عنوان :

مقاله بررسی روشهای تولید و خواص مختلف نانوکامپوزیتهای

Epoxy –CNT

تعداد صفحات : ۲۶

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده:

کامپوزیتها در زمینه های گسترده ای استفاده می شوند اما در میان کامپوزیتهای مختلف، کامپوزیتهای زمینه پلیمری(Matrix Composites Polymer )بیشتر از دیگر کامپوزیتها مورد توجه قرار گرفته و کاربرد بیشتری دارند. با پیشرفت علوم مختلف و ظهور نانو تکنولوژی، این علم در زمینه های مختلف منشأ اثر شد. با دستیابی انسان به نانو مواد و پی بردن به خواص خاص و منحصر به فرد این مواد، گرایش به استفاده از آنها برای تولید موادی با خواص ایده آل تر رو به فزونی نهاد. دانشمندان برای تقویت مواد و تولید کامپوزیت از نانومواد سود جستند و دست به تولید نانوکامپوزیتها زدند. با توجه به کاربرد وسیع کامپوزیتهای زمینه پلیمری، از نانو ذرات برای تقویت پلیمرها استفاده شد و خواص مطلوبتر و بعضاً غیر منتظره ای در نانوکامپوزیتهای زمینه پلیمری مشاهده گردید.

با اضافه کردنCNT به پلیمر خواص آن تغییر می کند، استحکام آن افزایش می یابد، هدایت الکتریکی و حرارتی بیشتر می شود. Tg این نانوکامپوزیتها بالاتر می رود و میزانa آنها کاهش می یابد. همچنین خواص سطحی نانوکامپوزیت حاصل بهبود می یابد. اما مهمترین عامل استفاده ازCNT در اپوکسی، افزایش چقرمگی شکست این مواد می باشد.

مقاله حاضر به توضیح و مقایسه نحوه تولید و نیز خواص نانوکامپوزیت کربن نانو تیوب- اپوکسی (CNT- Epoxy ) می پردازد.

 کلید واژه ها: نانوکامپوزیت- اپوکسی- CNT- خواص فیزیکی و مکانیکی- فرآیند تولید

فهرست مطالب

چکیده:    ۱
مقدمه:    ۲
نحوه تولید نانوکامپوزیتCNT- Epoxy    ۲
تخلیص CNT    ۳
روشهای ادغام CNT در اپوکسی و تولید کامپوزیت نهایی:    ۵
خواص نانوکامپوزیتهایCNT-Epoxy    ۱۰
خواص فیزیکی    ۱۰
خواص الکتریکی    ۱۱
خواص نوری و حرارتی    ۱۲
خواص مکانیکی    ۱۵
مکانیزم شکست نانوکامپوزیتEP-CNT    ۲۰
نتایج بحث:    ۲۲
مراجع:    ۲۳

مراجع:

۱٫ Joseph G Smith Jra, Donavon M. Deloziera, John W. Conella, Kent A. Watson “Carbon nanotube-conductive additive-space durable polymer nanocomposite films for electrostatic charge dissipation”,polymer, 24  july 2004.

۲٫ J.Sandler M.S.P. Shaffer, T. Prasse, W. bauhofer, K. Schultea, A.H. Windle “Development of a dispersion process for carbon nanotubes in an epoxy matrix and the resulting elevtrical properties” polymer, 26 February 1999.

۳٫ F.H. Gojny, M.H.G. Wichmann, U. Kopke, B. fiedler, K. Schulte,”carbon nanotube-reinforced epoxy-composites: enhanced stiffness and fracture toughness at low nanotube content”, Composites Science & technology, 14 May 2004.

۴٫ Florian H. Gojny, Karl Schulte “Functionalisation effect on the thermo mechanical bahaviour of multi-wall carbon nanotube/epoxy-composites”, Composites Science & Technology 14 April 2004

۵  Zhiong Liang , Jihau (Jan) Gou, Chuck Zhang , Ben Wang , Leslie Kramer , “Investigation of molecular interactions between (10,10 )single- walled nanotube epon 862 resin/DETDA curin agent molecules” , 2003,Materials Science & Engineering.

مقدمه:

کامپوزیتها در زمینه های گسترده ای استفاده می شوند اما در میان کامپوزیتهای مختلف، کامپوزیتهای زمینه پلیمری(Matrix Composites Polymer )بیشتر از دیگر کامپوزیتها مورد توجه قرار گرفته و کاربرد بیشتری دارند. زیرا توانسته اند با ترکیب انعطاف پذیری فاز زمینه و استحکام فاز تقویت کننده به خواص متفاوت و بسیار مطلوبی دست یابند که در بسیاری از صنایع همچون هوافضا مورد نیاز و مورد انتظار است.

با پیشرفت علوم مختلف و ظهور نانو تکنولوژی، این علم در زمینه های مختلف منشأ اثر شد. با دستیابی انسان به نانو مواد و پی بردن به خواص خاص و منحصر به فرد این مواد، گرایش به استفاده از آنها برای تولید موادی با خواص ایده آل تر رو به فزونی نهاد. دانشمندان برای تقویت مواد و تولید کامپوزیت از نانومواد سود جستند و دست به تولید نانوکامپوزیتها زدند. با توجه به کاربرد وسیع کامپوزیتهای زمینه پلیمری، از نانو ذرات برای تقویت پلیمرها استفاده شد و خواص مطلوبتر و بعضاً غیر منتظره ای در نانوکامپوزیتهای زمینه پلیمری مشاهده گردید.

