Polimer Matrisli Nanokompozitler

Polimer matrisli nanokompozitler ticari olarak çeşitli uygulamalar için üretilir. (örneğin uzay parçaları, otomobil, spor ürünleri, vb.) Son 20 yılda, polimer nanokompozitlerin gelişiminde önemli bir artış olmuştur. 1980’lerin başında taramalı tünel mikroskobu ve taramalı prob mikroskobunun keşfiyle, nanoteknoloji alanında nanoboyutta çalışmak kolaylaştıştır. Bilim adamları yüzey yapısını atomik boyutta görebilir hale gelmiştir. Aynı zamanda bilgisayar teknolojisinde gelişmeler nanoboyutta karakterizasyon ve modelleme ile özellik tahminini kolaylaştırdı. Nanomalzemelerin karakterlerinin eşsiz kombinasyonu (mekanik özellikler vb.) bir çok ilginç alanlar ortaya çıkarmıştır. Ayrıca, birçok nanokompozit polimer geleneksel polimer kompozit üretim tekniklerine benzemesi nanokompozitleri daha çekici kılmaktadır.

Nanokompozitler, iki veya daha fazla malzemenin en az birinin nano boyutta olmak şartı ile bir araya getirilmesidir. Nanoboyut bilimi ve teknolojisi araştırmaları atomik boyut karakterizasyonu ve modellemesinin kombinasyonu ile yürütülebilir.

Kullanılan Nano Partiküller

partikuller

Şekil 1: Yaygın kullanılan takviye elamanları ve yüzey/hacim oranları

Mikro partiküllerden nano partiküllere geçişte mekanik özelliklerde önemli ölçüde değişmeler vardır. Nanoboyuttaki malzemeler geniş yüzey alanına sahiptir. Nanoyapılı malzemeler mikroyapılı malzemeler ile aynı kompoziyonda olsa bile farklı özellikler gösterebilir. Bunun  nedeni kimyasal ve fiziksel özelliklerin yüzey veya yüzey özellikleri tarafından kontrol edilmesidir. Birim hacmin yüzey alanı, malzeme çapıyla ters orantılıdır. Malzeme çapı küçüldükçe birim hacim yüzey alanı artar. Yaygın kullanılan partikül geometrileri ve  yüzey alanı hacim oranları Şekil 1’de verilmiştir.

Genellikle, nanomalzemeler yüksek çap/boy oranı sayesinde yüksek takviyeleme verimi sağlarlar. Nanokompozitlerin özellikleri, takviye fazın büyüklük oranı ve iki faz arasındaki karışıma derecesinden büyük ölçüde etkilenir. Kullanılan takviye elemanının cinsine ve üretim yöntemine bağlı olarak kompozitin özelliklerinde önemli farklar elde edilebilir. Örneğin Şekil 2, Tabakalı nanokompozitlerin 3 ana yapısını göstermektedir. Polimer silikat tabakaları arasına giremezse, özellikler mikrokompozitlere benzer olarak kalır. Intercalated yapılarda, polimer zincirler silikatlar arasına girer. Düzenli ve çok tabakalı bir yapı meydana gelir. Eğer silika tabakaları tamamen ve düzenli olarak dağılırsa, exfoliated yapısı elde edilir. Bu yapılar önemli ölçüde farklı özellikler gösterir.

polimer-nanokompozit-yapilar
Şekil 2: Polimer matristeki oluşan 3 tip tabakalı silika yapısı

DİSPERSİOYONUN ÖNEMİ

Fiber veya parçacık takviyeli nanokompozitlerde nano partiküllerin dağılması ve partikül-matris arayüzeyine tutunması (adezyon) mekanik özelliklerin belirlenmesinde önemli rol oynar. İyi bir dispersiyon sağlanmadan mekanik özelliklerde artış beklenmemez, aksine mekanik özellikleri düşürebilir. İyi bir adezyon ise kayma mukavemetini, katman ayrılması, yorulma ve korozyon direnci gibi özellikleri artırabilir.

Nanokompozit araştırmaları elektronik ve bilgisayar, veri depolama, iletişim, uzay ve uçak, sağlık, enerji, çevre ve spor malzemeleri gibi bir çok alanı kapsamaktadır.

NANOKOMPOZİTLERİN ÖZELLİKLERİ, ÜRETİMİ VE UYGULAMALARI

1990’ların başında Toyota araştırmacıları naylon6-kil termoplastik nanokompozit teknolojisini temel alarak çalıştıklarını duyurdular. Çalışmalarında, %4,2 kil takviyesi ile mekanik özelliklerde önemli artışlar görüldü. Elastisite modülü iki katına, mukavemet %50’den fazlasına çıkarıldı. Isıl çarpılma sıcaklığında artış görüldü. Boeing firmasına göre nanokompozitler, uzun menzil uçuşlarında ve taşıma kapasitesinde önemli artışların sağlanmasında önemli rol oynacaktır. Koo ve Pilate yüksek sıcaklık uygulamarı için siyanat ester, epoksi ve fenolik naylonun kullanılmasını keşfettiler.

nanokompozit-otomotiv

Şekil: Nanokompozitlerin otomotiv uygulamaları a) Basamak: İlk ticari uygualama b) impala: 2. ticari uygulama

OTOMOBİL SANAYİSİNDE NANOKOMPOZİTLER

Polimer nanokompozitlerin otomobillerde kullanılan ilk örneği naylon6-kil nanokompozitlerin triger kayışı kapağında kullanılmasıdır. Chevrolet Impala, poliefin nanokompozitlerden kapı geliştirmiştir. Bundan sonra GMC Safari ve Chevrolet Astra modellerinde poliefin nanokompozitler basamak olarak kullanıldı. Honda Acura modelinde ise PP-kil nanokompozitler koltuk parçalarında kullanıldı.

Naylon-6 polimeri içinde dağılmış organik modifiyeli killer boyutsal kararlılık ve bariyer özelliklerini önemli ölçüde artırır. Bariyer özelliği iceçek uygulamalarında önemli rol oynamaktadır. Kil tabakaları iyi bir biçimde dağıldığında difüzyon için gerekli yol uzunluğu artacak ve dolambaçlı hale gelecektir. Yolun uzaması ve dolambaçlı hale gelmesi gaz ve nem geçirgenliğini düşürmektedir.

UZAY SANAYİSİNDE NANOKOMPOZİTLER

Uzay uygulamaları için yüksek tokluk, sıcaklık (-196 C°- 125 C°), boyutsal kararlılık kritik önem taşır. Timmerman ve arkadaşları, dondurucu tanklar için nanokili fiber/epoksi takviyeli kompozitlerde kullanmış, mikro çatlaklar ve ısıl döngülerden kaçınıldığı için mekanik ve termal özelliklerinde artış görülmüştür.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.