تولید نانو کامپوزیت پلیمری

در این بخش از وب سایت آب صنعت تهران با نانو کامپوزیت پلیمری آشنا می شویم. نانو کامپوزیت ها از سیلیکات به صورت لایه ای ساخته می شوند که در سالهای اخیر از نانولوله‌های کربنی نیز در تولید این متریال استفاده می گردد. پایه نانو کامپوزیت ها نیز انواع رزین هستند که در مقالات پیشین وب سایت به آنها پرداخته ایم. برای همراهان آب صنعت باید بگوییم که در نانو کامپوزیت ها از رزین های نوع ترموست و ترموپلایتیک استفاده می گردد.
با نگاهی به پیشینه انسان متوجه خواهیم شد که بشر همواره در پی پیشرفت زندگی از متریال های مختلف استفاده نمود و آنها را به مرور زمان در راستای نیازها تغییر داد. اهمیت ماده ها از نامگذاری عصرهای تاریخی مشخص است مانند عصر آهن و برنز. نانو کامپوزیت پلیمری هم نمودی از همین نوع تغییرات در طول زندگی است. بسیاری از پژوهشگران بر این عقیده هستند که در عصر فعلی ماده اصلی جدیدی کشف نخواهد شد و زین پس تلاش روی بهینه سازی مواد اولیه است. نانو تحولی بزرگ در صنایع گوناگون به وجود آورد که در این قسمت بیشتر در رابطه با نانو کامپوزیت پلیمری خواهیم گفت.

نانو کامپوزیت پلیمری

متخصصان صنایع مرتبط با پلیمر بر این موضوع اشراف دارند که برای تقویت این متریال از انواع مواد معدنی و عالی استفاده می گردد. حال در نانوکامپوزیت ها همین مواد در مقیال نانومتر کاربرد دارد. دلیل این کار ایجاد مساحت بالا در واحد حجم است که حاصل فاز تقویت کننده و زمینه است. برای بیان ساده تر موضوع توجه شما را به یک مثال جلب می کنیم. در این مثال مساحت فصل مشترک ایجاد شده با توزیع سیلیکات لایه‌ای در پلیمر بیشتر از 700 خواهد بود ضمن آن که یک نانومتر بین ذرات فاز نانومتری تقویت‌کننده با اندازه ذرات قابل مقایسه می شود. در یک صفحه که ضخامتی بالغ بر 10 نانومتر دارد تنها 7% حجم تقویت کننده است.

مزایای نانو کامپوزیت پلیمری

مزایایی که نانو کامپوزیت پلیمری ایجاد کرد سبب کاربرد روز افزون آن شده است. بر خلاف تصور عموم این متریال تنها به دلیل افزایش کارایی و خواص مکانیکی مورد استقبال قرار نگرفته است بلکه قیمت و انعطاف پذیری در فرآوری نیز در این موضوع نقش حائز اهمیتی ایفا کرده اند. در واقع نانو کامپوزیت پلیمری بسیاری از محدودیت ها را از بین برده است. برخی از مزایای نانو کامپوزیت پلیمری را بیان می کنیم:
• دو برابری مدول کششی
• دو برابری استحکام
• عدم کاهش مقاومت بر اثر ضربه
• قیمت مناسب
• مناسب تر برای محیط زیست و بازیافت آسان تر
توجه نمایید که رزین های ترموپلاستیک نظیر نایلون یا اولفین یا سایر رزین ها مانند اپوکسی، اورتان و سیلوگزان اگر سیلیکات لایه ای را در آنها 2% افزایش دهیم به این خواص می رسیم.

نانو کامپوزیت اولفینی

نانو کامپوزیت اولفینی که دارای 2 و نیم درصد سیلیکات لایه ای باشد نسبت به کامپوزیت های مرسوم هم مستحک‌متر و هم سبک تر است. نکته مهم تر این که با توجه به نوع تقویت کننده و قطعه نانو کامپوزیت اولفینی امکان کاهش وزن محصول تا 10 درصد را نیز دارد. این موضوع در مقیاس بالا تاثیر بسزایی در حفاظت از محیط زیست دارد. توجه به این مثال ساده شما را در توجه به این موضوع روشن تر خواهد کرد: نتایج پژوهش ها حاصل از این موضوع است که کاربرد لایه سیلیکاتی در صنایعی مانند صنعت خودروسازی در کشور آمریکا توانست سبب کاهش 1 و نیم میلیارد لیتر گازوئیل طی کل زمان کارایی خودروی تولید شده در زمان یک سال شود. شاید این اعداد معنای واقعی موضوع را بیان نکند اما زمانی که توجه کنید که همین مورد سبب شد تا ده میلیارد پوند کمتر دی اکسید کربن در فضا رها شود اهمیت این موضوع روش تر خواهد شد. لازم به ذکر است که انواع پلیمر و رزین نیز همواره رو به گسترش می باشد بنابراین کاربرد نانو کامپوزیت های پلیمری نیز بسیار وسیع تر خواهد شد.

