روش های تولید نانوکامپوزیت های پلیمری در حالت کلی به سه دسته مخلوط سازی مستقیم، فرآوری محلول و پلیمریزاسیون درجا می باشد که در این مقاله به این موارد پرداخته می شود. نانومواد به موادي گفته می شود که حداقل یکي از ابعاد آن ها در مقیاس 1 الی 100 نانومتر باشــد. یک نانو متر برابر با یک میلیاردم متر (9- 10) است. (18000 بار کوچکتر از قطر یک تار موی انسان)
نانو کامپوزیت پلیمری چیست؟
نانوكامپوزيت هاي پليمري نسل جديدي از مواد هستند كه شامل يك ماتريس پليمري و كمتر از 10 درصد وزني از يك تقويت كننده نانومتري مي باشند. تقويت كننده هاي نانومتري به علت داشتن نسبت طول به قطر L/D) )زياد، ابعاد بسيار كوچك و ميزان سطح بسيار بالا در مقايسه با تقويت كننده هاي معمولي نظير الياف شيشه و تالك، در سطح بارگذاري loading)) كمتري باعث بهبود خواص مورد نظر گرديده و مسائل مربوط به تقويت كننده هاي رايج نظير افزايش وزن ، نقايص سطحي و مشكلات فرآيندي در آنها كمتر ديده مي شود.
برای مطالعه انواع کامپوزیت ها و روش های ساخت و تولید آنها روی عنوان مقاله زیر کلیک کرده و آن را مطالعه کنید.
مقاله انواع کامپوزیت ها و روش های ساخت و تولید آنها
همچنین می توانید مقاله کامپوزیت های زمینه سرامیكی و نانو کامپوزیت پایه سرامیکی را با کلیک روی ان نیز مطالعه کنید.
مزایای استفاده از نانو کامپوزیت های پلیمری
- وزن كمتر قطعه نهايي در مقايسه با كامپوزيتهاي معمولي
- استحكام مكانيكي بالاتر در ميزان بارگذاري كمتر
- مقاومت بالا در برابر نفوذ گازها و بخارات
- سطح ظاهري بهتر
- فرآيندپذيري راحت تر
- تحمل حرارتي بالاتر
خواص نانوکامپوزيت‌ها
نانوکامپوزيت‌ها در مقادير 5-2 درصد وزني، خواص پليمرهاي خالص را به طرز قابل توجهي بهبود مي‌دهند. اين ارتقاي خواص عبارتند از:
- خواص عبور پذيريbarrier) ) مانند نفوذپذيري و مقاومت در برابر حلال‌ها؛
- خواص نوري
- هدايت يوني
- پودرهاي نانوکامپوزيت نسبت سطح به حجم بالايي دارند. اين نسبت در حالت بيشكل نسبت به حالت بلوري، بيشتر است.
- كسر زيادي از اتمها در سطح ذرات پودرهاي نانوکامپوزيت و يا در مرز دانه هاي ريزساختار نانوکامپوزيت ها قرار دارند.
خواص ديگر حاصل از ساختار لايه‌اي نانو سيليكات‌ها در نانوکامپوزيت‌هاي پليمري عبارتند از:
- افزايش پايداري حرارتي و مقاومت در برابر شعله (آتش) در مقادير بسيار كم پركننده
- نانوکامپوزيت‌هاي مورد استفاده در صنعت پلاستيك، قيمت پايين نانوکلي(clay) نسبت به ساير پركننده‌هاي نانو و امكان استفاده از روش اختلاط مذاب در پلاستيك‌ها
مشکلات نانو کامپوزیت ها
- عدم توزيع يكنواخت فاز دوم در فاز زمينه در نانوکامپوزيت ها، خواص مكانيكي نانوکامپوزيت ها را كاهش مي دهد. تجمع ذرات پودر بسيار ريز در نانوکامپوزيت ها موجب افزايش انرژي سطحي آنها شده، كاهش خواص مكانيكي نانوکامپوزيت ها را به دنبال دارد.
- همچنين استفاده از مواد شيميايي گران قيمت براي توزيع يكنواخت فاز دوم در داخل فاز زمينه و جلوگيري از بهم چسبيدن ذرات پودر نانوکامپوزيتي و ساخت نانوکامپوزيت هايي با ريزساختاري همگن و خواص مكانيكي بالا، باعث غيراقتصادي شدن و همچنين پيچيده تر شدن فرآيند مي گردد.
کاربردهای نانوکامپوزیت ها
- قطعات داخلي و خارجي خودرو
- بسته بندي هاي مقاوم در برابر نفوذ گازها و بخارات
- الياف مستحكم براي صنعت نساجي
- ابزارآلات صنعتي و لوازم خانگي
روش های تولید نانوکامپوزیت ها
الف- مخلوط سازی مستقیم
ب- فرآوری محلول
ج- پلیمریزاسیون درجا
در ادامه به توضیح هر یک از روش های تولید نانوکامپوزیت های پلیمری ذکر شده پرداخته می شود.
