بخشی از مقاله
چکیده
دراین تحقیق ساخت نانوکامپوزیت اپوکسی رزین/ نانوکلی و بررسی خواص رئولوژیکی و مکانیکی آن که در تهیه نمونههای نانوکامپوزیت از اپوکسی رزین و Cloisite 30 B استفاده گردید. همه نانو کامپوزیتها با استفاده از روش محلولها تهیه گردیدند. ابتدا به بررسی ریز ساختار نانو کامپوزیتها با استفاده از روش XRD و TEM پرداخته شد. همچنین ، نانو کامپوزیت اپوکسی رزین با نانوخاک رس از روش محلولها و با بهره گیری از همزن برشی و التراسونیک ساخته شد و پس از آن، خواص نانو کامپوزیت ساخته شده با نمونه اپوکسی خالص مقایسه گردید.
نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از حلال در بهبود رفتار مکانیکی محصول موثر بوده و نتیجه آزمون تفرق اشعه ایکس موید میان لایه ای شدن، لایه لایه شدن و افزایش فاصله لایه های سیلیکاتی در نانو کامپوزیت به علت توزیع مناسب ذرات خاک رس تا غلظت نانو ذره میباشد. با افزایش خاک رس به رزین اپوکسی، استحکام کششی و مدول کششی به ترتیب به میزان 12/36 و 18درصد افزایش یافت. بنابراین در این تحقیق علاوه بر ساخت نانوکامپوزیت و تعیین درصد نانورس بهینه، برخی خواص رئولوژی و مکانیکی آن مورد بررسی قرار گرفته است.
کلمات کلیدی: نانوکامپوزیت،اپوکسی رزین، خواص رئولوژیکی ، نانوکلی
مقدمه
در اواخر قرن بیستم زمینه جدید نانوکامپوزیتها1 وارد عرصه علم و فناوری کامپوزیتها شد. به دلیل تغییر در ترکیب شیمیایی و ساختار مواد در مقیاس نانومتری و ارائه خواص ویژه و بی نظیر این ترکیبات نسبت به مواد کامپوزیتی در مقیاسهای متداول، در ده سال اخیر پیشرفت قابل توجهی در این زمینه صورت گرفته است و فناوریهای پیشرفتهای در ساخت ذرات نانومتری ارائه شده است.
استفاده از خاک رس به دهه 50 باز میگردد که در آن زمان از خاک رس جهت تقویت لاستیک لاتکس استفاده میشد، ولی بررسی هایی در این فرآیند صورت نمیگرفت و از خاک رس تنها به عنوان یک افزودنی معمولی استفاده میشد. در واقع خاک رس بدون تغییرات شیمیایی در آن تا حدودی خواص را بهبود میداد.
در نانوکامپوزیتهای خاک رس، از خاک رسهای نوع اسمکتیت مانند مکتوریت و مونت موریلونیت به عنوان پرکننده استفاده می شود. این نوع از خاک رس ساختاری لایهای دارد و به همین جهت پیش بینی میشود از خواص مکانیکی فوق العادهای در جهت موازی این لایه ها برخوردار باشد. یکی از مهمترین زمینه های کاربرد این مواد صنعت خودروسازی است که اولین کاربرد تجاری آن استفاده از این ماده در ماده زمینه ای نایلون به عنوان روکش نوار زمان سنج برای ماشینهای تویوتا در سال 1991 بوده است.
در نانوکامپوزیتهای رسی نه تنها دانههای رسی را از هم جدا میکنند، بلکه لایههای هر دانه را نیز از هم جدا میکنند تا خواص مکانیکی هر لایه به میزان چشمگیری افزایش یابد. اگرچه تحقیقات درخصوص ترکیب خاک رس و پلیمر به پیش از سال1980برمیگردد اما با توجه به این که تحقیقات انجام شده در آن زمان هیچگاه به نتایج مطلوبی در بهبود خواص فیزیکی و مهندسی آنها منجر نشده است، نمیتوان آنها را بخشی از تاریخچه نانوکامپوزیتهای رسی به شمار آورد.
