منابع و ماخذ مقاله c (3192)

چشمانتان پر فروغ ، دستانتان پر توان و ایمانتان جاودان باد .

کلیه حقوق مادی مترتب بر نتایج مطالعات،
ابتکارات و نوآوری‌های ناشی از تحقیق موضوع
این پایان نامه (رساله) متعلق به پژوهشگاه
پلیمر و پتروشیمی ایران می‌باشد

فرازی از سخنان دکتر علی شریعتی :

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ای جوان :
تو میدانی و همه میدانند که زندگی از تحمیل لبخند بر لبان من ، از آوردن برق امیدی در نگاه من ، از برانگیختن موج شعفی در دل من عاجز است.
تو میدانی و همه میدانند که شکنجه دیدن به خاطر تو ، زندانی کشیدن به خاطر تو و رنج بردن به پای تو تنها لذت بزرگ زندگی من است ، از شادی توست که من در دل می‌خندم ، از امید رهایی توست که برق امید در چشمان خسته‌ام می‌درخشد و از خوشبختی توست که هوای پاک سعادت در ریه‌هایم احساس می‌کنم.

**************

نمی‌توانم خوب حرف بزنم ،
نیروی شگفتی مرا در زیر این کلمات ساده ، جمله‌های ضعیف و افتاده پنهان کرده . مرا دریاب ! دریاب !
استاد دکتر علی شریعتی
پروردگارا :
به من توفیق تلاش در شکست ، صبر در نا امیدی ، رفتن بی همراه ، کار بی پاداش ، فداکاری در سکوت ، تنهایی در انبوه جمعیت و دوست داشتن بی آنکه دوست بداند روزی کن.

تقدیم به بارگاه ملکوتی ثامن‌الحجج :
به پاکی تو وضو می‌گیرم ، به صداقت آبی‌ات اقتدا می‌کنم ، با ایمان به خلوص سبزت به سجده می‌روم ، این دل نذر ضریح چشم‌هایت یا رضا (ع) ،
در آستانه گنبد طلائی‌ات من فقط یک اشتیاق نورانی‌ام.

به مهدی فاطمه (ع):
بیا که چشمانی غمناک و صبور هنوز به انتظار آمدنت نشسته‌اند ، بیا که دستانی روزهای پوچ بی تو بودن را به امید لحظه حضورت هاشور می‌زنند ، ای گل نرجس ! بیا تا چشمانم زیبایی‌ات را به قلم هدیه دهند و در این سو قلبی آمدنت را به شادمانی بنشیند.
به امید آن روز …

تقدیم به
پدر بزرگوارم :
پیشکشی ناچیز به محضر پدر بزرگوار و عزیزم ، او که به من آموخت دردهای بزرگ از آن مردان بزرگ است، لیکن از آن به کوچکی یاد می‌کنند و دردهای کوچک از آن مردان کوچک و به من آموخت تا انتخاب کنم که در زمره کدامین باشم .

**************

پدر عزیزم ،
گرچه‌ گوهری که شایسته نثارت باشد در خود سراغ ندارم، اما آنچه بدان دست یافته‌ام را به تو تقدیم می‌کنم باشد که این اندک، قطره‌ای از دریای لطف و رحمتت را جبران کند.

تقدیم به
مادر مهربانم :
که بدون شنیدن صدای آرامش بخش ایشان گردآوری این مجموعه میسر نبود.
او که فروغ نگاهش، گرمی کلامش و روشنی رویش سرمایه جاودانی زندگی من است و وجود پر مهرش به رایم عزیزترین است . او که وجودش برایم همه مهر است و مهر و ایثار من به پایش هیچ است و هیچ .

**************

مادر عزیزم ،
در برابر وجود نازنینت زانوی ادب بر زمین می‌نهم و با دلی مالامال از عشق و محبت متواضعانه بر دستانت بوسه می‌زنم .

تقدیم به
خواهران و همسر عزیزم :
که همیشه از محبت‌هایشان برخوردار بوده‌ام و صمیمانه دوستشان دارم امیدوارم که توانسته باشم هر چند لحظه‌ای شادی را بر لب‌ها و چشم‌های پر فروغشان بیفشانم .

**************

تقدیم و تقدیر :
کلمات بیانگر مکنونات قلبی‌ام نیست،
سکوت نمایانگر کامل احساسم نیست،
هنر نمایشگر واقعی عواطفم نیست،
در زمینه راه جوانی به دوستان عزیزم پیشکش می‌کنم..

