Ảnh hưởng của việc cải thiện bề mặt các hạt nano silic đối với tính chất cơ và vật lý của nanocomposite epoxy, và động lực học quá trình đóng rắn

Springer Science and Business Media LLC - Tập 27 - Trang 1-14 - 2019
Arash Kamran-Pirzaman1, Yaser Rostamian2, Sahra Babatabar1
1Department of Chemical Engineering, University of Science and Technology of Mazandaran, Behshahr, Iran
2Department of Mechanical Engineering, Sari Branch, Islamic Azad University, Sari, Iran

Tóm tắt

Trong bài báo này, việc cải thiện bề mặt đã được thực hiện trên các hạt nano silic bằng cách sử dụng 3-aminopropyl triethoxysilane (APTES) và các thay đổi bề mặt của các hạt nano đã được điều tra thông qua hình ảnh TEM và FE-SEM. Hơn nữa, các tính chất vật lý và cơ học đã được nghiên cứu bằng cách xây dựng ba mẫu bao gồm epoxy nguyên chất, epoxy/hạt nano silic không được sửa đổi và epoxy/hạt nano silic đã được sửa đổi với trọng lượng tương ứng là 1%, 3% và 5% khối lượng của các hạt nano so với tổng hệ thống (epoxy và chất khó rắn). Kết quả cho thấy các hạt nano đã được sửa đổi phân tán tốt trong ma trận epoxy, và modulus đàn hồi đã được cải thiện. Ví dụ, trong một mẫu với tỷ lệ 5% khối lượng của hạt nano silic, modulus đàn hồi kéo, ứng suất giới hạn và biến dạng chịu đựng lần lượt tăng lên 77%, 124% và 32%. Do quá trình đóng rắn epoxy là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của epoxy đã được đóng rắn, các mẫu quá trình đóng rắn đã được phân tích bằng DSC. Bên cạnh đó, nhiều phương pháp đo năng lượng kích hoạt đã được thực hiện dựa trên mô hình động học phù hợp. Phương trình tốc độ phản ứng đã được thiết lập cho từng mẫu. Các hạt đã được sửa đổi làm giảm năng lượng kích hoạt của quá trình so với ba mẫu epoxy và epoxy/hạt nano silic không sửa đổi.

Từ khóa

#hạt nano silic #epoxy #tính chất cơ học #quá trình đóng rắn #năng lượng kích hoạt

