Explorando el uso de Nanomateriales para mejorar las propiedades de resina en Rtm

Introducción: Superación de las limitaciones de la matriz en el molde de transferencia de resina

El moldeo por transferencia de resina (RTM) es un proceso de piedra angular para la fabricación de polímeros reforzados con fibra de alto rendimiento (FRPs), permitiendo la producción de componentes complejos con tolerancias estrechas. Mientras que los refuerzos de fibra como el carbono y el vidrio proporcionan la capacidad de carga principal, la matriz de polímeros circundantes actúa como el medio para la transferencia de estrés y la protección ambiental.

Nanomateriales clave para la mejora de resina en RTM

La selección de un nanomaterial adecuado depende de la mejora de la propiedad objetivo, ya sea la dureza mecánica, la gestión térmica, la conductividad eléctrica o el rendimiento de la barrera. Cada tipo de nanopartícula aporta una geometría única y química de superficie al sistema de resina.

Carbon Nanotubes (CNTs)

Los nanotubos de carbono son nanoestructuras cilíndricas con módulos de tensión y resistencia excepcionales. Los nanotubos de carbono multi-walled (MWCNTs) son favorecidos típicamente en aplicaciones RTM debido a su menor costo y relativa facilidad de dispersión en comparación con las variantes de un solo-wall. Cuando se dispersa, las CNT proporcionan refuerzo a través de mecanismos de grieta y destación.

Graphene and Graphene Oxide (GO)

Los nanoplaquetas de gramíneas (PNB) y el óxido de grafito ofrecen un refuerzo bidimensional. GO es particularmente compatible con sistemas de resina polar porque sus grupos funcionales que contienen oxígeno promueven una fuerte unión covalente con moléculas epoxi durante el curado.Este factor de funcionalidad simplifica la dispersión y garantiza una transferencia de carga robusta entre el relleno y la matriz.

Nanoclays (Montmorillonita)

Las nanoclas de monomemorillonita modificadas por superficie representan uno de los nano-reinforcementos más rentables disponibles. Cuando se exfolian completamente, estos silicatos de capa logran ratios de aspecto superiores a 100:1. En resinas RTM, las nanoclas refuerzan principalmente las propiedades de barrera y el retardo de la llama. Las plaquetas exfoliadas promueven la formación de carbón durante la combustión y reducen el coeficiente de expansión térmica que minimizan los nanoes residuales de la nanoes

Silica Nanoparticles

Las nanopartículas silicas coloidales están disponibles comercialmente en volúmenes altos a un costo relativamente bajo. Estas partículas esféricas ofrecen mejoras predecibles en resistencia a los arañazos, dureza y módulo de tensil. En el procesamiento RTM, nanopartículas silicas bien dispersas (10-50 nm) pueden aumentar la dureza de las matrices epoxicas ampliamente existentes.

Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS)

Las nanoestructuras POSS proporcionan un refuerzo híbrido único orgánico-inorgánico. Estas moléculas similares a jaula miden sólo 1-3 nanometros y pueden diseñarse con grupos funcionales que reaccionan directamente en la red de polímeros. POSS ofrece dispersión de nivel molecular, evitando muchos de los desafíos de filtración y aglomeración asociados con nanopartículas más grandes.

Mecanismos de mejora de los bienes

Es esencial comprender cómo interactúan las nanopartículas con la matriz polímero a escala molecular para optimizar las formulaciones RTM.

Reforzamiento mecánico en la Interfase

La región interfase entre el refuerzo de la fibra y la matriz polímero es a menudo la zona crítica que rige la fuerza compuesta. Las nanopartículas con área de superficie alta crean un gradiente de propiedades dentro de esta interfase. La transferencia de carga efectiva ocurre cuando los puentes de nanopartículas se rompen o desvían frentes de crack crecientes.

Ganancias de rendimiento térmicas y de barrera

Las matrices de polímero estándar son los aisladores térmicos con valores de conductividad alrededor de 0.2 W/mK. La adición de nanomateriales altamente conductivos basados en carbono puede aumentar la conductividad térmica de matriz por un orden de magnitud, ayuda a la disipación del calor durante la reacción de curado exotérmico y mejorar la gestión térmica de la parte final.

Desafíos de procesamiento en RTM mejorado

La transferencia exitosa de resinas nano-reforzadas del laboratorio a la producción RTM requiere una cuidadosa gestión de efectos de retología y filtración.

Flujo de Rheology and Injection

La introducción de nanopartículas sólidas altera el comportamiento de flujo de la resina. Nanótelos de alta gama como CNTs y grafito inducen comportamiento de vaciado, donde la viscosidad disminuye bajo altas tasas de vaina. Esto puede ser beneficioso en RTM porque la resina experimenta un alto vaina durante la inyección en la cavidad del molde. Sin embargo, en reposo, la viscosidad es mayor, que puede impedir el modelo de resina

El efecto de filtración y la distribución uniforme

Un reto específico en el moldeo líquido es la filtración de nanopartículas por la fibra preforma. Si los aglomerados están presentes en la resina, serán capturados por los remolques de fibra, creando un gradiente de concentración de nanopartículas a lo largo del camino de flujo. Esta filtración conduce a una distribución desigual de la propiedad, derrotando el propósito del refuerzo.