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- 技术原理 -
2019.Apr.25

热分析应用-PEEK碳纤维复合材动态黏弹性测试


 

PEEK(聚醚醚酮,Figure 1)是工程塑料之一,是一种能够熔融加工并且在结晶热塑性聚合物中具有最高耐热性能的材料。 广泛应用于电气和电子工程,机械或汽车工业等领域,因为它在耐疲劳性,耐候性,耐溶剂性和阻燃性方面具有优异的性能。 与现有的环氧树脂复合材料相比,PEEK碳纤维复合材更容易成型,并且由于其高拉伸特性而具有更高的抗损伤性。 此外,由于部分PEEK碳纤维复合材有可能在未来进行回收,因此应用开发将扩展为航天领域等尖端科技的材料。 本篇技术文件即是透过DMA量测PEEK碳纤维复合材的动态黏弹性测量应用。
 
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【测试方法】
实测样品为长碳纤维向之PEEK碳纤维复合材,厚度为200um。 使用Hitachi DMA7100搭配薄膜剪切(Film Shear)置具(Figure 2),分别施加与碳纤维方向平行&垂直的应力(Figure 3.a)(Figure 3.b)
 
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测量条件为室温升温至250℃,升温速率为2℃/ min,进行5种频率多频扫描(0.5,1,2,5,10Hz)。 典型的DMA在进行升温多频扫描测试时,需要分别针对温度&频率做温度扫描&频率扫描,极为耗时。 Hitachi DMA7100能在恒温时,选择最多13组频率扫描;甚至在升温过程中,透过Master Curve做最多5组的升温频率扫描曲线,进而透过软件分析材料老化特性。

【测量结果分析】
Figure 4. Figure 5 分别为平行&垂直方向的测试图,同时进行温度&频率扫描,显示0.5~10Hz 5种频率的G’,G”,Tanδ曲线。 由图中可以分析,G’在130-250℃有明显的降低趋势,同时G”. Tanδ也有明显的Peak,这是由于PEEK玻璃转移温度所导致。 而在150-170℃附近,PEEK的冷结晶导致G’上升,G”. Tanδ也能够观察到模数的变化。
 
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Figure 6比较G’在不同方向(碳纤与应力方向)的差异,由图中可以发现,垂直向的G’数值都高于平行向的G’,这是由于相较于垂直向,平行向的PEEK仅仅只有变形发生所导致。
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Figure 7 为平行向二次升温时G’. G”. Tanδ的测试结果:
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Figure 8 比较了G’. Tanδ曲线在一次升温(Figure 4)&二次升温(Figure 7)时的差异,由图中可以看出,不论在一次or二次升温时,由于材料的玻璃转移温度, G’在140-170℃都有下降的趋势,但可以发现愈往高温,二次升温时并没有一次升温时的结晶化讯号,此差异是因为热历史所造成的,也就是一次升温后冷却直到冷结晶完成,同时保持在结晶状态。
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【结论】
本篇应用文件为PEEK碳纤维复合材透过DMA测试黏弹特性的应用实例。透过DMA可以量测应力与碳纤不同方向时模数的差异,此外也一并探讨在一次&二次升温时由于热历史所造成的冷结晶讯号差异。
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