Viscoelastic behaviour of thermosets-thermoplastic polymer composite

Abstract

Polyester yapı, deniz ve elektriksel uygulamalarda termoset polimer olarak büyük önem kazanmıştır. Kullanımını genişletmek ve kırılganlıklarını gidermek için polimerlerin birçoğu ile karıştırılmıştır. Polyesterin darbe direncini artırmaya yardımcı olan polisitiren ilavesi örnek olarak verilebilir. Ama diğer yandan çekme mukavemetini, sertliğini, elastik modülünü ve sürünme direncinide azaltmaktadır. Bu durum, yapısal özelliklerin azalmasını telafi etmek için başka bir malzemenin kullanılmasına yol açar. Bu çalışmanın amacı, doymamış polyesterin (UP) özelliklerini, farklı ağırlık yüzdelerindeki ,% 5, % 7.5, % 10, % 12.5, % 15 ve % 20, polistiren (PS) ilave ederek değiştirmek ve ikili polimer karışımlarını hazırlamaktır. Polistirenin yüzdeki arttıkça gerilme mukavemetinin azaldığını gösterirken(%42), cam elyafın eklenmesi çekme mukavemetindeki azalmayı telafi etmeye yardımcı olmuştur. Diğer bir deyişle, iki katmandan polyesterle karşılaştırıldığında karışımın çekme mukavemetinde artış oranı (ağırlıkça %7,5) % 26'dır. Diğer bir değişle iki tabaka cam elyaflı karışımın çekme mukavemet artış oranı (ağırlıkça %7.5) polyester ile karşılaştırıldığında %26'dır. Tek başına polyester ile karşılaştırıldığında (ağırlıkça %55) daha fazla toklukta olan iki kat elyaflı karışımdaki artan tokluk gibi diğer mekanik özellikler için de bu artış doğrudur. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) incelemesi, polistiren parçacıklarının doymamış polyester yoluyla düzgün dağılıma sahip olduğunu gösterdi; daha küçük parçacıkların bu dağılımı, daha düşük çatlak büyümesinden sorumlu olabilmektedir. Ayrıca, bu kompozit materyallerin elyaf kırığı nedeniyle değil, matris hatası veya ara yüzey bağlaşmasıyla koptuklarını ortaya koymaktadır. Kesilmiş cam matris ve elyaf tabakaları ile ağırlıkça % 7.5 oranında karıştırılarak takviye edilmiş numunelerin gösterdiği gibi, elyaflar yük-gerilim merkezi olarak davranış gösterir ve doymamış polyester karışımından daha yüksek darbe mukavemeti sergileyerek matris boyunca homojen olarak dağıtılır. Sürünme testi oda sıcaklığında (5, 6, ve 7 MPa) farklı uygulanan gerilmeler altında yürütülmüştür. Burger modeli, malzemelerin viskoelastik davranışını modellemek ve analiz etmek için kullanılmıştır. Sürünme sonuçları burger modeliyle iyi bir uyum gösterdi. İki kat elyaf takviyeli kompozit materyallerin bir kat ile takviye edilmiş kompozitlerden daha iyi sonuç verdiği bulunmuştur. Ağırlıkça % 7.5 iki tabakalı cam elyaf karışım ile iyi bir viskoelastik özellikler sağladı. Ayrıca, polistiren ilavesinin daha büyük sürünme ve sürünme iyileşmesine yol açtığı bulundu. Bu sonuç, polistirenin zincir hareketliliğini arttırdığını doğrulamıştır. Buna ek olarak, iki kat elyaf takviyeli karışımın sürünme direnci önemli ölçüde arttırılmıştır.

Polyester has gained a considerable importance as a thermoset polymer in structural, marine and electrical applications. To expand their usage and overcome their brittleness, many of the polymers were blended with it. An example is the addition of polystyrene which helps in increasing the impact resistance of polyester; but on the other hand, it reduces the tensile strength, hardness, elastic of modulus and creep resistance, which leads to use another material to compensate the reduction in these properties. The aim of the current study is to modify the properties of Unsaturated Polyester (UP) by adding Polystyrene (PS) in different weight percentages; 5%, 7.5%, 10% 12.5%, 15% and 20% to prepare binary polymer blends. With weight percentage 7.5% of the polystyrene, the results show that the tensile strength decreases (42%), while the addition of fiber glass has helped in compensating the reduction in tensile strength. In other words, the rate of increase in tensile strength of the blend (7.5 wt. %) with two layers of fiber compared with polyester is 26%. This is correct also for the other mechanical properties, like toughness which increase with two layers of fibers in a percentage of 55% more than toughness compared with of polyester alone. The Scanning Electron Microscopy (SEM) examination showed that the polystyrene particles have uniform distribution through the Unsaturated Polyester; this distribution may be responsible for the lower crack growth. Also reveals that these composites materials do not fail by fiber fracture, but either by matrix failure or interfacial de-bonding. The creep test was conducted under different applied stresses (5, 6, and 7 MPa) at room temperature. Burger model was used for modeling and analyzing the viscoelastic behavior of the materials. The creep results showed a good concordance with the Burger's model. It was found that the composite materials reinforced with two layers of fiber gave better results than the composites reinforced with one layer. The blend (7.5 wt. %) with two layers of fiber glass was provided good viscoelastic properties. It was also found that polystyrene additives led to greater creep and creep recovery. This result confirmed that polystyrene increases chain mobility. In addition, the creep resistance of blend reinforced with two layers of fiber was significantly enhanced.