Διηλεκτρική και θερμική μελέτη μειγμάτων εποξικής ρητίνης και πολυαιθυλαινοξειδίου

Abstract

Epoxy resin is a material that offers excellent impermeability to humidity, electric insulation, resistance to solvents and chemical reagents along with very good adhesive abilities. In order to obtain those specific abilities, it reacts chemically with a hardening mean, resulting in the development of a cross linking network. The materials that arise from the preceding procedure exhibit high vitreous transition temperature, thermosetting, and therefore are remarkably fragile. To counteract this specific disadvantage the addition of modifiers within the polymeric network of the resin was proposed, such as elastomers and thermoplastic materials with lower vitreous transition temperature, in our case study polyethylene oxide (PEO), without though altering its particular characteristics. Mixing occurs with the formation of hydrogen bonds between PEO and Epoxy resin. Initially, the thermal behavior of the materials was studied using the method of Differential Calorimetric Scan. Specifically, the temperature of glass transition was detected, along to its dependency on the change of the concentration of the polymeric mixture components. To study the dielectric properties of materials, such as local motions, interactions at the molecular level, insulating behavior and conductivity phenomena, the dielectric spectroscopy methods DRS and TSDC have been used. The interaction of the material with water, the change of its dielectric properties along with the water influx and efflux were also studied. In summary, mixtures of DGEBA / MDA / PEO studied fully miscible, which was confirmed by all methods of study. The properties of materials change with increasing the addition of PEO, while significant differences in morphology observed for materials with> 40% PEO. So the percentage of PEO ~ 30% of the specimens retain the properties of the resin, while the temperature of glass transition is reduced thus increasing the flexibility and the ability to edit. Increasing the PEO at higher rates has led to the crystalline phase and from this point onwards there are variations in the cross linking network which reduces. It shall therefore, question the good resistance, while since the critical point and then increases the hydration ability limited the adhesive properties.

Η εποξική ρητίνη είναι ένα υλικό που προσφέρει άριστη στεγανότητα στη υγρασία, ηλεκτρική μόνωση, αντοχή στους διαλύτες και σε χημικά αντιδραστήρια καθώς και πολύ καλές συγκολλητικές ικανότητας. Για να αποκτήσει όμως τις συγκριμένες ιδιότητες, αντιδρά χημικά με ένα σκληρυντικό μέσο, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη δικτύου σταυροδεσμών. Τα υλικά που προκύπτουν από την παραπάνω διαδικασία παρουσιάζουν υψηλή θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης, θερμοσκληρυνόμενα υλικά, με αποτέλεσμα να είναι ιδιαίτερα εύθραυστα. Για την αντιμετώπιση του συγκεκριμένου μειονεκτήματος προτάθηκε η προσθήκη τροποποιητών στο πολυμερικό δίκτυο της ρητίνης, όπως ελαστομερών και θερμοπλαστικών υλικών, στη συγκεκριμένη περίπτωση το πολυαιθυλαινοξείδιο (PEO), με χαμηλότερη θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης, χωρίς όμως να αλλοιωθούν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της. Η ανάμειξη γίνεται με το σχηματισμό δεσμών υδρογόνου μεταξύ των συστατικών του μείγματος. Αρχικά, μελετήθηκε η θερμική συμπεριφορά των υλικών με τη βοήθεια της μεθόδου της Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης. Συγκεκριμένα, ανιχνεύτηκε η θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης, καθώς και η εξάρτησή της από τη αλλαγή της συγκέντρωση των συστατικών του πολυμερικού μείγματος. Για τη μελέτη των διηλεκτρικών ιδιοτήτων των υλικών, όπως τοπικές κινήσεις, αλληλεπιδράσεις σε μοριακό επίπεδο, μονωτική συμπεριφορά και φαινόμενα αγωγιμότητας, χρησιμοποιήθηκαν οι μέθοδοι διηλεκτρικής φασματοσκοπίας DRS και TSDC. Επίσης μελετήθηκε η αλληλεπίδραση του υλικού με το νερό, η αλλαγή των διηλεκτρικών ιδιοτήτων του καθώς και η ρόφηση και εκρόφηση ύδατος. Συνοψίζοντας, τα μείγματα DGEBA/MDA/PEO που μελετήθηκαν είναι πλήρως αναμίξιμα, γεγονός που επιβεβαιώθηκε από όλες τις μεθόδους μελέτης. Οι ιδιότητες των υλικών μεταβάλλονται με την αύξηση της προσθήκης του PEO, ενώ σημαντικές διαφοροποιήσεις στη μορφολογία παρατηρούνται για υλικά με περιεκτικότητα >40% σε PEO. Μέχρι το ποσοστό σε PEO ~ 30% τα δοκίμια διατηρούν τις ιδιότητες της ρητίνης, ενώ η θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης έχει μειωθεί με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ευλυγισία του και η ικανότητα επεξεργασίας του. Η αύξηση του PEO σε μεγαλύτερα ποσοστά έχει ως συνέπεια την ανάπτυξη κρυσταλλικής φάσης ενώ από το σημείο αυτό και μετά παρατηρούνται διαφοροποιήσεις και στο δίκτυο των σταυροδεσμών το οποίο μειώνεται. Τίθεται λοιπόν, υπό αμφισβήτηση οι καλές αντοχές του, ενώ καθώς από το συγκεκριμένο κρίσιμο σημείο και μετά αυξάνει και η ικανότητα υδάτωσης των δοκιμίων, περιορίζονται και οι συγκολλητικές του ιδιότη