پراکنده شدن فاز معدنی و آلی در مقیاس نانو و تشکیل نانو کامپوزیت می‌گردد.
اولین مرحله برای ساخت نانو کامپوزیت‌های پلیمر-خاک رس، اصلاح سطح خاک رس است. خاک رس ماده‌ای معدنی است لذا باید با روش‌های خاص آن را با مواد آلی امتزاج پذیر کرد. نمایش شماتیک این روش‌ها در شکل 2-6 نشان داده شده است. استفاده از کاتیون‌های آلکیل آمونیوم یا آلکیل فسفونیم باعث کاهش انرژی سطحی خاک رس شده، امتزاج پذیری آن را با پلیمر بهبود می‌بخشد.
از جایگزینی کاتیون‌های فلزی موجود در فضای بین لایه‌ای با یون‌های آلکیل آمونیوم، سطح رس آب گریز می‌شود. علاوه بر آن یون‌های آلکیل آمونیوم، ضمن ورود به درون لایه‌ها، فاصله را افزایش داده، زمینه را برای ورود زنجیرهای پلیمری بین لایه‌ها فراهم می‌کنند. به علاوه این کاتیون‌ها، می‌توانند حاوی گروه‌‌های عاملی باشند که از طریق واکنش با منومر، پلیمریزاسیون را شروع نمایند یا با زمینه پلیمری واکنش دهند. لذا برهم‌کنش اجزای آلی و معدنی بهبود خواهد یافت.
شکل ‏026 : شماتیک اصلاح خاک رس [42]
2-4-انواع نانو کامپوزیت‌‌های خاک رس
2-4-1-میکرو کامپوزیت
در این نوع کامپوزیت صفحات رس از هم باز نشده و پرکننده در ابعاد میکرون در درون بستر حضور دارد. خواص این کامپوزیت در محدوده میکرو کامپوزیت‌های متداول بوده در زمره نانو کامپوزیت‌ها قرار نمی‏گیرد[44].
2-4-2-نانو کامپوزیت در هم رفته36
در این کامپوزیت‌ها یک یا چند زنجیر پلیمری وارد فواصل بین لایه‏ها شده و صفحات همگی به میزان مشخصی از هم جدا گردیده ولی نظم فضایی آن‌ها کماکان حفظ می‏شود و تنها فواصل بین لایه‏ها افزایش می‏یابد. هرچند این کامپوزیت‌ها در زمره نانو کامپوزیت‌ها شمرده می‏شوند ولیکن غالباً خواص به میزان قابل توجهی نسبت به میکرو کامپوزیت‌ها تفاوت نمی‏کند. فاصله بین صفحات تابع اندازه مواد سطح فعال متصل به صفحات می‌باشد[2].
2-4-3-نانو کامپوزیت ورقه شده37
وقتی که صفحات رس کاملاً از هم جدا شده و به صورت یکنواخت در ماتریس رزینی پخش شوند بیشترین تغییر خواص مشاهده شده و عملاً نانو کامپوزیت حاصل می‏شود که در آن‌ها لایه‌های سیلیکاتی با فاصله‌ای بیشتر از nm8/8 یکدیگر آرایش یابی می‌کنند[45]. در عمل هدف نهایی در استفاده از رس به عنوان پرکننده نانو رسیدن به این حالت است و دو حالت قبلی ارزش چندانی ندارند. در شکل 2-7 ساختار نمادین این سه نوع کامپوزیت و تفاوت‏‌های ساختاری ناشی از نفوذ زنجیرها بین صفحات نشان داده شده است[2].
شکل27 : ساختار نمادین سه نوع نانو کامپوزیت حاصل از اختلاط رس[2]
2-5-روش‏‌های تهیه نانوکامپوزیت‌‌های پلیمری
سه روش عمده در تهیه نانو کامپوزیت‌‌های پلیمری به کار می‏رود که در ذیل به اختصار به آن‌ها اشاره شده است.
