Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.11
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pp.2853-2865
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2000
During the curing process of thick glass/epoxy laminates, a substantial amount of temperature lag and overshoot at the center of the laminates is usually experienced due to the large thickness and low thermal conductivity of the glass/epoxy composites. Also, it takes a longer time for full and uniform consolidation. In this work, temperature, degree of cure and consolidation of a 20 mm thick unidirectional glass/epoxy laminate were investigated using an experiment and a 3-dimentional numerical analysis. From the experimental and numerical results, it was found that the experimentally obtained temperature profile agreed well with the numerical one, and the cure cycle recommended by the prepreg manufacturer should be modified to prevent a temperature overshoot and to obtain full consolidation.
A cure process control model was proposed to optimize the curing process of thick filament wound structure. There are two types of smart cure, one is that the boundary conditions of the hollow cylinder are same between inner surface and outer surface, and the other is that inner surface temperature is slightly higher than outer surface to initiate cure reaction from the inner side to the outer side to reduce residual stress.
Crosslink is the most important chemistry in a rubber vulcanizate. Degree and type of crosslinks of the vulcanizate determine its physical properties. Change of crosslink density and deformation of a rubber vulcanizate by thermal aging were studied using natural rubber (NR) vulcanizates with various cure systems (conventional, semi-EV, and EV) and different cure times (under-, optimum-, and overture). All the NR vulcanizates were deformed by the thermal aging at 60-100 $^{\circ}C.$ The higher the aging temperature is, the more degree of the deformation is. The undercured NR vulcanizates after the thermal aging were deformed more than the optimumand overcured ones. The NR vulcanizates with the EV cure system were less deformed than those with the conventional and semi-EV cure systems. The deformation of the NR vulcanizates was found to be due to change of the crosslink density of the vulcanizates. The crosslink densities of all the vulcanizates after the extraction of organic materials were also changed by the thermal ging. The sources to change the crosslink densities of the vulcanizates by the thermal aging were found to be dissociation of the existing sulfur crosslink and the formation of new crosslinks by free sulfur, reaction products of curing agents, and pendent sulfide groups.
The effects of 1 mol% N-benzylpyrazinium hexafluoroantimonate(BPH) as a thermal latent initiator and blend compositions composed of cycloaliphatic and DGEBA epoxies were investigated in the rheological properties and cure kinetics. Latent properties were performed by measurement of the conversion as a function of reaction time using isothermal DSC at $150^{\circ}C$ and $50^{\circ}C$ Rheological properties of the blend systems were investigated in terms of isothermal experiments using a rheometer. The gelation time was obtained from the evaluation of storage modulus (G'), loss modulus (G") and damping factor (tan$\delta$)). Cross-linking activation energy ($E_c$) was also determined from the Arrhenius equation based on gel time and curing temperature. As a result, the gel time and cross-linking activation energy increased with increasing DGEBA composition. The cure activation energies ($E_a$) were obtained by Kissinger method using dynamic DSC thermograms. In this work, the cure activation energy decreased with increasing CAE concentration, which might be resulted from the short repeat units, simple side-groups and viscosity of reaction media.edia.
Malononitrile(MN) as a reactive additive was added to Diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA)/Methylene dianiline (MDA) system in order to modify a thermosetting epoxy resin. Cure ki. netics and cure mechanism of this modified system were investigated by using DSC(differential scanning calorimetry) and FT-IR(fourier transform infrared spectrometry). Cure kinetics gave an information that the DGEBA/MDA system modified with MN should cure at over $110^{\circ}C$ after curing at about $80^{\circ}C$ for the complete curing. The activation energy of the first cure was nearly constant and that of the second cure was increased as the MN content was increased. Cure mechanism for the system was investigated with the samples cured every $30^{\circ}C$, from $80^{\circ}C$ to $170^{\circ}C$, for Ihr. It was known that the cure reactions of the epoxy-diamine system were composed of PA -E, SA - E and E-OH reactions. Beside these three reactions, in the DGEBA/MDA/MN system PA-CN and CN-OH reaction was found.
The morphology and mechanical properties of epoxy/polyamide/MPD/2E4MZ-CN reactive blends with various amount of catalyst were investigated. The cure behaviors, mechanical strengths, and morphological changes of the epoxy blend systems were analyzed by using DSC, UTM, and SEM, respectively. The amount of catalyst ranged from 0 to 3 phr, and the cure reaction occurred at $170^{\circ}C$ for 30 min. The maximum peaks in heat flow during cure reactions appeared at slightly lower temperature with increasing catalyst content, indicating that the cure reactions start at lower temperature by adding catalyst and polyamide rarely hinders the cure reaction paths. The co-continuous morphology was found in epoxy/polyamide(20 phr) blends and by adding catalyst to the blends much clearer and uniform co-continuous phase was observed. The surface tension of the mechanical test specimen was increased due to the AP plasma surface treatment, and then adhesion strength was increased by over 20% by adding 2 phr of catalyst to the blends. When considering morphological tuning of the blends by means of catalyst incorporation, it is expected that the increased elongation and adhesion strength can be achieved in the structural adhesive systems.