مخلوط سازی مستقیم
در این روش ابتدا نانوذرات تهیه شده به صورت سوسپانسیون در یک حلال حل شده و سپس به محلول پلیمری اضافه می شود و مخلوط حاصله توسط یک پرس هیدرولیک در یک قالب اکسترود می شود و در نهایت صفحات نازک به دست می آیند. در این روش انتخاب بستر پلیمری، انتخاب نوع ذارت و سازگاری این دو گونه با یکدیگر و نحوه ی توزیع ذرات از نکات حائز اهمیتی است که بایستی بر آن فائق آییم.
معمولا برای تولید نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری حاوی نانوالیاف کربنی از این روش استفاده می شود. محدودیت این روش میزان فاز تقویت کننده یا همان مواد پرکننده است. به عنوان مثال برای تولید نانوکامپوزیت سیلیکا/پلی پروپیلن حداکثر میزان نانوذرات سیلیکا 20 درصد وزنی می تواند باشد. البته به نظر می رسد آگلومره شدن (به هم چسبیدن) ذرات نیز از دیگر محدودیت های این روش باشد.
فرآوری محلول
با استفاده از این روش می توان بر بعضی از محدودیت های روش مخلوط سازی مستقیم غلبه کرد، ضمن آنکه می توان میزان آگلومراسیون و کلوخه ای شدن نانوذرات در ماده پلیمری را کاهش داد. در این روش به دو صورت می توان نانوکامپوزیت های پلیمری را تولید کرد. اگر ماده زمینه پلیمری و نانوذرات تقویت کننده آن در یکدیگر قابل حل شدن باشند، محلول حاصل را می توان در یک قالب؛ ریخته گری کرده و نانوکامپوزیت تولید نمود. در غیر این صورت مخلوط مواد نانوکامپوزیت در یک حلال حل شده و در نهایت با تبخیر حلال، نانوکامپوزیت مورد نظر به دست می آید.
پلیمریزاسیون درجا
در این روش پلیمریزاسیون بستر پلیمری در حضور نانوذرات انجام می شود و منومر در حین رشد، ذرات پر کننده را در بر می گیرد. نکته کلیدی در این روش نحوه توزیع ذرات نانو در منومر است. با کنترل پیوند بین ذرات نانو و ماده زمینه، می توان توزیع مورد نظر را به دست آورد. بسیاری از نانوکامپوزیت های زمینه پلیمری را می توان با این روش تولید کرد.
به طور مثال نانوکامپوزیت های حاوی نانولایه های گرافیت که دارای هدایت الکتریکی بالا و نفوذ پذیری کمی هستند، از این روش تولید می شوند. برای تولید این نانوکامپوزیت ها ابتدا با امواج مافوق صوت لایه های گرافیت در منومر به صورت یکنواخت توزیع می شوند و در نهایت با پلیمریزاسیون درجا نانوکامپوزیت به دست می آید.
نکته ای که در روش های تولید نانوکامپوزیت های پلیمری اهمیت دارد و آن را از یکدیگر متمایز می کند، توزیع مناسب ماده پر کننده است. با اصلاح سطحی می توان این توزیع را به شکل یکنواخت به گونه ای انجام داد که از آگلومراسیون اجزای نانومتری ماده پرکننده جلوگیری شود و توزیع مناسب فاز تقویت کننده فراهم گردد. در واقع نکته مهم در تمام این فرآیندها، اصلاح فصل مشترک بین پلیمر و نانوذره می باشد. استفاده از فرایندهای سطحی سبب توزیع یکنواخت فاز تقویت کننده در بستر پلیمری شده، افزایش مدول و استحکام نانوکامپوزیت را به دنبال خواهد داشت.
اهمیت نانو کامپوزیت های پلیمری
اهمیت نانو کامپوزیت های پلیمری را با توجه به جداول زیر ببینید.
جدول 1: تقاضای نانوکامپوزیت در آمریکا (هزار تن)
جدول 2: بازار و تقاضای نانوکامپوزیت(میلیون دلار)
مقاله تخصصی قبلی سایت آگهی تخصصم اینه را می توانید اینجا بخوانید
همچنین شما دوست عزیز و متخصص نیز می توانید مقالات خود را با اسم خودتون (شرکت، اشخاص و مخترعان) به همراه تبلیغ تخصص، محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. البته به شرطی که مقاله کپی از سایت های دیگر و حتی خودتون نباشد. مقالات تا همیشه در سایت خواهند ماند.
شرایط تولید محتوای تخصصی و رپورتاژ آگهی (با ارسال در 15 شبکه اجتماعی و وبلاگ سایت) در سایت آگهی تخصصم اینه را (اینجا) مشاهده نمایید.
برای تبلیغ خدمات و محصولات تخفیفدار خود در صفحه اول سایت با حداقل هزینه(با لینک فالو به سایت) اقدام نمایید(از اینجا بیشتر مطالعه کنید).
در فرم زیر نیز می توانید ایمیل خود را برای دریافت آخرین مقاله های سایت وارد نمایید.
نویسندگان مقاله: علی نویدی نژاد و فرزان وارسته بهابادی
