*mishi* 11920 اشتراک گذاری ارسال شده در 24 بهمن، ۱۳۸۹ پرسش "نانو كامپوزیت چیست؟" در حال حاضر همانند پرسش كامپوزیت چیست؟ در دهه 1950 است. نانو كامپوزیت ها راهی نوین برای دستیابی به ویژگی های فوق العاده ارایه می كنند. این مواد توان بالقوه ای برای تغییر همه چیز دارند. نانو كامپوزیت ها دسته ای بزرگ از رزین های پر شده هستند. نخستین چیزی كه آن ها را از رزین های پر شده معمولی متمایز می كند اندازه ذرات پركننده است. اندازه این ذرات در مقیاس نانومتر است. برای درك ابعاد نانومتر باید گفت كه یك متر معادل یك میلیارد نانومتر است. یك نانومتر طولی تقریباً برابر با قطر 10 اتم است. طول موج نور مرئی حدود 700 نانومتر است. هنگام بحث راجع به كامپوزیت ها، گاهی درباره سازه های كامپوزیتی صحبت می شود كه در طبیعت یافت می شوند. سدهایی كه سگ های آبی می سازند مثالی از سازه ای كامپوزیتی از شاخه های درخت و گل و لای است. بد نیست اگر توصیفی هم از یك نانو كامپوزیت طبیعی داشته باشیم. پوسته نوعی صدف دریایی به نام آبالون (abalone) از كربنات كلسیم تشكیل شده است. هنگامی كه آبالون پوسته خود را می سازد لایه های متناوبی از یك پلیمر طبیعی بین لایه های كربنات كلسیم ایجاد می كند. به این ترتیب پوسته به دست آمده دو برابر سخت تر و هزاران بار چقرمه تر از اجزای سازنده اش است. نانو پركننده ها یكی از پر مصرف ترین نانو پركننده های امروزی رس ها هستند؛ اگر چه گاهی نانو لوله های كربنی، فلزهای بلورین و بعضی نانو پركننده های دیگر نیز به كار گرفته می شوند. این پر كننده ها با یكی از رزین های پلیمری گرماسخت یا گرمانرم تركیب می شوند. كامپوزیت های به دست آمده عموماً دارای استحكام كششی و مدول بالاتر، دمای اعوجاج حرارتی بیشتر و دیگر ویژگی های مطلوب هستند. در آغاز، بهبود ویژگی ها منجر به توسعه سریع این فن آوری شد. با این وجود نانو پركننده ها در حال حاضر بازار چندان گسترده ای ندارند ولی ممكن است در آینده ای نزدیك جهشی بزرگ داشته باشند. در بیشتر كاربردهای نانو كامپوزیتی، نانو رس ها به كار می روند و نانو لوله های كربنی و فلزات نانو بلورین تنها در كاربردهای بسیار ویژه به كار گرفته می شوند. رس ها فراوان و ارزان هستند. در بسیاری از محصولات به عنوان پر كننده به كار می روند و بهای تمام شده فراورده را كاهش می دهند. ولی نانو رس ها به روشی متفاوت عمل كرده و می توانند ویژگی های مطلوب رزین ها و محصولات كامپوزیتی را چند برابر كنند. این بهبود ویژگی ها در پوسته آبالون شگفت انگیز است. رزین ها تاكنون بیشتر كارهای انجام شده در حیطه نانوكامپوزیت ها، بر روی رزین های گرمانرم بوده است. ولی مشاهده می شود كه بسیاری از بهبود ویژگی ها، منجر به تغییر ویژگی های رزین های گرمانرم به سمت رزین های گرماسخت شده است. به علاوه این نانو كامپوزیت ها ویژگی های رزین های گرمانرم را به حدی بهبود داده اند كه بعضی از آنها در حوزه هایی وارد شده اند كه پیش از این فقط رزین های گرماسخت متداول بودند. نانو كامپوزیت ها به عنوان دیرسوز