منابع فارسي33
فهرست منابع انگليسي34
پيوست الف37
چکيده انگليسي40
فهرست جدولها
عنوان صفحه
جدول (3ـ1) مشخصات نمونههاي تهيه شده13
جدول (4-2) نتايج دماي تبديل شيشهاي نمونههاي مورد آزمايش17
جدول (4-3) دماي تخريب نمونههاي مورد آزمايش19
جدول (4-4) درصد ماده فرار نمونههاي مورد آزمايش24
جدول (4-5) ميزان مدول فشاري نمونههاي مورد آزمايش25
جدول (4-6) ميزان تورم در حلال استن نمونههاي مورد آزمايش27
جدول (4-7) ميزان نفوذپذيري آب نمونههاي مورد آزمايش28
فهرست علامتها و اختصارها
معادل فارسي معادل انگليسي علامت اختصاري
بنزيل دي متيل آمينBenzyldymethyleamineBDMAدي اکتيل فتالاتDyocthylphthalateDOPگرماسنجي روبشي تفاضلي Diffractional Scanning CalorimetryDSCقسمت در صد قسمت رزينpart per hundred resinphrگرماسنجيThermogravimetry AnalysisTGAدماي تبديل شيشهايGlass transition temperatureTg
فهرست نمودارها
عنوانصفحه
نمودار (4ـ1) نمودار Tg نمونه (الف)17
نمودار (4-2) مقايسه Tg نمونههاي مورد آزمايش18
نمودار (4-3) مقايسه دماي تخريب نمونههاي مورد آزمايش19
نمودار (4ـ4) نمودار دماي تخريب نمونه (الف)20
نمودار (4ـ5) نمودار دماي تخريب نمونه (ب)21
نمودار (4ـ6) نمودار دماي تخريب نمونه (ج)22
نمودار (4ـ7) نمودار دماي تخريب نمونه (د)23
نمودار(4-8) مقايسه درصد ماده فرار نمونههاي مورد آزمايش24
نمودار (4-9) مقايسه نمونههاي مورد آزمايش از نظر مدول فشاري26
نمودار (10-4) مقايسه اثر نرمکننده و نوع اپوکسي بر ميزان تورم در استن نمونههاي مورد آزمايش27
نمودار (11-4) مقايسه نمونههاي آزمايش شده نسبت به نفوذ آب29
نمودار (الف-1) نمودار Tg نمونه (ب)37
نمودار (الف-2) نمودار Tg نمونه (ج)37
نمودار (الف-3) نمودار Tg نمونه (د)38
نمودار (الف-4) نمودار Tg نمونه (ه)38
نمودار (الف-5) نمودار Tg نمونه (و)39
فهرست شکلها
عنوان شکل صفحه
شکل (2ـ1) واکنش تهيه رزين اپوکسي از بيسفنول A و اپيکلروهيدرين ……………………………..6
شکل (2ـ2) واکنش پخت رزين اپوکسي با آمين……………………………………………………….7
شکل (2ـ3) پخت اپوکسي و انيدريد …………………………………………………………………..8
شکل (2ـ4) واکنش اپوکسي با فنولها………………………………………………………………… 9
شکل (2ـ5) واکنش عامل گوگرددار و اپوکسي………………………………………………………..9
فهرست رابطهها عنوان صفحه
رابطه (4ـ1) درصد ماده فرار …………………………………………………………………………24
رابطه (4ـ2) مدول الاستيسيته………………………………………………………………………….25
رابطه (4ـ3) درصد تورم در حلال …………………………………………………………………..26
رابطه(4ـ4) درصد نفوذپذيري آب ……………………………………………………………………28
چکيده
رزينهاي اپوکسي که از گروه پليمرهاي گرماسخت هستند، داراي خواصي مانند پايداري حرارتي بالا، چسبندگي خوب، مقاومت شيميايي زياد، سادگي قالبگيري و مقاومت به رطوبت ميباشند. اين رزينها به عنوان چسب، پوششها، رنگ و ابزارآلات پليمري کاربرد دارند. متداولترين رزين اپوکسي از واکنش بيسفنولA و اپيکلروهيدرين در حضور باز تهيه
ميشود که به وسيله عوامل پختي مانند آمينها، انيدريدها، فنولها و تيولها سخت ميشوند. رزينهاي اپوکسي سخت و شکنندهاند. اين طرح به منظور اصلاح رفتار رزين اپوکسي با استفاده از نرمکننده و شتابدهنده انجام شده است. با استفاده از دو نوع رزين، دو نوع عامل پخت، يک شتابدهنده آميني و يک نرمکننده نمونههايي تهيه و مورد بررسي قرار گرفت. استفاده از عامل پخت انيدريدي موفقيتآميز نبود. نمونههاي مورد آزمايش:
نمونه (الف) اپوکسيEPOLAM 2040 RESIN و عامل پخت آميني EPOLAM 2047 با شتابدهنده،
نمونه (ب) اپوکسي 828 و عامل پخت آميني EPOLAM 2047 و شتابدهنده،
نمونه (ج) اپوکسي EPOLAM 2040 و عامل پخت آميني EPOLAM 2047 همراه نرمکننده دياکتيل فتالات و شتابدهنده،
نمونه (د) مخلوط دو اپوکسي 828و EPOLAM 2040 عامل پخت آميني EPOLAM 2047 و نرمکننده دياکتيلفتالات همراه شتابدهنده.
آزمايش Tg با استفاده از دستگاه DSC روي نمونهها نشان داد که نمونههاي داراي نرمکننده داراي دماي تبديل شيشهاي پايين بودند {بدون نرمکننده (الف) °C 7/78 و (ب)°C 0/89، با نرمکننده هر دو °C5/55}. آزمايش درصد ماده فرار در دماي °C105 و به مدت سه ساعت براي نمونههاي (الف) 10/0-% و (ب) 11/0-% و براي نمونههاي داراي نرمکننده، (ج) 10/0-% و (د) 18/0-% را نشان داد. دماي تخريب با دستگاه TGA در شرايط °C50-700 و تغييرات دمايي به ازاي هر °C10 بود که براي نمونه بدون نرمکننده (الف)°C 350 و (ب)°C 373 و براي نمونههاي با نرمکننده (ب) و (ج) به ترتيب °C345 و °C365 بود. درصد تورم در حلال استن براي اپوکسي بدون نرمکننده (الف) 3/24% و (ب) 5/17% و با نرمکننده (ج) 5/37% و (د) 1/38% شد. درصد جذب آب در نمونههاي با نرم کننده (الف) و (ب) به ترتيب 22/0% و 16/0% و نمونههاي بدون نرمکننده (ج) 13/0% و (د) 17/0% شد.
کلمات کليدي: رزين اپوکسي، عامل پخت، شتابدهنده، نرمکننده، دماي تبديل شيشهاي، دماي تخريب
فصل اول: مقدمه
1ـ1 مقدمه
رزينهاي اپوکسي مانند هر پليمر ديگري تحت شرايط توليد، افزودنيها و دما قرار ميگيرند و اين عوامل روي خواص فيزيکي و شيميايي آنها اثرگذار است. باتوجه به گسترش استفاده از اين نوع رزينها تلاش ميشود که خواص آنها بسته به نوع کاربردشان حفظ شده و يا بهبود يابد.

