導入: 樹脂の移動の鋳造物のマトリックスの限定を克服して下さい

樹脂転写成形(RTM)は、高性能繊維強化ポリマー(FRP)の製造のための礎石プロセスとして、複雑な部品を堅牢な許容で純形状の生産を可能にします。炭素やガラスなどの繊維強化は、主軸の負荷軸受け能力を提供しながら、周囲のポリマーマトリックスは、ストレス伝達と環境保護のための媒体として機能します。歴史的に、マトリックスは限界要因であり、脆性、低熱伝導、およびナノ材料の複合材料の複合材料を克服する高は、これらの複合材料の複合材料の比率を増加させるため、より短時間で、これらの複合材料の複合材料の複合材料の複合材料の複合材料を克服する。

RTMにおける樹脂強化のためのキーナノ材料

適切なナノ材料の選択は、ターゲット特性の改善に依存します。それは機械的靭性、熱管理、電気伝導性、または障壁の性能です。ナノ粒子の各タイプは、独自のジオメトリと樹脂システムに表面化学をもたらします。

カーボンナノチューブ(CNT)

カーボンナノチューブは、優れた抗張係数と強度を持つ円筒ナノ構造です。 多面カーボンナノチューブ(MWCNT)は、通常、RTMアプリケーションで単一壁にされた変形と比較して分散のコストと相対的な緩和のために好まれています。 分散すると、CNTは、クラックブリッジとプルアウト機構を介して補強を提供します。 研究は、MNTTは、MNTTをインプレッダとして、粘度を向上させることができることを実証しました。 Researchは、MNTTは、粘度を最大30%に向上させることができるだけでなく、MNTTは、粘度を増加させることができる[FLT]と、FLT]。

グラフェンとグラフェン酸化物(GO)

グラフェンナノプレートレット(GNP)と黒鉛酸化物は2次元の補強を提供します。GOは、酸素含有機能グループが硬化中にエポキシ分子と強い共和性結合を促進するため、極性樹脂システムと特に互換性があります。この機能化は分散を簡素化し、フィラーとマトリックス間の堅牢な負荷転送を保証します。グラファイトの高アスペクト比は、ガスと拡散のための耐え難いパスを作成するときに非常に効果的であり、最終決定的なホイールは、FET(F)とFET(F)を切断する。

ナノクレイズ(モンモリロナイト)

表面修飾されたmontmorilloniteのナノクレイズは利用できる最も費用効果が大きいナノ補強の1つを表します。十分にexfoliatedとき、これらの層状にされた無水ケイ酸塩は100:1を超過するアスペクトの比率を達成します。RTMの樹脂では、nanoclaysは主に障壁の特性を改善し、炎-抑制剤を増強します。exfoliatedのプラレットは燃焼の間にcharの形成を促進し、マトリックスの係数を削減しま、残留応力を減らし、それらに集中的なカーボンおよびそれらが集中すると同時にカーボン 鋳造物を補強します。

シリコンナノ粒子

コロイドシリカナノ粒子は、比較的低コストで高容量で市販可能です。これらの球面粒子は、耐傷性、硬度、および抗張弾性係数の予測可能な改善を提供します。 RTM処理では、分散シリカナノ粒子(10-50nm)は、適度なローディングで樹脂粘度を増加させることなく、エポキシの靭性を高めることができます。これにより、既存のRTM生産ラインに比較的簡単に統合できます。 [FLT:プレオキシマトリクスの変形は、広範囲に使用されます]

多関節性結紮症(POSS)

POSSナノ構造は、ユニークな有機無機強化を提供します。これらのケージのような分子は、1-3ナノメートルだけを測定し、ポリマーネットワークに直接反応する機能グループで設計することができます。POSSは、分子レベルの分散を提供しています。ろ過とより大きなナノ粒子に関連した凝集的な課題の多くを無効にします。RTM樹脂のPOSSの主な利点は、熱安定性、酸化抵抗、および靭性を改善しています。これらの特性は、特に高温用途で特に高いです。

プロパティの強化のメカニズム

ナノ粒子が分子スケールでポリマーマトリックスと相互作用する方法を理解することは、RTM製剤の最適化に不可欠です。

インターフェーズにおける機械的補強

繊維強化とポリマーマトリックス間の相続領域は、しばしば複合強度を支配する重要なゾーンです。ナノ粒子は、高面領域で特性の勾配を作成します。 ]ナノ粒子橋割れや成長する亀裂を抜くときに効果的な負荷転送が発生します。]]カーボン繊維/エポキシ複合体では、CNTの追加は、マイクロ粒子の強度(IFSS)を直接低減し、マクロ特性の強度を低減するなどの特性を増加させます。

