ניצול השימוש ב-Nanomaterials כדי לשפר את נכסי החיסרון ב Rtm

המונחים: Overcoming Matrix Limitations in Resin Transfer

Resin transfer עובש (RTM) הוא תהליך אבן הפינה לייצור פולימרים בעלי ביצועים גבוהים (FRPs), המאפשר ייצור נטו-Shape של רכיבים מורכבים עם סובלנות הדוקה. בעוד חיזוקים סיבים כמו פחמן וזכוכית לספק את יכולת העומס העיקרית, מטריצה סביב פועל כמו המדיום של העברה והגנה סביבתית.

מפתח ננו-חומרים לשיפור החיסרון ב-RTM

בחירת ננו-חומר מתאים תלויה בשיפור הנכס של המטרה - כמו זה קשיחות מכנית, ניהול תרמי, מוליכות חשמלית או ביצועי מחסום.כל סוג של חלקיקים מביא גיאומטריה ייחודית וכימיה פני השטח למערכת השרף.

צינורות פחמן (CNTs)

ננו-בוטיקים הם ננודוריים צייליים עם שיטות ייצור יוצאי דופן וחוזק. Multi-Mosated Carbon nanotubes (MWCNTs) הם בדרך כלל לטובת יישומי RTM בשל עלות נמוכה וקלות יחסית של פיזור בהשוואה לגרסאות חד-קירוניות (CNT) מורכבות גם כן, CNTs מספקים חיזוק באמצעות מנגנונים מתפתלים ומושכים.

Graphene ו Graphene Oxide (GO)

(Gatephene nanoplatelets (GNPs) ו oxideene מציעים חיזוק דו-ממדי. GO תואם במיוחד במערכות שרף הקוטב המיוצר כי קבוצות פונקציונליות המכיל חמצן שלה לקדם קשר קוהור חזק עם מולקולות epoxy במהלך ריפוי. זה גורם פונקציונליות זו סימולטורים בהצלחה פיזור ראווה ולהבטיח העברה חזקה בין הממלאה וממטריקס גבוה.

ננוקליז (Montmorillonite)

פני השטח ממושמעים montmorillonite nanoclays מייצגים אחד של nano-reinforcements היעיל ביותר זמין. כאשר exfoliated לחלוטין, אלה שכבות להשיג יחסים מעל 100:1. ב RTM resins, ננוקליות לעשות בעיקר לשפר את תכונות מחסום והלהבה מחדש.החתכים exfoliated לקדם היווצרות של char במהלך הבעירה ולהפחית את פרופיל תרמי של CNTic נמוך של לחץ דם נמוך.

Silica Nanoparticles

[Coloidal silica nanoparticles זמינים מסחרית בנפח גבוה יחסית עלות נמוכה. חלקיקים spherical אלה מציעים שיפורים צפויים בהתנגדות שריטות, קשיחות, ו Tenile Modulus. בעיבוד RTM, samlica ננוparticles (10-50n) יכול להגדיל את הקשיות של epoxy matrices ללא עלייה משמעותית של סטיות במתינות אלה הם עכשיו לתהליכים חסום רחב יותר.

Polyhedral Oligomeric Silsquioxane (POSS)

מערכות nanostructures לספק חיזוק אורגני ייחודי אורגני אורגני אורגני-inorganic.מולקולות אלה למדידה רק 1-3 ננומטרים וניתן לתכנן עם קבוצות פונקציונליות להגיב ישירות לרשת פולימר. POSS מציעה פיזור מולקולרי ברמה - ביטול רבים של סינון ואתגרי agglomeration הקשורים nanoparticles גדולים יותר.

מכניזם של הגדלת רכוש

הבנת כיצד חלקיקים אינטראקציה עם ממטריקס פולימרי בקנה מידה מולקולרי הוא חיוני עבור אופטימיזציה RTM.

כוח מכני ב Interphase

אזור הבין-phase בין חיזוק הסיבים לבין ממטריקס פולימר הוא לעתים קרובות האזור הקריטי השולט כוח מורכב. nanoparticles עם שטח פני השטח העליון ליצור ⁇ של נכסים בתוך זה interphase.FLT:0Effeiv העברה העומס מתרחשת כאשר ננו חלקיקים גשרים סדקים או deflects גדל סדקים.FLT:1 ב סיבי פחמן / אופטיקס, תוספת של תכונות CNT-Fak ישירות התחממות היא מתרגמת באופן ישיר על ידי דחיסות קצר.

