سنتز رزين بنزوكسازين و بررسي خواص مكانيكي نانوكامپوزيت‌هاي اپوكسي-بنزوكسازين-سيليكا

Synthesis of Benzoxazine Resin and Evaluating the Mechanical Properties of Epoxy-Benzoxazine-Silica Nanocomposites

فرضيه: امروزه رزين‌هاي گرماسخت از پركاربردترين رزين‌هاي مصرفي در صنايع مختلف از جمله صنايع هوافضا و خودرو هستند. از اين ميان، رزين‌هاي اپوكسي اهميت ويژه‌اي دارند. تقويت خواص مكانيكي اين رزين به‌منظور استفاده در كاربردهاي ويژه همواره يكي از نيازهاي صنعت بوده است. در پژوهش حاضر تلاش شده است تا با استفاده از رزين بنزوكسازين بر پايه آنيلين و بيس فنول A و(Ba-a) و نانوذرات سيليكا (Si)، مدول كششي رزين اپوكسي بهبود داده شود. روش‌ها: بدين منظور با توجه به نبود دسترسي به اين رزين و براي دستيابي به توان علمي توليد كامپوزيت‌هاي اپوكسي-بنزوكسازين، رزين بنزوكسازين به روش حلالي سنتز و حلال‌زدايي شد. در ادامه، براي اطمينان از ماهيت ساختاري رزين سنتزشده و بررسي خواص گرمايي آن، از آزمون‌هاي طيف‌سنجي زيرقرمز تبديل فوريه (FTIR)، رزونانس مغناطيسي هسته‌ پروتون هيدروژن (1HNMR) و گرماسنجي پويشي تفاضلي (DSC) بهره گرفته شد. پس از اطمينان از توليد رزين بنزوكسازين و آشنايي با ويژگي‌هاي فرايندي آن آميزه‌سازي رزين اپوكسي انجام شد. يافته‌ها: نتايج حاصل از اين پژوهش نشان داد، كامپوزيت اپوكسي-بنزوكسازين (%80:20 وزني همراه با عامل پخت و شتاب‌دهنده) (EB-82) مي‌تواند مدول كششي را نسبت به اپوكسي خالص (GPa 3.33) حدود %17 افزايش دهد. با افزايش مقدار رزين بنزوكسازين به %30، خواص مكانيكي تغييري نكرد. بنابراين، از EB-82 براي ساخت ساير كامپوزيت‌ها استفاده شد. در نانوكامپوزيت‌هاي با 2 و %4 وزني نانوسيليكا مدول كششي به‌ترتيب نزديك به 26 و %51 (4.1 و GPa 1.5) افزايش يافت. اين نتايج جالب توجه به برهم‌كنش خوب ميان اجزا و توزيع خوب پركننده نسبت داده شد.

Hypothesis: Today, thermoset resins are one of the most widely used resins in various industries including aerospace and automotive industries. In this respect, epoxy resins are of particular importance. Strengthening the mechanical properties of this resin for use in special applications has always been a requirement of the industry. Thereby, an attempt was made to improve the tensile modulus of epoxy resin using benzoxazine resin based on aniline and bisphenol A (BA-a) and silica nanoparticles (Si). Method: Due to the lack of availability of epoxy resin and to achieve the scientific ability of producing epoxy-benzoxazine composites, benzoxazine resin was synthesized by solvent method and then the solvent was removed. Subsequently, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), proton nuclear magnetic resonance (1HNMR) and differential scanning calorimetry (DSC) tests were used to verify the structural nature of the synthesized resin and evaluate its thermal properties. After making sure that the benzoxazine resin was produced and familiarized with its process properties, epoxy resin blending was performed. Finding: The results of this work showed that the tensile modulus of epoxy-benzoxazine-based composite (80:20 wt/wt%) (EB-82) (3.9 GPa) is 17% higher than a neat epoxy resin (3.33 GPa). By increasing the amount of benzoxazine resin to 30%, the mechanical properties did not change. Therefore, EB-82 was used to make other composites. In nanocomposites with 2 and 4 wt% nanosilica, the tensile modulus increased to about 26 and 51% (4.1 and 1.5 GPa, respectively). These interesting results were attributed to the good interaction between the components and the good filler dispersion.