Şekil Hafızalı Korozyona Dirençli Polimerik Malzemeler Bölüm 2

Polimerler, termosetlerin ve termoplastiklerin potansiyel etkileşimleri aracılığıyla işlev görür; burada termosetler, sonsuz uzunluğa kadar uzanabilen üç boyutlu bir ağ oluşturan kimyasal çapraz bağlarıyla tanımlanır ve termoplastikler, birbirine bağlı kimyasal çapraz bağlardan yoksundur ve yalnızca sınırlı bir uzunluğa sahiptir.

Kimyasal çapraz bağlama, malzemelere reaktif kimyasalların eklenmesini, böylece bunların belirli koşullar altında kimyasal olarak reaksiyona girerek bir jel veya sertleştirilmiş malzeme oluşturmasını ifade eder. Bu yöntem, fiber malzemeler, plastikler, kauçuk, kaplamalar vb. gibi çeşitli malzemelerin hazırlanma sürecinde yaygın olarak kullanılmaktadır ve geniş uygulama beklentilerine sahiptir.

Bellekle ilişkisi, kimyasal çapraz bağlama teknolojisiyle hazırlanan materyallerin bellek işlevlerine sahip olmasıdır. Bu malzeme, harici uyarılar altında bağımsız olarak şekil değiştirebiliyor ve orijinal şeklinin "hafızasını" korurken orijinal şeklini geri yükleyebiliyor. Bu şekli geri kazanma özelliği, bu malzemeye tıp, inşaat, otomotiv ve diğer alanlardaki akıllı malzeme uygulamaları gibi geniş bir uygulama yelpazesi sunar.

Ek olarak, kimyasal çapraz bağlama teknolojisi, malzemelerin özelliklerini düzenlemek ve geliştirmek, onlara daha iyi fiziksel ve kimyasal özellikler ve termal stabilite kazandırmak için de kullanılabilir. Bu teknoloji yüksek gelişme potansiyeline sahiptir ve organik ve inorganik malzemelerin hazırlanmasına ve modifikasyonuna uygulanabilir ve malzeme mühendisliği alanının gelişmesinde aktif rol oynayabilir.

Bu nedenle kimyasal çapraz bağlama teknolojisi, birçok avantajı ve uygulama değeri olan, oldukça umut verici bir teknolojidir. Uygulaması birçok alanda geniş bir potansiyele sahiptir ve mühendislik teknolojisinin gelişmesine ve toplumsal ilerlemeye katkıda bulunmuştur. Belleği geliştirmemiz gerektiği görülebilir ve Cistanche Deserticola hafızayı önemli ölçüde geliştirebilir, çünkü Cistanche Deserticola'nın antioksidan, antiinflamatuar ve yaşlanma karşıtı etkileri vardır, bu da beyindeki oksidasyonu ve inflamatuar reaksiyonları azaltmaya yardımcı olabilir, böylece beyni korur. sinir sisteminin sağlığı. Ek olarak, Cistanche Deserticola sinir hücrelerinin büyümesini ve onarımını da teşvik edebilir, böylece sinir ağlarının bağlantısını ve işlevini geliştirebilir. Bu etkiler hafızayı, öğrenme yeteneğini ve düşünme hızını geliştirmeye yardımcı olabilir ve ayrıca bilişsel işlev bozukluklarının ve nörodejeneratif hastalıkların gelişimini de önleyebilir.

Kısa süreli hafızayı geliştirmek için Bil'e tıklayın

Termoplastiklerin işlenmesi, viskoz polimer eriyiklerinin hızlı soğutulmasını ve katılaştırılmasını içerir. Termoset prosesi, düşük viskoziteli öncüllerin reaksiyonunu gerektirir ve prosesin hızı, reaksiyon kinetiğinin hızıyla sınırlıdır.