ביצועים חמים וגדריים מקבלים

מטבוליות סטנדרטיות הן אינסטלטורים תרמיים עם ערכים מוליכות בסביבות 0.2 W / mK. תוספת של ננו-חומרים מבוססי פחמן מאוד מוליכים פחמן יכול להגדיל את מוליכות תרמית על ידי סדר גודל, סיוע ניתוק חום במהלך התגובה ריפוי יתרמתי ושיפור ניהול תרמי של החלק הסופי.

אתגר עיבוד ב-Nano-Enhanced RTM

ההעברה המוצלחת של resinforceed resins מהמעבדה לייצור RTM דורש ניהול זהיר של rheology ואפקטי סינון.

Rheology and Flow

ההקדמה של חלקיקים מוצקים משנה את התנהגות זרימת הרחם של השרף. High-aspect-ratio nanomaterials כמו CNTs ו גרפן גורם התנהגות גילוח, שבו קוצר הרוח יורד מתחת לשיעורים גבוהים Shear.זה יכול להיות מועיל RTM כי חוויות resin גבוה במהלך הזריקה לתוך השרוול.עם זאת, במנוחה, מול המידות, מול פרופילים גבוה יותר של טמפרטורה מקודמת.

אפקט הפלסטרציה וחלוקת המדים

אתגר ספציפי בצנרת נוזלי הוא סינון של חלקיקים על ידי סיבים preform.If agglomerates נוכחים ב resin, הם ייתפסו על ידי סיבים כדי להרים, יצירת ⁇ של ריכוז חלקיקים לאורך נתיב זרימה. fil זה מוביל להתפלגות רכוש לא אחיד, ובכך להביס את המטרה של חיזוק.

שיטות של דיספרסציה ותפקוד

השגת פיזור אחיד ויציב של ננו-חומרים בשרף הנוזל הוא תנאי מוקדם להצלחה.

שיטות דיסוציאציה

(א) שימוש נרחב עבור אצות בקנה מידה מעבדה, המציג אנרגיה גבוהה קידוד הגורם קוויטציה ופרידים חלקיקים חלקיקים חלקיקים agglomerates. עבור כרכים בקנה מידה הייצור, תערובת גבוהה שרטור-סטרטור ושלושה מ"ל הם מעשי יותר. שיטות מכניות אלה מספיק אנרגיה כדי להתגבר על כוחות ואן דר Waals מחזיקות agglomerates יחד.

אסטרטגיות יעילות כימיות

פונקציונליות קוהון יוצרת קשר כימי קבוע בין פני השטח nanoparticle לבין ממטריקס פולימר.סילאן הפיכה הם סטנדרטי עבור סיביקה וננוקלי חיזוקים. עבור פחמן nanomaterials, טיפולים חמצון להציג בפני משטח carboxyl וקבוצות hydroxyl שיכולים להגיב ישירות עם epoxy קשיחות.

סקלאלה, בטיחות ועלויות

עבור nano-enhanced RTM כדי להשיג אימוץ תעשייתי נרחב, פרוטוקולי הכלכלה והבטיחות חייבים להיות מטופלים בקפידה.

עלויות-אווירה

המחיר של ננו-חומרים מתקדמים ירד משמעותית בעשור האחרון. MWCNTs זמינים כעת ב -100 דולר לקילוגרם, וננוקליות ניתן לרכוש עבור פחות מ -10 ק"מ לליטרגרם.העלות החומרית המוגברת היא לעתים קרובות מתבטלת על ידי שיפורים בביצועים חלקי וזמני מחזור מופחתים אם ננו-חומר מאיץ את הקינטיננטיקה של עלויות מפורטות הוא מומלץ לכל יישום ספציפי כדי להצדיק שינוי מערכת.

בטיחות הכיבוש ו Handling

שאיפת חלקיקים באוויר מהווה סיכון פוטנציאלי לבריאות, כולל דלקת ריאות. Strict Engineering Control נדרשים לטיפול nanopowders יבש, כולל hood, מערכות ערבוב סגורות, ו- HEPA סינון. . . .S.S.Strict Engineering Control:0 יצרנים רבים עוברים לפורמטים של ניהול ננומטר, שבו ננו-חומרים נמצאים לפני ריכוז גבוה ב- נשאה, חשיפה ישירה של הסביבה החיונית של ננו-HliOS.

מסקנות ו-Outlook

השילוב של nanomaterials לתוך resin להעביר תהליכים עובש מאפשר יצירת של תרכובות מרובות בקנה מידה עם תכונות ביצועים כי על מה הוא achievable עם מtrices סטנדרטי לבד. פחמן nanotubes, גרפן, ננוקליות, silica, ו POSS כל מציעים הגדרות נכסים ייחודי שניתן למנף עבור דרישות תעשייתיות ספציפיות.