كننده FAA بودجه بسیاری صرف پژوهش در زمینه اثر دیرسوز كنندگی ذرات رس با اندازه نانومتری بر رفتار پلاستیك ها كرده است. در آغاز تنها دانشگاه كرنل (Cornell) در این زمینه با FAA همكاری می كرد. سپس دانشگاه ماركو (Marquette) و چندین دانشگاه دیگر نیز برنامه های پژوهشی خود را در زمینه نانو رس ها و اثرات دیر سوزكنندگی آنها فعال كردند. آزمایش گرماسنجی مخروطی، اثر دیر سوز كنندگی این ذرات را به طور كلی تایید كرده است. رزین های پر شده نیز پایداری بهتری در برابر حرارت از خود نشان دادند. این مقاومت حرارتی بالا و ویژگی دیرسوز كنندگی نانو رس ها آینده خوبی برای این فن آوری رقم خواهد زد. آلومیناتری هیدرات (ATH) یكی از پر كننده های دیرسوز كننده متداول در بسیاری از پلاستیك ها است. گاهی اوقات اثر دیرسوز كنندگی این ماده به حدی می رسد كه پلیمر خود اطفاء كننده (Self extinguishing) می شود. روند كار به این صورت است كه وقتی ATH در معرض حرارت قرار می گیرد، تری هیدرات بخار آب ازاد كرده و منجر به كاهش حرارت آتش و كند كردن عمل سوختن می شود. اما افزایش میزان ATH افزوده شده به رزین منجر به افت استحكام كششی و خمشی پلیمر می شود و وقتی مقدار پر كننده به یك حد بحرانی معین می رسد، افت ویژگی ها ناگهانی و قابل توجه خواهد بود. روش كار نانو رس ها سیلیكات های رسی نانومتری در پلیمر مذاب لایه لایه می شوند و ماده رس – پلاستیك را خلق می كنند. این ذرات رسی تقریباً به اندازه خود مولكول های پلیمر هستند بنابراین كاملاً با هم مخلوط شده و به طریق شیمیایی پیوند برقرار می كنند. این امر پایداری حرارتی و ویسكوزیته پلاستیك را افزایش و انتشار گازهای سوختنی را كاهش می دهد. نانو رس ها به مقدار خیلی كمی – گاهی اوقات 6 درصد وزنی یا كم تر – به رزین افزوده می شوند. این مواد تقریباً در سطح مولكولی با رزین ها پیوند برقرار می كنند. به نظر می رسد وجود تركیبات آهن در نانو رس ها، پایداری حرارتی پلیمر را افزایش می دهد . این مواد هم دمای تغییر شكل و هم دمای ذوب رزین را افزایش می دهد. نانو رس ها به مقدار خیلی كمی – گاهی اوقات 6 درصد وزنی یا كم تر – به رزین افزوده می شوند . این مواد تقریباً در سطح مولكولی با رزین ها پیوند برقرار می كنند. به نظر می رسد وجود تركیبات آهن در نانو رس ها، پایداری حرارتی پلیمر را افزایش می دهد . این مواد هم دمای تغییر شكل و هم دمای ذوب رزین را افزایش می دهند. این مواد همچنین به عنوان پلاكت هایی عمل می كنند كه تبلور پلیمر را شتاب می بخشند. نانو رس ها مانعی در پلیمر ایجاد می كنند كه از مهاجرت اجزای فرار پلیمر درون ماده جلوگیری می كند. علاوه بر این، یك مانع زغالی نیز در سطح ایجاد می كنند كه در برابر سوختن بیشتر ماده مقاومت می كند. این امر باعث می شود ذرات نانو رس در سطح افزایش یابند و این افزایش حركت مواد پلیمری اضافی را به سطح به تاخیر می اندازد. تشكیل یك سطح زغالی، از مشخصه های دیرسوز كنندگی رزین های فنلیك است. اگرچه نانو رس ها نیز یك مانع زغالی در سطح ایجاد می