استفاده از فناوری نانو در ساخت کامپوزیتهای پلیمری در نتیجه تلاشهای محققان شرکت تویوتا برای لایه لایه کردن دانههای رسی در ماده زمینهای نایلون آغاز شد. آنها اثبات کردند که با استفاده از ذرات خاک رس در ابعاد نانو به عنوان ماده تقویت کننده در پلیمرها میتوان خواص این مواد را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید. به این ترتیب تحقیقات وسیعی در این زمینه در سطح جهان آغاز شد و در حال حاضر استفاده از این ویژگی در دیگر پلیمرهای مهندسی مانند پلی پروپیلن، پلی اتیلن و لاستیک نیز مورد توجه قرار گرفته است.
بیان مسئله
با وجود انجام مطالعات وسیع در زمینه به کارگیری نانوذرات خاک رس در رزین های اپوکسی و بررسی عوامل موثر بر خواص آن، توجه کمی به تاثیر روش های مختلف ساخت بر خواص نانوکامپوزیت اپوکسی خاک رس و بررسی همزمان آنها صورت گرفته که در پژوهش حاضر، به این مهم پرداخته شده است.در این تحقیق با استفاده از مونت موریلونیت اصلاح شده ، و اپوکسی رزین تولید نانو کامپوزیت می گردد.روش تهیه نانوکامپوزیت، با استفاده از روش محلولها می باشد در این روش ابتدا خاک رس را در یک حلال حل کرده و سپس پلیمر را به محلول اضافه می کنیم سپس التراسونیک میکنیم تا خاک رس در زمینه پلیمر حل گردد وسپس حلال را توسط حرارت خارج کرده و نانوکامپوزیت تهیه می گردد.
روشی که برای ساخت نانوکامپوزیتها استفاده خواهد شد روش جدید می باشد و روشهای قبلی که در مقالات دیده شد با استفاده از اختلاط مستقیم تهیه شده , که در این روش پلیمر با خاک رس ترکیب می شود و با استفاده از التراسونیک پخش نانو ذرات در زمینه پلیمر صورت می پذیرد بررسی خواص مکانیکی و رئولوژی نانو کامپوزیت از اهداف این تحقیق می باشد. .تهیه نانوکامپوزیت با استفاده از تکنیک TEM- XRD-SEM مورد بررسی قرارمی گیرد. بررسی خواص مکانیکی با استفاده از تست مکانیکی صورت می پذیرد که استحکام کششی و مدول یانگ آن بررسی می گردد.
افزایش استحکام کششی با استفاده از روش محلولها برای تهیه نانو کامپوزیتها بهتر از روش اختلاط مستقیم در تهیه نانو کامپوزیتها می باشدکه این روش تهیه نانوکامپوزیتها بهترمی باشد. بررسی رئولوژی نانو کامپوزیت اپوکسی رزین خاک رس اولین بارانجام می شود که بررسی مدول ذخیره ای، مدول اتلافی، و گرانروی برای بررسی و تایید ریز ساختار نانوکامپوزیتها می باشد انجام می گردد. در سالهای اخیر نانو کامپوزیتهای پلیمر خاک رس هم در صنعت و هم در تحقیقات موردتوجه زیادی قرار گرفتهاند.
زیرا وقتی که با میکرو و ماکروکامپوزیت معمولی و یا پلیمرها، خالص مقایسه میشود، بهبود چشمگیری در خواص آنها مشاهده میشود. این ارتقاء شامل افزایش استحکام کششی و مقاومت حرارتی ، افزایش مقاومت در برابر نفوذپذیری گازها، تمایل به اشتعال کمتر و افزایش تخریب پذیری آنها در مقابل پلیمرهای خالص متناظر می باشد.