روش های تولید نانو کامپوزیت پلیمری

در قسمت اتاق شیر و تاسیسات کامپوزیت اشاره کردیم که روش تولید نقش بسزایی در محصول نهایی دارد. در تولید نانو کامپوزیت های پلیمری چند نکته را باید مورد توجه قرار بدهیم که عبارت اند از چگونگی و روش تولید و فرآوری، انتخاب بهترین کارایی با استفاده از انتخاب درست اجزا. در همین راستا باید بدانید که باید دقت داشت که هنوز مجال برای پیشرفت در این زمینه هست و روند تولید این متریال می تواند بسیار بهینه تر شود. در حال حاضر نانو کامپوزیت پلیمری به دو روش مختلف تولید می گردد که عبارت است از ورقه ای کردن یا درجا.
در روش ورقه ای لایه هایی نظیر نانوفایبرها یا نانو لوله ها یا سیلیکاتی را مورد بررسی قرار می دهیم در کنار این موضوع هنوز در اماکن علمی پژوهشی در حال تحقیق روی چگونگی بهبود این نوع نانوها هستند. در رابطه با روش درجا باید بدانید که تقویت کننده ها با کمک فرایندهای شیمیایی و جدا کردن فازها حاصل می شوند. به بیان دیگر زمینه های پلیمری را می توان نوعی مکان برای شکل گیری این اجزا دانست.

سیلیکات لایه ای چیست؟

فیلوسیلیکات ها یا رس های معدنی و آلومینوسیلیکات های دو به یک و اسمکتیت ها که همان سیلیکات های لایه ای کاربرد زیادتری به نسبت سایر متریال ها در تولید و پژوهش های نانوکامپوزیت پلیمری داشته و دارند. ساختار این متریال ها شبیه به تالک و میکاست و از آلومینوسیلیکات‌های هیدراته ساخته می شود و لایه ها اغلب ضخامتی 0/96 نانومتری را دارا هستند.

نانولوله کربنی چیست؟

حالا که با کاربرد کامپوزیت و کامپوزیت پلیمری آشنا شدیم و از شما دعوت می کنیم برای کسب اطلاعات بیشتر از سایر مقالات آب صنعت تهران دیدن کنید در ادامه با نانولوله های کربنی نیز آشنا می شویم.
نانولوله های کربنی حوزه ای نوین در رابطه با پژوهش های نانویی به شمار می رود و اما تا این لحظه مطمئن هستیم که نانولوله های کربنی علاوه بر آن که خواص مکانیکی و فیزیکی پلیمرها را بهبود می بخشند سبب بهینه تر شدن خواص الکتریکی و گرمایش رزین نیز می شوند. نکته جالب توجه در رابطه با این نانولوله ها توجه به قطر آنهاست که در اندازه یک یا صد نانومتر تولید می گردند و نسبت طول به قطر می تواند بیش از صد در نظر گرفته شود.

انواع نانولوله های کربنی

نانو لوله کربنی به دو دسته تک دیواره و چند دیواره تقسیم می گردد. نانو لوله های کربنی تک دیواره به دلیل ویژگی های مکانیکی و رسانایی الکتریکی مثل فلزات هستند. در نانو لوله های چند دیواره از کربن بلک در پودرهای رنگی استفاده می گردد. هریک از این انواع لوله های کربنی مزایا و معایبی دارد که به صورت خلاصه بیان می شود:

استحکام نانولوله های کربنی چند دیواره کمتر است
پیوندهای صفحات در نانولوله های کربنی چند دیواره کمتر است
نانولوله های کربنی چند دیواره در دسترس هستند
رقابت در زمینه توسعه روش ساخت نانولوله های کربنی تک دیواره زیاد است
پایداری خصوصیات نانولوله های کربنی تک دیواره بیشتر است