و
تقدیم به دوست عزیزتر از جانم که تنها خاطرش در خاطرم ماند..
مسعود عزیز
گرچه به ظاهر نیست اما یادش همیشه و همه حال همراهم بوده..
فهرست
عنوان صفحه
فصل اول : مقدمه1
1-1-کامپوزیت‌ها1
1-2-نانو فناوری2
1-3-نانو کامپوزیت‌ها3
1-3-1-تاریخچه تهیه و استفاده از نانو کامپوزیت‌ها3
1-3-2-معرفی نانو کامپوزیت‌ها3
1-4-هدف4
فصل دوم : مروری بر مطالعات انجام شده5
2-1-فاز پیوسته (زمینه/ماتریس)5
2-1-1-رزین یورتان-اکریلات5
2-1-2-رزینهای پلی استر غیر اشباع6
2-1-3-رزینهای وینیل استر7
2-2-الیاف8
2-2-1-ویژگی‌های الیاف طبیعی9
2-2-2-روش‌های اصلاح الیاف طبیعی10
2-3-نانو ذرات15
2-3-1-سیلیکات‌های لایه‌ای15
2-3-2-ساختمان و خواص سیلیکات‌‌های لایه‌ای آلی دوست17
2-4-انواع نانو کامپوزیت‌‌های خاک رس18
2-4-1-میکرو کامپوزیت18
2-4-2-نانو کامپوزیت در هم رفته18
2-4-3-نانو کامپوزیت ورقه شده18
2-5-روش‏‌های تهیه نانوکامپوزیت‌‌های پلیمری19
2-5-1-پلیمریزاسیون نفوذی درجا19
2-5-2-درهم گرفتگی پلیمر یا پیش پلیمر از محلول ( محلولی)20
2-5-3-اختلاط مذاب20
2-6-روش‏‌های شناسایی نانوکامپوزیت‌‌های لایه‌ای20
2-6-1-پراش اشعه ایکس20
2-6-2-میکروسکوپی الکترونی عبوری21
2-6-3-سایر تکنیک‌های شناسایی22
2-7-روش‌های شکل دهی کامپوزیت‌ها22
2-7-1-قالب‌گیری رزین تحت خلاً23

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

2-7-2-تجهیزات فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً و راه اندازی24
2-8-تحقیقات گزارش شده27
2-8-1-نانو کامپوزیت‌های حاوی نانو ذرات رس27
2-8-2-کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف طبیعی30
2-8-3-نوآوری در پژوهش35
فصل سوم : بخش تجربی36
3-1-مواد و تجهیزات36
3-1-1-مواد36
3-1-2-تجهیزات41
3-2-روش آزمون42
3-2-1-پخش و باز نمودن نانو ذرات در ماتریس رزینی43
3-2-2-اصلاح سطح الیاف44
3-3-مشخصه یابی پخش نانو‌ذرات و آماده‌سازی سطح الیاف45
3-3-1-ویسکوزیته45
3-3-2-آزمون پراش اشعه ایکس45
3-3-3-میکروسکوپ الکترونی روبشی / تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده45
3-3-4-میکروسکوپ الکترونی عبوری45
3-3-5-آزمون‌های مشخصه یابی آماده سازی سطح الیاف45
3-4-تهیه و تولید کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌ها46
3-4-1-تهیه قالب چوبی46
3-4-2-تهیه قالب سیلیکونی46
3-4-3-سیستم پخت رزین یورتان-اکریلات48
3-4-4-تهیه کامپوزیت‌های پر شده با نانو ذرات با استفاده از فرآیند ریخته‌گری48
3-4-5-تولید کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف طبیعی توسط فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً49
3-5-آزمون‌های تعیین خواص نمونه‌‌های کامپوزیتی51
3-5-1-آزمون کشش51
3-5-2-آزمون خمش52
3-5-3-آزمون ضربه52
3-5-4-شکاف زن52
3-5-5-سختی سنجی بارکول52
3-5-6-سرعت سوختن52
3-5-7-جذب آب52
فصل چهارم : نتایج و بحث54
4-1-نانوکامپوزیت‌‌های بر پایه رزین یورتان-اکریلات و نانو ذرات خاک رس54
4-1-1-مشخصه یابی نانو کامپوزیت54
4-1-2-خواص مکانیکی و فیزیکی60
4-2-کامپوزیت‌ها و نانوکامپوزیت‌‌های یورتان‌اکریلات تقویت شده با الیاف فلاکس قبل و بعد از اصلاح سیلانی الیاف74
4-2-1-مشخصه یابی کامپوزیت‌ها و نانو کامپوزیت‌ها74
4-2-2-خواص فیزیکی و مکانیکی78
فصل پنجم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات88
5-1-نتیجه‌گیری88
5-2-پیشنهادات جهت ادامه تحقیق90
فصل ششم : مراجع و منابع92
6-1-منابع و مراجع92

