علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1396 | دوره:30 | شماره:1 |تعداد مقالات:7

برای افزایش چقرمگی شکست کامپوزیت اپوکسی، رزین اپوکسی و سخت کننده انیدریدی با نانوذرات سیلیکا تقویت شد. ذرات سیلیکا با اندازه های 12، 20 و 40 نانومتر به شکل تنها یا ترکیب دوتایی به رزین اضافه شده و با دستگاه فراصوتی در ماتریس اپوکسی پخش شدند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان داد، پخش ذرات به خوبی انجام شده است. نتایج آزمون کشش، افزایش مدول یانگ و استحکام کششی کامپوزیت ها را با افزایش کسر وزنی ذرات تقویت کننده یا کاهش اندازه آن ها نشان داد. استفاده هم زمان از دو نوع ذره سیلیکا با اندازه های مختلف 20 و 40 نانومتر موجب ارتقای بهتر مدول یانگ و استحکام شد. اما، استفاده از ترکیب هر یک از آن ها با اندازه ذرات 12 نانومتر افزایش چشمگیری را در خواص کششی موجب نشد. در حالی که نتایج آزمون خمش سه نقطه ای نمونه برش دار، که برای اندازه گیری انرژی شکست انجام شد، اثر هم افزایی قابل توجهی را در استفاده هم زمان از دو نوع نانوذره سیلیکا نشان داد. انرژی شکست اپوکسی بدون نانوذرات از 280 J/m2، برای کامپوزیت دارای نانوذرات 12 نانومتر تا 740 J/m2 افزایش داشت. اگر این ذرات به همراه ذرات 20 نانومتر استفاده شوند، با کسر وزنی کل برابر، انرژی شکست تا 770 J/m2 زیاد می شود. در نهایت محاسبات نشان داد، اندازه دهانه ترک حدود چند میکرومتر بوده که خیلی بزرگ تر از ابعاد ذرات سیلیکاست. بنابراین، نقش سازوکار های اتصال ترک و انحراف ترک در افزایش چقرمگی ناچیز است و تغییرشکل پلاستیک و گسترش حباب سازوکار های غالب هستند.

در این پژوهش، خواص الکترومغناطیسی اسفنج های میکروسلولی پلی یورتان گرمانرم به عنوان مواد جاذب رادار به روش تجربی در محدوده بسامد نوار X (8.2-12.4 GHz) تحلیل شد. در چارچوب پژوهش حاضر، هدف این است که به ارتباط میان شکل شناسی اسفنج شامل اندازه و کسر حجمی سلول های هوا و خواص الکترومغناطیسی آن شامل درصد جذب، عبور و بازتاب پی برد. نانوکامپوزیت ها با درصدهای مختلف دوده با روش انعقاد تهیه و نانوکامپوزیت %15 وزنی، با استفاده از روش اسفنج سازی ناپیوسته و گاز CO2 ابربحرانی، در کسر حجمی و اندازه سلول های مختلف به اسفنج میکروسلولی تبدیل شدند. شکل شناسی سلولی اسفنج ها، با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی و خواص الکترومغناطیسی با دستگاه Vector Network Analyzer ارزیابی شد. اثر پارامترهای شکل شناسی اسفنج شامل کسر حجمی و نیز اندازه سلول های هوا روی خواص جذب بررسی شد که در طراحی اسفنج های جاذب رادار نقش بسزایی دارند. در نهایت، ارتباط میان ساختار اسفنج و خواص الکترومغناطیسی آن بنا شد. اسفنج سازی سبب کاهش آستانه شبکه ای شدن نانوکامپوزیت به علت کاهش متوسط فاصله میان نانوذرات می شود. اسفنج سازی با کاهش ثابت دی الکتریک مقدار بازتاب را به مقدار قابل توجهی کاهش داده و افزایش کسر حجمی سلول های هوا به علت تعدد پراش داخل ماده سبب افزایش درصد جذب به ازای واحد جرم اسفنج می شود. حساسیت موج الکترومغناطیسی در برابر تغییرات اندازه سلول نسبت به تغییرات کسرحجمی اسفنج های میکروسلولی به مراتب کمتر است. خواص الکترومغناطیسی اسفنج های میکروسلولی از نظریه های محیط موثر قدری انحراف دارد. کسر حجمی سلول های هوا تابع اندازه سلول نیز هستند و سلول های ریزتر خواص جذب بهتری نشان می دهند.

خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی سامانه های پلیمری به ویژگی های ریزساختاری زنجیر های درشت مولکولی بستگی دارد. نسبت های واکنش پذیری از خاص ترین پارامترهای سینتیکی هستند که دیدگاه روشنی درباره ترکیب میانگین و توزیع توالی مونومرها را در سامانه های کوپلیمری ایجاد می کنند. نسبت های واکنش پذیری دو کومونومر متاکریلیک اسید (MAA) و اتیل آکریلات (EA) در دمای 60 درجه سلسیوس به روش کوپلیمرشدن رادیکالی محلول در درصد تبدیل های کم بررسی شد. در نمونه های سنتز شده از آزوبیس ایزوبوتیرونیتریل (AIBN) به عنوان آغازگر گرمایی و از دی متیل سولفوکسید دوتریم دار (DMSO-d6) به عنوان حلال واکنش استفاده شد. سپس نسبت های واکنش پذیری به روش های خطی حداقل مربعات معمولی (OLS) برون خطی H NMR که شامل روش های مایو- لوئیس، فاینمن-راس، فاینمن- راس معکوس، یرزلیوف-بروخینا-راسکین، جوشی-جوشی، کلن- تادوس، کلن-تادوس توسعه یافته و مائو- هوگلین است. نسبت های واکنش پذیری حاصل از روش های خطی برون خطی H NMR با استفاده از روش های حداقل مربعات تعمیم یافته (GLS) و حداقل مربعات معمولی (OLS) بررسی شد. نتایج نشان داد، روش GLS نسبت به روش OLS، مقادیر ضریب تعیین (R2) افزایش و مقادیر واریانس نسبت های واکنش پذیری را به طور نسبی کاهش می دهد. همچنین نشان داده شد، نسبت های واکنش پذیری حاصل از روش مائو-هاگلین به روش GLS بهترین تخمین خطی را نشان می دهد.

امروزه، تلاش های قابل توجهی در زمینه ساخت سامانه های پلیمری ناتراوا در برابر گاز انجام می شود. این سامانه ها در مقایسه با سامانه های فلزی مزایایی همچون چگالی کم و هزینه ساخت کمتری دارند. از مهم ترین چالش ها در زمینه ساخت سامانه های پلیمری، انتخاب مناسب اجزا و شرایط فرایندی با هدف کاهش تراوایی گازهای مختلف است. در این پژوهش، ابتدا نانوذرات با استفاده از آلومینیم نیترات 9 آبه و سدیم دودسیل سولفات به عنوان عامل ایجاد ساختار به روش آب گرمایی سنتز شد و با استفاده از آزمون های FE-SEM و EDAX به عنوان نانوآلومینای صفحه ای شناسایی شد. در مرحله دوم، نانوکامپوزیت اپوکسی حاوی نانوآلومینای صفحه ای و کامپوزیت اپوکسی-الیاف کربن حاوی مقادیر مختلف نانوآلومینای صفحه ای ساخته شد. مقادیر نانوآلومینای صفحه ای اضافه شده به رزین اپوکسی در هر دو سامانه 1، 2.5 و %5 وزنی بود. اثر مقدار بارگذاری نانوذرات بر تراوایی گازهای نیتروژن، آرگون و کربن دی اکسید در نمونه های نانوکامپوزیتی اپوکسی-نانوآلومینای صفحه ای اندازه گیری شد. مشاهده شد تراوایی نیتروژن، آرگون و کربن دی اکسید به ترتیب 83، 74 و %50 کاهش یافته و مقدار کاهش تراوایی، با قطر مولکول گاز متناسب است. به طور کلی، استفاده از نانوآلومینای صفحه ای باعث کاهش چشمگیر تراوایی گاز شده است. همچنین، تراوایی گاز کربن دی اکسید در نمونه های کامپوزیت اپوکسی-الیاف کربن دارای نانوآلومینای صفحه ای با هدف مشخص کردن اثر اجزا بر تراوایی سامانه بررسی شد. نتایج نشان داد، تراوایی گاز کربن دی اکسید در نانوکامپوزیت اپوکسی- الیاف کربن حاوی %5 وزنی نانوآلومینای صفحه ای %84 کاهش یافته است.

