اثر رزین اپوکسی جامد بر خواص پیش‌آغشته‌ اپوکسی- شیشه

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، پژوهشکده مهندسی کامپوزیت، گروه مهندسی پلیمر، صندوق پستی 1774-15875

چکیده

فرضیه: دست‌یابی به گران‌رَوی و چسبناکی مطلوب در پیش‌آغشته‌های بر پایه رزین‌های اپوکسی به‌طور ‌عمده با روش‌ پیش‌پخت انجام می‌شود. اما، مشکل اصلی این روش‌، کاهش زمان انبارداری پیش‌آغشته به‌دلیل پیشرفت واکنش است. یکی از راهکارهای مناسب برای غلبه بر این مشکل، حذف مرحله پیش‌پخت در فرایند پیش‌آغشته‌‌سازی و دست‌یابی به گران‌روی مناسب به‌کمک فرمول‌بندی رزین‌های اپوکسی با وزن‌های مولکولی مختلف است. با این روش، امکان رسیدن به پیش‌آغشته‌‌ای با قابلیت پخت تک‌مرحله‌ای و زمان انبارداری طولانی‌تر مهیّا می‌شود.
روش‌ها: با استفاده از رزین اپوکسی مایع با وزن مولکولی کم (Epon828) و رزین اپوکسی جامد با وزن مولکولی زیاد (Ker3003) در مجاورت حلال متیل‌اتیل کتون (MEK)، عامل پخت دی‌سیان‌دی‌آمید (DICY) و عامل شتاب‌دهنده دیوران (Diuron)، دو نوع فرمول‌بندی 3S7L (دارای wt% 30 رزین Ker3003 و wt% 70 رزین Epon828) و 4S6L (دارای wt% 40 رزین Ker3003 و wt% 60 رزین Epon828) طراحی شدند. بر اساس فرمول‌بندی‌‌های به‌دست‌آمده، پیش‌آغشته‌ها تهیه و سپس به کامپوزیت نهایی پخت شدند. آزمون‌های مختلفی همچون طیف‌نمایی زیر قرمز تبدیل فوریه (FTIR)، گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC)، آزمون دینامیکی-مکانیکی گرمایی (DMTA)، استحکام برشی بین‌لایه‌ای (ILSS)، استحکام کششی، چسبناکی و قابلیت شکل‌پذیری برای تعیین خواص رزین‌های فرمول‌بندی‌شده، پیش‌آغشته‌ها و کامپوزیت‌ها به‌کار گرفته ‌شدند.
یافته‌ها: بر پایه فرمو‌بندی‌های طراحی‌شده، پیش‌آغشته‌های با خواص مطلوب بدون نیاز به مرحله پیش‌پخت به‌دست آمدند. نتایج نشان داد، دمای شروع پخت رزین‌های فرمول‌بندی‌شده نسبت به رزین اپوکسی Epon828، حدود °15 بیشتر است. فرمول‌بندی 4S6L چسبناکی و گرانروی مطلوب برای پیش‌آغشته را تا دمای °45 حفظ می‌کند. فرمول‌بندی 3S7L به‌ترتیب حدود 14 و %11 از نظر خواص استحکام برشی بین‌لایه‌ای نسبت به فرمول‌بندی 4S6L و Epon828 بیشتر است. سفتی خمشی برای پیش‌آغشته‌های ساخته‌شده بر اساس فرمول‌بندی‌های 3S7L و 4S6L به‌ترتیب برابر 3230 و 3460µJ/m به‌دست آمد که حاکی از قابلیت زیاد شکل‌‌پذیری هر دو فرمول‌بندی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Solid Epoxy Resin on Properties of an Epoxy/Glass Prepreg

نویسندگان [English]