فهرست شکل‌ها
شکل صفحهشکل 1-1 : رابطه تقریبی شعاع ذره با سطح آن3شکل 2-1 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین یورتان-اکریلات6شکل 2-2 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین پلی استر7شکل 2-3 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین وینیل استر8شکل 2-4 : شماتیک الیاف طبیعی8شکل ‏12-5 : ساختار کریستالی سیلیکات‏‌های لایه‌ای16شکل ‏126 : شماتیک اصلاح خاک رس18شکل27 : ساختار نمادین سه نوع نانو کامپوزیت حاصل از اختلاط رس19شکل 2-8 : نمودار‌های XRD یک نمونه فلوئوروهکتوریت در ماتریس HDPE21شکل 2-9 : نحوه قرار گیری و ترتیب تجهیزات فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً24شکل 2-10 : نحوه‌ی چیدمان اجزای فرآیند جهت پرهیز از ورود رزین به خلأ26شکل 3-1: نحوه تهیه و ساختار شیمیایی رزین یورتان-آکریلات37شکل 3-2: تصویر پراش اشعه ایکس نانو ذرات خاک رس39شکل 3-3: الیاف کتان (فلاکس) با آرایش تک جهته39شکل 3-4: ساختار شیمیایی تری اتو کسی وینیل سیلان40شکل 3-5: شماتیک کلی کار انجام شده در پروژه42شکل 3-6: شماتیک روند تهیه رزین حاوی نانو ذرات44شکل 3-7: شماتیک اصلاح الیاف44شکل 3-8: تصویر نهایی قالب سیلیکونی ساخته شده جهت تهیه نمونه‌های آزمون به روش ریخته‌گری47شکل 3-9: تعدادی از نمونه‌های آزمون تهیه شده توسط فرآیند ریخته گری47شکل3-10: نمودار دما-زمان مدت زمان ژل برای رزین یورتان-اکریلات48شکل 3-11: شماتیک تهیه صفحات کامپوزیتی تقویت شده با الیاف توسط فرآیند قالب گیری رزین تحت خلاً49شکل 3-12: صفحه‌ی تولید شده توسط فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً، قبل از برش51شکل 3-13: قطعه برش خورده از صفحه تولید شده توسط فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً51شکل 4-1 : منحنی تغییرات ویسکوزیته رزین با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس55شکل 4-2 : تصاویر پراش اشعه ایکس نانو کامپوزیت‌های حاوی 0، 5/0، 5/1، 3، 5، 7 و 10 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس56شکل 4-3 : ریز نگار میکروسکوپ الکترونی عبوری نمونه حاوی 3 درصد نانو خاک رس58شکل4-4: ریز نگار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش آلومینیوم) نمونه RP+3N59شکل 4-5: نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (مبنی بر وجود نانو ذرات) نمونه RP+3N59شکل 4-6: ریز نگار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش آلومینیوم) نمونه RP+7N60شکل 4-7: نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (مبنی بر وجود نانو ذرات) نمونه RP+7N60شکل 4-8 : تغییرات استحکام و مدول کششی نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات از 0 تا 10 درصد وزنی61شکل 4-9: دو نمونه با مدولی یکسان (الف) استحکام بیشتر (ب) استحکام کمتر63شکل 4-10 : تغییرات ازدیاد طول رزین عاری از نانو ذرات قبل (الف) و بعد (ب) از آزمون کشش. تغییرات ازدیاد طول ماتریس حاوی نانو ذرات قبل (ج) و بعد (د) از آزمون کشش64شکل 4-11 : تغییرات ازدیاد طول نانو کامپوزیت‌های با درصد وزنی بالای نانو ذره و حاوی حباب‌های هوا قبل (الف) و بعد (ب) از آزمون کشش65شکل 4-12 : تغییرات استحکام و مدول خمشی نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات از 0 تا 10درصد وزنی66شکل 4-13 : تغییرات مقاومت در برابر ضربه نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی68شکل 4-14: تصویر شماتیک مکانیزم افزایش استحکام ضربه در نانو کامپوزیت‌های حاوی نانو ذرات68شکل 4-15: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP69شکل 4-16: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP+3N70شکل 4-17: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه RP+7N70نمودار 4-18 : تغییرات جذب آب نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی71نمودار 4-19 : تغییرات سختی بارکول نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات خاک رس از 0 تا 10 درصد وزنی72شکل 4-20: شماتیک طول پیموده شده جهت سوختن نمونه‌‌های حاوی 0 تا 10 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس73شکل 4-21: (الف) تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه FRP (ب) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش کربن) نمونه FRP (با بزرگنمایی 20 میکرومتر)75شکل 4-22: نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده نمونه FRP مبنی بر عدم وجود عوامل سیلانی و نانو ذرات75شکل 4-23 : (الف) تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه FRST (ب) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش سیلان) نمونه FRST)(با بزرگنمایی 20 میکرومتر)76شکل 4-24 : نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده نمونه FRST مبنی بر وجود عامل سیلان در الیاف76شکل 4-25 : (الف) تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه FRSTN (ب) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش سیلان) نمونه FRSTN (پ) تصویر تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده (پخش آلومینیوم) نمونه FRSTN (با بزرگنمایی 20‌میکرومتر) 77شکل 4-26 : نمودار تجزیه پرتو ایکس با انرژی پاشنده نمونه FRSTN مبنی بر وجود عامل سیلانی در الیاف و نانو ذرات در ماتریس رزینی77شکل 4-27 : تغییرات استحکام و مدول کششی نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس78شکل 4-28 : شماتیک فصل مشترک به وجود آمده پس از اعمال عامل اصلاح کننده سیلانی بین اجزاء کامپوزیت79شکل 4-29 : تغییرات مقاومت در برابر ضربه کامپوزیت و نانوکامپوزیت‌‌های هیبریدی82شکل 4-30: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRP در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)83شکل 4-31: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRST در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)83شکل 4-32: ریز نگار میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه FRSTN در ابعاد 50 میکرومتر (الف) و 20 میکرومتر (ب)84شکل 4-33 : تغییرات استحکام و مدول خمشی نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس85شکل 4-34 : تغییرات جذب آب کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس86
فهرست جداول
جدول صفحهجدول 2-1 : خواص الیاف فلاکس در مقایسه با الیاف شیشه9جدول 2-2 : تعدادی از سیلان‌ها و محدوده کاربرد آن‌ها13جدول 2-3 : چند نمونه از ترکیبات سیلانی با گروه آلی متفاوت13جدول 3-1 : خواص رزین مایع در دمایدC 2537جدول 3-2 : ترکیب درصد سیستم پخت نسبت به ماتریس پلیمری38جدول 3-3 : خواص نانو ذره مورد استفاده38جدول 3-4: ترکیب درصد اجزای شیمیایی و خواص مشخصه الیاف کتان مصرفی39جدول 3-5: مقایسه خواص الیاف فلاکس و الیاف شیشه40جدول 3-6 : نام اختصاری فرمولاسیون‌های تهیه شده از مخلوط رزین و نانو ذرات خاک رس 43 جدول 3-7 : نام اختصاری فرمولاسیون‌های متفاوت از کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تهیه شده در فاز دوم 50 جدول 4-1 : تغییرات ازدیاد طول در نقطه شکست نانو کامپوزیت‌ها با افزایش میزان نانو ذرات از 0 تا 10 درصد وزنی63 جدول 4-2 : تغییرات ازدیاد طول در نقطه شکست کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌ها هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس81
چکیده
به دلیل ویسکوزیته پایین و خواص ضد اشتعال و پخت نسبتاً آسان، رزین‌‌های یورتان-اکریلات مورد توجه می‌باشند. از طرفی الیاف طبیعی با منابع تجدید شونده، قیمت پایین، دانسیته کم و خواص ویژه بالا، از قابلیت ویژه‌ای برای استفاده در کامپوزیت‌ها برخوردار می‌باشد. اما جذب رطوبت نسبتاً زیاد و آتش گیر بودن آن‌ها، در مقایسه با الیاف کربن و شیشه، کاربری آن‌ها را محدود نموده است. تلفیق رزین یورتان-اکریلات با الیاف طبیعی می‌تواند خواص خوبی به لحاظ فیزیکی و مکانیکی ایجاد نماید. از طرفی حضور ذرات در ابعاد نانو می‌تواند بر خواص مکانیکی، حرارتی و جذب آب آن‌ها اثرات مطلوبی داشته باشد. در فاز اول این پروژه رزین یورتان-اکریلات (Modar) با نانو رس در درصد‌های وزنی مختلف با استفاده از هموژنایزر و حمام اولتراسونیک تلفیق شد. ساخت نمونه‌‌های مورد نیاز جهت انجام آزمون‌های فیزیکی و مکانیکی با استفاده از قالب سیلیکونی و به روش ریخته‌گری انجام شد. پخش نانو ذرات با استفاده از تکنیک‌های TEM، XRD و اندازه‌گیری ویسکوزیته بررسی شد. خواص مکانیکی شامل (کشش، خمش و ضربه) و خواص فیزیکی نانو کامپوزیت‌های حاصله شامل (سختی، سرعت سوختن و جذب آب) مورد بررسی قرار گرفت.
در فاز دوم تحقیق، الیاف طبیعی فلاکس توسط عامل اتصال دهنده سیلانی با نام تری اتو کسی وینیل سیلان آماده سازی شد. با این توصیف به جهت مشاهده اثر عامل اتصال دهنده سیلانی و همچنین پخش نانو ذرات خاک رس در کامپوزیت و نانوکامپوزیت‌‌های هیبریدی حاصله، این بخش از پروژه به سه قسمت تقسیم شد: در قسمت اول، کامپوزیت‌‌های بر پایه رزین یورتان-اکریلات تقویت شده با الیاف اصلاح نشده (FRP) تهیه شد تا با ورود عامل اتصال دهنده سیلانی در قسمت دوم، اثر بهبود فصل مشترک در خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت‌‌های تقویت شده با الیاف سیلانی اصلاح شده (FRST) مورد بررسی قرار گیرد. در قسمت سوم نیز به منظور تأثیر نانو ذرات خاک رس بر خواص فیزیکی و مکانیکی نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف فلاکس اصلاح شده (FRSTN)، از نانو کامپوزیت حاوی 3درصد وزنی نانو کلی که در فاز اول به لحاظ تکنیک‌های شناسایی و خواص به عنوان بهینه‌ترین فرمولاسیون انتخاب شده بود به عنوان فاز ماتریس مورد استفاده قرار گرفت. کامپوزیت‌ها و نانو کامپوزیت‌‌های هیبریدی تقویت شده با الیاف اصلاح شده و اصلاح نشده توسط فرآیند قالب‌گیری رزین تحت خلاً تهیه شد. بهبود فصل مشترک کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی فوق به وسیله عامل اتصال دهنده سیلانی توسط تصاویر SEM دنبال شد. وجود نانو ذرات خاک رس و عامل اتصال دهنده سیلانی به ترتیب در ماتریس پلیمری و سطح الیاف طبیعی، توسط تکنیک‌ EDXA بررسی شد. در انتها خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت و نانو کامپوزیت‌های هیبریدی تهیه شده در فاز دوم اندازه‌گیری شد و اثرات عامل اتصال دهنده سیلانی و نانو ذرات خاک رس در آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج نشان داد که افزودن نانو ذرات خاک رس در بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت‌های تهیه شده در فاز اول موثر بوده که بهینه‌ترین خواص، در نانو کامپوزیت‌های حاوی 3 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس مشاهده شده است. همچنین مشاهده شده که اصلاح الیاف کتان، توسط تری اتوکسی وینیل سیلان و پس از آن افزودن نانو ذرات به کامپوزیت‌های اصلاح شده، خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف در فاز دوم را بهبود داده است.