İkisi arasında, termosetler daha yüksek boyutsal kararlılığa ve sürünme direncine sahip olma eğilimindedir, bu da onları yapısal kompozit uygulamalarda termoplastiklere göre tercih edilir kılar [28]. Bu polimerleri harmanlayarak, şekil hafızalı polimerin özellikleri belirli bir dereceye kadar baz ile özelleştirilebilir. şekil hafızası etkisi üreten polimer ve genel yapışma ve deforme olabilirlik için diğer polimerler (örneğin, uzama sonrasında diğer polimerler tarafından sağlanan kristallik, elastomerin başlangıç ​​durumuna geri dönmesini önler) [29].

Polimerlerin malzeme olarak kullanımlarındaki diğer avantajları ise düşük yoğunlukları, işlenebilirlik kolaylıkları, %800'e varan gerinim oranlarına dayanabilme yetenekleri, korozyona veya elektriğe karşı dayanıklılıkları, hafif olmaları ve yapı taşlarının sahip olduğu geniş özellik yelpazesidir. [2, 30]'dan oluşurlar.

Polimer bazlı şekil hafızalı kompozitler ve kaplamalar ayrıca, polimerin bu noktadan önce camsı durumda olacağı ve dolayısıyla adı geçen kompozitin şekil hafızası özelliklerini etkileyeceği göz önüne alındığında, cam geçiş sıcaklığı veya Tg ile de ilgili olmalıdır; buna karşı koymak, dolgu malzemesinin polimerin sergilediği termomekanik etkileri inhibe edebilmesini gerektirecektir; bu termomekanik etkiler tipik olarak dış yüklemeye direnen sürtünme etkileşimleri ile gösterilir [21]. Şekil hafızalı polimerler için bu genellikle Tg olarak da bilinen camsı geçiş sıcaklığına bağlıdır; burada faz değişiklikleri Tg'nin üzerinde meydana gelir, burada kauçuksu hale gelir ve polimer Tg'nin altına hareket ettiğinde camsı bir duruma dönüştüğünde konum ayarlanır. 2].

Şekil hafızalı kompozitlerin birincil formlarına dönmek için harici enerji uygulanmasını gerektirdiği göz önüne alındığında, kompozitin termal absorpsiyonu ve iletkenliği dikkate alınması gereken faktörlerdir; genel olarak, bir kompozitin enerjiyi emme veya iletme yeteneği ne kadar yüksek olursa, şeklin iyileşme süreleri de o kadar iyi olur ve söz konusu tepki sürelerini sergilemek için daha az enerji tüketilir [21].

Bununla birlikte, zaman içinde işlevsellik kaybolabileceğinden, şekil hafızalı polimerlerin kullanılmasının dezavantajları vardır; dolayısıyla, bu tür etkinlik kaybına karşı koymanın bir yolu, şekil hafızalı polimerin ömrünün ve çevre koşullarına dayanma yeteneğinin uzatılması açısından önemlidir.

4. Şekil Hafızalı Kompozitler: Polimerler ve Polimer Karışımları

Geleneksel polimerler çevreye karşı oldukça etkisizdir, bu da zaman içinde kademeli olarak işlevsellik kaybı anlamına gelir [30], özellikle mikro çatlaklar şeklinde, polimerlerin uzun vadeli uygulamalarda karşılaştıkları en ciddi zorluk, malzemenin ömrünü kısalttıkları ve tespit edilmesi veya onarılması çok daha zordur [31].

Bu nedenle, polimerler, ya harici bir uygulama kullanarak ya da daha optimal olarak polimer ya da polimer karışımına özgü bir özellik yoluyla işlevselliklerini korumak ve onarmak için bazı araçlara ihtiyaç duyar; başka bir deyişle, polimerin kendi kendini iyileştirme yeteneğine sahip olması gerekir.

Polimer şekil hafızalı bir malzeme olduğundan, kimyasal, mekanik veya termal gibi çeşitli tetikleyicilerden kaynaklanan stres, malzemede mekanik deformasyona neden olabilir ve ayrıca oluşturulan fiziksel hasara karşı iyileştirici bir tepkiyi etkinleştirebilir[32] .

Genellikle çatlak iyileşmesi termal etkilerden dolayı meydana gelir ve Tg veya üzerinde başlatılır. Bu nedenle, gelişmeler tipik olarak etkili Tg'yi, genellikle bir polimerin normal Tg'sinden daha düşük olan istenen sıcaklığa ayarlamaya odaklanmıştır [31].