1ـ2 بيان مسأله
رزينهاي اپوکسي1 پليمرهايي گرماسخت2 هستند که کاربرد وسيعي در رنگ، چسب3، پوششها4، ايمپلنتهاي پزشکي5، صنايع الکتريکي و ابزارآلات پليمري دارند (اودگارد6، 2013). اين رزينها از دو پايه مختلف; رزين اپوکسي و عامل پخت7 تشکيل شدهاند. عامل پخت از نوع آمينها8، انيدريدها9 و يا تيول10ها ميتواند باشد. هنگامي که رزين اپوکسي سخت ميشود ساختار شبکهاي سه بعدي پيدا ميکند که پليمرهاي حاصل داراي پايداري گرمايي11 خوب و مدول12 نسبتاً بالا و چسبندگي عالي هستند )کينلوچ و همکاران13، 2014؛ چن و همکاران14، 2013؛ بن صالح و همکاران15، 2014؛ مماني و همکاران16، 1391).
ساختار شبکهاي بالا باعث ميشود که رزين سخت و شکننده و داراي مقاومت ضربهپذيري پاييني باشد (چن و همکاران، 2013). هدف از انجام اين طرح انتخاب مواد مناسب براي تقويت نرمي رزين با حفظ حداقل خواص و دستيابي به شرايط پخت مناسب ميباشد.
1ـ3 ضرورت انجام تحقيق
دامنه کاربرد رزين اپوکسي وسيع ميباشد که بنا به نوع کاربرد و شرايط پخت آن، اصلاح ميگردد، اين طرح به دليل اينکه شرايط پخت همراه با نرمکننده17 را بررسي ميکند، ميتواند مورد توجه قرار گيرد.
1ـ4 اهداف تحقيق
مسأله مورد بحث، سختي و شکنندگي رزين اپوکسي پخت شده ميباشد که هدف از اين تحقيق اصلاح رفتار و دستيابي به حالت تقريباً بهينه و مناسب از رزين همراه نرمکننده و سيستم پخت براي رسيدن به رزين اصلاح شده است.
1ـ5 فرضيه هاي تحقيق
براي انجام اين پروژه روشهاي مورد نظر به صورت زير مطرح ميگردد:

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

الفـ تدارک رزين اپوکسي مناسب،
بـ فرمولاسيون سيستم پخت،
جـ انتخاب عوامل پخت متفاوت و بررسي خواص ناشي از استفاده از آن،
دـ دستيابي به سيستم پخت مناسب در حضور نرمکننده.

