باشد. بر اساس ابعاد ذرات پُر کننده، نانو کامپوزیت‌ها به سه دسته زیر تقسیم می‏شوند [1]:
➢ ابعاد ذرات در هر سه فاز در مقیاس نانومتری است و نانو ذرات، مانند ذرات سیلیکای کروی یا نانو زیرکونیای کروی شکل، دارای ابعاد یکسانی هستند.
➢ دو بعد ذرات در مقیاس نانو و بعد سوم بزرگ‌تر از یک‌صد نانومتر است مانند نانو لوله‌‌های کربنی.
➢ ذرات تنها دارای یک بعد در مقیاس نانو است. غالباً این نوع پرکننده‌ها ساختاری ورقه‌ای دارند مانند نانو ذرات رس[2, 3].
در بین انواع مختلف نانو ذرات، نانوکامپوزیت‌‌های پلیمر- سیلیکات، هم در صنعت و هم در مجامع علمی توجه زیادی را به خود اختصاص داده‌اند و گزارش‌‌های متعددی مبنی بر بهبود خواص مختلف از جمله مدول بالا[4-9]، افزایش استحکام و بهبود مقاومت حرارتی[10]، کاهش عبور پذیری گازها[11-15] و اشتعال پذیری[16-19]، و افزایش تخریب پذیری پلیمر‌های تخریب ناپذیر[20] وجود دارد. این در حالی است که مصرف معمول مواد نانو کمتر از 6 درصد وزنی ماتریس پلیمری است. صرف‌نظر از خواص عالی و منحصر به فرد مواد نانو کامپوزیت، در تهیه آن‌ها مشکلات فرآیندی قابل توجهی وجود دارد که از اساسی‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
➢ عدم توزیع یکنواخت فاز نانو ذرات در فاز ماتریس پلیمری؛ این امر می‌تواند باعث کاهش خواص فیزیکی و مکانیکی نانو کامپوزیت شود.
➢ قیمت بالای تجهیزات مورد استفاده برای توزیع یکنواخت فاز نانو ذرات درون فاز زمینه و جلوگیری از به هم چسبیدن ذرات پودر نانو کامپوزیتی و ساخت نانو کامپوزیت‌هایی با ریز ساختار همگن و خواص مکانیکی بالا، باعث غیر اقتصادی شدن و همچنین پیچیده شدن فرآیند می‌شود[21].
1-4-هدف
هدف از انجام این تحقیق، ساخت نانوکامپوزیت‌‌های یورتان-اکریلات/نانو خاک رس و ارزیابی خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه‌‌های حاصل می‌باشد. از دیگر اهداف این پروژه ساخت کامپوزیت‌‌های یورتان-اکریلات بر پایه الیاف طبیعی است که به منظور بهبود خواص حرارتی و جذب آب این نوع الیاف انجام می‌پذیرد و ضمن آن اثر اصلاح سطح الیاف بر خواص کامپوزیت‌ها و در انتها اثر وجود نانو ذرات نیز بر خواص کامپوزیت‌‌های مذکور مورد بررسی قرار می‌گیرد.
این پایان نامه مشتمل بر پنج فصل می‌باشد. در فصل اول مقدمه و برخی تعاریف آورده شده است. فصل دوم، به مرور مطالعات انجام شده در زمینه تحقیق اختصاص یافته است. در فصل سوم مواد و روش‌های انجام تحقیق معرفی شده است. در فصل چهارم نتایج بدست آمده از آزمون‌های صورت گرفته و تفسیر نتایج آورده شده است. نتیجه‌گیری نهایی و پیشنهادهایی جهت ادامه کار نیز در فصل پنجم آورده شده است.
