Rtm में राल गुण में सुधार के लिए नैनोमटेरियल्स के उपयोग की खोज

Graphene और Graphene ऑक्साइड (GO)

ग्राफेन नैनोप्लेटलेट्स (GNPs) और ग्रेफेन ऑक्साइड दो आयामी सुदृढीकरण प्रदान करते हैं। GO ध्रुवीय राल प्रणालियों के साथ विशेष रूप से संगत है क्योंकि इसकी ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूह इलाज के दौरान epoxy अणुओं के साथ मजबूत सहवर्ती बंधन को बढ़ावा देते हैं। यह कार्यात्मककरण कारक फैलाव को सरल बनाता है और भराव और मैट्रिक्स के बीच मजबूत भार हस्तांतरण सुनिश्चित करता है। ग्राफीन नैनोप्लेटलेट्स का उच्च पहलू अनुपात उन्हें गैस और नमी प्रसार के लिए टॉर्टियस पथ बनाने में अत्यधिक प्रभावी बनाता है, जिससे अंतिम समग्र की पारगम्यता को कम किया जा सकता है। [FLT: 0] विंड टर्बाइन ब्लेड और ऑटोमोटिव बॉडी पैनल दोनों को सफलतापूर्वक ग्राफीन-Fhan के साथ RTM बेहतर प्रतिरोध का उपयोग करके निर्मित किया गया है।

नैनोक्ले (Montmorillonite)

सतह-संशोधित montmorillonite नैनोक्ले उपलब्ध सबसे लागत प्रभावी नैनो-प्रबलनों में से एक का प्रतिनिधित्व करते हैं। जब पूरी तरह से exfoliated, इन स्तरित सिलिकेट 100:1 से अधिक पहलू अनुपात प्राप्त करते हैं। RTM रेजिन में, नैनोक्ले मुख्य रूप से बाधा गुणों और लौ retardancy में सुधार करते हैं। exfoliated प्लेटलेट्स दहन के दौरान चार गठन को बढ़ावा देते हैं और मैट्रिक्स के थर्मल विस्तार (CTE) के गुणांक को कम करते हैं, जो कार्बन फाइबर प्रबलित भागों में अवशिष्ट तनाव और वारेज को कम करता है। जबकि नैनोक्ले CNTs या ग्राफीन के रूप में यांत्रिक सुदृढीकरण के समान स्तर प्रदान नहीं करते हैं, उनके कम लागत और उन्हें बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रोफाइल बनाने के लिए अनुकूल rheological प्रोफाइल बनाते हैं।

सिलिका नैनोकणों

कोलाइडल सिलिका नैनोपार्टिकल्स व्यावसायिक रूप से अपेक्षाकृत कम लागत पर उच्च मात्रा में उपलब्ध हैं। ये गोलाकार कण स्क्रैच प्रतिरोध, कठोरता और तन्यता मापांक में पूर्वानुमान योग्य सुधार प्रदान करते हैं। RTM प्रसंस्करण में, अच्छी तरह से बिखरे हुए सिलिका नैनोपार्टिकल्स (10-50 एनएम) मध्यम लोडिंग पर राल चिपचिपाहट को बढ़ाने के बिना epoxy मैटरिस की कठोरता को बढ़ा सकते हैं। इससे उन्हें मौजूदा RTM उत्पादन लाइनों में एकीकृत करना अपेक्षाकृत आसान हो जाता है। सिलिका-प्रबलित epoxy मैटरिस का व्यापक रूप से एयरोस्पेस ग्रेड प्रीपेग में उपयोग किया जाता है और अब तरल मोल्डिंग प्रक्रियाओं में संक्रमण हो रहा है। ]

Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS)

POSS नैनोसंरचनाएं एक अद्वितीय हाइब्रिड कार्बनिक-अकार्बनिक सुदृढीकरण प्रदान करती हैं। ये पिंजरे जैसे अणु केवल 1-3 नैनोमीटर मापते हैं और इसे कार्यात्मक समूहों के साथ डिज़ाइन किया जा सकता है जो सीधे बहुलक नेटवर्क में प्रतिक्रिया करते हैं। POSS आणविक स्तर फैलाव प्रदान करता है - बड़े नैनोपार्टिकल्स से जुड़े कई निस्पंदन और agglomeration चुनौतियों का सामना करना। RTM रेजिन में POSS के प्राथमिक लाभ थर्मल स्थिरता, ऑक्सीकरण प्रतिरोध और बेरहमी में सुधार कर रहे हैं। ये गुण विशेष रूप से उच्च तापमान एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में मूल्यवान हैं।

संपत्ति संवर्धन के तंत्र

यह समझना कि नैनोपार्टिकल्स आणविक पैमाने पर बहुलक मैट्रिक्स के साथ बातचीत कैसे करते हैं, RTM योगों को अनुकूलित करने के लिए आवश्यक है।

