بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی ژلکوت های نانوکامپوزیتی

مصرف کامپوزیت های پلیمری در جهان رو به افزایش است. ژل کوت به دلایل مختلفی در اکثر کامپوزیت های پلیمری لازمست مورد استفاده قرار گیرد. در این پژوهش، از دو جنبه به ژل کوت توجه شده است: • استفاده از آلیاژ رزین وینیل استر و پلی استر • استفاده از نانوگرافن از رزین اپوکسی وینیل استر و رزین پلی استر برپایه نئوپنتیل گلایکول و سه نسبت 25/75، 50/50 و 75/25 از این دو رزین برای تهیه آلیاژ ژل کوت ها استفاده گردید. نمونه های ژل کوت در این پژوهش با استفاده از رزین اپوکسی وینیل استر، رزین پلی استر غیراشباع برپایه نئوپنتیل گلایکول، شروع کننده متیل اتیل کتون پراکساید و شتاب دهنده نفتانات کبالت ، 2 قسمت وزنی پودر اروزیل و 5/1 قسمت وزنی رها ساز حباب تهیه شد. در تهیه نانوگرافن ژل کوت ها، برای کاهش ویسکوزیته میزان اروزیل از 2 قسمت وزنی به 1 قسمت وزنی کاهش یافت. در ادامه ریخت شناسی، خواص جذب آب، حرارتی و مکانیکی این مواد مورد بررسی قرار گرفت. از آزمون های میکروسکوپ الکترونی عبوری،میکروسکوپ الکترونی پویشی وتفرق اشعه ایکس برای برررسی کیفیت پخش و توزیع نانوصفحات گرافن در ماتریس استفاده شد. نتایج این سه آزمون نشان داد که صفحات جدا از هم و متصل به هم نانوگرافن در کنار هم در توده پلیمر وجود دارد و همچنین ضخامت لایه های به هم چسبیده در حد نانومتری است.از نظر میزان جذب آب، ژل کوت برپایه رزین اپوکسی وینیل استر درصد جذب آب کمتری نسبت به ژل کوت حاوی رزین پلی استرغیراشباع برپایه نئو پنتیل گلایکول دارا بوده و در مورد آلیاژ این دو ژل کوت، میزان جذب آب در میان این دو رزین قرار می گیرند به طوری که با افزایش میزان رزین پلی استر غیر اشباع بر پایه نئوپنتیل گلایکول میزان جذب آب افزایش یافته است. با توجه به اینکه درصد تخلخل این رزین ها اختلاف چندانی با یکدیگر نداشته می توان گفت که حجم آزاد آلیاژها نسبت به دو رزین تشکیل دهنده آنها مشابه است. دمای انتقال شیشه ای آلیاژها یکی بوده و نشان دهنده سازگاری کامل دو رزین است. در مورد پایداری حرارتی ژل کوت حاصل از رزین پلی استرغیراشباع برپایه نئوپنتیل گلایکول، میزان زغال بیشتری بر جای گذاشته است. بنظر می رسد که شاخه آویزان نئوپنتیل گلایکول به تشکیل ساختار حلقوی در رزین پلی استر کمک کرده است. خواص مکانیکی شامل خواص کششی، خمشی و ضربه ژل کوت ها و آلیاژهای آنها تفاوت چندانی نداشته است. با افزودن نانوگرافن به میزان 5/0،1 و 5/1 قسمت وزنی به این ژل کوت ها و آلیاژهای آنها کاهش قابل ملاحظه ایی در میزان جذب آب این ژل کوت ها مشاهده گردید. با افزایش نانوگرافن میزان جذب آب کاهش می یابد که تفاوت چندانی بین 1 و 5/1 قسمت وزنی نانوگرافن وجود نداشته و به علت قیمت بالای نانوگرافن، میزان 1 قسمت وزنی برای بررسی ژل کوت های خالص انتخاب گردید. علت کاهش جذب آب در نمونه های دارای نانو به دو دلیل بوده است: با توجه به رابطه فیک می توان گفت که نانوصفحات گرافن که عمود بر مسیر جریان آب قرار دارند، به میزان قابل ملاحظه ای فاصله موثر از سطح را افزایش داده ومنجر به کاهش محسوس میزان جذب آب شده است. دومین عامل تاثیر گذار، دبی سیال در نمونه های ژل کوت در حضور و عدم حضور نانوگرافن ها می باشد. به این صورت که در نمونه های دارای نانوگرافن در نظر گرفته می شود که مساحت سطح نسبت به نمونه خالص کاهش یافته ولی سرعت نفوذ آب در نمونه خالص و نمونه حاوی نانوگرافن برابر بوده در نتیجه می توان گفت دبی سیال در نمونه دارای نانوگرافن کمتر از نمونه خالص می باشد. بنابراین میزان بیشتری آب وارد نمونه خالص شده و این پدیده منجر به جذب آب بیشتر در نمونه های خالص شده است. خواص مکانیکی ژل کوت های حاوی نانوگرافن نسبت به ژل کوت های بدون نانوگرافن، حتی در مدول افزایش نشان نداده است. علت آن در نوع اعمال بار بر سطح نانوگرافن و برهمکنش ضعیف بین نانوصفحات گرافن و ماتریس بوده است. در مورد خواص کششی و خمشی، ژل کوت برپایه رزین اپوکسی وینیل استر حاوی یک قسمت وزنی نانوگرافن نسبت به ژل کوت برپایه رزین پلی استر و آلیاژ این دو ژل کوت به نسبت 75 وینیل استر/25 پلی استر افزایش نشان داده است در حالی که در مورد خواص ضربه،آلیاژ این دو ژل کوت خواص بهتری نشان داده است. علت آن در نوع اعمال بار بر سطح نانوگرافن ها و نیز عدم چسبندگی نانو گرافن غیر اصلاح شده است.همچنین به علت چسبندگی بهتر رزین اپوکسی وینیل استر به نانوگرافن در مواردی منجر به افزایش محدود خواص این ژل کوت نسبت به ژل کوت بر پایه رزین پلی-استرغیراشباع شده است.