2-5-1-پلیمریزاسیون نفوذی درجا [46]
این روش اولین روشی بود که در تهیه نانو کامپوزیت‌های پلیمر-خاک رس مورد استفاده قرار گرفت و امروزه روش متداولی برای تهیه نانو کامپوزیت‌های پلیمر-خاک رس است. در این روش ابتدا خاک رس اصلاح شده که تمایل به مواد آلی دارد (خاک رس آلی دوست38) در منومر متورم می‌شود. این مرحله نیازمند زمان کافی است که به قطبیت منومر، اصلاح سطحی خاک رس و درجه حرارت تورم بستگی دارد [46]. سپس آغازگر افزوده می‌شود و پلیمر شدن شروع می‌شود.
نوع نانو کامپوزیت بدست آمده به کنترل پلیمر شدن در لایه بستگی دارد. در صورتی که سرعت پلیمر شدن بین لایه‌ها کمتر از سرعت پلیمر شدن خارج از لایه‌ها باشد، از جدایش39 لایه‌ها در خاک رس جلوگیری به عمل می‌آید. بنابراین برای بدست آوردن ساختارهای لایه لایه یا ورقه ورقه ای40 یافتن راه‌هایی برای افزایش سرعت پلیمر شدن در بین لایه‌ها، ضروری می‌باشد. نیروی محرکه در روش “پلیمر شدن درجا” مربوط به قطبیت مولکول‌های پلیمر است. اعتقاد بر این است که در طول مرحله تورم، خاک رس با انرژی سطحی بالایی مولکول‌های منومر قطبی را جذب کرده، در نتیجه منومر به درون لایه‌ها نفوذ می‌کند.
هنگامی که تورم به میزان مشخصی رسید نفوذ متوقف می‌شود که این میزان، بستگی به آرایش یافتگی عمودی یون‌های آلکیل آمونیوم دارد. در اثر واکنش منومر با آغازگر، پلیمر شدن شروع می‌گردد. این واکنش، قطبیت خاک رس درون لایه‌ها را کاهش می‌دهد و تعادل ترمودینامیکی را به گونه‌ای جابجا می‌کند که مولکول‌های قطبی (منومرهای) بیشتری وارد لایه‌های خاک رس شوند. این اسلوب در نهایت منجر به از هم گسیختگی (جدایش) لایه‌های خاک رس در زمینه پلیمر می‌شود.
2-5-2-درهم گرفتگی پلیمر یا پیش پلیمر از محلول ( محلولی)41
این روش تا حدودی به روش پلیمر شدن درجا شباهت دارد. در این روش نانو ذرات که تمایلی به باز شدن در فاز آلی نداشته و در محیط‌‌های قطبی باز می‏شوند، ( همچون نانو ذرات رس) در یک حلال قطبی چون استن یا دی متیل فرم‌آمید پراکنده شده، سپس پلیمر نیز در حلال آلی حل شده با فاز دوم مخلوط می‏گردد و حلال توسط تبخیر بازیافت می‌شود. مزیت این روش تهیه نانو کامپوزیت‌‌هایی بر پایه پلیمر‌های با قطبیت کم و یا غیر قطبی است.
2-5-3-اختلاط مذاب42
این روش اغلب در گرمانرم‏ها مورد استفاده قرار می‏گیرد. روش مذاب به دلیل سهولت، سرعت بالا و عدم ایجاد مشکلات زیست محیطی ناشی از حضور حلال، دارای استعداد فراوانی برای استفاده در صنعت است. البته باید توجه داشت که نفوذ پلیمر مذاب به درون لایه‌های سیلیکاتی (در مقایسه با نفوذ منومر) به دلیل بزرگ‌تر بودن اندازه زنجیره‌های پلیمر، دشوارتر است. تشکیل نانو کامپوزیت‌های پلیمری به روش مذاب، بستگی به برهم‌کنش‌های ترمودینامیکی مذاب پلیمر و لایه‌های سیلیکاتی دارد و تابعی از طبیعت پلیمر، ظرفیت تحمل بار سیلیکات لایه‌ای، طول زنجیر و ساختار اصلاح کننده کاتیونی است.