The curing characteristics of naphthalene type epoxy resin systems according to the change of curing agent were investigated to develop a new next-generation EMC(Epoxy Molding Compound) with excellent warpage characteristics, low thermal expansion, and excellent fluidity for WLP(Wafer Level Package). As epoxy resins, DGEBA, which are representative bisphenol type epoxy resins, NE-16, which are the base resins of naphthalene type epoxy resins, and NET-OH, NET-MA, and NET-Epoxy resins newly synthesized based on NE-16 were used. As a curing agent, DDM (Diamino Diphenyl Methane) and CBN resin with naphthalene moiety were used. The curing reaction characteristics of these epoxy resin systems with curing agents were analyzed through thermal analysis experiments. In terms of curing reaction mechanism, DGEBA and NET-OH resin systems follow the nth curing reaction mechanism, and NE-16, NET-MA and NET-Epoxy resin systems follow the autocatalytic curing reaction mechanism in the case of epoxy resin systems using DDM as curing agent. On the other hand, it was found that all of them showed the nth curing reaction mechanism in the case of epoxy resin systems using CBN as the curing agent. Comparing the curing reaction rate, the epoxy resin systems using CBN as the curing agent showed a faster curing reaction rate than them with DDM as a hardener in the case of DGEBA and NET-OH epoxy resin systems following the same nth curing reaction mechanism, and the epoxy resin systems with a different curing mechanism using CBN as a curing agent showed a faster curing reaction rate than DDM hardener systems except for the NE-16 epoxy resin system. These reasons were comparatively explained using the reaction rate parameters obtained through thermal analysis experiments. Based on these results, low thermal expansion, warpage reduction, and curing reaction rate in the epoxy resin systems can be improved by using CBN curing agent with a naphthalene moiety.
This study investigated the effects of layered clay on the thermal curing behavior and tensile properties of resole phenol-formaldehyde (PF) resin/clay/cellulose nanocomposites. The thermal curing behavior of the nanocomposite was characterized using conventional differential scanning calorimetry (DSC) and temperature modulated (TMDSC). The addition of clay was found to accelerate resin curing, as measured by peak temperature ($T_p$) and heat of reaction (${\Delta}H$) of the nanocomposite’ curing reaction increasing clay addition decreased $T_p$ with a minimum at 3~5% clay. However, the reversing heat flow and heat capacity showed that the clay addition up to 3% delayed the vitrification process of the resole PF resin in the nanocomposite, indicating an inhibition effect of the clay on curing in the later stages of the reaction. Three different methods were employed to determineactivation energies for the curing reaction of the nanocomposite. Both the Ozawa and Kissinger methods showed the lowest activation energy (E) at 3% clay content. Using the isoconversional method, the activation energy ($E_{\alpha}$) as a function of the degree of conversion was measured and showed that as the degree of cure increased, the $E_{\alpha}$ showed a gradual decrease, and gave the lowest value at 3% nanoclay. The addition of clay improved the tensile strengths of the nanocomposites, although a slight decrease in the elongation at break was observed as the clay content increased. These results demonstrated that the addition of clay to resole PF resins accelerate the curing behavior of the nanocomposites with an optimum level of 3% clay based on the balance between the cure kinetics and tensile properties.
The curing behaviors of diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) with mercaptan hardener were studied by the comparison with amine-adduct type hardener. Curing behaviors were evaluated by DSC at dynamic and isothermal conditions. In the DSC, the dynamic experiments were based on the method of Kissinger's equation, and the isothermal experiments were fitted to the Kamal's kinetic model. Activation energy of epoxy/amine-adduct type hardener was ca. 40 kcal/mol. As the functional group of mercaptan hardener, -SH increased, on epoxy/mercaptan hardeners, the activation energies decreased from 28 to 19 kcal/mol. Epoxy/amine-adduct type hardener was initiated at $90^{\circ}C$ or higher. However, epoxy/mercaptan hardeners reduced the initiation temperatures below $80^{\circ}C$ and shortened the durations of curing reaction within 10 min. We found out that the reaction kinetics of epoxy with mercaptan hardener followed the autocatalytic reaction models, and the maximum reaction rates were shown at the conversions of 20~40%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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