1 فصل اول : مقدمه

در تهیه قطعات مهندسی، همواره وزن کم و در عین حال خواص مکانیکی بالا از ارجحیت برخوردار بوده است و به همین دلیل هم از دیر باز کامپوزیت‌ها مورد توجه بوده‌اند و روز به روز تحقیقات در زمینه آن‌ها در حال گسترش می‌باشد. با توجه به اینکه در سال‌های اخیر فناوری نانو مورد توجه بسیار قرار گرفته است، نانو کامپوزیت‌ها نیز شاخه نسبتاً جدیدی از کامپوزیت‌ها را به خود اختصاص داده‌اند.
1-1-کامپوزیت‌ها
کامپوزیت‌ها مواد پیشرفته‌ای هستند که از دو یا چند ماده یا فاز که دارای برهم کنش‌‌های فیزیکی و یا شیمیایی، در سطح مولکولی یا اتمی با یکدیگر می‌باشند، تشکیل شده‌اند. روش‌های متنوع و زیادی برای ترکیب مواد و یا فاز‌های مختلف وجود دارد که شامل: اختلاط، آمیزه سازی، هم زدن، ذوب کردن و کنار هم چیدن است. از هر جزء مشخص در کامپوزیت‌ها، برای ایجاد خواصی مطلوب که در هیچ یک از مواد به کار رفته در ترکیب، به تنهایی وجود ندارد، استفاده می‌شود. یک کامپوزیت شامل حداقل دو فاز پیوسته (ماتریس) و ناپیوسته‌ (الیاف) است. امروزه کامپوزیت‌ها در محدوده وسیعی از کاربردها از جمله در زمینه‌هایی نظیر حمل و نقل، ابزار آلات، الکترونیک و محصولات دیگر به کار می‌روند.
کامپوزیت‌ها علیرغم داشتن مزایایی نظیر هزینه‌ی کم، مدول و مقاومت کششی بالا، اغلب باعث کاهش وضوح نوری و شفافیت و صافی سطح محصولات تهیه شده و در پاره‌ای از موارد موجب شکننده شدن پلیمر می‌گردند.
فناوری نانو و تولید مواد در ابعاد نانومتری موضوع تحقیقاتی جالبی است که توجه بسیاری از محققین را به خود معطوف داشته است. زمینه نانو کامپوزیت‌های پلیمری نیز به عنوان یکی از شاخه‌های این فناوری جدید، در سال‌های اخیر اهمیت ویژه‌ای یافته است و یکی از شاخه‌های تحقیقاتی فعال به شمار می‌آید.
1-2-نانو فناوری
نانو فناوری یکی از شاخه‌های نسبتاً جدید علوم است که با سرعت زیادی در حال رشد و شکوفایی است. نانو فناوری عبارت است از توسعه تحقیقات و فناوری در سطوح اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی با طول تقریبی یک الی صد نانومتر، برای فراهم آوردن شناخت اصولی از پدیده‌ها و مواد در مقیاس نانو و با هدف ایجاد و استفاده از ساختارها، قطعات و سامانه‏‌هایی که به خاطر اندازه کوچک و یا متوسط خود خواص کاربردی جدیدی دارند[1]. این فناوری کاربرد‌های بدیعی را در صنایع مختلف پیدا کرده و طیف وسیعی از محصولات را پوشش می‌دهد، از کاربرد‌های بسیار پیشرفته هوا فضا گرفته تا لوازم روزمره زندگی مانند لباس و پوشاک. مفاهیم جدید نانو فناوری چنان گسترده شده‏اند که دیگر به سختی می‏توان همه آن‌ها را در یک جا ذکر کرد و علی رغم اینکه این فناوری مفهوم جدیدی در صنعت می‏باشد در برخی موارد مانند فناوری اطلاعات و یا هوا فضا مفهومی غیرقابل چشم‏پوشی است. دلیل اهمیت وافر و روز افزون این مفهوم تازه را می‏توان در این واقعیت یافت که با ایجاد ساختار‌های نانومتری، کنترل خصوصیات مهم مواد چون دمای ذوب، رفتار مغناطیسی و حتی رنگ آن‌ها، بدون تغییر در ترکیب شیمیایی آن‌ها، ممکن خواهد بود[1].
کارایی هر سازه وابسته به خواص مواد تشکیل دهنده آن است و خواص مواد نیز کاملاً وابسته به ساختار اتمی و مولکولی، ترکیب، ساختار میکروسکوپی، عیوب و سطوح مشترک ذرات آن است. یکی از دلایل خواص منحصر به فردی که این ذرات از خود نشان می‌دهند سطح بسیار بالای آن‌هاست، زیرا با کاهش اندازه و شعاع ذرات، سطح آن‌ها به شدت زیاد شده و به طبع آن نسبت سطح به حجم شدیداً افزایش می‌یابد ( این اثر در شکل 1-1 نمایش داده شده است). از دیگر مزایای مواد در این ابعاد را می‏توان به غیر قابل مشاهده بودن آن‌ها تحت نور مرئی اشاره کرد. زیرا بر اساس تئوری Mei [1] چنانچه ابعاد ذرات کمتر از نصف طول موج نور مرئی (کمتر از 200 نانومتر) باشد پرتو‌های نوری بدون تفرق یا انعکاس از ذره عبور می‏کنند، بدین ترتیب می‌توان از این ذرات برای ایجاد خواصی جدید بدون تأثیر بر خواص نوری ماده اولیه استفاده کرد.