2 فصل دوم : مروری بر مطالعات انجام شده
2-1-فاز پیوسته (زمینه/ماتریس)
در بعضی از خواص کامپوزیت نظیر استحکام و مدول عرضی3، خواص برشی و خواص در حالت فشاری زمینه نقش اساسی داشته اما نقش کمی در تحمل نیروهای کششی ایفا مینماید. سهل و یا دشوار بودن فرآیندپذیری و وجود نقص4 در یک کامپوزیت، وابستگی زیادی به خصوصیات فیزیکی زمینه مانند گرانروی، نقطه ذوب و دمای پخت آن دارد[22]. انواع زمینههای پلیمری مورد استفاده در صنعت کامپوزیت بر دو دسته‌گرمانرم و گرماسخت تقسیم بندی میشوند.
2-1-1-رزین یورتان-اکریلات5
پلی یورتان‌ها کو پلیمرهایی با خواص و ساختار ویژه هستند که زنجیر مولکولی آن‌ها شامل بخش‌‌های سخت6 متناوب حاوی ایزوسیانات‌ها و انتهای زنجیر و بخش نرم7 تشکیل شده از پلی استر یا پلی اتر
پلی اُل‌ها می‌باشد. بخش‌های سخت موجب سختی پلی یورتان شده، در حالی که بخش‌‌های نرم موجب انعطاف پذیری آن‌ها می‌شوند. بنابراین با تغییرات میزان و نوع بخش‌‌های نرم و سخت چندین نوع پلی یورتان با ساختار و خواص فیزیکی مکانیکی متفاوت به دست می‌آید که دارای کاربردهای وسیعی در تهیه
پوشش‌ها، چسب‌ها هستند. پلی یورتان خواص بسیار خوبی همچون مقاومت در برابر سایش و روغن‌ها، انعطاف‌پذیری، سختی و همانند این‌ها را دارا می‌باشند. پلی یورتان از واکنش الکل‌ها و ایزوسیانات‌ها تهیه می‌شوند که در نهایت با افزودن گروه اکریلاتی پلی یورتان-اکریلات‌ها ساخته می‌شوند. پلی یورتان‌-‌اکریلات نشان داده شده در شکل 2-1 متشکل از ایزوفورن دی‌ایزوسیانات8، پلی‌اتیلن‌گلایکول9 و هیدروکسی اتیل متیل اکریلات10 می‌باشد[23].
شکل 2-1 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین یورتان-اکریلات]23[
2-1-2-رزینهای پلی استر غیر اشباع11
رزین پلیاستر غیراشباع پرمصرفترین رزین در صنعت کامپوزیت میباشد. زنجیر اصلی پلیمری این رزین دارای اتصالات استری می‌باشد که از واکنش تراکمی یک یا چند الکل دو یا چند عاملی (مانند اتیلن گلایکول CH2-CH2-OH HO- ، پروپیلن گلایکول) با اسید یک یا چند عاملی (مانند فتالیک اسید یا انیدرید، مالئیک و فوماریک اسید) تهیه میشوند[24]. شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین پلی استر در شکل 2-2 نشان داده شده است.
شکل 2-2 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین پلی استر]24[
2-1-3-رزینهای وینیل استر
وینیل استرها محصول واکنش رزین های اپوکسی با اسیدهای غیر اشباع اتیلنی می‌باشند، بجز حالات خاص، معمولاً رزین‌های وینیل استر دارای انتهای غیر اشباع می‌باشند. رزین های وینیل استر خواص چقرمگی و مقاومت شیمیایی بسیار بهتری نسبت به رزین‌های پلی استر دارند. زنجیر اصلی اپوکسی سازنده وینیل استر، موجب ایجاد چقرمگی و ازدیاد طول کششی بالاتر می‌شود. جرم مولکولی رزین‌های وینیل استر به انتخاب نوع اپوکسی بکار رفته بستگی دارد. به این دلیل، استحکام کششی، ازدیاد طول، نقطه نرمی و واکنش‌پذیری رزین نهایی توسط جرم مولکولی و ساختار اولیه تعیین می‌شود. این موضوع، این امکان را به وجود می‌آورد که برای کاربردهای مختلف خواص مختلف طراحی شود. رزین‌های وینیل استر در مقایسه با پلی استرهای غیر اشباع مقاومت شیمیایی خوبی دارند. بخشی از این ویژگی مربوط به عدم حضور پیوندهای استری در زنجیره اپوکسی می‌باشد. اتصالات اجزای پلیمر، توسط پیوندهای فنیل استری انجام می‌گیرد. این اتصالات در مقایسه با اتصالات استری در برابر اکثر محیط‌های شیمیایی به ویژه در شرایط قلیایی شدید،
مقاوم‌تر هستند. اتصال استری تنها در انتهای زنجیر وینیل استر وجود دارد. این امر حملات عوامل شیمیایی را به حداقل می‌رساند. ساختار شیمیایی رزین وینیل استر در شکل 2-3 نشان داده شده است.