فصل دوم: مروري بر تحقيقات انجام شده
2ـ1 مقدمه
اصطلاح “رزين” از موادي که به طور طبيعي و در بيشتر موارد، از گياهان به دست ميآيند، گرفته شده است. در صورتي که محلولهاي اين مواد در حلالهاي آلي، در هوا خشک شوند، به پوششهاي محافظ و سختي تبديل ميگردند. کاربرديترين رزين طبيعي، روزين (يا کلوفان) است. بعدها، هر مادهي سنتزي که مکمل يا جايگزين اين فراوردههاي طبيعي شد، “رزين” نام گرفت (ظهوريانمهر18، 1376).
امروزه رزين به تعدادي از انواع پليمرها، شامل محصولات تراکمي فنولـفرمالدئيد19 و رزينهاي اپوکسي، پليمرهاي وينيلي مانند پلياستيرن20 و پليمتيلمتاکريلات21، و پليمرهاي تراکمي طبقهي پليآميد22 يا پلياستر23 و … گفته ميشود. بيشترين اصطلاح رزين به پليمرهاي خطي يا شبکهاي (يا قابل شبکهاي شدن) که براي عمليات قالبگيري، ريختهگري يا روزنراني و در پوششهاي سطوح استفاده ميشوند ارتباط دارد.
رزينها پليمرهايي و به عبارتي کوپليمر24هايي با وزن مولکولي بالا هستند که در درون زنجيره خود گروههاي فعالي دارند. بيشتر اين پليمرها در دماي محيط، مايع با گرانروي بالا و ظاهر عسل مانند، شفاف با رنگ زرد روشن تا مايل به قهوهاي هستند و يا به صورت پولک و دانههاي جامدي هستند که برحسب نياز در حلال مناسب حل ميشوند (ظهوريانمهر و همکاران، مترجم، 1376).
2ـ2 رزين اپوکسي
اصطلاح اپوکسي به گروه شيميايي اطلاق ميشود که در آن يک اتم اکسيژن با دو اتم کربن ديگر که به نوعي به هم پيوند خوردهاند، متصل ميباشند. سادهترين اپوکسي داراي يک ساختمان حلقوي سه عضوي بوده که اصطلاحاً به آن “1و2 اپوکسي” يا “آلفا اپوکسي” گفته ميشود (دادييوک و گودمن25، 2013؛ راتنا26، 2010).
2ـ3 تاريخچه
ترکيبات داراي رزين اپوکسي از اواخر قرن نوزده (در سال 1891) توسعه پيدا کردند (لي27، 1967).
در اواخر دهه 1930 دو محقق به طور جداگانه از ترکيب اپيکلروهيدرين28 و بيسفنول A29 رزين اپوکسي را ساختند که اولين رزين اپوکسي در دسترس شد. در 1936 دکتر پيير کاستان30 که در يک شرکت در زوريخ 31
آلمان مشغول کار بود رزين اپوکسي را توسعه داد، اين رزين گرماسخت از واکنش با يک انيدريد بدست آمد. در 1955 شرکت شل32 آمريکايي يک اداکت آمينـاپوکسي به عنوان عامل پخت توليد نمود. در 1958 اولين پوششهاي صنعتي براي صنعت نقاشي به صورت رزينهاي جامد تهيه شدند (مي33، 1987).
دردهه 1980 افزايش ملزومات در صنايع کامپوزيت براي کاربردهاي هوا فضا و دفاعي، رزينهاي اپوکسي چند عاملي با کارآيي بالا بر پايه ساختار هاي فنولي و آميني کمپلکس گسترش يافت. در همين دهه رزينهاي اپوکسي با کارآيي بالاتر براي استفاده در صنايع الکترونيک و رايانه توليد شد، در دههي 1990 رزينهاي اپوکسيـآکريلات پخت شونده با تابش، رشد يافتند، رزينهاي مقاوم به نور و چاپ در صنايع الکترونيک از اين دسته ميباشند (خلينا34، 1392). توليد رزين اپوکسي به علت کاربردهاي فراواني که پيدا کرده همچنان رو به گسترش است (دادييوک و گودمن، 2013).
2ـ4 ساخت رزين اپوکسي
متداولترين راه تهيهي رزينهاي اپوکسي تراکم يک ترکيب پليهيدروکسي در حضور يک باز است. معمولاً يک بيسفنول (مانند بيسفنول A) است که در بيشتر موارد با اپيکلروهيدرين، محصول واسطهاي با وزن مولکولي پايين ميدهد که در شکل (2ـ1) آورده شده است. اين واسطه يک پليمر خطي، داراي گروههاي اپوکسيد انتهايي و هيدروکسيلهاي مياني است. در اين واکنش، اپيکلروهيدرين اضافي باعث ميشود که انتهاي زنجيرها به گروههاي اپوکسي ختم شوند (ظهوريانمهر و همکاران، مترجم، 1376).
شکل (2ـ1) واکنش تهيه رزين اپوکسي از بيسفنول A و اپيکلروهيدرين (گريمسلي و همکاران35، 2002؛ يانگ36، 1998).
رزين واسطه (1) مايع يا جامدي با نقطه ذوب بالا (تقريباً °C150) ميباشد.

2ـ5 سخت شدن
عمليات پخت يا سخت شدن، يک واکنش شيميايي است که پيوندهاي عرضي ايجاد ميگردد (رضايي37، 1390). رزينهاي اپوکسي در اثر پخت شدن با عوامل شبکهاي کننده به شبکههاي گرماسخت سه بعدي جامد، غيرقابلذوب و انحلالناپذير تبديل ميشوند (ساختمانيان و بهزادي38، 1385). باز شدن حلقهي اپوکسيد انتهايي و يا استري شدن هيدروکسيلهاي زنجير باعث شبکهاي شدن ميشود. حلقهي اکسيران گروههاي اپوکسي باز شده و اتصالات C-O خطي و بلند ايجاد ميشود، به همين دليل اپوکسيهاي پخت شده جمعشدگي کم و پايداري ابعادي مناسبتري دارند (ظهوريان مهر و همکاران، مترجم، 1376).
عوامل پخت يا کاتاليست و يا کمک واکنش هستند. عامل پخت کاتاليستي به عنوان يک شروع کننده هموپليمرشدن رزين اپوکسي و يا به عنوان شتابدهندهي عوامل پخت ديگر عمل ميکند، در حالي که عوامل پخت کمک واکنشي مانند يک کومونومر در فرآيند پليمرشدن شرکت ميکنند. در اکثر موارد پخت اپوکسيها از طريق ساز و کارهاي هستهدوستي انجام ميشود. مهمترين گروه از عوامل پخت کمک واکنشي عوامل داراي اتمهاي هيدروژن فعال مانند آمينهاي نوع اول و دوم، فنولها، تيولها و ديکربوکسيليکاسيدها يا انيدريدها هستند. اسيدهاي لوييس و آمينهاي نوع سوم نيز عوامل پخت کاتاليستي هستند (خلينا، 1392).
2ـ5ـ1 فرايند پخت با آمين
رزينهاي اپوکسي با عامل پخت آميني با مکانيسم پلزدن و يا کاتاليستي شبکهاي مي شوند (زردان و همکاران39، 1388). در مورد آمينهاي نوع اول يک نوع افزايش صورت ميگيرد که سرعت واکنشدهي آنها بيشتر از آمينهاي نوع دوم است. گروه آمين نوع اول که داراي دو اتم هيدروژن متصل به خود است با دو گروه اپوکسي واکنش داده (شکل (2ـ2))، در حالي که آمين نوع دوم تنها با يک گروه اپوکسي واکنش ميدهد. آمينهاي نوع سوم به جاي انجام يک واکنش افزايشي ساده، بيشتر به وسيله يک مکانيسم پليمرشدن حلقه گشاي کاتاليزوري بر روي گروههاي اپوکسي عمل ميکنند، زيرا واکنش افزايشي ساده با ترکيبات R3N انجام پذير نيست (ظهوري40، مترجم1381).