1-3-نانو کامپوزیت‌ها
1-3-1-تاریخچه تهیه و استفاده از نانو کامپوزیت‌ها
در سال 1959 ریچارد فاینمن برنده جایزه نوبل فیزیک در سخنرانی خود در دانشگاه کالیفرنیا این پرسش را مطرح کرد که: “اگر بتوان اتم‌ها را یک به یک به گونه‌ای که می‌خواهیم مرتب کنیم چه پیش خواهد آمد؟”. این پرسش منشاً تئوری خلق نانوتکنولوژی مدرن و علم نانو بود. توسعه میکروسکوپ نیروی اتمی1 و میکروسکوپ مجرا زن الکترونی روبشی2 توسط IBM در دهه 80 دیگر دلیل پیشرفت این علم بود. اختراع میکروسکوپ‌های روبشی با Nanoprobe نیز در 20 سال اخیر توسعه نانوتکنولوژی و علم نانو را سریع‌تر کرده است .
در سال 1992 نخستین مجله علمی درباره مواد نانو به نام مواد با ساختار نانو به چاپ رسید. در دهه‌های 80 و 90 تهیه نانو تیوب‌های کربنی و باکی بال C60 محرکی دیگر در علم و تکنولوژی نانو بود. از سوی دیگر، بحث‌ها و اطلاعات بسیاری در مورد روش‌های شیمیایی برای آماده سازی نانو ذرات، نانو پودرها و مواد در مقیاس نانو در مقالات و کتاب‌های یک قرن گذشته به آسانی قابل دسترسی است. این مسئله ثابت می‌کند که مفاهیمی همچون نانو سایز، نانو مقیاس و علم نانو برای بیش از یک‌صد سال شناخته شده است.
1-3-2-معرفی نانو کامپوزیت‌ها
واژه نانو کامپوزیت به مواد ترکیبی اطلاق می‌شود که حداقل یکی از ابعاد فاز پُرکننده در مقیاس نانومتری (9-10 متر) باشد. بر اساس ابعاد ذرات پُر کننده، نانو کامپوزیت‌ها به سه دسته زیر تقسیم می‏شوند [1]:
➢ ابعاد ذرات در هر سه فاز در مقیاس نانومتری است و نانو ذرات، مانند ذرات سیلیکای کروی یا نانو زیرکونیای کروی شکل، دارای ابعاد یکسانی هستند.
➢ دو بعد ذرات در مقیاس نانو و بعد سوم بزرگ‌تر از یک‌صد نانومتر است مانند نانو لوله‌‌های کربنی.
➢ ذرات تنها دارای یک بعد در مقیاس نانو است. غالباً این نوع پرکننده‌ها ساختاری ورقه‌ای دارند مانند نانو ذرات رس[2, 3].
در بین انواع مختلف نانو ذرات، نانوکامپوزیت‌‌های پلیمر- سیلیکات، هم در صنعت و هم در مجامع علمی توجه زیادی را به خود اختصاص داده‌اند و گزارش‌‌های متعددی مبنی بر بهبود خواص مختلف از جمله مدول بالا[4-9]، افزایش استحکام و بهبود مقاومت حرارتی[10]، کاهش عبور پذیری گازها[11-15] و اشتعال پذیری[16-19]، و افزایش تخریب پذیری پلیمر‌های تخریب ناپذیر[20] وجود دارد. این در حالی است که مصرف معمول مواد نانو کمتر از 6 درصد وزنی ماتریس پلیمری است. صرف‌نظر از خواص عالی و منحصر به فرد مواد نانو کامپوزیت، در تهیه آن‌ها مشکلات فرآیندی قابل توجهی وجود دارد که از اساسی‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
➢ عدم توزیع یکنواخت فاز نانو ذرات در فاز ماتریس پلیمری؛ این امر می‌تواند باعث کاهش خواص فیزیکی و مکانیکی نانو کامپوزیت شود.
➢ قیمت بالای تجهیزات مورد استفاده برای توزیع یکنواخت فاز نانو ذرات درون فاز زمینه و جلوگیری از به هم چسبیدن ذرات پودر نانو کامپوزیتی و ساخت نانو کامپوزیت‌هایی با ریز ساختار همگن و خواص مکانیکی بالا، باعث غیر اقتصادی شدن و همچنین پیچیده شدن فرآیند می‌شود[21].
1-4-هدف
هدف از انجام این تحقیق، ساخت نانوکامپوزیت‌‌های یورتان-اکریلات/نانو خاک رس و ارزیابی خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه‌‌های حاصل می‌باشد. از دیگر اهداف این پروژه ساخت کامپوزیت‌‌های یورتان-اکریلات بر پایه الیاف طبیعی است که به منظور بهبود خواص حرارتی و جذب آب این نوع الیاف انجام می‌پذیرد و ضمن آن اثر اصلاح سطح الیاف بر خواص کامپوزیت‌ها و در انتها اثر وجود نانو ذرات نیز بر خواص کامپوزیت‌‌های مذکور مورد بررسی قرار می‌گیرد.
این پایان نامه مشتمل بر پنج فصل می‌باشد. در فصل اول مقدمه و برخی تعاریف آورده شده است. فصل دوم، به مرور مطالعات انجام شده در زمینه تحقیق اختصاص یافته است. در فصل سوم مواد و روش‌های انجام تحقیق معرفی شده است. در فصل چهارم نتایج بدست آمده از آزمون‌های صورت گرفته و تفسیر نتایج آورده شده است. نتیجه‌گیری نهایی و پیشنهادهایی جهت ادامه کار نیز در فصل پنجم آورده شده است.
2 فصل دوم : مروری بر مطالعات انجام شده

