اثر ساختار عامل پخت آميني آروماتيك بر فشردگي مولكولي و خواص مكانيكي رزين اپوكسي پخت‌شده

Effect of Aromatic Amine Structure as a Curing Agent on Molecular Packing and Mechanical Properties of Cured Epoxy Resin

فرضيه: رزين‌هاي اپوكسي‌ از پرمصرف‌ترين رزين‌ها در جهان هستند. عوامل بسياري روي خواص مكانيكي اين خانواده از پليمرها اثر‌گذار است كه از اثر برخي عوامل مانند فشردگي مولكولي بر خواص مكانيكي اين رزين‌ها نمي‌توان چشم‌پوشي كرد. مهم‌ترين عامل اثرگذار بر فشردگي مولكولي و خواص مكانيكي رزين‌هاي اپوكسي پخت‌شده، ساختار شيميايي عامل پخت است. در اين مقاله، اثر ساختار عامل پخت آميني آروماتيك بر فشردگي مولكولي و خواص مكانيكي رزين اپوكسي پخت‌شده بررسي شده است. روش‌ها: براي پخت رزين اپوكسي از روش مذاب استفاده شد. ابتدا عامل پخت مدنظر، ذوب و سپس رزين اپوكسي به آن اضافه شد. براي مطالعه اثر ساختار عامل پخت، از سه عامل پخت متافنيلن دي‌آمين (m-PDA)، ارتوفنيلن دي‌آمين (o-PDA) و 4،2-دي‌آمينوتولوئن (2,4-DAT) استفاده شد. فشردگي مولكولي با استفاده از روش پراش پرتو X و(XRD) مطالعه شد. همچنين، وزن حجمي رزين‌هاي پخت‌شده با روش ارشميدس اندازه‌گيري شد. در نهايت، اثر فشردگي مولكولي بر خواص مكانيكي با انجام آزمون كشش بررسي شد. يافته‌ها: نتايج به‌دست آمده از آزمون‌هاي XRD و خواص مكانيكي نشان داد، فشردگي مولكولي با استحكام مكانيكي رابطه مستقيم دارد و با افزايش فشردگي مولكولي، استحكام كششي نيز افزايش مي‌يابد. با تغيير عامل پخت از m-PDA به o-PDA، فشردگي مولكولي افزايش و در نتيجه استحكام كششي نيز افزايش يافت. با به‌كاربردن عامل پخت 2,4-DAT، به علت افزايش ممانعت فضايي در اثر وجود گروه متيل، تراكم مولكولي كاهش و در نتيجه استحكام كششي نيز كاهش يافت.

Hypothesis: Epoxy resins are one of the most prominent resins in the world. Many factors affect the mechanical properties of this family of polymers, but the effects of parameters such as molecular packing on mechanical properties are less investigated. The most important factor in molecular packing and mechanical properties is the chemical structure of the curing agent. Herein, we report the effect of aromatic structure of the curing agent on the molecular packing and mechanical properties of the cured epoxy resin. Methods: The curing of the epoxy resin was performed by melting the curing agent and addition of the epoxy resin. To study the effect of curing agent structure, three different curing agents including meta-phenylenediamine (m-PDA), ortho-phenylenediamine (o-PDA) and 2,4-diamino toluene (2,4-DAT) were used. The molecular packing was studied by X-ray diffraction (XRD) technique. Also, the density measurements of cured epoxy resins were carried out using the Archimedes method and finally, the effect of molecular packing on the mechanical properties was investigated by tensile test. Findings: The results obtained from XRD and tensile test measurements showed that there is a direct relationship between the molecular packing and mechanical strength which by increases in the molecular packing the tensile strength increased as well. By changing the curing agent from m-PDA to o-PDA, the molecular packing was increased and consequently, led to an increase in the tensile strength of the epoxies. In using 2,4-DAT as a curing agent, the molecular packing and hence the mechanical strength were decreased due to the steric hindrance of the methyl group.