شکل 2-3 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین وینیل استر
2-2-الیاف
به طور کلی نقش الیاف در مواد کامپوزیتی تحمل عمده بار وارده بر ساختار کامپوزیت می‌باشد، از این لحاظ از اصلی‌ترین اجزاء مواد کامپوزیتی بشمار می‌رود که بالاترین درصد حجمی را در قبال سایر اجزای کامپوزیت به خود اختصاص می‌دهد. بسیاری از خواص کامپوزیت از جمله استحکام کششی، استحکام فشاری، مدول کششی، جرم مخصوص، خواص الکتریکی و حرارتی تحت تأثیر مستقیم نوع الیاف، میزان و چگونگی آرایش آن‌ها در ساختار قطعه است. الیاف مورد استفاده در صنعت کامپوزیتی را
می‌توان به دو دسته الیاف طبیعی و سنتزی طبقه بندی نمود، که الیاف طبیعی نیز بسته به منشاء آن‌ها ممکن است گیاهی، حیوانی و یا از منابع معدنی باشند. شماتیک کلی الیاف طبیعی در شکل 2-4 نشان داده شده است[25].
شکل 2-4 : شماتیک کلی الیاف طبیعی[25]
الیاف گیاهی به چندین دسته از جمله الیاف چوب، الیاف پوست درختان12، الیاف برگ درختان13 و الیاف دانه‌ای14 تقسیم‌بندی می‌شوند. الیاف پوست درختان شامل مرکز چوبی احاطه شده با ساقه می‌باشند و درون ساقه دسته‌های الیاف قرار گرفته است که هر کدام از این‌ها شامل فیلامنت‌هایی می‌باشند که از سلولز و همی سلولز که توسط ماتریس لیگنین یا پکتین به همدیگر پیوند یافته‌اند تشکیل شده‌اند. مثالی از این دسته، الیاف فلاکس15 می‌باشد که در کامپوزیت‌ها جایگزین الیاف شیشه شده است. خواص الیاف فلاکس در مقایسه با الیاف شیشه در جدول 2-1 نشان داده شده است[25].
2-2-1-ویژگی‌های الیاف طبیعی
الف-مزایای الیاف طبیعی[26]
i. دانسیته کم الیاف که سبب مقاومت ویژه و سفتی بالای آن‌ها نسبت به الیاف شیشه می‌شود.
ii. منابع تجدید پذیر دارند و تولید آن‌ها به انرژی کمی احتیاج دارد و سبب کاهش در انتشار مقدار CO2 می‌شوند.
iii. تولید این الیاف احتیاج به سرمایه‌گذاری‌‌های کلان ندارد و این برای کشور‌هایی که از نظر اقتصادی ضعیف می‌باشند، مناسب است.
iv. این الیاف غیر سمی بوده و ایجاد حساسیت‌های پوستی نمی‌نمایند.
v. خواص عایق سازی حرارتی و صوتی دارند.
vi. مدول یانگ بالا و خواص کششی خوب دارند.
