Вступ: Надходження матриці обмеження в смолі Передача цвіль

Резина передачі формування (RTM) стоїть як кутовий процес для виробництва високопродуктивних полімерів з високопродуктивними волокнами (FRPs), що дозволяє виробництво складних компонентів з щільною допускністю. Хоча армування волокна, як вуглецева і скло забезпечують первинну вантажопідйомність, навколишнє полімерна матриця виступає в якості середовища для передачі стресу і захисту навколишнього середовища. Історично матриця є обмежуючи фактор, що демонструє ламкість, низьку теплопровідність, і високу проникність у порівнянні з армуванням. Інтеграція наноматеріалів в резинову фазу є швидко згортаючи стратегію, щоб подолати ці обмеження, створюючи багаторозмірні композити, де не слабкий елемент матриці.

Ключові наноматеріали для підвищення смоли в РТМ

Вибір відповідного наноматеріалу залежить від покращення цільової властивості - це механічна міцність, тепломенеджмент, електропровідність, або бар'єрна продуктивність. Кожен тип наночастин приносить унікальну геометрію та поверхневу хімію до системи смоли.

Нанотрубки вуглецеві (CNTs)

Нанотрубки вуглецеві є циліндричні наноструктури з винятковими десятками модулями та міцністю. Багатошарові вуглецеві нанотрубки (MWCNTs) зазвичай вигідні у програмах RTM через їх нижчу вартість та відносну легкість дисперсії порівняно з одностінними варіантами. При добре диспергованій, CNTs забезпечують армування через тріщини бриджування та витягування механізмів. Результати показали, що навантаження MWCNT тільки 0.5-2.0 wt% може збільшити опір міжламінарного зсуву і жорсткість руйнування епоксидних композитів на 30%[[.

Графен і графен Оксид (GO)

Наноплатети графена (GNPs) і оксид графена пропонують двовимірне армування. GO особливо сумісний з полярними резиновими системами, оскільки його киснево-контейнерні функціональні групи сприяють сильному зв'язанню ковальентних з епоксидними молекулами під час замішування. Цей фактор функціоналізації спрощує дисперсія і забезпечує надійну передачу навантаження між наповнювачем і матрицею. Високий коефіцієнт коефіцієнта графенових нанопластин робить їх високоефективними при створенні абразивних шляхів для газової та вологої дифузії, що зменшує перепроникність кінцевого композиту. [[FLT: 0]]

Нанокласи (Монтморилонит)

Нанокристалічні нанокристалічні нанокристали поверхнево-мобілізовані монтморилонітні являють собою одне з найбільш економічно ефективних нано-регуляційних нано-регуляцій. При повністю ізольованих, ці шаровані силікатні речовини досягають співвідношення сторін аспекту, що перевищує 100:1. У резинах РТМ, наноклеїс в першу чергу покращують бар'єрні властивості і ретиранність полум'я. Вибухені тромбоцити сприяють утворенню вугілля при згортанні і зменшенню коефіцієнту теплового розширення (СТЕ) матриці, низька їхня вартість і приваблива реологічна вартість роблять великі промислові

Наночастинки Сільзи

Колоїдні наночастинки кремнію є комерційно доступні в високих обсягах порівняно низької вартості. Ці сферичні частинки пропонують передбачувані поліпшення в стійкість до подряпин, твердості та розривних модулях. У RTM обробки, добре дисперговані наночастинки кремнію (10-50 нм) може збільшити міцність епоксидних матриць без значно збільшення в'язкості смоли при помірних навантаженнях. Це робить їх відносно легко інтегруватися в існуючі лінійки виробництва RTM. Silica- посилені епоксидні матриці широко використовуються в аерокосмічні препреги і тепер рідки

Поліедральний олігометровий силсескіоксан (POSS)

Наноструктури POSS забезпечують унікальний гібридний органічно-неорганічний армування. Ці молекули клітковини вимірюють лише нанометри 1-3 і можуть бути розроблені функціональними групами, які реагують безпосередньо в полімерну мережу. POSS пропонує молекулярно-рівневе дисперсію — за рахунок багатьох проблем фільтрації та агломерації, пов'язаних з більшими наночастиками. Основні переваги POSS в RTM смоли покращуються термостійкістю, окисленням, стійкістю і жорсткістю. Ці властивості особливо цінуються в високотемпературних аерокосмічних додатках.

Механізми підвищення майна

Розуміння, як наночастинки взаємодіють з полімерною матрицею в молекулярному масштабі є важливим для оптимізації рецептур РТМ.

Механічне посилення в міжфазі

Міжфазний регіон між армуванням волокна і полімерною матрицею часто є критичною зоною, що регулюється композитною силою. Наночастинки з високою поверхнею створюють градієнт властивостей в рамках цієї міжфази. Ефективне перенесення навантаження відбувається при наночастинкових мостах тріщин або відшаровувань, що ростуть тріщини фронтів У вуглецевих волокна / епоксидних композитах, додавання КНТ збільшує міжфазну міцність зсуву (IFS) вимірюється мікро-Droplet тести. Це перекладається безпосередньо для поліпшення в макроскопічні властивості, такі як міцність стиснення і коротко-beam зсувна міцність.