2-6-روش‏‌های شناسایی نانوکامپوزیت‌‌های لایه‌ای
ساختمان نانوکامپوزیت‌‌های لایه‌های نوعاً با دو روش تفرق اشعه ایکس در زاویه باز43 و میکروسکوپی الکترونی عبوری44 شناسایی و تحلیل می‌شود.
2-6-1-پراش اشعه ایکس45
پراش اشعه ایکس یک روش غیر تخریبی با چند کاربرد است که اطلاعات جامعی درباره ترکیبات شیمیایی و ساختار بلوری مواد طبیعی و صنعتی ارائه می‌دهد. هر بلوری طرح46 اشعه ایکس منحصر به فرد خود را داراست که ممکن است به عنوان اثر انگشت 47برای تعیین هویت48 آن استفاده شود. گسترده‌ترین استفاده از تکنیک XRD در شناسایی ترکیبات کریستالین بر اساس طرح پراش آن‌هاست. XRD، کاربردهای وسیعی در زمین‌شناسی، علم مواد، علم محیط، شیمی، فیزیک، علوم جزائی و صنعت دارویی دارد.
در این روش با افزایش فاصله صفحات کلی از هم پیک پراش اشعه ایکس به طرف زوایای کمتر حرکت می‌کند. رابطه بین زاویه پراش و فاصله صفحات از معادله Bragg پیروی می‏کند:λ=2dsinθ که λ برابر طول موج تابش اشعه ایکس بوده d و θ به ترتیب برابر فاصله بین صفحات و زاویه پراش اندازه‌گیری شده می‌باشند. با افزایش هرچه بیشتر فاصله صفحات پیک پراش به سمت زوایای کوچک‌تر تغییر یافته و سرانجام در حالت گسسته ناپدید می‌گردد. این روند را می‏توان به خوبی در شکل 2-8، که مربوط است به مقایسه نمودار‌های XRD یک نمونه فلوئوروهکتوریت49 اصلاح شده سطحی در ماتریس،HDPE مشاهده کرد. با افزایش فاصله بین صفحات به ترتیب از نمودار a تا c پیک پراش به زوایای پایین‌تر رفته و در نمونه کاملاً باز شده دیده نمی‌شود[2].
شکل 2-8 : نمودار‌های XRD یک نمونه فلوئوروهکتوریت در ماتریس HDPE [2]
2-6-2-میکروسکوپی الکترونی عبوری
میکروسکوپی الکترونی عبوری درک کیفی ساختمان داخلی، توزیع فضایی فاز‌های مختلف و مشاهده مستقیم ساختمان نانو کامپوزیت را میسر می‌سازد. اساس عملکرد میکروسکوپ عبوری الکترونی مشابه میکروسکوپ‌های نوری است با این تفاوت که به جای پرتوی نور در آن از پرتوی الکترون استفاده می‌شود. در این روش الکترون‌هایی که از جسم عبور می‌کنند به پرده فسفرسانس برخورد کرده و سبب ایجاد تصویر جسم روی پرده می‏شوند. قسمت‏های تاریک‏تر بیانگر این امر هستند که الکترون‏های کمتری از این قسمت جسم عبور کرده‌اند ( این بخش از نمونه چگالی بیشتری دارد) و نواحی روشن‌تر مکان‏هایی هستند که الکترون از آن‌ها عبور کرده است (بخش‏های کم چگال تر).
میکروسکوپی الکترونی عبوری و تفرق اشعه ایکس در زاویه باز هر دو از لوازم سنجش ساختار نانو کامپوزیت می‌باشند. اما میکروسکوپی الکترونی عبوری روشی وقت‌گیر است و تنها اطلاعاتی کیفی از نمونه می‌دهد؛ در حالی که قله‌‌های زاویه کم در تفرق اشعه ایکس در زاویه باز بررسی کمّی فاصله بین لایه‌ای را میسر می‌سازد. نوعاً هنگامی که فاصله بین لایه‌ای در نانوکامپوزیت‌‌های درهم رفته از 6 تا 7 نانومتر فراتر می‌رود یا هنگامی که لایه‌ها نسبتاً بی‌نظم می‌شوند (در نانوکامپوزیت‌‌های ورقه ورقه)، شناسایی از طریق تفرق اشعه ایکس در زاویه باز ضعیف و مشکل می‌گردد[47].
2-6-3-سایر تکنیک‌های شناسایی
بافنا و همکاران [48] با استفاده از تفرق اشعه ایکس با زاویه کم و تفرق اشعه ایکس با زاویه باز دوبعدی اثر غلظت سازگار کننده را بر آرایش سه بعدی ساختار‌های مختلف آلی و معدنی بررسی نمودند.
واندر هارت و همکاران[49] HNMR و CNMR حالت جامد را برای درک بهتر مورفولوژی، شیمی سطح و دینامیک نانوکامپوزیت‌‌های ورقه ورقه پلیمر-خاک رس به کار بردند. یانگ و زاکس [50] تکنیک NMR را جهت اندازه‌گیری تحرک نسبی پلیمر‌های واقع در توده و بین دو فاز در نانو کامپوزیت درهم رفته PEO به کار بردند. برخی از محققین[51, 52] طیف سنجی FTIR را برای شناسایی پیوند‌های قطبی بین سطح سیلیکات و اصلاح کننده آلی به کار گرفته‌اند.
2-7-روش‌های شکل دهی کامپوزیت‌ها
امروزه از روش‌های مختلفی جهت شکل ‌دهی کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود و در اکثر آن‌ها توجه بیشتر به تولید انبوه قطعاتِ با کیفیت خوب و سرعت تولید بالا و قابل رقابت با قطعات فلزی می‌باشد [22].
فرآیند‌های شکل دهی کامپوزیت‌ها را می‌توان به طور کلی به دو روش؛ قالب باز50 و قالب بسته51 تقسیم نمود. در روش‌های قالب باز، قالب اصلی تنها از یک نیمه یا کفه تشکیل شده و یک طرف قطعه در تماس با قالب قرار می‌گیرد و طرف دیگر آن می‌تواند در تماس با هوا یا با جسمی که انعطاف پذیر است باشد. از جمله مثال‌‌های این دسته می‌توان به ریخته‌گری، رشته پیچی52، قالب‌گیری کیسه‌ای (اتوکلاو، قالب‌گیری کیسه‌ای با فشار و قالب‌گیری کیسه‌ای در خلأ) و قالب گیری تماسی53 (لایه گذاری دستی، روش افشاندن54 و پخش کننده55) را نام برد[22]. در فرآیند‌های قالب بسته، قالب از دو قسمت نر و ماده یا سُمبه و ماتریس یا به طور کلی کفه بالا و پایین، تشکیل می‌شود و هر دو سطح قطعه، در تماس با قالب قرار می‌گیرد. در این فرآیند عمل پر کردن قالب یا بعد از بسته شدن قالب نظیر قالب‌گیری انتقالی رزین56 و یا در حین بسته شدن آن نظیر فرآیند قالب‌گیری فشاری57 (پرس گرم و سرد )، انجام می‌شود. از دیگر مثال‌های این گروه از قالب‌گیری را می‌توان به ریخته‌گری گریز از مرکز، رزین تحت خلأ58، پالتروژن و لایه گذاری پیوسته59 اشاره نمود [22]. به جهت ارتباط روش قالب‌گیری رزین تحت خلاً با موضوع تحقیق، در ادامه مختصری به بحث پیرامون این فرآیند پرداخته خواهد شد.
2-7-1-قالب‌گیری رزین تحت خلاً
تکنیک قالب‌گیری رزین تحت خلاً بر اساس جریان رزین توسط فشار خلاً درون قالب پایه‌گذاری شده است. جهت ساخت کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف به کمک این فرآیند، الیاف پیش از شروع و به صورت خشک درون قالب قرار

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   منبع پایان نامه دربارهاستاندارد
دسته‌ها: No category

دیدگاهتان را بنویسید