مقدمه: Overcoming Matrix Limitations in رزین Transfer

قالب انتقال رزین (RTM) به عنوان یک فرآیند پایه برای تولید پلیمرهای با عملکرد بالا فیبر تقویت شده (FRPs)، تولید خالص شکل قطعات پیچیده با تحمل های شدید است، در حالی که تقویت فیبر مانند کربن و شیشه فراهم می کند محدودیت های بارگیری اولیه، ماتریس اطراف به عنوان واسطه برای انتقال استرس و حفاظت از محیط زیست عمل می کند، از نظر تاریخی، ایجاد یک عنصر حرارتی به سرعت و محدود کردن این فاکتور اتصال به سرعت است.

مواد کلیدی نانو برای افزایش رزین در RTM

انتخاب یک نانومواد مناسب بستگی به بهبود مالکیت هدف دارد – به آن سخت افزار مکانیکی، مدیریت حرارتی، هدایت الکتریکی یا عملکرد مانع.هر نوع نانوذرات یک هندسه منحصر به فرد و شیمی سطح را به سیستم رزین می آورد.

نانولوله های کربنی (CNTs)

نانولوله های کربنی نانوساختارهای نانو استوانه ای با روش های کششی استثنایی و قدرت هستند. Multi-walled کربنی نانولوله (MWCNTs) به طور معمول در برنامه های RTM به دلیل کاهش هزینه و سهولت نسبی پراکندگی آنها در مقایسه با انواع کامپوزیتی منفرد مورد علاقه قرار می گیرند.هنگامی که به خوبی پراکنده شده است، CNTs از طریق مکانیسم های نظارت و نظارت بر ضخامت را فراهم می کند.

گرافن و گرافن اکسید (GO)

نانو پلاکت های گرافن (GNPs) و اکسید گرافن دو بعدی را ارائه می دهند (به ویژه با سیستم های رزین قطبی سازگار است زیرا گروه های عملکردی حاوی اکسیژن پیوند قوی با مولکول های اپوکسی را در طول درمان ترویج می دهند.[۳] این عامل عملکردی باعث می شود که پراکندگی و تضمین انتقال بار قوی بین پرکننده و ماتریس.

نانوکلاک (مونموریلیل)

نانوسیم های سطح- ⁇ montillonite یکی از ارزان ترین تقویت کننده های نانو در دسترس است.هنگامی که به طور کامل از بین می رود، این سیلیکات های لایه ای بیش از 100:1. در رزین های RTM را نشان می دهد، نانولایت ها عمدتا خواص مانع و عقب افتادگی شعله را بهبود می بخشد.

سیلیکا نانو ذرات

نانوذرات سیلیکا در حجم های بالا با هزینه نسبتا پایین در دسترس هستند. [۵] این ذرات کروی بهبود قابل پیش بینی در مقاومت خراش، سختی و کشش modulus ارائه می دهند.در پردازش RTM، نانوذرات سیلیس به خوبی پراکنده (10-50 nm) می توانند سخت سازی اپوکسی را بدون افزایش قابل ملاحظه ویسکوزیته در بارگیری های معتدل افزایش دهند.این باعث می شود آنها نسبتا آسان به فرایندهای تولید موجود متصل شوند.

Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS)

نانوساختارهای پوز یک تقویت ارگانیک منحصر به فرد هیبریدی را ارائه می دهند.این مولکولهای قفس مانند فقط ۱ تا ۱ نانومتر را اندازه گیری می کنند و می توانند با گروه های عملکردی طراحی شوند که به طور مستقیم به شبکه پلیمر واکنش نشان می دهند.S ارائه می دهد پراکندگی سطح مولکولی - اجتناب از بسیاری از روش های تصفیه و جذب کننده مرتبط با نانوذرات بزرگتر.

مکانیسم های ارتقاء مالکیت

درک اینکه چگونه نانوذرات با ماتریس پلیمری در مقیاس مولکولی تعامل دارند، برای بهینه سازی فرمول های RTM ضروری است.

تقویت مکانیکی در Inter phase

منطقه inter phase بین تقویت فیبر و ماتریس پلیمر اغلب منطقه بحرانی حاکم بر قدرت کامپوزیت است. نانوذرات با سطح بالا گرادیید ایجاد شیب از خواص در این فاز inter phase. انتقال بار ذرات نانو ذرات با شکاف های نانو ذرات یا گازهای گلخانه ای رو به رشد جبهه های ترک. در فیبر / کامپوزیت کربن، افزایش مستقیم قدرت تجزیه و تحلیل ذرات (NT)

مزایای حرارتی و موانع

ماtrics های پلیمری استاندارد، عایق های حرارتی با مقادیر هدایتی در حدود 0.2 W / mK هستند. اضافه شدن نانومواد بسیار رسانای کربن می تواند هدایت حرارتی ماتریس را با یک سفارش از اندازه افزایش دهد، کمک به اتلاف حرارت در طول درمان بیرونی و بهبود مدیریت حرارتی بخش نهایی است.