  • Iman Gholipour
  • Iraj Amiri
  • Hassan Fattahi
  • Mehrzad Mortezaei
Department of Polymer Engineering, Composite Research Institute, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: The desirable tack and viscosity in prepregs are mostly obtained by pre-curing, but the main problem with this method is the decremental storage life of prepreg because of the ongoing curing reaction. One of the appropriate strategies to overcome this problem is to eliminate the pre-curing stage in the prepreg process and achieve the appropriate viscosity through epoxy formulations with different molecular weights. With this method, it is possible to obtain a prepreg with single-stage curability and longer storage life.
Methods: By using low molecular weight epoxy resin (Epon828) and solid epoxy resin with high molecular weight (Ker3003) in the presence of MEK as solvent, DICY as curing agent and diuron as accelerator, two types of formulations including 3S7L (30% (wt) Ker3003 and 70% (wt) Epon828) and 4S6L (40% (wt) Ker3003 and 60% (wt) Epon828) were designed. Based on the obtained formulations, prepregs were manufactured and then cured to obtain the final composites. Different characterization techniques including FTIR, DSC, DMTA, ILSS, tensile strength, viscosity and drapability were used to determine the properties of formulated resins, prepregs and composites.
Finding: Appropriate prepregs were obtained based on the designed resin formulations without pre-curing stage. The results showed that the curing initiation temperatures of the formulated resins were about 15°C higher than that of Epon828 epoxy resin. The 4S6L formulation maintains the desired tack and viscosity of the prepreg up to 45°C. ILSS for composites based on 3S7L formulation was about 14% and 11% higher than the values obtained for composites based 4S6L and Epon828 resins, respectively. Flexural rigidity as representative of the drapability of the prepregs was obtained 3230 and 3460 μJ/m, respectively. For prepregs based on 3S7L and 4S6L formulations, there is an indication of high drapability of the prepregs based on designed formulations..

کلیدواژه‌ها [English]