شکل (2ـ2) واکنش پخت رزين اپوکسي با آمين (يانگ، 1998).
2ـ5ـ2 فرايند پخت با انيدريد
انيدريدها يکي ديگر از عوامل پخت اپوکسي به شمار ميروند. گرانروي کم و عمر مصرف طولاني از مزاياي ترکيبات اپوکسيديـانيدريدي به شمار ميرود، همچنين در حين پخت گرماي کمتري آزاد ميشود (خلينا، 1392).
سخت شدن با سختکنندههاي انيدريد همراه با پليمرشدن تراکمي است و نياز به دماي بالا دارد (ظهوري، مترجم، 1381). شکل (2ـ3) مکانيسم پخت اپوکسي و انيدريد را نشان ميدهد.

شکل (2ـ3) پخت اپوکسي و انيدريد (خلينا، 1392؛ گريمسلي و همکاران، 2002).
2ـ5ـ3 عوامل پخت فنولي
فنول ها گروه ديگر ي از عوامل پخت اپوکسيها هستند که داراي گروههاي هيدروکسيل فنولي هستند و ميتوانند با گروههاي اپوکسي وارد واکنش شوند. ازجمله ترکيبات داراي گروههاي فنولي ميتوان به نووالاکها اشاره نمود که فرايند پخت آن با اپوکسي در شکل (2ـ4) نشان داده شده است.

شکل (2ـ4) واکنش اپوکسي با فنولها (خلينا، 1392).

2ـ5ـ4 عوامل پخت گوگرددار
اين عوامل پخت شامل ترکيبات سولفيدي و مرکاپتاني داراي گروه هاي انتهايي تيولي ((-SH هستند. گروه تيول يا مرکاپتان به تنهايي و در دماي محيط به طور آهسته با رزين اپوکسي واکنش ميدهند. در صورت استفاده از آمين نوع سوم به يون مرکاپتيد با واکنشپذيري بالا تبديل ميشوند.

شکل (2ـ5) واکنش عامل گوگرددار و اپوکسي (خلينا، 1392).
سختکنندههاي پليتيول شامل گروههاي CH(OH)CH2SH هستند که گروههاي هيدروکسيل گروههاي تيول را به وسيلهي اتصالات هيدروژني فعال ميکنند (ظهوري، مترجم، 1381).
2ـ6 شتابدهندهها
به منظور بالا بردن عمليات پخت براي اينکه زمان پخت کاهش يابد به شتابدهنده نياز است. شتابدهندهها زمان سخت شدن را کاهش ميدهند و با فعاليت کاتاليستي بهرهوري را بهبود ميبخشند. شتابدهندههاي مورد استفاده شامل؛ پليآمينهاي آليفاتيک يا آمينهاي نوع سوم، فنولها و نانيل فنول، رزورسينول يا شتابدهندههاي مشتقشده معدني مانند تري فنيل فسفيت هستند (اردبيلي وپتچ41، 2009).
2ـ7 نرمکنندهها
براي بهبود خواص پليمرها و انعطافپذيري آنها از نرمکننده استفاده ميشود. نرمکنندهها در ميان زنجيرهاي پليمري قرار ميگيرند و آنها را از هم دور کرده و پليمر را نرم ميکنند و باعث دوام آن ميشوند. از نرمکنندهها ميتوان به استرفتاليکهايي مانند دي بوتيل فتالات و دي اکتيل فتالات اشاره نمود (براوون42، 2011).
2ـ8 خواص رزينهاي اپوکسي
ساختار شيميايي رزينهاي اپوکسي طوري است که آنها را در مقابل مواد شيميايي مقاوم ميکند. رزينهاي اپوکسي چسبندگي بسيار خوبي به طيف وسيعي از مواد دارند (بن صالح و همکاران، 2014). همچنين ابعاد قالب خود را به خوبي حفظ ميکنند (زردان و همکاران، 1388). پس از پخت داراي استحکام هستند و در مقابل سايش و حرارتهاي بالا مقاومت خوبي نشان ميدهند (هور و همکاران43، 1392). علاوه بر اين، اپوکسيها داراي ويژگيهاي زير هستند:
مقاومت در برابر حلالها، رطوبت و مواد شيميايي (شکرالهي و همکاران44، 1392)،
چسبندگي خوب به بستر هاي مختلف (هور و همکاران، 1392؛ بالاسوبرامانيا و ناتاراجان45، 2014)،
خواص برجسته مکانيکي مانند استحکام کششي، فشاري و خمشي بسيار بالا (ران و همکاران46، 2014)،
پايين بودن جمعشدگي پخت (خسروي و موسي47، 2010؛ ران و همکاران، 2014؛ سوزان و ريس48، 2013؛ لو و همکاران49، 2010)،
مقاومت به خوردگي (سوزان و ريس، 2013؛ لو و همکاران، 2010)،
مقاومت به خزش (کينلوچ و همکاران، 2014)،
عايق عالي الکتريسيته (سيگلا و چاولا50، 2013)،
دوام بالا در پيري و شرايط سخت محيطي (شکوه فر و عرب51، 1392؛ هور و همکاران، 1392)،
قابليت پخت در دماهاي مختلف (چوبدار52، 1393)،
مقاومت خستگي ممتاز (چوبدار، 1393)،
بي بو و بيمزه (چوبدار، 1393)،
پايداري ابعادي (چن و همکاران، 2013).
2ـ9 کاربرد رزين اپوکسي
رزينهاي اپوکسي در کاربردهاي مختلفي از قبيل پوشش سطح، روکشدهي، ابزارسازي و کامپوزيتها استفاده ميشوند (ران و همکاران، 2014؛ لو و همکاران، 2010). در صنايع نظامي(غلاف و پوشش موشکها) و صنايع خودروسازي رزينها کاربرد دارند (حسامي و همکاران53، 1392). ساخت قالب با ابعاد بزرگ، ساخت قطعات ريختهگري ماشيني، ساخت قالبهاي مقاوم در برابر حرارت، صنايع چسب، مصارف خانگي و دريايي از کاربردهاي متعدد اين رزين هستند. چند لايههاي رزين اپوکسي از اهميت فوقالعادهاي در صنايع هواپيماسازي برخوردارند (چوبدار، 1393).
صنايع هوافضا نيز از ديگر زمينههاي استفاده رزين اپوکسي است (ساختمانيان و بهزادي، 1385). همچنين به کاربرد در صنايع بستهبندي و ورزشي ميتوان اشاره نمود (شکوه فر و عرب، 1392). بسياري از قطعات ساختاري از جنس الياف کربن و رزين اپوکسي جايگزين آلياژهاي فلزي مرسوم شده و نتايج مطلوبي داشتهاند. همچنين از اين رزين به همراه الياف آراميد در ساخت موتور راکت و کپسولهاي تحت فشار به روش رشتهپيچي استفاده ميشود. علاوه بر اين رزينهاي اپوکسي به طور وسيعي به همراه الياف و ساختارهاي لانه زنبوري براي ساخت ملخ بالگرد استفاده ميگردد. رزينهاي اپوکسي تقويت شده با الياف کربن و آراميد در ساخت قايقهايي که ضمن حفظ وزن، براي استفاده بيشتر از فضا و در استحکام مورد نظر، به جاي پلياسترـشيشه کاربرد دارد. همچنين کامپوزيتهاي آراميدـ اپوکسي براي جايگزين فولاد در کلاهخودهايجنگي استفاده ميشوند (چوبدار، 1393).