كنند ولی ساز و كار تشكیل آنها نسبت به فنلیك ها متفاوت است. تحقیقاتی در زمینه به كارگیری نانو رس ها به همراه هالوژن و بعضی دیگر از دیرسوز كننده های متداول انجام شد. نتایج نشان دادند كه در بعضی از كاربردها حتی با كاهش میزان افزودنی های دیرسوز كننده به مقداری قابل توجه، دیرسوزی رزین های پر شده با نانو ذرات برابر یه بهتر بود. در عین حال نانو رس ها منجر به افزایش استحكام فیزیكی ماده نیز می شوند.موادی كه به این طریق به دست می آید وزن مخصوصی كم تر و استحكام فیزیكی بیشتری دارند. كاهش میزان هالوژه ها در نانو كامپوزیت ها به معنی ارزان تر شدن رزین به دست آمده است. اورتان تاكنون كار زیادی در زمینه اثر دیر سوز كنندگی نانو رس ها در پلی استرهای گرماسخت انجام نشده است. اگر چه دلایل نشان می دهند كه این مواد در پلی استرها نیز باید همین طور عمل كنند. با این وجود كارهایی در زمینه پلی اورتان ها انجام شده است. نانو رس ها آینده روشنی برای بهبود دیرسوزی فوم های اورتانی ترسیم كرده اند. با پیشروی اورتان های سازه ای در بازار كامپوزیت های تقویت شده با الیاف متداول، دیر سوزی این مواد برای كاربردهای بیشتری جذاب خواهد بود. اگر سیستم های رزینی اورتانی دارای شرایط UL 94 Vo با بهای كم تری عرضه شوند . بازار بزرگ جدیدی به روی این مواد گشوده خواهد شد. یكی از فواید پرداختن به نانو رس ها برای دیرسوز كردن رزین ها، قابلیت تركیب این ویژگی با دیگر برتری های رزین هاست. یكی از كاستی های معمول رزین ها یا پوشش های ژلی دیرسوز، زرد یا بی رنگ شدن آنها هنگام قرار گرفتن در معرض نور فرابنفش است كه این مشكلات هنگام به كارگیری نانو رس ها رخ نمی دهند. لینک به دیدگاه
*mishi* 11920 مالک اشتراک گذاری ارسال شده در 24 بهمن، ۱۳۸۹ بر هم كنش با نور از آنجایی كه ذرات نانو رس بسیار كوچك هستند از راه های تقریباً غیر متداولی با نور بر هم كنش دارند. به عنوان مثال در بعضی پوشش های نازك نایلونی نانورس ها هسته بندی (nucleation) پلیمر را افزایش می دهند. افزودن نانورس تا 8 درصد، شفافیت این پوشش های نایلونی را واقعاً افزایش می دهد. نانو مواد همچنین برای افزایش جذب پرتوهای فرابنفش به كار می روند. این مساله باعث می شود تا محصولات در برابر نور خورشید دوام بیشتری داشته و رنگ خود را برای مدت طولانی تری حفظ كنند. به كارگیری نانو بلورها جذب band gap را افزایش داده و در بعضی موارد شفافیت را نیز زیاد می كند. در نتیجه محصول زیباتر و با دوام تر می شود. نانو رس ها نسبت به دیگر جذب كننده های پرتوی فرابنفش نیز متفاوت عمل می كنند. جذب كننده های فرابنفش متداول كه به پلیمر ها افزوده می شوند معمولاً توانایی محدودی در جذب پرتوی فرابنفش بیشتر باید میزان جذب كننده در رزین افزایش یابد. اما با گذشت زمان توانایی این افزودنی های در جذب پرتوی فرابنفش از بین می رود. بسته به میزان افزودنی، این امر ممكن است یك سال، دو سال یا حتی پنج سال طول بكشد. پس از آن رزین همانند وقتی كه جذب كننده فرابنفش ندارد.