  • Epoxy Prepreg
  • Pre-curing
  • Composite
  • Solid epoxy resin
  • Tack

مراجع

  1. Cakir F. and Uysal H., Experimental Modal Analysis of Brick Masonry Arches Strengthened Prepreg Composites, Cult. Herit, 16, 284-292, 2015.‏
  2. Grunenfelder L.K., Dills A., Centea T., and Nutt S., Effect of Prepreg Format on Defect Control in Out-of-Autoclave Processing, A: Appl. Sci. Manuf., 93, 88-99, 2017.‏
  3. Jiang B., Huang Y.D., He S., Xing L.X., and Wang H.L., Quality Analysis and Control Strategies for Epoxy Resin and Prepreg, TrAC-Trends Anal. Chem., 74, 68-78, 2015.
  4. Hassan M.H., A Mini Review on Manufacturing Defects and Performance Assessments of Complex Shape Prepreg-Based Composites, J. Adv. Manuf. Technol., 115, 3393-3408, 2021.
  5. Siddiqui N.A., Khan S.U., Ma P.C., Li C.Y., and Kim J.K., Manufacturing and Characterization of Carbon Fibre/Epoxy Composite Prepregs Containing Carbon Nanotubes, A: Appl. Sci. Manuf., 42, 1412-1420, 2011.
  6. Schreve K. and Van der Westhuizen J., Optical Aid for Placing Composite Material (Prepregs) in a Mould, Afr. J. Ind. Eng., 29, 35-48, 2018.
  7. Lengsfeld H., Lacalle J., Neumeyer T., and Altstädt V., Composite Technology: Prepregs and Monolithic Part Fabrication Technologies, Carl Hanser Verlag GmbH Co KG, 2021.‏
  8. Mangalgiri P.D., Composite Materials for Aerospace Applications Bulletin of Materials Science, Mater. Sci., 22, 657-664, 1999.
  9. Tomioka M., Kaneko M., and Hagiwara M., Epoxy Resin Composition, Prepreg, Fiber-Reinforced Composite Material, and Housing for Electrical or Electronic Equipment, US Pat., 10,364,347,‏
  10. Mironov G., Wind Turbine Blade, US Pat., 2010/0098549,
  11. Holmes M., High Volume Composites for the Automotive Challenge, Reinf. Plast., 61, 294-298, 2017.
  12. Rajak D.K., Pagar D.D., Menezes P.L., and Linul E., Fiber-Reinforced Polymer Composites: Manufacturing, Properties, and Applications, Polymers, 11, 1667,
  13. Sreejith M. and Rajeev R.S., Fiber Reinforced Composites for Aerospace and Sports Applications, Woodhead, Sawston, 821-859, 2021.‏
  14. Kostadinoska B., Risteska S., and Samakoski B., Influence of the Process Parameters on Manufactured Prepregs by Solvent Impregnation. J. Eng. Res, 10, 715-719, 2021.
  15. Golfman Y., Impregnation Process for Prepregs and Braided Composites, Adv. Mater-Covina, 65, 1-7, 2007.
  16. Seferis J.C., Velisaris C.N., and Drakonakis V.M., Prepreg Manufacturing. Wiley Encyclopedia of Composites, 1-10, 2011.
  17. Khalafi H.R., Mortezaei M., and Amiri Amraei I., Relationship between the Process Parameters and Resin Content of a Glass/Epoxy Prepreg Produced by Dipping Method, J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 27, 391-402, 2015.
  18. Mortezaei M., Khalafi H.R., and Amiri Amraei I., Modeling of Degree of Cure in Epoxy-Glass Prepreg, J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 2, 43-48, 2015.
  19. Pouladvand A.R., and Mortezaei M., Tack Property of Prepregs: Effective Parameters, Methods of Measurement and Failure Mechanisms, Polymerization (Persian), 9, 39-49, 2019.
  20. Budelmann D., Schmidt C., and Meiners D., Prepreg Tack: A Review of Mechanisms, Measurement, and Manufacturing Implication, Compos., 41, 3440-3458, 2020.
  21. Jahani M., Fattahi H., and Mortezaei M., Effect of Aromatic Amine Structure as a Curing Agent on Molecular Packing and Mechanical Properties of Cured Epoxy Resin, Iran. Polym. Sci. Technol. (Persian), 32, 269-278, 2019.
  22. Mozaffariafi S.M. and Beheshty M.H., Thermally-Latent Curing Agents for Epoxy Resins: A Review, Iran. Polym. Sci. Technol. (Persian), 31, 409-426, 2019.
  23. Kuliaei A., Amiri Amraei I., and Mousavi S.R., Investigating the Relationship between Tack and Degree of Conversion in DGEBA-Based Epoxy Resin Cured with Dicyandiamide and Diuron, Polym. Eng., 41, 537-545, 2021.
  24. Galledari N.A., Beheshty M.H., and Barmar M., Effect of NBR on Epoxy/Glass Prepregs Properties,  Appl. Polym. Sci., 123, 1597-1603, 2012.‏
  25. Hayaty M., Honarkar H., and Beheshty M.H., Curing Behavior of Dicyandiamide/Epoxy Resin System Using Different Accelerators. Polym. J., 22, 591-598, 2013.
  26. Payamani M., Fattahi H., and Mortezaei M., Dual-Curing Systems of Epoxy Resin for Using in Prepreg Manufacturing, Polymerization (Persian), 2021. DOI: 22063/BASPARESH.2021.2951.1566
  27. Fernández-Francos X., Konuray A.O., Belmonte A., De la Flor S., Serra À., and Ramis X., Sequential Curing of Off-stoichiometric Thiol–Epoxy Thermosets with a Custom-Tailored Structure, Chem., 12, 2280-2290, 2016.
  28. Pouladvand A.R., Mortezaei M., Fattahi H., and Amiri Amraei I., A Novel Custom-Tailored Epoxy Prepreg Formulation Based on Epoxy-Amine Dual-Curable Systems, A: Appl. Sci. Manuf., 132, 105852, 2020.
  29. Liao C.W., Pingzhen., Hsu H., and Zhuang X., Epoxy Resin Blend. US Pat. 9,718,986,‏
  30. Suzuki T., Ishiwata T., Suzuki Y., and Numata H., Prepreg and Method for Manufacturing Same. US Pat. 10,047,478,‏
  31. Bank D.H., Chaudhary A.K., and Sun X., Process for Reclaiming Scrap or Unused Epoxy Resin Prepreg, US Pat. 10,744,679,‏
  32. Poynton G., Multi-component Epoxy Resin Formulation for High Temperature Applications, PhD Thesis, School of Materials, The University of Manchester, UK, 2014.‏
  33. Cleaver M. and Suffolk H., Epoxy Resin Formulations, US Pat. 9,969,852,
  34. Mousavi S.R. and Amiri Amraei I., Toughening of Dicyandiamide-Cured DGEBA-Based Epoxy Resin Using MBS Core-Shell Rubber Particles, J. Compos. Mater., 49, 2357-2363, 2015.
  35. Wang Q., Storm B.K., and Houmøller L.P., Study of the Isothermal Curing of an Epoxy Prepreg by Near-Infrared Spectroscopy,  Appl. Polym. Sci., 87, 2295-2305, 2003.‏
  36. Akbari R., Toughening of Epoxy Resin by Using CTBN and Flexible Amin Curing Agent and Preparation of Toughened Epoxy Glass Prepreg, MSc Thesis, Faculty of Polymer Processing, Iran Polymer and Petrochemical Institute, Tehran, Iran, 2012.
  37.  

فایل ها

ارجاعات به این مقاله

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار