Wzmocnione włóknami kompozyty polimerowe są często stosowane jako elementy konstrukcyjne narażone na ekstremalnie wysokie lub niskie temperatury. Te aplikacje obejmują:
- Komponenty silnika samochodowego
- Produkty lotnicze i wojskowe
- Elementy elektroniczne i płytki drukowane
- Sprzęt do ropy i gazu
Wydajność termiczna kompozytu FRP będzie bezpośrednim wynikiem matrycy żywicznej i procesu utwardzania. Izoftalowy, ester winylowy, a żywice epoksydowe mają ogólnie bardzo dobre właściwości termiczne. Podczas gdy żywice ortoftalowe najczęściej wykazują słabe właściwości termiczne.
Dodatkowo ta sama żywica może mieć bardzo różne właściwości, w zależności od procesu utwardzania, temperatury utwardzania i czasu utwardzania. Na przykład wiele żywic epoksydowych wymaga „utwardzania po utwardzeniu”, aby osiągnąć najwyższą charakterystykę termiczną.
Utwardzanie końcowe to metoda dodawania temperatury na pewien czas do czasu złożony po utwardzeniu matrycy żywicznej w reakcji termoutwardzalnej. Utwardzanie końcowe może pomóc w wyrównaniu i uporządkowaniu cząsteczek polimeru, dodatkowo zwiększając właściwości strukturalne i termiczne.
Tg - temperatura zeszklenia
Kompozyty FRP mogą być stosowane w zastosowaniach strukturalnych, które wymagają podwyższonych temperatur, jednak w wyższych temperaturach kompozyt może stracić właściwości modułu. Oznacza to, że polimer może „mięknąć” i stać się mniej sztywny. Utrata modułu jest stopniowa w niższych temperaturach, jednak każda matryca z żywicy polimerowej będzie miała temperatura, po osiągnięciu której kompozyt przejdzie ze stanu szklistego w gumowaty stan. To przejście nazywa się „temperaturą zeszklenia” lub Tg. (Powszechnie określany w rozmowie jako „T sub g”).
Podczas projektowania kompozytu do zastosowań konstrukcyjnych ważne jest, aby upewnić się, że Tg kompozytu FRP będzie wyższy niż temperatura, na jaką może być kiedykolwiek wystawiony. Nawet w zastosowaniach niestrukturalnych Tg jest ważna, ponieważ kompozyt może zmienić się kosmetycznie, jeśli Tg zostanie przekroczona.
Tg jest najczęściej mierzona za pomocą dwóch różnych metod:
DSC - Różnicowa kalorymetria skaningowa
Jest to analiza chemiczna wykrywająca absorpcję energii. Polimer wymaga pewnej ilości energii do stanów przejściowych, podobnie jak woda wymaga pewnej temperatury do przejścia w parę.
DMA - dynamiczna analiza mechaniczna
Ta metoda fizycznie mierzy sztywność w miarę przyłożenia ciepła, gdy gwałtowny spadek właściwości modułu osiąga Tg.
Chociaż obie metody badania Tg kompozytu polimerowego są dokładne, ważne jest stosowanie tej samej metody przy porównywaniu jednego kompozytu lub polimeru matryca do innej. Zmniejsza to zmienne i zapewnia dokładniejsze porównanie.