بهينه‌سازي استحكام كششي آميزه فنولي - شيشه استفاده شده در فرايند قالب‌گيري فشاري

Optimization of Tensile Strength of Phenolic-Glass Compound for Compression Molding Process

آميزه‌هاي قالب‌گيري فنولي، در ساخت عايق‌هاي گرمايي كاربرد گسترده‌اي دارند. فرايندپذيري و خواص مكانيكي، دو ويژگي مهم اين آميزه‌هاست. در اين پژوهش، جريان‌يابي آميزه در قالب مارپيچ به‌عنوان شاخص فرايندپذيري و استحكام كششي به‌عنوان شاخص خواص مكانيكي مورد توجه قرار گرفت و اثر متغيرهايي مانند پخت مرحله B، طول الياف و وجود سيلان بر آنها بررسي شد. نتايج آزمون جريان‌يابي نشان داد، پخت مرحله B اثر قابل‌ توجهي بر مقدار جريان آميزه مي‌گذارد و حداقل h 3 در دماي C°85 براي اين‌كار لازم است. گرمادهي در اين مرحله سبب افزايش گرانروي رزين و كمك به حمل الياف هنگام فرايند قالب‌گيري و درنتيجه بهبود پخش الياف مي‌شود. استحكام كششي آميزه‌هاي قالب‌گيري شده تا زمان h 5/3 از پخت مرحله B، استحكام را افزايش مي‌دهد. ولي مدت زمان بيشتر استحكام را كاهش مي‌دهد. افزايش گرما‌دهي پس از h 5/3، پخت را تا مرحله‌اي پيش مي‌برد كه امكان اتصال اجزاي آميزه به يكديگر تضعيف ‌شود. اصلاح سيلان نيز در هر حالتي سبب افزايش استحكام مي‌شود كه با توجه به تصاوير ميكروسكوپ الكتروني به افزايش سازگاري رزين و الياف، كمك به حمل الياف هنگام فرايند و درنتيجه پخش بهتر الياف نسبت داده شد. نكته جالب توجه اينكه برخلاف انتظار اوليه، پخت مرحله B اثر بيشتري بر افزايش استحكام كششي داشت. در حالي كه سيلان، استحكام كششي را حدود %30 تا %40 افزايش مي‌دهد، پخت مرحله B استحكام را بيش از %130 زياد مي‌كند. استحكام كششي با ازدياد طول الياف نيز افزايش يافت كه با توجه به ماهيت الياف كوتاه و نقش مكانيكي آن، موضوع مورد انتظار بود.

Fiber-reinforced phenolic resins have been widely used in thermal insulation products. Processability and mechanical properties are the two important characteristics of these compounds. In this research, the flow in spiral mold and tensile strength were considered as indicators for processability and mechanical properties, respectively. B-stage curing time, fiber length and silane treatment effects on flow properties and tensile strength were studied. Spiral flow test results showed that B-stage has a significance effect on flow rates optimized at 85°C for 3 h. Under this condition, resin viscosity increased to a suitable level and improved in transferring and dispersing the fibers. Tensile strength was increased by 3.5 h heat treatment and it was dropped beyond the B-stage. Heat treatment beyond this stage weakened the possible attachment of different components together. Silane treatment increased the tensile strength and based on electron microscopy studies there was improved fiber-resin compatibility with better dispersion of the fibers. Although there were improvements observed in fiber dispersion in silane treatment as well as the B-stage curing, but the effect was greater in the latter case, such that treatment by 3.5 h B-stage produced tensile strength by 130% while the silane treatment effect resulted in 30% greater tensile strength. This may imply that for some applications the silane treatment of the fibers is not sufficient and heat treatment could be considered as a substitute. Tensile strength increased with fiber length which was related to the nature of short-fiber composites, while the load transfer improved with longer fibers.