इंटरफेस में मैकेनिकल सुदृढीकरण

फाइबर सुदृढीकरण और बहुलक मैट्रिक्स के बीच अंतर क्षेत्र अक्सर समग्र शक्ति को नियंत्रित करने वाला महत्वपूर्ण क्षेत्र है। उच्च सतह क्षेत्र वाले नैनोपार्टिकल इस अंतर के भीतर गुणों का एक ढाल बनाते हैं। प्रभावी लोड हस्तांतरण तब होता है जब नैनोपार्टिकल पुल दरारें या क्रैक फ्रंट्स को कम करता है। कार्बन फाइबर / एपोक्सी कम्पोजिट्स में, CNTs के अलावा सूक्ष्म-ड्रॉपलेट परीक्षणों द्वारा मापा गया अंतरफेशियल कतरनी ताकत (IFSS) को बढ़ाता है। यह सीधे संपीड़न शक्ति और लघु बीम कतरनी ताकत जैसे मैक्रो गुण में सुधार के लिए अनुवाद करता है।

थर्मल और बैरियर प्रदर्शन लाभ

मानक बहुलक matrices लगभग 0.2 W/mK चालकता मूल्यों के साथ थर्मल विसंवाहक हैं। अत्यधिक प्रवाहकीय कार्बन आधारित नैनो सामग्री के अलावा, आवर्धन के आदेश से मैट्रिक्स थर्मल चालकता को बढ़ा सकते हैं, बाहरी इलाज प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी अपव्यय का समर्थन करते हैं और अंतिम भाग के थर्मल प्रबंधन में सुधार करते हैं। उच्च-विषयक-ratio नैनोप्लेटलेट्स गैस और नमी अणुओं को एक टॉर्टियस पथ की यात्रा करने के लिए मजबूर करते हैं, जो प्रभावी पारगम्यता को काफी कम करते हैं। यह बाधा प्रभाव दबाव वाहिकाओं और ईंधन टैंकों जैसे अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है जहां कम पारगमन की आवश्यकता होती है।

नैनो-वर्धित RTM में प्रसंस्करण चुनौतियां

प्रयोगशाला से उत्पादन पैमाने तक नैनो-प्रबलित रेजिनों के सफल हस्तांतरण के लिए RTM को rheology और निस्पंदन प्रभाव के सावधानीपूर्वक प्रबंधन की आवश्यकता होती है।

Rheology and इंजेक्शन प्रवाह

ठोस नैनोपार्टिकल्स की शुरूआत राल के प्रवाह व्यवहार को बदल देती है। CNTs और ग्राफीन जैसे उच्च-विभाजन-ratio नैनोमैट्रिक्स कतरनी-पतन व्यवहार को प्रेरित करते हैं, जहां उच्च कतरनी दरों के तहत चिपचिपाहट कम हो जाती है। यह RTM में फायदेमंद हो सकता है क्योंकि राल मोल्ड गुहा में इंजेक्शन के दौरान उच्च कतरनी का अनुभव करता है। हालांकि, बाकी में, चिपचिपाहट अधिक है, जो फाइबर प्रीफॉर्म के राल गीले-आउट को लागू कर सकता है। कतरनी दर और तापमान के एक समारोह के रूप में चिपचिपाहट प्रोफ़ाइल की सटीक मॉडलिंग PAM-RTM जैसे सॉफ्टवेयर पैकेजों का उपयोग करके मोल्ड भरने की प्रक्रिया को अनुकरण करने के लिए महत्वपूर्ण है।

निस्पंदन प्रभाव और वर्दी वितरण

तरल मोल्डिंग में एक विशिष्ट चुनौती फाइबर प्रीफॉर्म द्वारा नैनोपार्टिकल्स का निस्पंदन है। यदि agglomerates राल में मौजूद हैं, तो उन्हें फाइबर टो द्वारा कब्जा कर लिया जाएगा, जिससे प्रवाह पथ के साथ नैनोपार्टिकल एकाग्रता का एक ढाल बनाया जाएगा। यह निस्पंदन असमान संपत्ति वितरण की ओर जाता है, जो सुदृढीकरण के उद्देश्य को हरा देता है। ]] एक नैनोमटेरियल agglomerate आकार को अंतर फाइबर रिक्ति (आम तौर पर 10-50 माइक्रोन) से छोटा होना चयनात्मक निस्पंदन को रोकने के लिए आवश्यक है। भूतल कार्यात्मककरण और उच्च-शेयर पूर्व मिश्रण आवश्यक स्तर को प्राप्त करने के लिए मानक रणनीति हैं।

फैलाव और कार्यात्मककरण तकनीक

तरल राल में नैनोमटेरियल्स का एक समान और स्थिर फैलाव प्राप्त करना सफलता के लिए एक शर्त है।