در پژوهش حاضر، چسب کامپوزیتی رسانای الکتریسیته با استفاده از رزین اپوکسی به عنوان ماتریس پلیمری و ذرات پودر مس پوشش یافته با فلز نقره به عنوان پرکننده تهیه شد. سپس، روی چسب کامپوزیتی تهیه شده آزمون های مختلف نظیر میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، طیف سنجی پلاسمای جفت شده القایی (ICP)، تجزیه گرماوزن سنجی و اندازه گیری مقدار مقاومت ویژه الکتریکی و مقدار استحکام برشی انجام شد. تصاویر SEM از سطح شکست این چسب کامپوزیتی نشان داد، با اضافه شدن پوشش نقره روی سطح ذرات مس، ناهمواری ها و برجستگی های روی سطح ذرات کروی شکل مس کاهش یافته اند. اندازه ذرات پس از پوشش یافتن با نقره تغییر محسوسی نیافته و در حدود کمتر از 35mm بود. همچنین تصاویر SEM نشان داد، مسیرهای رسانایی به خوبی در ماتریس پلیمری ایجاد شده اند. با افزودن پرکننده رسانا، استحکام برشی چسب از 12.14 MPa تا 10.77 MPa کاهش می یابد، اما این مقدار استحکام برای اتصال قطعات مناسب است. همچنین با افزودن پرکننده رسانا، پایداری گرمایی ماتریس پلیمری چسب افزایش یافت. در نهایت، بررسی خواص الکتریکی این چسب کامپوزیتی نشان داد، با افزایش مقدار پرکننده پودر مس، مقاومت ویژه الکتریکی چسب رسانا با شیب تندی کاهش می یابد، اما با ازدیاد پرکننده به %70 وزنی، شیب آن کم می شود. از این رو، مقدار بهینه پرکننده رسانای الکتریسیته از جنس پودر مس پوشش یافته با نقره برای ایجاد خواص الکتریکی، مکانیکی و گرمایی قابل قبول، %70 وزنی به دست آمد که مقاومت الکتریکی ویژه آن 2.8×10-2 W.cm است.