熱および障壁の性能の利益

標準的なポリマー マトリックスは0.2 W/mKのまわりの伝導性の価値の伝導性のテスターです。非常に伝導性のカーボン ベースのナノ材料の付加は、気道の順序、気化熱放散の後ろの熱伝導性を増加し、最終的な部品の熱管理を改善できます。高アスペクト ratioのナノプレートレットの力ガスおよび湿気の分子は、効果的に有効な透磁率を減らすのに耐える。この障壁は重要な容器および必要な容器のような重要な適用です。

ナノ強化RTMにおける加工課題

ラボから製造規模のRTMへのナノ強化樹脂の成功転送には、レオロジーと濾過効果の慎重な管理が必要です。

レオロジーと注入フロー

固体ナノ粒子の導入は、樹脂のフロー動作を変更します。 CNTやグラフェンなどの高アスペクト・ラチオナノ材料は、粘度が高せん断速度下で低下するせん断層の動作を誘発します。 これは、樹脂が金型キャビティに注入中に高いせん断を経験しているため、RTMで有益です。 しかし、残りでは粘度が高く、繊維のプレフォームの樹脂のウェットアウトを阻害することができます。 正確な金型のモデルと、PAMの正確な速度は、粘度が、粘度が向上します。

ろ過効果および均一配分

液体成形における特定の課題は、繊維のプレフォームによるナノ粒子のろ過です。アグロメリテが樹脂に存在すると、それらは繊維トウによって捕獲され、フローパスに沿ってナノ粒子濃度の勾配を作成します。このろ過は、不均等な特性分布につながり、強化の目的を打ち破ります。 ]]] ナノ材料のアグロメレートのサイズを、インターファイバーの間隔(典型的に10-50)よりも小さくする。 表面化は、高濃度の戦略を防止するために必要である および高濃度の決定が必要です。 [F] 。

分散・機能性技術

液体樹脂のナノ材料の均一で安定した分散を実現することは、成功のための前提条件です。

物理的な分散方法

超音波処理は実験室スケールのバッチのために広く利用されています、キャビテーションを引き起こし、ナノ粒子のアグロマリスを分ける高周波エネルギーを導入して下さい。生産スケールの容積のために、高せん断の回転子のミキサーおよび3つのローラーの製粉はより実用的です。これらの機械方法は一緒にagglomeratesを握るヴァンダーの力を克服するのに十分なエネルギーを入力します。プロセス最適化はナノ材料か、または樹脂を過熱することを避けるために必要です:]:[FLT]を]。

化学機能性化戦略

同等性機能化はナノ粒子表面とポリマーマトリックス間の永久的な化学結合を作成します。 シランカップリング剤は、シリカとナノクレイ補強のための標準です。 カーボンナノ材料の場合、酸化処理は、エポキシ硬化剤と直接反応することができる表面カルボキシルおよびヒドロキシル基を導入する。 界面活性剤のラップなどの非同等な方法は、実装が簡単ですが、弱いインターフェイスで生じる可能性があるため、時々、温度マトリックスのガラス転移を減らすことができるプラスチック効果を導入することができます。

拡張性、安全性、コストの考慮事項

ナノ強化RTMは、広範囲にわたる産業的採用を実現するために、経済および安全プロトコルは固着に対処しなければなりません。

コスト効果

高度なナノマテリアルの価格は過去10年間に大幅に低下しました。 MWCNTsは、1キログラムあたり$ 100で利用可能になり、ナノクレイは1キログラムあたり$ 10未満の調達が可能です。 ナノマテリアルが硬化キネティックを加速すると、部品性能の改善とサイクル時間を削減することで、材料コストが増加することが多いです。 詳細なコスト効果分析は、ナノ強化システムへの移行を正当化するために、各特定のアプリケーションに推奨されます。

労働安全・取扱い

空気のナノ粒子の吸入は、肺炎症を含む潜在的な健康リスクを気まぐります。 厳密なエンジニアリング制御は、発煙フード、封入混合システム、HEPAろ過を含む乾燥したナノ粉末を処理するために必要です。 []]]多くのメーカーは、ナノマテリアルがキャリア樹脂の高濃度で分散され、直接暴露を最小限に抑えるマスターバッチフォーマットに切り替えています。 コンプライアンス]は、NIOSの作業のための安全ガイドラインを維持するためです。

結論と未来の展望

ナノマテリアルの樹脂トランスファー成形プロセスへの統合により、複数のスケールコンポジットの生成を可能にし、性能特性を上回る性能特性を発揮します。カーボンナノチューブ、グラフェン、ナノクレイ、シリカ、POSSの各製品は、特定の産業要件に活用できるユニークな特性プロファイルを提供します。高品質のナノマテリアルのコストが減少し、処理方法が向上し、ナノエンハンスされたRTMは、標準的な製造アプローチになるように位置付けられます。将来の予測は、さまざまな特性の決定と性能を促進し、様々な特性を予測します。