فصل سوم :مواد و روشها
3ـ1 مقدمه
در مرحله آزمايشگاهي براي توليد نمونه، سعي شده که آزمايشات با چند نوع متفاوت از مواد تهيه شده انجام گيرد.

3ـ 2 مواد
اپوکسي 828 (گرانروي P54150-110 در دماي محيط و خصوصيت فيزيکي مايع روان و شفاف) توليد شرکت Shell تهيه شده از بازار تهران، اپوکسي EPOLAM 2040 RESIN (چگالي g/cm3 16/1 در دماي محيط و به شکل مايع سيال و شفاف به رنگ کهربايي) ساخت شرکت Axson سفارش شده از آمريکا و عامل پخت آميني EPOLAM 2047 HARDNER (چگالي g/cm3 94/ 0 در دماي محيط و به صورت مايع روان وکهربايي رنگ) ساخت شرکت Axson سفارش شده از آمريکا، عامل پخت انيدريدي با نام فتاليکانيدريد با وزن مولکولي g/mol 1/148، جامد و سفيد رنگ تهيه شده از شرکت کيان شيمي مشهد، شتابدهنده آميني ديمتيلآمينوبنزيل BDMA55 (به صورت محلول و مولاريته mol/L 21/135) تهيه شده از بازار تهران، نرمکننده دياکتيلفتالات DOP56 (وزن مولکولي g/mol 57/390 و فرمول شيميايي C24H38O4) تهيه شده از بازارتهران، در اين طرح استفاده شدند.
3ـ3 روش کار
براي تهيه نمونهها يا از يک نوع اپوکسي و يا مخلوطي از دو نوع اپوکسي به نسبت مساوي استفاده گرديده است. نسبت وزن رزين به وزن عامل سخت کننده 3 به 1 و نسبت وزن رزين به وزن شتابدهنده 100 به 1 در نظر گرفته شد، ميزان نرمکننده در جدول (3ـ1) مشخص گرديده است. پس از افزودن مواد به يکديگر،
ظرف محتوي مواد درون حمام آب گرم قرار داده و محلول همزده شد که نمونهها و مشخصات آنها در جدول (3-1) آورده شده است. همچنين نمونههاي داراي هر دو نوع عامل پخت به نسبت مساوي از هر کدام استفاده شده است. مقدار نرمکننده بر اساس قسمت در 100 قسمت رزين اپوکسي(phr)57 ميباشد.
جدول (3ـ1) مشخصات نمونههاي تهيه شده.
شماره نمونهرزين اپوکسيعامل پختشتابدهندهنرمکننده phrدما ((?Cزمان سخت
شدننمونه 1EPOLAM 2040EPOLAM 2047BDMA (ديمتيلآمينوبنزيل)-6545 دقيقهنمونه 2EPOLAM 2040EPOLAM 2047BDMA24550 دقيقهنمونه 3EPOLAM 2040EPOLAM 2047BDMA640120 دقيقهنمونه 4EPOLAM 2040EPOLAM 2047BDMA1545140 دقيقهنمونه 5EPOLAM 2040EPOLAM 2047+ انيدريد فتاليکBDMA-دماي محيط (°C 25)بيش از 24 ساعتنمونه 6EPOLAM 2040+ 828EPOLAM 2047+ انيدريد فتاليکBDMA-65بيش از 24 ساعتنمونه 7828EPOLAM 2047+ انيدريد فتاليکBDMA-دماي محيطبيش از 24 ساعتنمونه 8828EPOLAM 2047BDMA-40135 دقيقهنمونه 9EPOLAM 2040+ 828EPOLAM 2047BDMA640160 دقيقهنمونه 10828+ EPOLAM 2040EPOLAM 2047BDMA1535165 دقيقهنمونه 11*828EPOLAM 2047BDMA-5030 دقيقه*مقدار شتابدهنده آميني نمونه شماره 11 دو برابر ميزان نمونههاي ديگر بوده است.
3-3-1 مشاهدات
نمونه شماره 5 با اضافه کردن انيدريد فتاليک مخلوط حاصل توليد حبابهاي زيادي کرده و سفيد رنگ شد و به سرعت به صورت ژل درآمد و مدت زمان سخت شدن نهايي بيش از 24 ساعت به طول انجاميد و مقداري از انيدريد داخل رزين سخت شده نامحلول باقي مانده بود.
نمونه شماره 6 نيز که با استفاده از حمام گرم انجام گرفت همان نتايج مربوط به نمونه شماره 2 مشاهده گرديد با اين تفاوت که رزين نهايي بدست آمده داراي ظاهري شفاف با حبابهايي داخل آن بود.