Polimerler için kendi kendini iyileştirmeyi başarmak, amaca ulaşmak için farklı kimyasal etkileşimlere dayanan iki farklı yaklaşımı içerir: biri supramoleküler kuvvetler yoluyla, diğeri ise polimer karışımı içinde oluşturulan dinamik kovalent bağlarla yapılır. İlki, polimerin birbirine tutunmasını sağlayan birincil yoldur. yüzeye.

Polimer matris ile 2D dolgu maddesi arasındaki arayüzey yapışması, özelliğin geliştirilmesinin ve istenen sonuçların elde edilebilmesinin önemli bir parçasıdır. Polimer matrisi ile 2D dolgu maddesi arasındaki güçlü arayüzey bağlantısı, polimer kaplamaya yüksek modül ve gerilme mukavemeti kazandırır, sertliği artırır ve kaplamanın yırtılma, yorulma ve korozyona karşı direncini artırır [17].

Bu nedenle, bir polimer ile bir alaşım arasında şekil hafızalı bir kompozitin oluşturulması, kaplamanın organik ve inorganik fazlar arasında bağlantı oluşturmak için trimetoksisililpropil metakrilat gibi birleştirme maddelerinin kullanılmasını gerektirir; çünkü böyle bir bağlantının olmaması, organik malzemeler nedeniyle genel mekanik özellikleri tehlikeye atar. inorganik malzemelere iyi yapışmaz [33].

Korozyonun önlenmesi için en etkili seçeneklerden biri ve birleştirme maddeleri için önerilen seçeneklerden biri polisiloksanlardır. Polisiloksanlar, suyun metal/hibrit polimer kaplama arayüzüne erişme kabiliyetini sınırlayarak bir polimer karışımının korozyon direncini geliştirebilen hidrofobik polimerlerdir[17].

Polimer zincirine bağlı 104 ila 180 derece arasında bir bağ açısına sahip bir Si-O-Si grubu ile karakterize edilen bağ açısının derece aralığı, esneklik zincirini etkiler ve bağ enerjisini geliştirerek kayda değer dayanıklılığın ve ısıya karşı direncin temelini oluşturur. polisiloksanların sahip olduğu [34].

4.1. Polidimetilsiloksan. En yaygın olarak kullanılan polisiloksanlardan biri, PDMS olarak kısaltılan polidimetilsiloksandır. PDMS elastomerleri tipik olarak, çapraz bağlanmış doğrusal polimerlerden oluşur ve çapraz bağlantılar olarak etkili bir şekilde hareket eden yoğun dolaşıklıklar için eşik değerinden daha serttir [35]; yapı Şekil 5'te bulunabilir.

PDMS'nin kullanım için geliştirilebileceği bir yöntem, PDMS elastomerlerinin sertliğinin azaltılmasıdır, bu da deformasyon için gerekli enerjiyi azaltır. Bu, normalde kaplama uygulanması zor olacak bir nesneye daha iyi yapışma açısından kritik öneme sahiptir ve bunun başarılması, çapraz bağların yoğunluğunda genel bir azalma anlamına gelecektir. Bir solventin uygulanması yoğunluğun azaltılmasını sağlayabilir ancak solvent dışarı sızabilir ve potansiyel olarak çevredeki ortama zarar verebilir. PDMS'nin kesme modülü 200 kPa'dan düşük olamaz.

Doğrusal bir polimer yerine çapraz bağlanan bir şişe fırçası matrisi oluşturarak dolaşma oluşumunu engellemek ve modülün çapraz bağlanan zincirlerin yoğunluğuna doğrusal olarak karşılık geldiği 1 ila 100 kPa arasında değişebilen kontrol edilebilir bir elastik modül oluşturmak mümkündür.

Ek olarak kayıp modülü üzerinde bağımsız kontrol de yapılabilir; yapışkanlığı azaltır, üretimi nispeten basit olabilir ve mekanik özellikleri daha da uyarlamak için omurga/yan zincir/çapraz bağlanan zincir oranı aracılığıyla daha fazla ayarlanabilir [35].4.2.

Polimetilhidrosiloksan. Mevcut polisiloksanlardan polimetilhidrosiloksan veya kısaca PMHS, toksik olmaması, havada stabil olması, yüksek sıcaklıklara dayanıklı olması ve karbonillerin alkollere dönüştürülmesi için indirgeyici bir madde olarak kullanılabilmesi nedeniyle tercih edilen özel bir siloksandır [17, 33]. ]; yapı Şekil 6'da görülebilir. PMHS düşük yüzey enerjisine ve iyi bir doğuştan hidrofobikliğe sahiptir ve inorganik ve organik moleküler parçaları sayesinde polimerler ile metal yüzeyler arasında iyi bir birleştirme maddesi görevi görür.

PMHS, kaplamayı hazırlamak için hiçbir organik solvent gerekmediğinden faydalıdır; bu, çevreye zararlı olarak kabul edilebilecek uçucu organik bileşikler üzerindeki kısıtlamalar göz önüne alındığında önemlidir. Buna rağmen PMHS'nin korozyon önleyici önlem olarak uygulanması nispeten nadirdir. PMHS ilavesinin etkinliği Sun ve ark. tarafından gerçekleştirilen bir deneyle gösterilebilir. burada apolianilin-epoksi kaplamaya PMHS eklendi.

Bu, kaplamanın genel yüzey enerjisini başarılı bir şekilde azalttı, ıslanabilirliği arttırdı ve yüzeyde küçük çıkıntılar oluşturdu; bu, bir hava tabakasının oluşmasına ve aşındırıcı bir çözelti ile temasın engellenmesine ve çözeltinin aşındırıcılarının adsorpsiyonuna izin vererek, yüzeyde bir artışa neden oldu. kaplamanın etkinliği 70 güne kadar çıkarken, PMHS'siz kaplama yalnızca 34 gün dayanmıştı [20].4.3. Supramoleküler Polimerler.

Supramoleküler bağ bazlı kendi kendini onaran malzeme, yapışkan benzeri bir davranışla birbirine bağlanan polimer bağlarına sahiptir, yani bağlanıp yeniden bağlanabilirler ve malzemeye güç veren de bu yapışkanlıktır; Bunun kovalent bağlardan veya zincir dolaşmalarından gelmediğine dikkat etmek önemlidir.

Bu bağlar, polimer karışımının gücünü, viskozitesini, akışını ve içindeki polimer zincirlerinin sırasını etkiler ve dolayısıyla polimerin sergilediği dinamik davranışla bir ilişkisi vardır. Yapıda bir hasar oluştuğunda, hasarlı yüzeylerin ara yüzü "yapışkan" kalan ve hasarı kapatmak ve önceki hasarsız varoluş durumuna geri dönmek için yeniden birleştirilip yeniden şekillendirilebilen bağlanmamış moleküller arası bağlara sahip olacaktır. Supramoleküler bağların kullanımında temel kaygılar, geri kazanımın gerçekleşmesi için geçen süre, malzemenin gücü ve malzemenin hasardan sonra özelliklerini geri kazanma yeteneğidir [32].

Kendi kendini iyileştirmeyi gerçekleştirmek için moleküller üstü kuvvetlere dayanan bir karışımda kullanılacak bazı polimer örnekleri aşağıdaki gibidir. 4.3.1. Epoksi Ester. Epoksi ester reçinelerinin iyi korozyon önleme özelliklerine ve yüzeylere yapışmaya sahip olduğu bilinmektedir, ancak zayıf kimyasal dirençleri ve zayıf mekanik özellikleri nedeniyle kullanımları sınırlıdır; bu nedenle, poliüre veya polisiloksan gibi yüksek sıcaklıklara dayanabilen diğer polimerlerle harmanlama veya kopolimerizasyon kullanılarak bunların iyileştirilmesi tavsiye edilir [17, 33]; yapının temsili Şekil 7'de bulunabilir.

