4. Контроль процесса структурирования пкм

Процесс структурирования ПКМ приводит к переходу от вязко-текучего со­стояния материала в твёрдое состояние, т. е. происходит процесс отверде­ния. При отвердении связующего изделие из ПКМ приобретают необходимую прочность, теплостойкость и т. п. Отверде­ние происходит в результате взаимодействии реакционно-способных групп связующего между собой.

Качество отвердения оценивается степе­нью отвердения в %. Степень отвердения в производственных условиях оп­ределяют методом экстрагирования (абсолютный метод), с помощью раство­рителя извлекаются неструктурированные молекулы связующего, по числу которых и оценивается степень отвердения.

При отвердении связующее пе­реходит из вязко-текучего в твердое стеклообразное состояние, что связано с образованием трехмерного полимера. Наиболее пригодным методом контроля над процессом отвердения является СВЧ. Механизм взаимодействия электромагнитных волн в процессе от­вердения изучен не достаточно.

Можно предложить следующую трактовку. Полимерные молекулы эпоксидных связую­щих состоят из большего числа полярных звеньев, вследствие чего в элек­трическом поле они не ориентируются как жёсткие фрагменты. Происходит лишь ориентация отдельных звеньев. Степень подвижности полимерных звеньев определяет энергию необходимую для их ориентации в переменном электрическом поле, т. е. диэлектрические потери. Сшивание молекул при отвердении связующего уменьшает подвижность полярных звеньев, что при­водит к существенному изменению их диэлектрических свойств: иуменьшаются, а электропроводность, электрическая прочность повышается.

На степень отвердения влияют также тепловые процессы, возникающие в резуль­тате реакции. Выделение теплоты приводит к саморазогреву связующего и дальнейшему изменению скорости реакции. Различие температур отдельных участков изделия в свою очередь приводит к различию скоростей реакций и тем самым к возникновению внутренних напряжений в изделии и к снижению его физико-механических характеристик.

Ход реакции необходимо контроли­ровать также, потому что при больших скоростях её протекание бурно выде­ляются газообразные побочные продукты, приводящие к увеличению порис­тости, межслойному расслоению и т. п. Для контроля над степенью отвердения используются СВЧ-приборы, работающие в РНО (например, схема 5 табл. 2).

Рассмотрим кинетическую кривую отвердения смолы ЭДТ-10 (зависимость модуля коэффициента отражения | R | от времени) с соотношением отвердитель\смола 10:100, полученную на СВЧ-измерителе (рис. 10).

| R |1,0

0,8 3

2

0,6

1

0,4

0,2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 t, мин.

Рис. 10. Кинетическая кривая твердения смолы ЭДТ-10

1 – для рабочей температуры 120⁰ С, 2 – для – 150⁰ С, 3 – для – 170⁰ С.

Точка перегиба кривой ( ) – момент перехода из вязко-текучего состояния в гелеобразное является важной характеристикой процесса, дающая информацию о качестве его протекания. Как видно из рисунка 10 точно определить этот момент по данным кривым сложно.

Для чёткой фиксации наступления гелевой фазы было предложено сравнивать (и вычитать) сигналы для смолы без отвердителя и смолы с отвердителем, пропитывающий стеклопластик. Схема измерителя выполнена на базе двойного волноводного тройника (использующаяся в предыдущем эксперименте), но в ней вместо согласующей нагрузки используются два плеча (см. рис. 11).

Рис. 11. СВЧ-измеритель с компенсацией.

1 – генератор СВЧ, 2 – детекторная секция, 3 – двойной волноводный тройник, 4 – приёмно-излучающие антенны, 5 – ванна со смолой, 6 – стеклопластик.

На рис. 12 приведены кинетическая кривая для смолы без отвердителя (кривая 1) и кинетическая кривая для режима компенсации, полученная на данном измерителе (кривая 2). Для кривой 1 наблюдается линейная зависимость модуля коэффициента отражения | R | от времени, которая отражает процесс разогрева смолы и тем самым изменение её вязкости.

Использование СВЧ-измерителя с компенсацией позволяет компенсировать влияние указанного изменения вязкости на регистрируемый сигнал и в чистом виде наблюдать (и регистрировать) процесс отвердения (рис. 12, кривая 2). Как видно, из рисунка наблюдается резкое изменение сигнала в момент гелеобразования.

| R |1,0

0,8

0,6 2

0,4 1

0,2

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 t, мин.

Рис. 12. Кинетические кривые.

1 – смола без отвердителя, 2 – режим компенсации.