سنتز نانوآلوميناي صفحه‌اي 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، تلاش‌هاي قابل توجهي در زمينه ساخت سامانه‌هاي پليمري ناتراوا در برابر گاز انجام مي‌شود. اين سامانه‌ها در مقايسه با سامانه‌هاي فلزي مزايايي همچون چگالي كم و هزينه ساخت كمتري دارند. از مهم‌‌ترين چالش‌ها در زمينه ساخت سامانه‌هاي 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 به‌عنوان عامل ايجاد ساختار به روش آب‌گرمايي سنتز شد و با استفاده از آزمون‌هاي FE-SEM و EDAX به‌عنوان نانوآلوميناي صفحه‌اي شناسايي شد. در مرحله دوم، نانوكامپوزيت اپوكسي حاوي نانوآلوميناي صفحه‌اي و كامپوزيت اپوكسي-الياف كربن حاوي مقادير مختلف نانوآلوميناي صفحه‌اي ساخته شد. مقادير نانوآلوميناي صفحه‌اي اضافه شده به رزين اپوكسي در هر دو سامانه 1، 5/2 و %5 وزني بود. اثر مقدار بارگذاري نانوذرات بر تراوايي گازهاي نيتروژن، آرگون و كربن دي‌اكسيد در نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي اپوكسي-نانوآلوميناي صفحه‌اي اندازه‌گيري شد. مشاهده ‌شد تراوايي نيتروژن، آرگون و كربن دي‌اكسيد به ترتيب 83، 74 و %50 كاهش يافته و مقدار كاهش تراوايي، با قطر مولكول گاز متناسب است. به‌طور كلي، استفاده از نانوآلوميناي صفحه‌اي باعث كاهش چشمگير تراوايي گاز شده است. همچنين، تراوايي گاز كربن دي‌اكسيد در نمونه‌هاي كامپوزيت اپوكسي-الياف كربن داراي نانوآلوميناي صفحه‌اي با هدف مشخص‌كردن اثر اجزا بر تراوايي سامانه بررسي شد. نتايج نشان داد، تراوايي گاز كربن دي‌اكسيد در نانوكامپوزيت اپوكسي- الياف كربن حاوي %5 وزني نانوآلوميناي صفحه‌اي %84 كاهش يافته است.

In 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/plate-like 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%.