تخریب خواهد شد. كارهایی در زمینه اثر نانو رس ها بر پوشش های ژلی انجام شده است. تحقیقات نشان م دهند كه افزودن 5 درصد نانو رس به پوشش های ژلی، پایداری رنگ را 25 درصد (تغییر رنگ كم تر) و دوام برق و جلای پوشش را حدود 40 درصد بهبود می بخشد. مقاومت پوششی ژلی در برابر ترك های حرارتی نیز به طور قابل توجهی بهبود می یابد. نفوذ گاز همان عواملی كه رس ها را افزودنی های دیرسوز كننده خوبی معرفی می كنند. سد خوبی در برابر رطوبت نیز ایجاد می كنند. رس ها از مهاجرت گازهای فرار پلیمر به سطح جلوگیری می كند. بنابراین سوخت لازم برای ادامه اشتعال به سطح نمی رسد و پلیمر در برابر سوختن مقاومت می كند. البته پلاكت ها تقریباً در براب نفوذ تمام گازها مقاومت می كنند. پس از بررسی های گوناگون، امروزه از نانو رس ها در فیلم های بسته بندی استفاده می شود. بسسیاری از فرآورده های غذایی حساس هستند. عبور دی اكسید كربن و اكسیژن از كیسه ها و بطری های پلاستیكی می تواند مشكلاتی برای فرآورده هایی مانند شیر، آب پرتقال و بعضی دیگر از نوشیدنی ها ایجاد كند.تزریق همزمان مواد برای ساخت بطری های چند لایه متداول ترین راه غلبه بر بر این چالش است. برای تهیه فیلم های نایلونی مقاوم به نفوذ گازها، به طور موفقیت آمیزی از نانو كامپوزیت ها استفاده می شود. رزین های نایلونی پر شده، سازگاری خوبی با فن آوری تزریق همزمان PET دارند. بنابراین یك تحول اساسی و مستمر در به كارگیری لایه های پر شده با نانو ذرات برای بسته بندی محصولات غذایی در حال شكل گیری است. افزایش مقاومت فرابنفشی سوی دیگر این مسله است. نكته جالب توجه افزایش شفافیت با افزودن نانو رس به نایلون است كه این بسته بندی ها را جذاب تر می كند. با كمی افزایش در ضخامت فیلم های محافظ نایلونی، تولید كننده می تواند تاریخ انقضای بسیاری از محصولات را افزایش دهد. این مقاومت به نفوذ بخار و گاز به بهبود مقاومت شیمیایی نیز كمك می كند.بهبود مقاومت پوشش های ژلی حاوی نانو رس در برابر رطوبت و بخار عامل مهمی در كاربردهای دریایی است. پیامد افزودن حدود 5 درصد نانو رس به یك پوشش ژلی دستیابی به مقاومت شیمیایی، رطوبتی و آب و هوایی بیشتر و افزایش مقاومت آن در برابر ترك و پرتوی فرابنفش خواهد بود. این مواد برتری بزرگی برای بازار وسایل نقلیه تفریحی دریایی و قطعات داخل حمام محسوب می شوند. كاربردهای خودرویی نانو كامپوزیت ها چندین سال است كه چند شركت، نانو رس ها را به رزین های گرمانرم اولفینی (TPO) خود می افزایند. این قطعات برای صنعت خودرو ساخته می شوند. پذیرش این مواد در بین تولید كنندگان خودرو بیشتر شده است. نانو كامپوزیت ها در آینده ای بسیار نزدیك اثر قابل توجهی در بازار خودرو خواهند داشت. جنرال موتورز ركاب خودروهای ون آسترو (Astro) و سافاری (safari) خود را از یك اولفین گرمانرم تقویت شده با 5/2 درصد نانو رس می سازد. این قطعه در اصل از پلی پروپیلن تقویت شده با 15 درصد تالك ساخته می شد. برای ساخت این قطعه جدید اگر چه رزین متفاوتی به كار گرفته شد. ولی همان ابزار قالب گیری