سنتز نانوآلوميناي صفحه اي و اثر آن بر تراوايي گاز در كامپوزيت اپوكسي-الياف كربن

Synthesis of Plate-Like Nanoalumina and Its Effect on Gas Permeability of Carbon Fiber Epoxy Composite

امروزه، تلاش هاي قابل توجهي در زمينه ساخت سامانه هاي پليمري ناتراوا در برابر گاز انجام مي شود. اين سامانه ها در مقايسه با سامانه هاي فلزي مزايايي همچون چگالي كم و هزينه ساخت كمتري دارند. از مهم ترين چالش ها در زمينه ساخت سامانه هاي پليمري، انتخاب مناسب اجزا و شرايط فرايندي با هدف كاهش تراوايي گازهاي مختلف است. در اين پژوهش، ابتدا نانوذرات با استفاده از آلومينيم نيترات 9 آبه و سديم دودسيل سولفات به عنوان عامل ايجاد ساختار به روش آب گرمايي سنتز شد و با استفاده از آزمون هاي FE-SEM و EDAX به عنوان نانوآلوميناي صفحه اي شناسايي شد. در مرحله دوم، نانوكامپوزيت اپوكسي حاوي نانوآلوميناي صفحه اي و كامپوزيت اپوكسي-الياف كربن حاوي مقادير مختلف نانوآلوميناي صفحه اي ساخته شد. مقادير نانوآلوميناي صفحه اي اضافه شده به رزين اپوكسي در هر دو سامانه 1، 2/5 و %5 وزني بود. اثر مقدار بارگذاري نانوذرات بر تراوايي گازهاي نيتروژن، آرگون و كربن دي اكسيد در نمونه هاي نانوكامپوزيتي اپوكسي-نانوآلوميناي صفحه اي اندازه گيري شد. مشاهده شد تراوايي نيتروژن، آرگون و كربن دي اكسيد به ترتيب 83، 74 و %50 كاهش يافته و مقدار كاهش تراوايي، با قطر مولكول گاز متناسب است. به طور كلي، استفاده از نانوآلوميناي صفحه اي باعث كاهش چشمگير تراوايي گاز شده است. همچنين، تراوايي گاز كربن دي اكسيد در نمونه هاي كامپوزيت اپوكسي-الياف كربن داراي نانوآلوميناي صفحه اي با هدف مشخص كردن اثر اجزا بر تراوايي سامانه بررسي شد. نتايج نشان داد، تراوايي گاز كربن دي اكسيد در نانوكامپوزيت اپوكسي- الياف كربن حاوي %5 وزني نانوآلوميناي صفحه اي %84 كاهش يافته است.

n recent years considerable efforts have been made to develop gas impermeable polymer systems. Compared with metal system counterparts they have advantages such as low density and production costs. The most important challenge in development of impermeable polymer systems is to reduce their gas permeability by proper selection of system composition and process conditions. In this work, nanoparticles were initially synthesized using Al (NO3)3•9H2O and sodium dodecyl sulfate as a structure-directing agent via hydrothermal method and a plate-like structure was characterized by FESEM and EDAX analyses. In the second step, epoxy/platelike nanoalumina nanocomposites and epoxy-carbon fiber composites containing 1, 2.5, and 5 wt% nanoalumina were prepared. The effect of nanoparticle loading level on permeability of nitrogen, argon, and carbon dioxide in epoxy/plate-like nanoalumina nanocomposites was investigated. It was observed that the permeability of epoxy/ plate-like nanoalumina nanocomposites toward nitrogen, argon, and carbon dioxide gases reduced 83%, 74%, and 50%, respectively. It was deduced that the permeability reduction was clearly associated with the diameter of gas molecules. Generally speaking, the results showed that the incorporation of plate-like nanoalumina particles significantly reduced the gas permeability. Also, carbon dioxide gas permeability of carbon fiber epoxy composites containing plate-like nanoalumina was investigated to show the effect of ingredients on the gas permeability of the system. The results indicated that carbon dioxide gas permeability of epoxy carbon fiber composite containing 5 wt% of plate-like nanoalumina was totally reduced 84%.