امروزه استفاده از رزین اپوکسی به دلیل برخورداری از خواص ویژه آن نظیر مقاومت حرارتی،مکانیکی و شیمیایی بسیار بالا از کاربرد فراوانی در صنایع مختلف برخوردار می باشد.با این وجود دانسیته شبکه ای بالای این رزین همچنان به عنوان یک ضعف اصلی این رزین محسوب می شده که به کاهش پاره ای از خصوصیات این رزین نظیر مقاومت در برابر ضربه می انجامد.بهبود چقرمگی این رزین می تواند به عنوان یک راهکار برای رفع این مشکل محسوب گردد که این امر می تواند به توسط روش های مختلفی نظیر استفاده از نرم کننده ها (Plastisizer ) یا عوامل چقرمه کننده دیگر صورت پذیرد که استفاده از این مواد اگرچه که به بهبود چقرمگی این رزین می تواند کمک نماید اما از طرف دیگر کاهش پاره ای از خواص دیگر رزین اپوکسی نظیر دانسیته شبکه ای و یا دمای انتقال شیشه ای رزین را در پی خواهد داشت که می تواند به ضعیف تر شدن سایر خواص مقاومتی رزین بیانجامد که روش کارامدی محسوب نمی گردد.
یک روش جهت بهبود چقرمگی یک رزین اپوکسی در عین حفظ خصوصیات دیگر ان استفاده از افزودنی های مختلف می باشد که در این میان استفاده از ذرات نانو به دلیل ایجاد خواص بی نظیر ان امروزه از کاربرد های فراوانی برخوردار می باشد.مشکل اساسی در بحث استفاده از ذرات نانو فرایند مشکل پخش ذرات نانو در بستر رزین می باشد.برای برخورداری از اپتیمم خواص برای یک پوشش اپوکسی حاوی ذرات نانو دیسپرسیون ان از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می باشد.
در این تحقیق سعی گردید تا تاثیر عوامل مختلفی نظیر شکل،اندازه،نوع اصلاح سطحی،درصد وزنی مورد استفاده و ماهیت شیمیایی ذرات نانو بر خواص دیسپرسیون و به دنبال ان سایر خصوصیات فیزیکی،مکانیکی و شیمیایی رزین اپوکسی مورد بررسی قرار گیرد.از طرف دیگر خواص بدست امده از سیستم حاوی ذرات نانو با سیستم حاوی ذرات میکرونی مقایسه گردید تا میزان کارایی ذرات نانو با ذرات میکرونی هم خانواده ان مقایسه شوند.
-1- بررسی اثر ذرات نانو بر رفتار شکست یک پوشش ترموست
عوامل مختلفی می توانند بر رفتار شکست یک پوشش حاوی یک افزودنی تاثیر گذار باشند که به عنوان مثال می توان به اثر اندازه ذرات،نوع اصلاح سطحی و همچنین شکل فیزیکی ذرات نانو اشاره نمود.در این بخش تاثیر اندازه ذرات در ابعاد میکرونی (4.5-3 میکرون ) و نانو (100-20 نانومتر) به همراه نوع اصلاح سطحی بر رفتار شکست یک پوشش اپوکسی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
1-1-1- بررسی تاثیر اندازه ذرات به همراه نوع اصلاح سطحی بر رفتار شکست پوشش اپوکسی
یک مزیت استفاده از رزین اپوکسی توانایی این رزین برای برقراری اتصال با رزین و تشکیل یک ساختمان مولکولی فشرده که به ایجاد یک Stiffness و مقاومت شیمیایی می انجامد می باشد.به دلیل ساختار شبکه ای بالای پوشش اپوکسی این پوشش از یک مقاومت بسیار پایین در برابر شروع و رشد ترک برخوردار می باشد.تعدادی از محققین تلاش کرده اند تا چقرمگی این پلیمرها را با استفاده از ذرات مختلف افزودنی ها بهبود دهند.
برای این منظور از عوامل Reinforcement مختلفی نظیر ذرات Rubbery ،شیشه،ذرات سرامیک،سیلیکات ها و ذرات فلزی استفاده گردید.برای بهبود چقرمگی یک پوشش می توان از ذرات نانو بهره گرفت.مطالعات صورت گرفته حاکی از خواص مناسب تری می باشد که ذرات نانو در مقایسه با ذرات میکرونی می توانند ایجاد نمایند.
مروری بر تحقیقات صورت گرفته نشان می دهد که استفاده از ذرات نانو Al2O3 و CaSiO3 در رزین اپوکسی به بهبود و افزایش قابل توجه خواصی نظیر Impact Energy ،Flexural strength خواص دینامیکی ،مکانیکی و حرارتی پوشش می کردند.از طرف دیگر استفاده از ذرات نانو TiO2 یک Strain بالاتری برای شکست به همراه یک مقاومت بالای خراش را در برخی از درصد های استفاده از ذرات نانو را نشان می دهد.
به مانند سایر خواص یک پوشش دیسپرسیون ذرات نانو به شدت می تواند بر رفتار شکست ان تاثیر گذار باشد. مفید بودن ذرات نانومتری می تواند به دلیل بروز پاره ای از مشکلات نظیر استفاده و کاربرد این ذرات می تواند تحت تاثیر قرار گیرد.از جمله این مشکلات همانطور که در بخش قبل هم ذکر شد ایجاد تجمعات و دیسپرسیون نامناسب ذرات نانو می باشد.استفاده از تکنیک های التراسونیک و آسیاب Ball milling تا حدودی می توانند در رفع این مشکل کارساز باشند.راه دیگر بهبود چقرمگی پلیمر کنترل نمودن اتصال مابین ماتریس و عامل reinforcement می باشد.این اتصالات می تواند به واسطه قرار دادن گروههای organo functional silan بر روی سطح ذرات نانو ایجاد گردد.در این تحقیق اثر اصلاح ارگانوسیلانی و اندازه ذرات بر خواص چقرمگی یک پوشش بر پایه رزین اپوکسی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
برای این منظور از ذرات کروی آلومنیوم به عنوان عامل reinforcement یا تقویت کننده پوشش جهت بهبود رفتار Fracture toughness یک پلیمر شبکه ای مورد بررسی قرار می گیرد.برای این منظور از دو نوع ذره نانو با اندازه متوسط 50 نانومتر و میکرونی با ندازه متوسط 3.5 میکرون استفاده گردید.بدینوسیله کامپوزیت های Epoxy-Aluminum به واسطه روش In situ-polymerization برای دو حالت اصلاح سطحی و بدون اصلاح سطحی بدست آمدند.نحوه پخش ذرات نانو در بستر یک رزین اپوکسی به این صورت می باشد که در ابتدا ذرات در بستر حلال استون پخش شده که این عمل به واسطه یک هم زن مکانیکی و نیز استفاده هم زمان از یک التراسونیک انجام می پذیرد.
ساختمان شیمیایی گروه سیلانی مورد استفاده جهت اصلاح سطحی ذرات نانو در شکل 1 نشان داده شده است.
در طی عملیات دیسپرسیون از یک فرکانس 20 KHZ و نیز زمان 9 ثانیه می باشد.سپس رزین اپوکسی خالص (بدون افزودنی نانو ) به این مخلوظ اظافه شده و برای مدت زمان 30 دقیقه دیگر عمل التراسونیک را ادامه می دهیم.در ادامه به منظور خروج حلال (استون) مخلوط تا دوای 80 درجه سانتی گراد برای زمان 3-2 ساعت به توسط یک هم زن مکانیکی پیوسته گرم می گردد.پس از اطمینان از خروج کامل حلال از سیستم نمونه تا دمای اتاق سرد شده و سپس به اندازه 40 درصد وزنی اپوکسی به ان عامل پخت (Curing agent ) افزوده می شود.در ادامه نمونه بهدمای پخت برده شده تا پخت ان کامل گردد.برای اینکه نشان دهیم که روش مورد استفاده برای پخش ذرات نانو بر خواص رزین اپوکسی تاثیر منفی ندارد ،عملیات فوق یعنی مخلوط اپوکسی بدون ذرات نانو و حلال استون التراسونیک شده ( تحت شرایط یکسان 1 ساعت و 20 کیلو هرتز ) و سپس تا دمای 80 درجه سانتی گراد برای زمان 2 تا 3 ساعت قرار می گیرد که تمام حلال موجود در ان از ان خارج گردد.درادامه پس از خشک نمودن نمونه تا دمای محیط و افزودن عامل پخت ،پخت رزین انجام می پذیرد.
در این مطالعه به منظور بررسی تاثیر اصلاح سطحی سیلانی بر رفتار شکست پوشش از دو روش جهت اصلاح سطحی ذرات سیلانی ذرات استفاده گردید که روش اول به صورت حرفه ای و روش دوم از طریق افزودن مستقیم ترکیب سیلانی به مخلوط ذرات نانو و حلال صورت می پذیرد.
با استفاده از معادله 1 شروع شکست پس از ایجاد notch edge. قابل ارزیابی می باشد.
شامل 97 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله رزین اپوکسی
