Crosslinking kinetics of a vitrimer matrix for composite applications

Covalent Adaptable Networks represent the perfect candidate to become the "bridge" between thermoplastics and thermosets by combining the two main qualities of these two classes: the reprocessability of the former and the excellent mechanical, thermal and chemical stability of the latter. One subclass of Covalent Adaptable Networks, vitrimers, have seen recent development because their dynamic crosslinks can undergo through a bond exchange reaction without loosing the structural integrity. With the creation of commercial vitrimeric grades, it becomes fundamental to describe the crosslinking kinetics of these new materials in order to develop tailored industrial processes. In this work, the crosslinking kinetics of a commercial epoxy-imine based vitrimer, Vitrimax T130, has been studied through a rheometer. The gel point, the degree of conversion, the conversion rate and their change with respect to a change in composition and curing temperature have been determined. Moreover, the two important temperatures responsible for the viscoelastic response of the vitrimer: glass transition temperature and topology freezing temperature have been found. After this work, it is suggested a beneficial step in the curing cycle to enhance the thermal properties and a new study for the determination of the stress relaxation of this new material.

I Covalent Adaptable Networks rappresentano il candidato ideale per diventare il "ponte" tra i termoplastici e i termoindurenti combinando le due qualità principali di queste due classi: la riprocessabilità dei primi e le eccellenti proprietà meccaniche, termiche e chimiche dei secondi. Una sottoclasse dei Covalent Adaptable Networks, i vitrimeri, hanno visto un recente sviluppo grazie al fatto che i loro legami covalenti dinamici possono andare incontro a una reazione di scambio di legame senza perdere l'integrità strutturale. Con la nascita di gradi vitrimerici commerciali, diventa fondamentale studiare la loro cinetica di reticolazione in modo da poter creare dei processi industriali su misura. In questo lavoro, è stata studiata la cinetica di reticolazione di un vitrimero commerciale a base epossidica-imminica, il Vitrimax T130, grazie a un reometro. Sono stati determinati il gel point, il grado di conversione, la velocità di conversione e i loro cambiamenti in risposta a un cambio di composizione e un cambio nella temperatura di cura. Inoltre, sono state misurate le due temperature importanti per la risposta viscoelastica del vitrimero, la temperatura di transizione vetrosa e la temperatura di congelamento della topologia. Infine, viene suggerito un ulteriore step nel ciclo di cura per migliorare le proprietà termiche del materiale e un ulteriore studio sul rilassamento degli stress.