جدول 2-1 : خواص الیاف فلاکس در مقایسه با الیاف شیشه[25]
خواص
الیاف شیشه
الیاف فلاکس
قطر (µm)
14-8
80-10
دانسیته (g/cm3)
56/2
4/1
مدول الاستیک( (GPa
76
70-50
استحکام کششی(GPa)
5/2-4/1
5/1-5/0
ازدیاد طول در نقطه شکست(درصد)
2/3-8/1
3-2
مدول الاستیک ویژه(GPa/ per g/cm3)
30
50-36
استحکام کششی ویژه(GPa/ per g/cm3)
1-5/0
1/1-4/0
ب-معایب الیاف طبیعی[26]
i. خواص مقاومتی کمتری نسبت به الیاف دیگر دارند، به خصوص دارای مقاومت ضربه کم و مقاومت حرارتی و همچنین پایداری ابعادی پایین می‌باشند.
ii. این الیاف با توجه به تأثیر عوامل محیطی مانند هوا و همچنین سن گیاه و .. دارای کیفیت‌‌های متغیر می‌باشند که غیر قابل پیش بینی است.
iii. طبیعت آب دوست الیاف، سبب تورم16 آن‌ها می‌شود.
iv. مقاومت ضعیفی در برابر آتش دارند.
v. بیشینه دمای فرآیندی این الیاف محدود می‌باشد.
2-2-2-روش‌های اصلاح الیاف طبیعی
همان‌طور که اشاره شد الیاف طبیعی دارای مقاومت کم و ضعیف در برابر ضربه و رطوبت می‌باشند، که این معایب تا حدودی با روش‌های اصلاح الیاف قابل رفع می‌باشد و با اصلاح سطح الیاف چسبندگی بین ماتریس و الیاف افزایش پیدا می‌کند. کیفیت فصل مشترک الیاف و ماتریس جهت کاربرد الیاف طبیعی به عنوان تقویت کننده‌ی پلاستیک‌ها حائز اهمیت است. روش‌های فیزیکی و مکانیکی جهت بهینه کردن فصل مشترک مورد استفاده قرار می‌گیرند. روش‌های مختلف اصلاح، اثرات متفاوتی را بر چسبندگی میان الیاف و ماتریس می‌گذارند [27]. الیاف را می‌توان با روش‌‌های فیزیکی و شیمیایی که در ادامه شرح داده خواهند شد اصلاح نمود.
الف-روش‌‌های فیزیکی
روش‌‌های فیزیکی، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی الیاف، خواص سطحی و ساختار الیاف را تغییر می‌دهند. تخلیه الکتریکی همانند کرونا و پلاسما از جمله روش‌‌های اصلاح فیزیکی هستند[28, 29]. از اصلاح به روش پلاسما نیز نتایجی مشابه با نتایج اصلاح به روش کرونا حاصل می‌شود، که بسته به نوع و طبیعت گاز‌های استفاده شده، منجر به اصلاحات متفاوتی در سطح می‌شود. روش‌‌های تخلیه الکتریکی برای مواد پلیمری غیر فعال همچون پلی استایرن، پلی اتیلن، پلی پروپیلن و … روش‌‌هایی شناخته شده هستند[30]. این روش‌ها با موفقیت برای اصلاح الیاف سلولزی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، همانند بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت‌‌های پلی پروپیلن و الیاف سلولز[28]، روش قدیمی‌تر اصلاح الیاف سلولزی مرسریزاسیون است، که به طور وسیع برای منسوجات پنبه‌ای مورد استفاده قرار می‌گرفته است[31-34]. مرسریزاسیون اصلاح قلیایی الیاف طبیعی است، که به نوع و غلظت محلول قلیایی، دما و زمان اصلاح بستگی دارد[31, 34].
ب-روش‌‌های شیمیایی
از آنجایی که الیاف طبیعی شدیداً قطبی بوده [35] و

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   منابع و ماخذ پایان نامهعقد اجاره، ضمن عقد، اجرت المثل
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید