Ý nghĩa của Tg đối với Epoxy kết cấu
Nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) của epoxy là dải nhiệt độ mà tại đó nhựa đã đóng rắn chuyển từ trạng thái rắn, cứng và giòn sang trạng thái mềm hơn, giống cao su. Dưới Tg, mạng lưới polymer cứng và chịu tải; trên Tg, mô đun giảm mạnh, hiện tượng từ biến tăng tốc, và keo dán không còn truyền lực đáng tin cậy giữa sợi carbon và nền. Đối với hệ thống CFRP dán ngoài, Tg của keo dán do đó đặt ra giới hạn trên cho nhiệt độ làm việc mà việc gia cường có thể chịu được. Chỉ định epoxy kết cấu mà không xác nhận Tg của nó là một trong những thiếu sót phổ biến nhất - và nghiêm trọng nhất - trong các dự án CFRP.
Tại sao Tg chi phối hiệu suất CFRP
Trong bọc CFRP ướt (wet lay-up), epoxy tẩm thực hiện ba nhiệm vụ: nó thấm ướt vải, nó liên kết composite với bê tông, và nó truyền cắt giữa sợi và nền. Cả ba đều phụ thuộc vào việc nhựa duy trì độ cứng. Khi nhiệt độ nhựa tiến gần đến Tg, mô đun bảo quản của nó có thể giảm một bậc độ lớn, cường độ liên kết giảm, và biến dạng hiệu quả trong sợi giảm xuống dưới giá trị thiết kế của ACI 440.2R. Kết quả là sự mất khả năng chịu tải âm thầm thường không được chú ý cho đến khi xảy ra sự kiện tải trọng vào ngày nóng. Tg không phải là con số tiếp thị - nó là vách đá nhiệt độ mà thiết kế phải tránh xa.
Yêu cầu quy chuẩn và biên Tg
ACI 440.2R yêu cầu nhiệt độ làm việc duy trì tối đa của cấu kiện được gia cường phải thấp hơn Tg của keo dán với một biên an toàn. Quy ước được chấp nhận rộng rãi là biên 15C: nhiệt độ làm việc thiết kế không được vượt quá Tg trừ 15C. Tiêu chí chấp nhận của ICC-ES và GB 50367 cũng có quan điểm tương tự, yêu cầu Tg của keo dán phải được báo cáo bằng DMA (ASTM E1640 / ISO 6721) và vượt quá nhiệt độ thiết kế một lượng xác định. Đối với hầu hết nội thất tòa nhà và cấu kiện ngoài trời có mái che, Tg ít nhất 60C đáp ứng quy tắc này so với nhiệt độ bề mặt đỉnh điểm điển hình là 45C.
Keo tẩm FSE 322: Tg ít nhất 60C
FidStrong FSE 322 là epoxy kết cấu tẩm được sử dụng trong bọc ướt vải carbon FSC. Nó được pha chế cho bọc ướt thi công tại hiện trường, với Tg ít nhất 60C khi đóng rắn trong điều kiện tiêu chuẩn (7 ngày ở 23C, hoặc tương đương). Điều này làm cho nó phù hợp với phần lớn các ứng dụng gia cường tòa nhà và cầu nơi nhiệt độ bề mặt thiết kế duy trì dưới 45C. Đối với lịch trình đóng rắn ở nhiệt độ thấp hơn hoặc cần xoay vòng nhanh, hãy xác nhận Tg thực tế bằng DMA trên các mẫu đóng rắn tại hiện trường, vì Tg nhạy cảm với nhiệt độ và thời gian đóng rắn thực tế - một loại nhựa được đánh giá Tg ít nhất 60C ở 23C/7 ngày sẽ đạt Tg thấp hơn nếu đóng rắn ở 10C.
Chọn keo dán phù hợp theo nhiệt độ làm việc
| Nhiệt độ bề mặt thiết kế | Tg yêu cầu (tối thiểu) | Hệ thống khuyến nghị |
|---|---|---|
| Đến 40C (trong nhà, có bóng râm) | 55C | FSE 322 + sơn lót epoxy FSE 302 |
| Đến 45C (ngoài trời có mái che) | 60C | FSE 322 (đóng rắn tiêu chuẩn) |
| Đến 55C (nắng trực tiếp, bề mặt tối màu) | 70C | FSE 322 với đóng rắn bổ sung, hoặc biến thể Tg cao |
| Trên 55C (khu vực nóng công nghiệp) | theo phân tích | Tham vấn FidStrong; xem xét bảo vệ cơ học |
Đối với dán bản, keo dán bản FSE 362 có xếp hạng Tg riêng - hãy xác nhận nó đáp ứng cùng quy tắc biên trước khi chỉ định cho môi trường nóng.
Xác minh Tg tại hiện trường
Tg được công bố trên bảng dữ liệu kỹ thuật phản ánh một lịch trình đóng rắn cụ thể. Điều kiện hiện trường hiếm khi khớp chính xác. Đối với các dự án quan trọng hoặc môi trường nóng, hãy đúc mẫu dầm từ mẻ trộn thực tế, đóng rắn chúng cùng với công việc, và thử nghiệm bằng DMA hoặc DSC. Đóng rắn bổ sung 24-48 giờ ở 40-50C sẽ nâng Tg thực tế của FSE 322 lên gần giá trị tối đa và là thực hành tốt khi nhiệt độ thiết kế tiến gần đến giới hạn Tg. Luôn ghi lại lịch sử đóng rắn cùng với kết quả Tg.
Các câu hỏi thường gặp
Tôi có thể sử dụng epoxy trên Tg của nó không?
Không để truyền tải. Trên Tg, liên kết và truyền cắt suy giảm nhanh chóng. Nếu nhiệt độ làm việc đỉnh điểm vượt quá Tg trừ 15C, hãy chọn keo dán có Tg cao hơn, thêm bảo vệ nhiệt, hoặc giảm hệ thống đáng kể.
Đóng rắn nhanh hơn có làm giảm Tg không?
Có. Tg phụ thuộc vào mức độ đóng rắn. Đóng rắn nhanh ở nhiệt độ thấp để lại mạng lưới chưa đóng rắn hoàn toàn và Tg thấp hơn giá trị trên bảng dữ liệu kỹ thuật. Luôn xác nhận Tg trên các mẫu đóng rắn theo lịch trình hiện trường thực tế.
Tôi cần Tg bao nhiêu cho kết cấu tiếp xúc với lửa?
Chỉ riêng Tg của epoxy không thể bảo vệ CFRP trong đám cháy. Đối với cấu kiện yêu cầu chịu lửa, hãy kết hợp keo dán tuân thủ quy chuẩn với lớp bảo vệ cháy có kích thước phù hợp với cấp chịu lửa yêu cầu, và giả định CFRP không hoạt động trong sự kiện cháy.