چالش های پردازش در نانو-Enhanced RTM

انتقال موفق رزین های نانو-در حال اجرا از آزمایشگاه به تولید RTM نیازمند مدیریت دقیق از rheology و اثرات تصفیه است.

Rheology و جریان تزریقی

معرفی نانوذرات جامد رفتار جریان رزین را تغییر می دهد.مواد نانوی با کیفیت بالا-spect-ratio مانند CNTs و گرافن باعث رفتار خارش دار می شوند، که در آن ویسکوزیته تحت نرخ های بالا کاهش می یابد، این می تواند در RTM مفید باشد زیرا رزین ها در طول تزریق به حفره، با این حال، در بقیه، قالب ویسکوزیته بالاتر است که می تواند مانع از سرعت پردازش فیبر شود.

اثر فیلتر و توزیع یکنواخت

یک چالش خاص در قالب مایع فیلتر نانو ذرات توسط پیشفرم فیبر است. [۵] اگر agglomerates در رزین وجود داشته باشد، آنها توسط فیبر گرفته می شوند، ایجاد یک گرادینت از غلظت نانو ذرات انتخابی در طول مسیر جریان است.این فیلتر منجر به توزیع اموال ناهموار، شکست هدف تقویت. میننگهداری یک نانو مواد کوچکتر [g] است.

تکنیک های پراکنده و کاربردی

دستیابی به یک توزیع یکنواخت و پایدار از نانومواد در رزین مایع یک پیش نیاز برای موفقیت است.

روش های فیزیکی Dispersion method

اولتراسونیک به طور گسترده ای برای دسته های آزمایشگاهی استفاده می شود، معرفی انرژی با فرکانس بالا (که باعث ایجاد حفره و جداسازی نانو ذرات agglomerates برای حجم تولید، میکسرهای با چگالی بالا و سه مرحله ای است که باعث می شود تا از ساختار مکانیکی ورودی انرژی کافی برای غلبه بر نیروهای ون در Waals که یک گلوگیر دارند جلوگیری شود.

استراتژی های کاربردی شیمیایی

عملکرد کووالنت یک پیوند شیمیایی دائمی بین سطح نانو ذرات و ماتریس پلیمر ایجاد می کند.عامل های اتصال سیلوین استاندارد برای تقویت سیلیکا و نانوclay هستند.برای نانومواد کربن، درمان های اکسیداسیون سطح £ بی آی و گروه های هیدروکسی را معرفی می کنند که می توانند به طور مستقیم با روش های غیر الکترولیتی واکنش نشان دهند، مانند بسته بندی های گشت و گذار، ساده تر هستند، اما ممکن است یک رابط شیشه ای ضعیف تر را در انتقال دما را ایجاد کنند و گاهی اوقات می توانند اثرات شیمیایی را کاهش دهند.

مقیاس پذیری، ایمنی و هزینه ها

برای دستیابی به تصویب صنعتی گسترده، پروتکل های اقتصاد و ایمنی باید به طور جامد مورد توجه قرار گیرند.

هزینه- سود

قیمت نانومواد پیشرفته در طول دهه گذشته به طور قابل توجهی کاهش یافته است. مگاوات در حال حاضر در کمتر از 100 دلار در هر کیلوگرم در دسترس است و نانوسیلای ها می توانند برای کمتر از 10 دلار در هر کیلوگرم خریداری شوند، افزایش هزینه مواد اغلب با بهبود عملکرد جزئی و کاهش زمان چرخه اگر نانو مواد تسریع در درمان خویشاوند توصیه می شود.

امنیت شغلی و مدیریت

استنشاق نانوذرات هوا خطرات بالقوه سلامتی را شامل می شود، از جمله التهاب ریه.) کنترل های مهندسی سفت برای رسیدگی به باروت های خشک، از جمله hoodme hood، سیستم های مخلوط بسته و HEPA تصفیه شده است.[۱۰] بسیاری از تولید کنندگان در حال تغییر به فرمت های NIME هستند، که نانومواد از قبل در غلظت بالا در رزین حامل، به حداقل رساندن قرار گرفتن در معرض مستقیم برای حفظ محیط زیست ضروری برای حفظ و ضروری مهندسی شده اند.

نتیجه گیری و آینده چشم انداز

ادغام نانومواد به فرایندهای انتقال رزین، ایجاد کامپوزیت های چند مقیاسی را با ویژگی های عملکردی که از آنچه که تنها با مواد استاندارد قابل دستیابی است، پیش می برد. نانولوله های کربنی، گرافن، نانو کامپوزیت، سیلیس و POSS هر کدام پروفایل های منحصر به فرد را ارائه می دهند که می تواند برای نیازهای صنعتی خاص استفاده شود، به عنوان هزینه های نانوتکنولوژی با کیفیت بالا، همچنان به روش های تولید استاندارد بیشتر، روند پردازش دقیق تر تبدیل می شود.