2-1-فاز پیوسته (زمینه/ماتریس)
در بعضی از خواص کامپوزیت نظیر استحکام و مدول عرضی3، خواص برشی و خواص در حالت فشاری زمینه نقش اساسی داشته اما نقش کمی در تحمل نیروهای کششی ایفا مینماید. سهل و یا دشوار بودن فرآیندپذیری و وجود نقص4 در یک کامپوزیت، وابستگی زیادی به خصوصیات فیزیکی زمینه مانند گرانروی، نقطه ذوب و دمای پخت آن دارد[22]. انواع زمینههای پلیمری مورد استفاده در صنعت کامپوزیت بر دو دسته‌گرمانرم و گرماسخت تقسیم بندی میشوند.
2-1-1-رزین یورتان-اکریلات5
پلی یورتان‌ها کو پلیمرهایی با خواص و ساختار ویژه هستند که زنجیر مولکولی آن‌ها شامل بخش‌‌های سخت6 متناوب حاوی ایزوسیانات‌ها و انتهای زنجیر و بخش نرم7 تشکیل شده از پلی استر یا پلی اتر
پلی اُل‌ها می‌باشد. بخش‌های سخت موجب سختی پلی یورتان شده، در حالی که بخش‌‌های نرم موجب انعطاف پذیری آن‌ها می‌شوند. بنابراین با تغییرات میزان و نوع بخش‌‌های نرم و سخت چندین نوع پلی یورتان با ساختار و خواص فیزیکی مکانیکی متفاوت به دست می‌آید که دارای کاربردهای وسیعی در تهیه
پوشش‌ها، چسب‌ها هستند. پلی یورتان خواص بسیار خوبی همچون مقاومت در برابر سایش و روغن‌ها، انعطاف‌پذیری، سختی و همانند این‌ها را دارا می‌باشند. پلی یورتان از واکنش الکل‌ها و ایزوسیانات‌ها تهیه می‌شوند که در نهایت با افزودن گروه اکریلاتی پلی یورتان-اکریلات‌ها ساخته می‌شوند. پلی یورتان‌-‌اکریلات نشان داده شده در شکل 2-1 متشکل از ایزوفورن دی‌ایزوسیانات8، پلی‌اتیلن‌گلایکول9 و هیدروکسی اتیل متیل اکریلات10 می‌باشد[23].
شکل 2-1 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین یورتان-اکریلات]23[
2-1-2-رزینهای پلی استر غیر اشباع11
رزین پلیاستر غیراشباع پرمصرفترین رزین در صنعت کامپوزیت میباشد. زنجیر اصلی پلیمری این رزین دارای اتصالات استری می‌باشد که از واکنش تراکمی یک یا چند الکل دو یا چند عاملی (مانند اتیلن گلایکول CH2-CH2-OH HO- ، پروپیلن گلایکول) با اسید یک یا چند عاملی (مانند فتالیک اسید یا انیدرید، مالئیک و فوماریک اسید) تهیه میشوند[24]. شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین پلی استر در شکل 2-2 نشان داده شده است.