با اضافه کردنCNT به پلیمر خواص آن تغییر می کند، استحکام آن افزایش می یابد، هدایت الکتریکی و حرارتی بیشتر می شود. Tg این نانوکامپوزیتها بالاتر می رود و میزانa آنها کاهش می یابد. همچنین خواص سطحی نانوکامپوزیت حاصل بهبود می یابد. اما مهمترین عامل استفاده ازCNT در اپوکسی، افزایش چقرمگی شکست این مواد می باشد.

 نحوه تولید نانوکامپوزیتCNT- Epoxy

برای بهره برداری و استفاده کامل از خواص مختلف تقویت کننده CNT می بایست دو مشکل اساسی پیش روی این نانوکامپوزیت مرتفع گردد. مشکل اساسی تولید، کلوخه شدنCNT و نیز ضعف پیوند و استحکام فصل مشترکEP-CNT است که به عدم انتقال تنش به رشته های تقویت کننده و جداشدن(pull out )CNT  از اپوکسی می انجامد. کلوخه شدنCNT در اپوکسی نه تنها خواص را به اندازه کافی بهبود نمی دهد بلکه زمینه رشد ترک را در فصل مشترک ضعیف فراهم نموده و موجب جوانه زنی ترک و آغاز فرآیندهای شکست می گردد.

برای پراکندن(dispersion )CNT و جلوگیری از کلوخه شدن آن روشهای متفاوتی پیشنهاد شده است. مانند افزودنSWCNT حین پلیمریزاسیون، معرفیSWCNT به افزودنی پلی اسید آمید و ترکننده آلکوکسی سیلان(AlkoxySilan)، اسپری کردنSWCNT و اپوکسی و تهیه کامپوزیت به روش Spray  Lay-up ورز دادن، هم زدن، اکستروژن، استفاده از امواج فراصوت (Sonicate) و کلندریگ(Calendaring) که در ادامه به بررسی هر یک خواهیم پرداخت.

 تخلیص CNT

قبل از افزودن CNT به اپوکسی می بایست آنها را تخلیص نموده و ناخالصیها و مواد زائد را از آن جدا کرد. ژوزف ج، اسمیت و همکارانش در شاخه تولید و فرآوری مواد پیشرفته سازمان ناسا ابتدا کربن آمورف و ناخالصیهای فلزی را با عملیات اکسیداسیون از SWCNT حذف نموده و سپس یونهای فلزی(مثل آهن) را توسط اسید هیدروکلریک از SWCNT جدا کردند.

 سپس با آنالیزهایAFM و HRSEM و اسپکترومتری (طیف سنجی) رامان، قطر و طول SWCNT اندازه گیری و به ترتیبnm 1/5 -7 .0 و چندین میکرون برآورد شد. ترکیبات اکسیژن داری چون کربوکسی اکسید و گروههای هیدروکسیل حین تخلیصCNT با گروههای انتهایی سیلاتول واکنش می دهند. این ترکیبات با هم پیوند کوالانس برقرار کرده و در فرآیندهای ادغام و توزیعCNT به پراکندگی آن و بهبود استحکام فصل مشترک- CNT Epoxy   کمک می کنند.( تصویر ۱و۲ ).

روشهای ادغام CNT در اپوکسی و تولید کامپوزیت نهایی:

ژوزف ج، اسمیت و همکارانش در ناسا قبل از اضافه کردن SWCNT به اپوکسیASTAA ( AlkoxySilan  Terminated  Amid)، آن را به دی­متیل استامید(DMA) افزوده و با امواج فراصوتCNT را در DMA مخلوط کردند تا پراکند گی و سوسپانسیون مناسبی ازCNT  درDMA  حاصل شود. آنالیز واکنشها با HRSEM لایه نازکی آلی را رویSWCNT نشان داد که حاکی از ترشوندگی خوب و برهم کنش مناسب فصل مشترکCNT-Epoxy می باشد.

بر پایه برخی گزارشات افزودن نمک معدنی به نانو کامپوزیت های کربن سیاه- اپوکسی موجب هدایت الکتریکی بهتر این مواد می گردد. بر اساس این گزارشات برای بهتر پراکنده کردن CNT درEpoxy دو نوع نمک معدنی سولفات مس(CuSO4)و کلریدمس(CuCl2) به میزان  mol ^6-10×۳ به اپوکسی اضافه شد. از آنجا که این نمکها درDMA محلول هستند مستقیماً به مخلوطASTAA افزوده شدند.

برای ادغام CNT و نمک معدنی ابتداSWCNT با CuSO₄ مخلوط و سپس بهASTAA افزوده شد و سپس با امواج فراصوت با هم ادغام شدند.تصویر۲ نحوۀ ترکیب شدن نمک، CNT و اپوکسی را نشان میدهد.

 این ادغام در اتمسفر نیتروژن و در دمای اتاق و قبل از ریختن فیلم نانوکامپوزیت انجام شد. با افزودن CNT.CuSo₄  ۰٫۰۱۴  wt% در اپوکسی ساختاری شبکه­ای و نمد مانند تشکیل می­دهند که موجب هدایت الکتریکی بهتر نانوکامپوزیت می شوند.

افزایش نمک تا۰/۰۴۲% موجب بهبود این ساختار و بیشتر شدن نمدهایCNT، جدایی و کلوخه نشدن آنها، برقراری پیوند کوالانسی بیشتر و برهم کنش بهتر پیوندهای فصل مشترکCNT-Epoxy گشته (تصویر ۱) و باعث تجمع رشته­هایCNT و تشکیل شبکه­هایی از این ماده می­شود که خواص نوری و حرارتی نانوکامپوزیت را بهبود می­بخشد.

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .