาวที่มีความแข็งแรงสูงจำนวนมาก นี่เป็นเพราะองค์ประกอบทางเคมีและการปรากฏตัวของกลุ่มไฮดรอกซิลและกลุ่มอีเธอร์ เนื่องจากอีพอกซีเรซินรักษาในอัตราการหดตัวต่ำการสัมผัสพื้นผิวต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างเรซินเหลวและการยึดติดจะไม่ถูกรบกวนในระหว่างกระบวนการบ่ม คุณสมบัติการเชื่อมของเรซินอีพอกซีมีประโยชน์อย่างยิ่งในการสร้างลามิเนตแกนรังผึ้งซึ่งเป็นพื้นที่ผิวพันธะขนาดเล็กหมายความว่าจำเป็นต้องใช้พันธะสูงสุด
ความแข็งแรงของพันธะระหว่างเรซิ่นและเส้นใยไม่เพียง แต่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการยึดเกาะของระบบเรซินเท่านั้น แต่ยังได้รับอิทธิพลจากการเคลือบผิวของเส้นใยเสริม
คุณสมบัติเชิงกล
คุณสมบัติเชิงกลที่สำคัญสองประการของระบบเรซินใด ๆ คือความต้านทานแรงดึงและความแข็ง รูปที่ 22 และ 23 แสดงผลลัพธ์ของการทดสอบที่ดำเนินการเกี่ยวกับโพลีเอสเตอร์ที่มีวางจำหน่ายทั่วไปไวนิลเลสเตอร์และระบบอีพอกซีเรซินรักษาที่ 20 องศาและ 80 องศา
หลังจากระยะเวลาการบ่มเจ็ดวันที่อุณหภูมิห้องจะเห็นได้ว่าอีพอกซีเรซินทั่วไปมีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นทั้งในแง่ของความแข็งแรงและความแข็งมากกว่าโพลีสเตอร์ทั่วไปและไวนิลเอสเทอร์ผลประโยชน์ของการบ่มเป็นเวลาห้าชั่วโมงหลังจาก 80 องศาสามารถเห็นได้
ความสำคัญเท่าเทียมกันสำหรับนักออกแบบคอมโพสิตและผู้สร้างคือปริมาณการหดตัวของเรซินระหว่างและหลังการบ่ม การหดตัวเกิดจากการจัดเรียงใหม่และการปรับเปลี่ยนโมเลกุลเรซินในเฟสของเหลวและกึ่งเจล โพลีเอสเตอร์และไวนิลเอสเทอร์ต้องการการจัดเรียงโมเลกุลจำนวนมากเพื่อให้ถึงสถานะที่หายขาดและสามารถแสดงการหดตัวสูงสุด 8% อย่างไรก็ตามลักษณะที่แตกต่างกันของปฏิกิริยาอีพ็อกซี่ส่งผลให้เกิดการจัดเรียงใหม่น้อยมากและการขาดผลิตภัณฑ์ bi ที่ระเหยได้ลดการหดตัวของอีพ็อกซี่ทั่วไปเป็นประมาณ 2% ในระดับหนึ่งการขาดการหดตัวมีความรับผิดชอบต่อคุณสมบัติเชิงกลที่ดีกว่าของอีพ็อกซี่มากกว่าโพลีเอสเตอร์เนื่องจากการหดตัวเกี่ยวข้องกับความเครียดภายในที่สามารถทำให้วัสดุอ่อนตัวลงได้
นอกจากนี้การหดตัวของความหนาของลามิเนตนำไปสู่ "การพิมพ์ผ่าน" ของรูปแบบการเสริมแรงซึ่งเป็นข้อบกพร่องด้านเครื่องสำอางที่ยากและมีราคาแพงในการกำจัด
รอยแตกด้วยกล้องจุลทรรศน์
ความแข็งแรงของลามิเนตมักจะถูกพิจารณาในแง่ของจำนวนโหลดที่สามารถทนต่อได้ก่อนที่มันจะล้มเหลวอย่างสมบูรณ์ ความแข็งแรงสูงสุดหรือความแข็งแรงของการแตกหักนี้เป็นจุดที่เรซิ่นแสดงการแตกหักของความหายนะและเส้นใยเสริมแรงแตก
อย่างไรก็ตามก่อนที่จะถึงความแข็งแรงสูงสุดนี้ลามิเนตจะถึงระดับความเครียดที่เรซิ่นจะเริ่มแตกจากชั้นเสริมแรงของเส้นใยที่ไม่ได้สอดคล้องกับโหลดที่ใช้และรอยแตกเหล่านี้จะแพร่กระจายผ่านเมทริกซ์เรซิ่น สิ่งนี้เรียกว่า วิศวกรที่ต้องการโครงสร้างที่ทนทานจึงต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าลามิเนตของพวกเขาไม่เกินจุดนี้ภายใต้การบริการปกติ
ความเครียดที่ลามิเนตสามารถทำได้ก่อนที่การแตกขนาดเล็กจะขึ้นอยู่กับความเหนียวและคุณสมบัติการเชื่อมของระบบเรซิน สำหรับระบบเรซินที่เปราะเช่น polyesters ส่วนใหญ่สิ่งนี้จะเกิดขึ้นนานก่อนที่ลามิเนตจะล้มเหลวและดังนั้นจึง จำกัด ความเครียดที่ลามิเนตดังกล่าวสามารถทนได้ ตัวอย่างเช่นการทดสอบเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าสำหรับลามิเนตโพลีเอสเตอร์\/แก้วทอโรฟวิงจิ้งจอกโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นที่ประมาณ 0. ความเครียด 2% โดยมีความเสียหายขั้นสุดท้ายไม่เกิดขึ้นจนถึง 2. 0% สายพันธุ์ สิ่งนี้สอดคล้องกับความแข็งแรงที่ใช้งานได้เพียง 10% ของความแข็งแรงสูงสุด เนื่องจากความแข็งแรงสูงสุดของลามิเนตภายใต้ความตึงเครียดจะถูกกำหนดโดยความแข็งแรงของเส้นใย microcracks เรซิ่นเหล่านี้ไม่ได้ลดประสิทธิภาพสูงสุดของลามิเนตทันที
อย่างไรก็ตามในสภาพแวดล้อมเช่นน้ำหรืออากาศที่ชื้นลามิเนตที่มีขนาดเล็กจะดูดซับน้ำได้มากกว่าลามิเนตที่ไม่ได้บดบัง ซึ่งจะส่งผลให้น้ำหนักเพิ่มขึ้นความชื้นในเอเจนต์ปรับขนาดเรซินและไฟเบอร์ลดลงของความแข็งและการลดลงของประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อเวลาผ่านไป
การเพิ่มขึ้นของการยึดเกาะของเรซิ่น\/เส้นใยมักเกิดจากเคมีของเรซินและความเข้ากันได้กับการรักษาพื้นผิวทางเคมีที่ใช้กับเส้นใย ที่นี่คุณสมบัติที่รู้จักกันดีของกาวอีพ็อกซี่ช่วยให้ลามิเนตบรรลุสายพันธุ์ microcracking ที่สูงขึ้น ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ความเหนียวของเรซินนั้นยากที่จะวัด แต่มีการระบุอย่างกว้างขวางจากความเครียดที่เกิดขึ้นอย่างมาก การเปรียบเทียบระบบเรซินที่แตกต่างกันแสดงในรูปที่ 25
ความแข็งแรงเมื่อยล้า
โดยทั่วไปแล้วคอมโพสิตมีความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าที่ยอดเยี่ยมเมื่อเทียบกับโลหะส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตามเนื่องจากความล้มเหลวของความเหนื่อยล้ามักเกิดจากการสะสมของความเสียหายเล็กน้อยพฤติกรรมความเหนื่อยล้าของวัสดุคอมโพสิตใด ๆ จะได้รับผลกระทบจากความทนทานของเรซินความต้านทานต่อการเกิด microcracking และจำนวนช่องว่างและข้อบกพร่องอื่น ๆ ที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการผลิต ด้วยเหตุนี้ลามิเนตฐานอีพอกซีจึงมีแนวโน้มที่จะแสดงความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าที่ดีมากเมื่อเทียบกับโพลีเอสเตอร์และไวนิลเอสเตอร์ซึ่งเป็นหนึ่งในเหตุผลหลักสำหรับการใช้งานในโครงสร้างทางอากาศ
การเสื่อมสภาพของการกัดกร่อนของน้ำ
ลักษณะสำคัญของเรซิ่นใด ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมทางทะเลคือความสามารถในการทนต่อการเสื่อมสภาพโดยน้ำที่เข้ามา เรซินทั้งหมดดูดซับน้ำบางส่วนเพิ่มน้ำหนักให้กับลามิเนต แต่ที่สำคัญกว่านั้นว่าน้ำที่ดูดซึมได้ส่งผลกระทบต่อเรซิ่นและพันธะเรซิ่น\/เส้นใยในลามิเนตซึ่งนำไปสู่การสูญเสียคุณสมบัติเชิงกลในระยะยาวและระยะยาว ทั้งเรซินโพลีเอสเตอร์และไวนิลเอสเตอร์มีความอ่อนไหวต่อการย่อยสลายของน้ำเนื่องจากการปรากฏตัวของกลุ่มเอสเตอร์ไฮโดรไลซ์ในโครงสร้างโมเลกุล
เป็นผลให้ลามิเนตโพลีเอสเตอร์บาง ๆ สามารถคาดหวังได้ว่าจะรักษาความแข็งแรงของแรงเฉือนแบบ interlayer เพียง 65% หลังจากการแช่น้ำหนึ่งปีในขณะที่อีพอกซีเรซินลามิเนตจะยังคงอยู่ประมาณ 90% หลังจากการแช่หนึ่งปี
รูปที่ 26 แสดงให้เห็นถึงผลกระทบของน้ำต่ออีพ็อกซี่และลามิเนตแก้วทอโพลีเอสเตอร์ที่แช่อยู่ในน้ำที่ 100 องศา การแช่ที่อุณหภูมิสูงนี้ให้ลามิเนตแบบแช่ตัวเร่งความเร็วการย่อยสลาย
การซึมผ่านได้
ลามิเนตทั้งหมดในสภาพแวดล้อมทางทะเลอนุญาตให้น้ำปริมาณน้อยมากที่จะผ่านพวกมันในรูปแบบของไอ เมื่อน้ำไหลผ่านมันจะทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบที่ย่อยสลายได้ภายในลามิเนตเพื่อสร้างเซลล์เล็ก ๆ ของสารละลายเข้มข้น ภายใต้วัฏจักรออสโมติกน้ำจะผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบบกึ่งได้มากขึ้นของลามิเนตในความพยายามที่จะเจือจางสารละลายนี้ น้ำนี้เพิ่มแรงดันของเหลวภายในเซลล์เป็น 700 psi ในที่สุดความดันจะทำให้เสียรูปหรือแตกลามิเนตหรือเจลโคตและอาจส่งผลให้พื้นผิว "โรคอีสุกอีใส" ทั่วไป ส่วนประกอบไฮโดรไลซ์ในลามิเนตอาจรวมถึงสิ่งสกปรกและเศษซากที่ติดอยู่ในระหว่างกระบวนการผลิต แต่อาจรวมถึงพันธะเอสเตอร์ในโพลีเอสเตอร์ที่หายขาดและในระดับที่น้อยกว่า
การใช้เลเยอร์ที่อุดมด้วยเรซินถัดจากเสื้อเจลเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเรซินโพลีเอสเตอร์เพื่อลดการย่อยสลายประเภทนี้ แต่โดยปกติแล้วการรักษาเพียงอย่างเดียวเมื่อกระบวนการเริ่มต้นคือการแทนที่วัสดุที่ได้รับผลกระทบ เพื่อป้องกันการแทรกซึมจากการเกิดขึ้นในตอนแรกจำเป็นต้องใช้เรซินที่มีการซึมผ่านต่ำและต้านทานการพังทลายของน้ำสูง การพองตัวสามารถกำจัดได้อย่างแท้จริงเมื่อใช้ร่วมกับวัสดุเสริมแรงที่มีความต้านทานคล้ายกับการรักษาพื้นผิวและลามิเนตตามมาตรฐานที่สูงมาก โซ่พอลิเมอร์ที่มีโซ่อีพ็อกซี่ต้านทานผลกระทบของน้ำได้ดีกว่าระบบเรซินอื่น ๆ ระบบดังกล่าวแสดงให้เห็นว่ามีสารเคมีและน้ำที่ยอดเยี่ยมการซึมผ่านของน้ำต่ำและคุณสมบัติเชิงกลที่ดีมาก
สรุปคุณสมบัติเรซินเปรียบเทียบ
โพลีเอสเตอร์ไวนิลเอสเตอร์และอีพอกซีเรซินที่กล่าวถึงที่นี่อาจเป็นตัวแทนประมาณ 90% ของระบบเรซินเทอร์โมเซตทั้งหมดที่ใช้ในคอมโพสิตโครงสร้าง โดยสรุปข้อดีและข้อเสียที่สำคัญของประเภทเหล่านี้คือ:
เรซินอื่น ๆ สำหรับคอมโพสิต
นอกเหนือจากโพลีเอสเตอร์ไวนิลเอสเตอร์และอีพ็อกซี่เรซินแล้วยังมีระบบเรซินพิเศษอื่น ๆ อีกมากมายที่ใช้ซึ่งจำเป็นต้องใช้คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์
เรซินฟีนอลิก
ใช้เป็นหลักในกรณีที่จำเป็นต้องมีการต้านทานไฟสูงเรซินฟีนอลิกยังคงคุณสมบัติของพวกเขาไว้ที่อุณหภูมิสูง สำหรับวัสดุที่อุณหภูมิห้องพักการใช้กรดกัดกร่อนนำไปสู่การจัดการที่ไม่พึงประสงค์ ธรรมชาติที่ควบแน่นของกระบวนการบ่มของพวกเขามีแนวโน้มที่จะส่งผลให้มีการรวมช่องว่างและข้อบกพร่องของพื้นผิวจำนวนมากเรซิ่นมีแนวโน้มที่จะเปราะและมีคุณสมบัติเชิงกลที่ไม่ดี ค่าใช้จ่ายทั่วไป: £ 2-4\/kg
Phenyl isocyanate
ส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ คุณสมบัติอิเล็กทริกที่ยอดเยี่ยมของวัสดุทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในเส้นใยอิเล็กทริกต่ำเช่นควอตซ์ซึ่งใช้ในการผลิต radomes วัสดุยังมีอุณหภูมิที่มั่นคงสูงถึง 200 องศา ค่าใช้จ่ายทั่วไป: £ 40\/kg
เรซินซิลิโคน
Synthetic resins with silicon as the base material rather than carbon as the organic polymer. Good resistance to fire and high temperatures. Requires high temperature curing. Used in missile applications. Typical cost: >£ 15\/ kg
โพลียูรีเทน
วัสดุที่มีความเหนียวสูงบางครั้งผสมกับเรซินอื่น ๆ เนื่องจากคุณสมบัติเชิงกลลามิเนตค่อนข้างต่ำในการบีบอัด ใช้ isocyanates อันตรายเป็นตัวแทนการบ่ม ค่าใช้จ่ายทั่วไป: £ 2-8\/kg
Bismaleimide (BMI)
Mainly used in aircraft composites requiring higher temperatures (230°C wet/250°C dry). For example, engine inlets, high speed aircraft flight surfaces. Typical cost:>£ 50\/kg
โพลีอิมด์
Used where operation at higher temperatures is required than bismaleimide can withstand (use up to 250°C wet/300°C dry). Typical applications include missile and aircraft engine components. Extremely expensive resin (>£ 80\/kg) ด้วยวัตถุดิบที่เป็นพิษที่ใช้ในกระบวนการผลิต Polyimides นั้นยากที่จะทำงานด้วยเนื่องจากปฏิกิริยาการควบแน่นที่ปล่อยน้ำในระหว่างกระบวนการบ่มและค่อนข้างเปราะหลังจากการบ่ม PMR15 และ LARC160 เป็นโพลีไมด์ที่ใช้กันมากที่สุดสองตัวในคอมโพสิต
แหล่งที่มา "พรมแดนในคอมโพสิต"