شکل 2-2 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین پلی استر]24[
2-1-3-رزینهای وینیل استر
وینیل استرها محصول واکنش رزین های اپوکسی با اسیدهای غیر اشباع اتیلنی می‌باشند، بجز حالات خاص، معمولاً رزین‌های وینیل استر دارای انتهای غیر اشباع می‌باشند. رزین های وینیل استر خواص چقرمگی و مقاومت شیمیایی بسیار بهتری نسبت به رزین‌های پلی استر دارند. زنجیر اصلی اپوکسی سازنده وینیل استر، موجب ایجاد چقرمگی و ازدیاد طول کششی بالاتر می‌شود. جرم مولکولی رزین‌های وینیل استر به انتخاب نوع اپوکسی بکار رفته بستگی دارد. به این دلیل، استحکام کششی، ازدیاد طول، نقطه نرمی و واکنش‌پذیری رزین نهایی توسط جرم مولکولی و ساختار اولیه تعیین می‌شود. این موضوع، این امکان را به وجود می‌آورد که برای کاربردهای مختلف خواص مختلف طراحی شود. رزین‌های وینیل استر در مقایسه با پلی استرهای غیر اشباع مقاومت شیمیایی خوبی دارند. بخشی از این ویژگی مربوط به عدم حضور پیوندهای استری در زنجیره اپوکسی می‌باشد. اتصالات اجزای پلیمر، توسط پیوندهای فنیل استری انجام می‌گیرد. این اتصالات در مقایسه با اتصالات استری در برابر اکثر محیط‌های شیمیایی به ویژه در شرایط قلیایی شدید،
مقاوم‌تر هستند. اتصال استری تنها در انتهای زنجیر وینیل استر وجود دارد. این امر حملات عوامل شیمیایی را به حداقل می‌رساند. ساختار شیمیایی رزین وینیل استر در شکل 2-3 نشان داده شده است.
شکل 2-3 : شمایی از نحوه‌ی تهیه رزین وینیل استر
2-2-الیاف
به طور کلی نقش الیاف در مواد کامپوزیتی تحمل عمده بار وارده بر ساختار کامپوزیت می‌باشد، از این لحاظ از اصلی‌ترین اجزاء مواد کامپوزیتی بشمار می‌رود که بالاترین درصد حجمی را در قبال سایر اجزای کامپوزیت به خود اختصاص می‌دهد. بسیاری از خواص کامپوزیت از جمله استحکام کششی، استحکام فشاری، مدول کششی، جرم مخصوص، خواص الکتریکی و حرارتی تحت تأثیر مستقیم نوع الیاف، میزان و چگونگی آرایش آن‌ها در ساختار قطعه است. الیاف مورد استفاده در صنعت کامپوزیتی را
می‌توان به دو دسته الیاف طبیعی و سنتزی طبقه بندی نمود، که الیاف طبیعی نیز بسته به منشاء آن‌ها ممکن است گیاهی، حیوانی و یا از منابع معدنی باشند. شماتیک کلی الیاف طبیعی در شکل 2-4 نشان داده شده است[25].

شکل 2-4 : شماتیک کلی الیاف طبیعی[25]
الیاف گیاهی به چندین دسته از جمله الیاف چوب، الیاف پوست درختان12، الیاف برگ درختان13 و الیاف دانه‌ای14 تقسیم‌بندی می‌شوند. الیاف پوست درختان شامل مرکز چوبی احاطه شده با ساقه می‌باشند و درون ساقه دسته‌های الیاف قرار گرفته است که هر کدام از این‌ها شامل فیلامنت‌هایی می‌باشند که از سلولز و همی سلولز که توسط ماتریس لیگنین یا پکتین به همدیگر پیوند یافته‌اند تشکیل شده‌اند. مثالی از این دسته، الیاف فلاکس15 می‌باشد که در کامپوزیت‌ها جایگزین الیاف شیشه شده است. خواص الیاف فلاکس در مقایسه با الیاف شیشه در جدول 2-1 نشان داده شده است[25].
2-2-1-ویژگی‌های الیاف طبیعی
الف-مزایای الیاف طبیعی[26]
i. دانسیته کم الیاف که سبب مقاومت ویژه و سفتی بالای آن‌ها نسبت به الیاف شیشه می‌شود.
ii. منابع تجدید پذیر دارند و تولید آن‌ها به انرژی کمی احتیاج دارد و سبب کاهش در انتشار مقدار CO2 می‌شوند.
iii. تولید این الیاف احتیاج به سرمایه‌گذاری‌‌های کلان ندارد و این برای کشور‌هایی که از نظر اقتصادی ضعیف می‌باشند، مناسب است.
iv. این الیاف غیر سمی بوده و ایجاد حساسیت‌های پوستی نمی‌نمایند.
v. خواص عایق سازی حرارتی و صوتی دارند.
vi. مدول یانگ بالا و خواص کششی خوب دارند.

جدول 2-1 : خواص الیاف فلاکس در مقایسه با الیاف شیشه[25]

پاسخ دهید