शारीरिक फैलाव विधि

Ultrasonication व्यापक रूप से प्रयोगशाला पैमाने बैचों के लिए प्रयोग किया जाता है, उच्च आवृत्ति ऊर्जा है कि cavitation का कारण बनता है शुरू करने और नैनोपार्टिकल agglomerates अलग करता है। उत्पादन पैमाने के संस्करणों के लिए, उच्च कतरनी रोटर मिक्सर और तीन रोल मिलों अधिक व्यावहारिक हैं। इन यांत्रिक तरीकों में वैन डेर Waals बलों को एक साथ agglomerates को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा शामिल है। प्रोसेस अनुकूलन नैनोमटेरियल संरचना को कम करने या राल को अधिक गरम करने से बचने के लिए आवश्यक है।

रासायनिक कार्यात्मककरण रणनीति

Covalent functionalization नैनोपार्टिकल सतह और बहुलक मैट्रिक्स के बीच एक स्थायी रासायनिक बंधन बनाता है। सिलाने युग्मन एजेंट सिलिका और नैनोक्ले सुदृढीकरण के लिए मानक हैं। कार्बन नैनोमटेरियल्स के लिए, ऑक्सीकरण उपचार सतह carboxyl और हाइड्रॉक्सिल समूहों को पेश करते हैं जो सीधे epoxy सख्त के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं। गैर-समतल तरीकों, जैसे सर्फैक्टेंट रैपिंग, लागू करने के लिए सरल हैं लेकिन परिणामस्वरूप एक कमजोर इंटरफ़ेस हो सकता है और कभी-कभी प्लास्टिकीकरण प्रभाव पेश कर सकता है जो मैट्रिक्स के ग्लास संक्रमण तापमान को कम कर सकता है।

स्केलेबिलिटी, सेफ्टी और कॉस्ट पर विचार

नैनो-एनहैंस्ड आरटीएम के लिए व्यापक औद्योगिक गोद लेने को प्राप्त करने के लिए, अर्थशास्त्र और सुरक्षा प्रोटोकॉल को ठोस रूप से संबोधित किया जाना चाहिए।

लागत प्रभाव

उन्नत नैनोमटेरियल्स की कीमत पिछले दशक में काफी गिरावट आई है। MWCNTs अब $100 प्रति किलोग्राम के तहत उपलब्ध हैं, और नैनोक्ले प्रति किलोग्राम $10 से कम के लिए खरीदे जा सकते हैं। बढ़ी हुई सामग्री लागत अक्सर आंशिक प्रदर्शन में सुधार और चक्र के समय को कम करके ऑफसेट होती है यदि नैनोमटेरियल इलाज के लिए गति प्रदान करता है। नैनो-प्रबलित प्रणाली के संक्रमण को सही ठहराने के लिए प्रत्येक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए एक विस्तृत लागत-लाभ विश्लेषण की सिफारिश की जाती है।

व्यावसायिक सुरक्षा और हैंडलिंग

वायुजनित नैनोपार्टिकल्स का साँस लेना संभावित स्वास्थ्य जोखिमों का अनुमान है, जिसमें फेफड़ों की सूजन शामिल है। सख्त इंजीनियरिंग नियंत्रण को शुष्क नैनोपाउडरों को संभालने के लिए आवश्यक है, जिसमें धुएं हुड, संलग्न मिश्रण प्रणाली और HEPA निस्पंदन शामिल हैं। मैनी निर्माता बैच प्रारूपों को स्विच कर रहे हैं, जहां नैनोमैट्रिक्स को एक वाहक राल में उच्च सांद्रता पर पूर्व-निर्वरण किया जाता है, जिससे प्रत्यक्ष संपर्क को कम किया जाता है। इंजीनियर नैनोमैट्रिक्स के लिए NIOSH दिशानिर्देशों के अनुपालन में सुरक्षित कामकाजी माहौल को बनाए रखने के लिए आवश्यक है।

निष्कर्ष और भविष्य आउटलुक

नैनोमटेरियल्स का राल ट्रांसफर मोल्डिंग प्रक्रियाओं में एकीकरण प्रदर्शन विशेषताओं के साथ बहु-पैमाने वाले मिश्रित पदार्थों के निर्माण को सक्षम बनाता है जो अकेले मानक मैटरिस के साथ क्या हासिल किया जा सकता है। कार्बन नैनोट्यूब, ग्राफीन, नैनोक्ले, सिलिका और पीओएस प्रत्येक अद्वितीय संपत्ति प्रोफाइल प्रदान करते हैं जो विशिष्ट औद्योगिक आवश्यकताओं के लिए लाभ उठाया जा सकता है। चूंकि उच्च गुणवत्ता वाले नैनोमटेरियल्स की लागत कम होती है और प्रसंस्करण विधियां अधिक मजबूत हो जाती हैं, नैनो-एनहांस्ड आरटीएम को मानक विनिर्माण दृष्टिकोण बनने की स्थिति में रखा गया है। भविष्य के विकास नैनो-फ्लाइड प्रवाह, बहु-कार्यात्मक सुदृढ़ीकरण रणनीतियों और मानक लक्षणीकरण प्रोटोकॉल के पूर्वानुमान पर ध्यान केंद्रित करेंगे ताकि उत्पादन वातावरण में लगातार गुणवत्ता सुनिश्चित की जा सके।