نمونه 7 که از يک اپوکسي تهيه شد نتايجي همانند نمونه 2 داشت. بنابراين استفاده از انيدريد از دستور کار آزمايشات خارج شد.
نمونههاي ديگر (1، 2، 3، 4، 8، 9، 10 و 11) با اضافه کردن عامل پخت آميني در شرايط دمايي متفاوت، شروع به ژل شدن کرده و پس از مدت زمان لازم عمليات پخت کامل شد و رزين سخت شد. در مرحله پخت گرما ايجاد شد و رزين بدست آمده سخت و با ظاهري شفاف بود.

3ـ4 دستگاههاي مورد استفاده
براي انجام آزمايشها از دستگاههاي موجود در پژوهشگاه نفت واقع در تهران استفاده گرديده است.
3ـ4ـ1 گرماسنجي روبشي تفاضلي(DSC)58
براي بررسي رفتار گرمايي مواد، مانند دماي ذوب و دماي انتقال شيشهاي از دستگاه DSC استفاده ميشود که ميزان گرماي جذب يا آزاد شده با نمونه مرجع مقايسه شده و منحني مربوطه رسم ميشود. نمونه در معرض يک برنامه دمايي کنترل شده قرار ميگيرد و تغييرات دمايي اندازهگيري ميشود. از منحنيهاي DSC براي تعيين دماي انتقال شيشهاي (Tg)59 استفاده ميشود (لوبو و بونيلا60، 2003؛ سالامون و فيلدر61، 2003). نوع دستگاه مورد استفاده 8000 Perkin Elmer آمريکا بود.
3ـ4ـ2 آناليزگر حرارتي(TGA)62
به منظور اندازهگيري دماي تخريب، دستگاه TGA مورد استفاده قرار ميگيرد. نمونه را داخل دستگاه ميگذارند و از دماي محيط تا برنامه دمايي معين که با سرعت مشخص تغيير ميکند (10 درجه سانتيگراد بر دقيقه) گرم ميشود که دستگاه کاهش وزن نمونه را ثبت ميکند. منحني TGA تغييرات وزن ماده نسبت به دما را مشخص ميکند (کينزي و فالکن63، 2003؛ لوبو و بونيلا، 2003). دستگاه به کاربرده شده SDTA 851 Mettler Tolede ساخت سوئيس بود.
3ـ4ـ3 دستگاه اندازه گيري مدول فشاري
دستگاه تنسايل64 براي تعيين استحکام فشاري و مدول فشاري کاربرد دارد. نمونه داخل دستگاه قرار داده ميشود و تحت نيرويي قرار ميگيرد تا رفتار نمونه نسبت به تنش اعمال شده اندازه گيري شود. ميزان تنش تا زماني ادامه مييابد که نمونه نسبت به تنش اعمال شده واکنش نشان دهد يعني ارتفاع آن کم شود. اين دستگاه با نام Zwick/Roell Z030 ساخت کشور آلمان بود.
فصل چهارم: نتايج و بحث
4ـ1 مقدمه
براي بررسي و بحث در مورد نمونهها، آزمايشهايي متناسب با رزينها روي تعدادي از نمونهها انجام گرفت. اين آزمايشات شامل دماي تخريب، مدول فشاري، دماي تبديل شيشهاي، درصد ماده فرار و تورم در حلال و نفوذپذيري به آب بود. در اين بخش به آزمايشهاي انجام گرفته بر روي تعدادي از نمونههاي تهيه شده، پرداخته شده است.

4ـ1ـ1 اثر نرمکننده بر دماي تبديل شيشهاي
به منظور بررسي تعيين دماي تبديل شيشهاي رزين در برابر نرمکننده، نمونهها طبق استاندارد ASTM D3895-07, 200765 به روش DSC در شرايط دمايي از °C 250-0 و با سرعت °C 10 بر دقيقه و در محيط نيتروژن مورد آزمايش قرار گرفته است. مقدار Tg نمونهها در جدول (4ـ2) و نمودار DSC نمونه (الف) در نمودار (4ـ1) نشان داده شده است و نمودارهاي (4-2) تا (4-6) مربوط به DSC نمونههاي ديگر در پيوست الف آمده است. نتايج بدست آمده نشان داد که نمونه هاي داراي نرمکننده دياکتيل فتالات دماي تبديل شيشهاي پايينتري نسبت به نمونههاي بدون نرمکننده دارند و هر چه ميزان نرمکننده بيشتر باشد، Tg کمتر ميشود به اين دليل که نرم کننده موجب تضعيف نيروهاي بينمولکولي پليمر شده و حجم آزاد پليمر را افزايش ميدهد.

جدول (4-2) نتايج دماي تبديل شيشهاي نمونههاي مورد آزمايش.
شماره نمونهمشخصه نمونهنتايج (?C)شرايط آزمايشالفEPOLAM 2040 RESIN7/78min/°C 10 ،°C 250- 0بEPOLAM 2040 RESIN + نرمکننده (phr 15)5/55جEPOLAM 2040 RESIN + اپوکسي 828 + نرمکننده (phr 15)5/55داپوکسي 8280/89ه EPOLAM 2040 RESIN+ اپوکسي 828 + نرمکننده (phr 6)3/77وEPOLAM 2040 RESIN + نرمکننده (phr 6)4/74
نمودار (4ـ1) نمودارTg نمونه (الف)، شرايط آزمايش: دما °C250-0 و min/ °C 10.
ميزان Tg نمونههاي مورد آزمايش از نظر نوع اپوکسي و ميزان نرمکننده بر روي نمودار (4-2) مقايسه شده است.