قطعه قدیمی مورد استفاده قرار گرفت. به این ترتیب استفاده از رزین TPO، وزن قطعه حدود 8-7 درصد كاهش یافت و استحكام به ضربه دمای پایین آن بیشتر شد. به گفته این شركت، هزینه تغییر ماده بسیار ناچیز بوده است. اگر چه رزین TPO كمی گران تر بود ولی بهای این ماده با كاهش وزن قطعه جبران می شد. ضمن این كه برتری های دیگری برای سایر مراحل كار به ارمغان آورد. دمای قالب گیری پایین تر، تعداد دفعات چرحه قالب گیری را افزایش داد و دمای سخت پایین تر به كاهش ایجاد رگه رگه های سطحی كمك كرد. كاهش میزان پر كننده نیز منجر به بهبود كیفیت سطح و مقاومت آن دربرابر خراش شد. گونه های جدید TPO پرشده با نانو ذرات، حاوی كم تر از 5 درصد نانو رس هستند. سفتی این مواد برابر با سفتی پلی پروپیلن تقویت شده با 40-30 درصد تالك است. كاهش بها كاهش بهای مواد اولیه نقشی اساسی در گرایش به سمت نانو كامپوزیت ها داشت. با این وجود افزایش سفتی ناشی از نانو پركننده ها به طراحان اجازه داده است تا قطعاتی با دیواره نازك تر و ظریف تر طراحی كنند. در نتیجه تقاضا برای مواد اولیه حدود 40-30 درصد كاهش یافت. زمان هر چرخه ساخت نیز حدود 25 درصد كاهش یافت. ساخت قطعات نازك تر، دمای ساحت كم تر، زمان ساخت كوتاهتر، ظاهر سطحی بهتر، مقاومت به خراش بیشتر و استحكام ضربه دمای پایین بالاتر نانو كامپوزیت ها، منجر به صرفه جویی های اقتصادی می شود و این كاهش هزینه با بهبود كیفیت قطعه همراه است. این امیدواری وجود دارد كه بهای بعضی از قطعات تا 80 درصد كاهش یابد. این امر تولید كنندگان خودرو را ترغیب می كند تا فعالانه به دنبال كاربردهای بیشتری – درون و بیرون خودرو – برای این مواد باشند. این تحول اثر مهمی بر قطعات گرمانرم مهندسی امروزی خواهند داشت. این مساله ممكن است در مورد قطعات SMC نیز صدق كند. بازار نانو كامپوزیت ها شاید مردم به طور غیر واقع بینانه ای به بازار نانو رس ها امیدوار باشند در حالی كه ارزیابی جدی این ماده تنها از 5 سال پیش شروع شده است. انتظار می رفت این مواد به سرعت كاربردهای گسترده ای پیدا كنند ولی چنین نشد. شرایطی وجود دارد كه توسعه این مواد را كمی به تاخیر انداخته است. برخی مشكلات فنی نیز در پراكندن این پر كننده ها درون رزین های گوناگون وجود داشته است. گمان می رود بعضی از تولید كنندگان رزین های گرمانرم آنقدرها مشتاق نیستند تا موفقیت وسیع این پر كننده ها را ببینند. این پر كننده های ارزان، در آینده ای نزدیك كارایی رزین های معمولی را بهبود خواهند بخشید. قاعدتا كارهای آزمایشگاهی بسیاری برای دستیابی به چنین بهبودی نیاز خواهد بود و محصولات رزینی اصلاح شده بهای بالاتری خواهند داشت. بازار پوشش های ژلی و رزین های پلی استر گرماسخت به تازگی با چالش های گوناگونی مواجه شده است. قوانین MACT از توسعه خانواده های كاملاً جدیدی از مواد با میزان HAP راه خود را به سوی بازار كامپوزیت ها پیدا می كنند. تلاش های بیشتری باید انجام شود تا نانو كامپوزیت ها را وارد بازار FRP كند. لینک به دیدگاه
ارسال های توصیه شده