Термо-Бар'єрні характеристики

Стандартні полімерні матриці є термоізолятори з значеннями провідності навколо 0,2 Вт / мК. Додавання високопровідних наноматеріалів на основі вуглецевих вуглецевих газів може збільшити теплопровідність матриці за рахунок величини, що допомагає тепловому розряду при екзотермічної реакції лікування і поліпшення теплового управління кінцевої частини. Високо-аспект-ративо наноплатники силового газу і молекул вологи для подорожі черепно-тертуозного шляху, різко зменшуючи ефективність проникності. Цей бар'єрний ефект є критичним у додатках, таких як судини тиску і паливні резервуари, де необхідна низька перметація.

Виклики переробки нано-Enhanced RTM

Успішне перенесення нано-реінфікованих смол з лабораторії до виробництва РТМ вимагає ретельного управління реологією та фільтраційними ефектами.

Рєологія та ін'єкційна подушка

Впровадження твердих наночастинок змінює поведінку потоку смоли. Наноматеріали високого класу-аспект-ratio, як CNTs і графен індукційна поведінка зсуву, де в'язкість знижується під високими показниками зсуву. Це може бути вигідно в RTM, оскільки смола відчуває високий зсув під час ін'єкцій в порожнину форми. Однак в іншому випадку в'язкість вище, що може перешкоджати перемоченню мокрого виходу з волоконної форми. Точне моделювання профілю в'язкості як функція зсувної частоти і температури є критичним для спрощення формового наповнення за допомогою програмного забезпечення PMRT

Ефект фільтрації та Уніформа розподілу

Особливий виклик у рідких формуванні є фільтрація наночастинок за допомогою пресформи волокна. Якщо агломерати присутні в смолі, вони будуть захоплені волоконними ковтками, створюючи градієнт концентрації наночастин вздовж шляху потоку. Ця фільтрація призводить до нерівного розподілу майна, ураження мети армування. Отримання наноматеріалу агломерату меншого розміру, ніж міжфіберне розпилення (типово 10-50 мікронів) є важливим для вибіркового фільтрації Обробка поверхонь та високоширо необхідні стратегії досягнення стандартного рівня.

Методика дисперсія та функціональності

Досягнення однорідної та стабільної дисперсії наноматеріалів в рідкому смолі є передумовою для успіху.

Фізичні методи дисперсії

Ультразвукова обробка широко використовується для лабораторних пакетів, введення високочастотної енергії, яка викликає кавітацію та окремі наночастинки агломерати. Для виробничих об'ємів, високо-широких роторно-сталяторних змішувачів і трипрокатних млинів є більш практичними. Ці механічні методи введення достатню енергію для подолання вандерових сил, що містять агломерати разом. Процес оптимізації необхідно уникнути деградації наноматеріальної структури або перегріву смоли

Стратегії хімічної функціональності

Ковалентна функціональність створює постійний хімічний зв’язок між поверхнею наночастин і полімерною матрицею. Силіанові коулінгові агенти є стандартом для ліктели і нанокристалічних арматур. Для вуглецевих наноматеріалів окислення введення поверхневих карбоксильних і гідроксильових груп, які можуть реагувати безпосередньо з епоксидними загартниками. Нековальентні методи, такі як поверхнева обгортання, простіші для реалізації, але можуть призвести до слабкого інтерфейсу і іноді можуть ввести пластифікуючі ефекти, що знижують скляну температуру матриці.

Скальливість, безпека та витрати

Для нано-професійних РТМ для досягнення широкого промислового прийняття, господарських та безпечних протоколів повинні бути твердо адресовані.

Вартість-Ефективність

Ціна сучасних наноматеріалів значно скоротила за останні десять років. MWCNT тепер доступна за $100 за кілограм, а нанокристали можуть бути проточені менше $10 за кілограм. Підвищення вартості матеріалу часто знижується шляхом поліпшення продуктивності частини і скорочення часу циклу, якщо наноматеріал прискорює кінетику лікування. Детальний аналіз вартості рекомендується для кожного конкретного застосування для обґрунтування переходу нано-силову систему.

Окупаційний догляд та безпека

Інгаляції повітряно-десантних наночастинок позує потенційних ризиків для здоров'я, включаючи запалення легень. Інженерні контрольи Strict необхідні для обробки сухих нанопорошків, включаючи витяжки fume, закривається змішуванням систем, і фільтрація HEPA. виробники машині переключаються до оволодіння форматами, де наноматеріали попередньо диспергуються при високій концентрації в резині перевізника, мінімізуючий прямий вплив Дотримання рекомендацій NIOSH для інженерних наноматеріалів є важливим для підтримки безпечного робочого середовища.

Висновок та перспективи майбутнього

Інтеграція наноматеріалів в процеси перекачування смол дозволяє створення багаторозмірних композитів з експлуатаційними характеристиками, які перевершують, що є домішковим з стандартними матриць окремо. Нанотрубки вуглецю, графен, наноклеї, кремнію та POSS кожен пропонує унікальні профілі нерухомості, які можуть бути використані для конкретних промислових вимог. Як вартість високоякісних наноматеріалів продовжує зменшити та обробляти методи стають більш надійними, нано-інтенсивними RTM, які підтримуються стандартним виробничим підходом. Майбутні розробки будуть зосереджені на передбачуваній моделюванні нано-флюїдного потоку, багатофункціональних стратегій армування та стандартних протоколів характеризації для забезпечення стабільної якості.