در این مقاله، غشای نامتقارن ماتریس ترکیبی ماتریمید MIL-53، با لایه پوشسی سیلیکونی (PMHS) ساخته شد. سه پارامتر اصلی در ساخت این غشای نامتقارن شامل غلظت پلیمر ماتریمید، غلظت پلیمر لایه پوششی و درصد ذرات چارچوب آلی-فلزی MIL-53 با روش طراحی آزمون بهینه سازی شد. سپس، تراوایی گاز CO2 و CH4 در تمام غشاهای ساخته شده اندازه گیری شد. برای بررسی ساختار غشا، ساختار سطح مشترک پلیمر و ذرات و اثر تغییر پارامترهای ساخت در ساختار غشا، تصاویر SEM از سطح مقطع آن ها گرفته شد. همچنین، آزمون های TGA و FTIR برای بررسی مقاومت گرمایی غشا و پیوندهای موجود در آن انجام شد. نتایج نشان داد، غشاهای ساخته شده ساختارمتخلخل با حفره های انگشتی داشته و در درصدهای کم تا متوسط از ذرات افزوده شده، فضاهای خالی گزینش ناپذیر در سطح مشترک تشکیل نشده است. مقاومت گرمایی غشا با افزودن ذرات MIL-53 افزایش یافت و دمای شکست پلیمر از 410oC به 450oC درجه سلسیوس افزایش یافت. نتایج تراوایی غشاها نشان داد، بیشترین مقدارگزینش پذیری 23.6 CO2/CH4 مربوط به غشای ماتریمید (10% wt) PMHS/ (15% wt) MIL53- (20%wt) بود. اگرچه در غشاهای حاوی 30% وزنی ذرات به دلیل تجمع آن ها و وجود شکاف، گزینش پذیری کاهش یافت و به 7.5 رسید. نتایج طراحی آزمون نشان داد، پارامتر غلظت لایه پوششی با اهمیت است و با افزایش غلظت پلیمر، گزینش پذیری افزایش می یابد. در حالی که غلظت پلیمر لایه گزینش پذیر در محدوده آزمون شده، اثر معناداری بر عملکرد غشا نداشت. بهینه سازی پارامترها نشان داد، غشای حاوی %15.5 وزنی ذرات با غلظت پلیمر %17.8 و غلظت لایه پوششی %13.2 بیشترین مقدار گزینش پذیری و تراوایی CO2 را دارد.

در این پژوهش، غشاهای ماتریس ترکیبی پلی سولفون (PSf) با پخش مونت موریلونیت طبیعی (Mt) و اصلاح شده با اسید آمینه (M-AA) برای حذف آرسنیک از آب ساخته شد. آزمون های میکروسکوپ الکترونی پویشی، پراش پرتو X، میکروسکوپ نیروی اتمی، تعیین زاویه تماس، گذر دهی آب خالص و استحکام مکانیکی برای مقایسه غشاهای خالص و ماتریس ترکیبی پلی سولفونی انجام شد. آزمون های طیف سنجی زیرقرمز و پراش پرتو X، اصلاح موفق مونت موریلونیت با اسید آمینه و پروتون داربودن گروه عاملی آمینی را نشان داد. پتانسیل زتای مونت موریلونیت پس از اصلاح با اسید آمینه از منفی به مثبت تغییر یافت. بیشترین بهبود در گذر دهی آب خالص، تخلخل و خواص آب دوستی در غشای ماتریس ترکیبی PSf/Mt به دلیل خواص آب دوست مونت موریلونیت به دست آمد. هر چند، مونت موریلونیت اصلاح شده برهم کنش بهتری با پلی سولفون داشت و مقاومت مکانیکی را بیشتر افزایش داد. افزون بر این آزمون های جذب مشخص کرد، بازده حذف غشای ماتریس ترکیبی PSf/M-AA به علت بار مثبت سطح مونت موریلونیت اصلاح شده بهتراست. نتایج به دست آمده نشان داد، مقدار گذر دهی آب خالص، آب دوستی، زبری، استحکام مکانیکی و ظرفیت جذب آرسنیک غشاهای PSf/M-AA با افزایش مقدار M-AA از 0 تا %1.5 وزنی بیشتر می شود. پلی سولفون خالص ظرفیت جذب ناچیزی نشان داد، در حالی که ظرفیت جذب برای غشاهای ماتریس ترکیبی حاوی %1.5 وزنی Mt و M-AA به ترتیب تا 1.4 و 16 mg/g به دست آمد. در نهایت، قابلیت استفاده مجدد غشای ماتریس ترکیبی PSf/M-AA با %1.5 وزنی در پنج مرحله آزمون های جذب و کاهش در سامانه فیلترکردن انتهابسته بررسی شد. نتایج به دست آمده قابلیت استفاده غشای ساخته شده را برای چند مرحله متداول تایید کرد.