Esplorare l'uso di Nanomaterials per migliorare le proprietà della resina in Rtm

Introduzione: superamento delle limitazioni di matrice nella stampaggio del trasferimento di resina

La stampaggio a trasferimento di resina (RTM) è un processo di base per la produzione di polimeri rinforzati con fibre ad alte prestazioni (FRP), che consente la produzione di componenti complessi con tolleranze strette. Mentre i rinforzi in fibra come il carbonio e il vetro forniscono la capacità primaria di carico-portante, la matrice polimerica circostante agisce come il mezzo per il trasferimento di stress e la protezione ambientale.

Nanomateriali chiave per il miglioramento della resina in RTM

La selezione di un nanomateriale appropriato dipende dal miglioramento della proprietà di destinazione, sia che si tratti di resistenza meccanica, gestione termica, conducibilità elettrica o prestazioni di barriera.

Nanotubes in carbonio (CNT)

I nanotubi in carbonio sono nanostrutture cilindriche con un modulo di trazione eccezionale e resistenza. I nanotubi in carbonio multi-pareti (MWCNT) sono generalmente favoriti nelle applicazioni RTM a causa del loro basso costo e della relativa facilità di dispersione rispetto alle varianti monoparete.

Ossido di Grafene e Grafene (GO)

GOLT è particolarmente compatibile con i sistemi di resina polare perché i suoi gruppi funzionali contenenti ossigeno promuovono una forte legatura covalente con molecole epossidica durante la polimerizzazione. Questo fattore di funzionalizzazione semplifica la dispersione e garantisce un trasferimento robusto del carico tra il filler e la matrice. L'alto rapporto di aspetto delle nanoplacche di grafene le rende altamente efficaci nella creazione di percorsi di riduzione tortuosa del gas

Nanoclays (Montmorillonite)

I nanoclay monomodificati per la superficie rappresentano una delle nano-reinforcement più convenienti disponibili. Quando completamente esfoliato, questi silicati strati raggiungono i rapporti di aspetto superiori a 100:1. Nelle resine RTM, i nanoclay migliorano principalmente le proprietà della barriera e la ritardanza della fiamma. Le piastrine esfoliate promuovono la formazione di carbone durante la combustione e riducono il coefficiente di espansione termica (CTE) minimizzano le fibre di resistenza alla matrice.

Nanoparticelle di silice

Le nanoparticelle di silice colloidi sono disponibili in volumi alti a costi relativamente bassi. Queste particelle sferica offrono miglioramenti prevedibili nella resistenza ai graffi, nella durezza e nel modulo di trazione.

Poliedrico Oligomerico Silsesquioxane (POSS)

Le nanostrutture POSS offrono un unico rinforzo organico-inorganico ibrido, che misura solo 1-3 nanometri e può essere progettato con gruppi funzionali che reagiscono direttamente nella rete polimerica. POSS offre dispersione a livello molecolare, evitando molte delle sfide di filtrazione e agglomerazione associate a nanoparticelle più grandi. I vantaggi principali di POSS nelle resine RTM sono maggiore stabilità termica, resistenza agli ossidazioni e resistenza allo spazio.

Meccanismi di potenziamento delle proprietà

Capire come le nanoparticelle interagiscono con la matrice polimerica a scala molecolare è essenziale per ottimizzare le formulazioni RTM.

Rinforzo meccanico all'Interfase

La regione interfase tra il rinforzo della fibra e la matrice del polimero è spesso la zona critica che governa la forza composita. Le nanoparticelle con l'alta superficie creano un gradiente di proprietà all'interno di questo interfase. Il trasferimento del carico efficace avviene quando i ponti nanoparticella crepe o deflette macro fronti di crepa crescente. In fibra di carbonio / compositi eepossiciali, l'aggiunta di CNTIF traduce breve sforzo di compressione di compressione di compressione di CNTFNTFNTFNTF

Gains di prestazioni termiche e barrier

Le matrici polimeriche standard sono isolatori termici con valori di conducibilità intorno a 0.2 W/mK. L'aggiunta di nanomateriali a base di carbonio altamente conduttivi può aumentare la conducibilità termica matrice con un ordine di grandezza, aiutando la dissipazione del calore durante la reazione di polimerizzazione esotermica e migliorando la gestione termica della parte finale.

Sfide di lavorazione in RTM Nano-Enhanced

Il trasferimento di resine nano-reinforced dal laboratorio alla RTM su scala di produzione richiede un'attenta gestione degli effetti di reologia e filtrazione.

Flusso di reologia e iniezione

L'introduzione di nanoparticelle solide altera il comportamento di flusso della resina. nanomateriali ad alto rapporto come CNT e grafine inducono il comportamento di taglio-pensamento, dove la viscosità diminuisce sotto alte velocità di taglio. Questo può essere utile in RTM perché la resina sperimenta un'elevata cesoia durante l'iniezione nella cavità dello stampo.

L'effetto di filtrazione e distribuzione uniforme

Una sfida specifica nello stampaggio liquido è la filtrazione delle nanoparticelle dalla preforma della fibra. Se gli agglomerati sono presenti nella resina, saranno catturati dalle zampe delle fibre, creando un gradiente di concentrazione della nanoparticella lungo il percorso di flusso. Questa filtrazione porta alla distribuzione irregolare della proprietà, sconfiggendo lo scopo del rinforzo ]