Tài liệu tham khảo

Lee H, Neville K (1967) Handbook of epoxy resins1st edn. McGraw-Hill, New York Brydson JA (1999) Plastic materials7th edn. Butterworths, Oxford, pp 744–777 Cakic SM, Ristic IS, Jaso VM, Radicvic RZ, Ilic OZ, Simendic JKB (2012) Investigation of the curing kinetics of alkyd melamine–epoxy resin system. Prog Org Coat 73:415–424 Nonahal M, Rastin H, Saeb MR, Sari MG, Moghadam MH, Zarrintaj P, Ramezanzadeh B (2018) Epoxy/PAMAM dendrimer-modified graphene oxide nanocomposite coatings: nonisothermal cure kinetics study. Prog Org Coat 114:233–243 Poole CP, Owens FJ (2003) Introduction to nanotechnology. Wiley, Hoboken Ajayan PM, Schadler LS, Braun PV (2003) Nanocomposite science and technology. WILEY-VCH Verlag GmbH & co. KGaA, Weinheim Wessel JK (2004) Handbook of advanced materials: enabling new designs. Wiley, Hoboken Lin S-H, Lai S-M, Lin C-M (2016) Preparation and characterization of polystyrene sulfonic acid-co-maleic acid copolymer modified silica nanoparticles. J Polym Res 23:44–55 Biercuk MJ, Johnson AT (2002) Carbon nanotube composites for thermal management. Appl Phys Lett 80:2767–2769 Zhu J (2003) Improving the dispersion and integration of single-walled carbon nanotubes in epoxy composites through functionalization. Nano Lett 3:1107–1113 Kim JA (2006) Effects of surface modification on rheological and mechanical properties of CNT/epoxy composites. Carbon. 44:1898–1905 Sarathi R, Sahu RK, Rajeshkumar P (2007) Understanding the thermal, mechanical and electrical properties of epoxy nanocomposites. Mater Sci Eng 445-446:567–578 Jumahat A, Soutis C, Mahmud J, Ahmad N (2012) Compressive properties of nanoclay/epoxy nanocomposites. Process Eng 41:1607–1613 Roscher C, Adam J, Eger C, Pyrlik M (2002) Novel radiation curable nanocomposites with outstanding material properties. Proc. RadTech, Indiana Ragosta G, Abbate M, Musto P, Scarinzi G, Mascia L (2005) Epoxy-silica particulate nanocomposites: chemical interactions, reinforcement and fracture toughness. Polymer 46:10506–10516 Jiao J, Liu P, Wang L, Cai Y (2013) One-step synthesis of improved silica/epoxy nanocomposites with inorganic-organic hybrid network. J Polym Res 20:202–210 Allahverdi A, Ehsani M, Janpour H, Ahmadi S (2012) The effect of nanosilica on mechanical, thermal and morphological properties of the epoxy coating. Prog Org Coat 75:543–548 Shin D, Banerjee D (2015) Enhanced thermal properties of SiO2 nanocomposite for solar thermal energy storage applications. Int J Heat Mass Transf 84:898–902 Bledzki AK, Gassan J (1999) Composites reinforced with cellulose-based fibers. Prog Polym Sci 24:221–274 Jones RG, Ando W, Chojnouski J (2000) Silicon-containing polymer. Kluwer, New York Gu H, Guo Y, Wong SY, Li X, Shim VPW (2013) Effect of interphase and strain-rate on the tensile properties of polyamide 6 reinforced with functionalized silica nanoparticles. Compos Sci Technol 75:62–69 Ma PC (2007) Effects of silane functionalization on the properties of carbon nanotube/epoxy nanocomposites. Compos Sci Technol 67:2965–2972 Lavorgna M, Romeo V, Martone A, Zarrelli M, Giordano M, Buonocore GG, Qu MZ, Fei GX, Xia H (2013) Silanization and silica enrichment of multiwalled carbon nanotubes: synergistic effects on the thermal-mechanical properties of epoxy nanocomposites. Eur Polym J 49:428–438 Bryan E (1993) Chemistry and technology of epoxy resins. Springer, Dordrecht Abdalla MOM, Dean DR, Robinson PA, Nyairo E (2008) Cure behavior of epoxy/MWCNT nanocomposites: the effect of nanotube surface modification. Polymer 49:3310–3317 Li L, Zou H, Liang M, Chen Y (2014) Study on the effect of poly (oxypropylene) diamine modified organic montmorillonite on curing kinetics of epoxy nanocomposites. Thermochim Acta 597:93–100 Bi Q, Hao L, Zhang Q, Wang P, Xu P, Ding Y (2019) Study on the effect of amino-functionalized alumina on the curing kinetics of epoxy composites. Thermochim Acta. https://doi.org/10.1016/j.tca.2019.178302 Leelachai K, Konngkachuichay P, Dittanet P (2017) Toughening of epoxy hybrid nanocomposites modified with silica nanoparticles and epoxidized natural rubber. J Polym Res 24:41–51 Sbirrazzuoli N, Vyazovkin S (2002) Learning about epoxy cure mechanisms from isoconversional analysis of DSC data. Thermochim Acta 388:289–298 Kissinger HE (1957) Reaction kinetics in differential thermal analysis. Anal Chem 29:1702–1706 Dukarska D, Bartkowiak M (2016) The effect of organofunctional nanosilica on the cross-linking process and thermal resistance of UF resin. J Polym Res 23:166–173 Wang CS, Lin CH (2000) Novel phosphorus-containing epoxy resins. Part II: Curing kinetics. Polymer 41:8579–8586 Vyazovkin S (2001) Modification of the integral Isoconversional method to account for variation in the activation energy. J Comput Chem 22:178–183 Vyazovkin S, Sbirrazzuoli N (2006) Isoconversional kinetic analysis of thermally stimulated processes in polymers. Macromol Rapid Commun 27:1515–1532 Vyazovkin S, Burnham AK, Criado JM, Perez-Maqueda LA, Popescu C, Sbirrazzuoli N (2011) ICTAK kinetic committee recommendations ffor performing kinetic computations on thermal analysis data. Thermochim Acta 520:1–19 Pham Q-T, Yu-Xuan Zhan Y-X, Wang F-M, Chern C-S (2019) Mechanisms and kinetics of non-isothermal polymerization of N,N′-bismaleimide-4,4′-diphenylmethane with barbituric acid in dimethyl sulfoxide. Thermochim Acta 676:139–144 Prime RB (1997) In: Turi EA (ed) Thermal characterization of polymeric materials. Academic, New York Zvetkov VL (2002) Comparative DSC kinetics of thereaction of DGEBA with aromatic diamines. I: non-isothermal kinetic study of the reaction of DGEBA with mphenylene diamine. Polymer 43:1069–1080 Lu MG, Shim MJ, Kim SW (2001) Curing reaction and phase change in liquid crystalline monomer. Macromol Chem Phys 202:223–230 Malek J (1992) The kinetic analysis of nonisothermal data. Thermochim Acta 200:257–269