نمودار (4-2) مقايسه Tg نمونههاي مورد آزمايش.
4ـ1ـ2 اثر نرمکننده بردماي تخريب
براي تأثير نرمکننده بر دماي تخريب، آزمايش بر اساس استاندارد ASTM D3850-94, 2006 و شرايط دمايي از °C 50 تا °C 700 و سرعت °C 10 بر دقيقه با استفاده از دستگاه TGA انجام گرديده است. نتايج بدست آمده در جدول (4ـ3) و نمودارهاي (4ـ4) تا (4ـ7) نشان داده شده است. که تخريب اپوکسي EPOLAM 2040 در دماي °C 350 و اپوکسي 828 در دماي °C 373 و نمونههاي با نرمکننده به ترتيب °C 345 و °C 365 بود. نرمکننده ميزان اتصالات عرضي را کاهش داده است به همين علت نمونههاي داراي نرم کننده در دماي کمتري تخريب شدند. همچنين نوع اپوکسي بر روي نتايج تأثير داشته است که در نمودار (4-3) آورده شده است.
جدول (4-3) دماي تخريب نمونههاي مورد آزمايش.
شماره نمونهمشخصه نمونهنتايج (?C)شرايط آزمايشالفEPOLAM 2040 RESIN350دماي °C 50 تا °C 700 و سرعت °C 10 بر دقيقهبEPOLAM 2040 RESIN + نرمکننده (phr 15)345جEPOLAM 2040 RESIN + اپوکسي 828 + نرمکننده (phr 15)365داپوکسي 828373
نمودار (4-3) مقايسه دماي تخريب نمونههاي مورد آزمايش.
نمودار (4ـ4) نمودار دماي تخريب نمونه (الف).
تفسير نمودار (4-4): سه مرحله براي تخريب رزين اپوکسي EPOLAM 2040 پخت شده قابل مشاهده است، مرحله اول که از حدود دماي °C 300 تا °C 345 ادامه دارد که مربوط به تخريب گروههاي هيدروکسيل رزين (شکل 2-1 و 2-2) ميباشد، مرحله دوم از حدود °C 345 تا °C 540 مربوط به خروج آمين و بخش آروماتيک رزين است که تقريباً 70% وزن آن کاهش يافته، مرحله سوم از °C 540 تا °C 700 ادامه دارد که نمونه به طور کامل تخريب شده است. از نمونه زير دماي °C 300 ميتوان استفاده نمود. منحني دوم مشتق منحني اول است که در °C 300 اولين افت وزن را نشان ميدهد و در دماي °C 345 بيشترين ميزان تخريب صورت گرفته است و در مرحله سوم منحني دماي °C 545 را نشان ميدهد (مماني و همکاران، 1392؛ راي و سونيي66، 2012).
نمودار (4ـ5) نمودار دماي تخريب نمونه (ب).
تفسير نمودار (4-5): نمونه (ب) داراي اپوکسي EPOLAM 2040 با نرمکننده دياکتيلفتالات، در مرحله اول تخريب از حدود °C 200 تا °C 343 با خروج نرمکننده و گروههاي هيدروکسيل اپوکسي همراه است مرحله دوم تخريب از °C 343 تا °C 545 اتفاق ميافتد که با تخريب بيشتر آمين و گروههاي آروماتيک و بقيه نرمکننده از بين ميروند. مرجله سوم از °C 545 تا °C 700 تخريب کامل نمونه است. تفاوت نمودارهاي نمونه الف و ب را ميتوان وجود نرمکننده دانست. منحني دوم چند نقطه مشخص شده است که به ترتيب شدت تخريب °C 343، °C 545، °C 300 و °C 200 ميباشند، از نمونه تا دماي °C200 ميتوان استفاده نمود (مماني و همکاران، 1392؛ راي و سونيي67، 2012).

نمودار (4ـ6) نمودار دماي تخريب نمونه (ج).
تفسير نمودار (4-6): اين نمودار مربوط به نمونه (ج) (داراي نرمکننده و مخلوطي از دو نوع اپوکسي 828 و EPOLAM 2040) است که داراي سه مرحله تخريب گرمايي ميباشد. مرحله اول از حدود °C 200 تا °C 365 مربوط به خروج نرمکننده و تخريب بخش هيدروکسيل اپوکسيها است افزايش اين محدوده دمايي نسبت به نمونه الف را ميتوان ناشي از وجود نرمکننده دياکتيلفتالات و اپوکسي 828 دانست. مرحله دوم از °C 365 تا °C 545 مربوط به تخريب آمين و گروههاي آروماتيک و احتمالاً بخشي از نرم کننده است. مرحله سوم هم که به خروج قسمتهاي مقاوم نمونه ارتباط دارد از °C 545 تا °C 700 است. کارايي نمونه تا دماي °C 200 است. منحني دوم که مشتق منحني اول است بيشترين سرعت تخريب در دماي °C 365 و يک مرحله آهستهتر در دماي °C 545 را نشان ميدهد از °C 200 تا °C 300 هم با يک شيب بسيار آهسته کاهش وزن روي ميدهد (مماني و همکاران، 1392؛ راي و سونيي68، 2012).

نمودار (4ـ7) نمودار دماي تخريب نمونه (د).
تفسير نمودار (4-7): نمونه (د) داراي اپوکسي 828 و بدون نرم کننده؛ تخريب دمايي از حدود دماي °C 300 تا °C 370 شروع شده که افت وزن به دليل شکست در گروههاي هيدروکسيل اپوکسي روي داده و بعد از دماي °C 370 تا °C 545 نمونه با کاهش وزني در حدود 70% روبرو ميشود، مرحله سوم از °C545 تا °C 700 بخشهاي مقاومتر اپوکسي تجزيه ميشوند. منحني مشتق داراي سه نقطه °C 300، °C 373 و °C 545 ميباشد که بيشترين ميزان تخريب در °C 373 است. اين ماده تا °C 300 داراي کارايي است (مماني و همکاران، 1392؛ راي و سونيي69، 2012).

4ـ1ـ3 درصد مواد فرار
نمونههاي وزن شده، داخل آون در دماي °C 105 و به مدت سه ساعت گذاشته ميشوند. نمونهها پس از خروج از آون دوباره وزن ميشوند و درصد مادهي فرار طبق رابطهي (4ـ1) بدست ميآيد. اين آزمايش با استاندارد ASTM D2832-92, 2011 انجام شده است. نتايج هر نمونه در جدول (4ـ4) ديده ميشود. نتايج نشان داد که نرمکننده روي فرار بودن اپوکسي تأثير منفي نداشته است. ممکن است نمونه رطوبت احتمالي جذب شده از محيط و يا درصدکمي از اپوکسي خود را از دست داده باشد. نمودار (4-8) درصد ماده فرار نمونههاي آزمايش شده را نشان داده است.

100× وزن ابتدايي/ (وزن ابتدايي-وزن نهايي) = درصد ماده فرار
رابطه (4ـ1)

جدول (4-4) درصد ماده فرار نمونههاي مورد آزمايش.
شماره نمونهمشخصه نمونهنتايج ( %)شرايط آزمايش الفEPOLAM 2040 RESIN10/0-h3، ?C105بEPOLAM 2040 RESIN + نرمکننده (phr 15)11/0-جEPOLAM 2040 RESIN + اپوکسي 828 + نرمکننده (phr 15)10/0-داپوکسي 82818/0-

نمودار(4-8) مقايسه درصد ماده فرار نمونههاي مورد آزمايش.

4ـ1ـ4 آزمون فرورفتگي سوزن
هنگامي که رزين اپوکسي به شکل ژل شد و نرم است، سوزن در آن وارد ميشود اما بعد از سخت شدن، سوزن وارد نميشود که نشاندهنده پيشرفت ميزان پخت ميباشد.

4ـ1ـ5 اثر نرمکننده بر مدول فشاري
مدول الاستيسيته (E) يا همان مدول يانگ برابر است با نسبت تنش بر کرنش ايجاد شده به واسطهي تنش وارده بر جسم در حالتي که جسم در ناحيه الاستيک قرار گرفته باشد. واحد مدول الاستيسيته در SI پاسکال (هم واحد با تنش) ميباشد. مدول الاستيسيته در رابطه (4ـ2) مشخص شده است (ابيول70، 1996). اين آزمايش با توجه به استاندارد ASTM D695-08, 2010 و در دماي محيط انجام گرفته است. مدول فشاري نمونهها در جدول (4ـ5) نمايان شده است.

اختلاف طول بر طول اوليه/ نيروي وارد بر سطح مقطع =کرنش/ تنش = مدول الاستيسيته
E=(tensil stress)/(tensil strain)=?/?=(F?A?)/(?L?L?)=FL?/?LA?
رابطه (4ـ2)
جدول (4-5) ميزان مدول فشاري نمونههاي مورد آزمايش.
شماره نمونهمشخصه نمونهنتايج ( MPa)شرايط آزمايش الفEPOLAM 2040 RESIN7/73?2±32بEPOLAM 2040 RESIN + نرمکننده (phr 15)9/18جEPOLAM 2040 RESIN + اپوکسي 828 + نرمکننده (phr 15)3/21داپوکسي 8282/84
اعداد بدست آمده نشان از کاهش شديد مدول نمونههاي داراي نرمکننده بود، زيرا نرمکننده باعث کاهش ميزان اتصالات عرضي شده و از سختي پليمر کاسته شده است. نمودار (4-9) اثر نرمکننده و نوع اپوکسي بر مدول فشاري را نمايش داده است.
نمودار (4-9) مقايسه نمونههاي مورد آزمايش از نظر مدول فشاري.
4ـ1ـ6 مقاومت شيميايي در حلال
مطابق با استاندارد ASTM D543-06, 2006 نمونهها توزين ميشوند و بعد در استن يا حلال شيميايي ديگري به مدت 7 روز غوطهور ميماند. پس از گذشت مدت زمان تعيين شده نمونهها وزن ميگردند. درصد اختلاف وزن نمونه نسبت به وزن ابتدايي بيانگر ميزان تورم در حلال است که در رابطه (4ـ3) بيان شده است. جدول (4ـ5) درصد تورم در حلال استن نمونهها را نشان ميدهد. افزايش وزني که در نمونههاي داراي نرمکننده ايجاد شده به دليل کم شدن اتصالات عرضي بوده است.
100× وزن ابندايي/ (وزن ابتدايي- وزن نهايي)= درصد تورم در حلال
رابطه (4ـ3)
جدول (4-6) ميزان تورم در حلال استن نمونههاي مورد آزمايش.
شماره نمونهمشخصه نمونهنتايج (%)شرايط آزمايش الفEPOLAM 2040 RESIN3/24°C 2±32، 7 روز، استنبEPOLAM 2040 RESIN + نرمکننده (phr 15)1/38جEPOLAM 2040 RESIN + اپوکسي 828 + نرمکننده (phr 15)5/37داپوکسي 8288/17

از مقايسه نمونهها که در نمودار (10-4) آورده شده، مشخص شد که نمونههاي داراي نرمکننده نسبت به حلال استن مقاومت شيميايي خوبي نشان ندادهاند، بنابراين نرمکننده ميزان اتصالات عرضي رزين را پايين ميآورد و باعث نفوذ حلالي مانند استن در پليمر ميشود (ابيول، 1996).

نمودار (10-4) مقايسه اثر نرمکننده و نوع اپوکسي بر ميزان تورم در استن نمونههاي مورد آزمايش.
4ـ2ـ7 نفوذپذيري آب
نمونههاي با وزن مشخص در دماي محيط به مدت 24 ساعت در ظرف حاوي آب طبق استاندارد ASTM D570-98, 2010 غوطهور گرديد. افزايش وزن نمونهها پس از 24 ساعت اندازهگيري و درصد نفوذپذيري آب براساس رابطه (4-4) محاسبه گرديد که نتايج در جدول (4-6) ارائه گرديده است.


دیدگاهتان را بنویسید