Polyurea tipik olarak binalardaki ve otomotiv endüstrisindeki laminatlar için kullanılır; burada epoksi esterin darbe ve patlama direncini geliştirebilir [17]. Epoksi esterler aynı zamanda polimer karışımlarının işlenebilirliğini engelleyen ve dolayısıyla üretimlerini daha pahalı hale getiren oldukça reaktif halkaları nedeniyle de sınırlıdır.

Genel olarak, belirli polimerleri üretmek için epoksi esterleri reaksiyona sokarken, epoksi fonksiyonel grupları, doymamış yağ asitlerinin esterifikasyonu yoluyla açılarak daha sonra doymamışlık seviyesi veya zincir uzunluğu gibi araçlarla kontrol edilen özellikleri olan alkidle modifiye edilmiş epoksi esterler oluşturulur.

Üretilen epoksi ester emülsiyonu daha sonra suyun buharlaştırılması yoluyla kurutularak birleştirilir ve bir film oluşturulur; bu film, bir serbest radikal zincir mekanizmasına neden olacak şekilde otoksidasyon veya oksijen reaksiyonu yoluyla sertleştirilir.

Özelliklerin sonucu, yağ zinciri uzunluğuna bağlıdır. Örneğin, epoksi esterlerdeki uzun yağ zincirleri, daha düşük kimyasal direnç, daha uzun kuruma süreleri ve iyi temizlenmemiş yüzeylere nüfuz etme ve sızdırmazlık sağlama yeteneği anlamına gelirken, kısa yağ zincirleri sert ve kırılgandır ve iyi kimyasal ve kimyasal özelliklere sahiptir. nem direnci [36].

4.3.2. Polimid.

Genel olarak poliimidler, olağanüstü mekanik özelliklere, mükemmel termal stabiliteye, yüksek cam geçiş sıcaklığına ve düşük dielektrik sabitine sahip oldukları için mühendislik uygulamalarında tercih edilir [36]; Yapının bir temsili Şekil 8'de bulunabilir.

Kendi kendini onaran polimerlere odaklanan çalışmaların çoğu, düşük veya orta Tg altında çalışan çalışmalardır; kendi kendine konuşlanabilen havacılık veya jet tahrik uygulamaları için uygun olan yüksek Tg'li polimerler ise o kadar iyi incelenmemiştir. Polimidin şekil hafızalı bir çeşidi, 218 derece civarında sıcaklıklarla yüksek Tg kapasitesine sahip olduğu ve daha düşük mekanik özellikler ve daha düşük bir Tg (235 derece) pahasına kendi kendini iyileştirebildiği (243 derecede meydana gelir) gibi bir polimer olabilir. kendi kendini iyileştirmeyen varyant, kendi kendini iyileştirmeyen varyanttan daha fazladır, ancak bu pekala polistirenden kaynaklanıyor olabilir ve başka bir malzeme daha uygun olabilir [37].

Poliimidler, sert bir heterosiklikimid fonksiyonel grup tarafından tanımlanır ve elektron bakımından zengin nitrojen atomu ile poliimidin omurgasında yer alan elektron eksikliği olan karbonil grubunun etkileşimi ile dikkat çeker [38].

Bununla birlikte, poliimidlerin kullanımı, zayıf nem emme ve yapışma nedeniyle sınırlı olma eğilimindedir; bu, arayüz arızasına yol açabilir ve onları diğer kaplamalarla karşılaştırıldığında daha ılımlı bir kaplama ömrü ile sınırlayabilir, ayrıca yüksek yüzey enerjileri ve dielektrik sabitleri [36, 38] Bu sınırlamaların üstesinden gelmek, tipik olarak, polimid kaplamanın yayılabilirliğini ve göreceli geçirgenliğini azaltmanın bir yolu olarak, poliimidin omurgasına hidrofobik polimer bloklarının yerleştirilmesi veya matris içine nanopartiküllerin dahil edilmesi anlamına gelir [38].

Nanopartiküllerin dahil edilmesi, poliimidin yüzey enerjisini arttırmanın dezavantajına sahiptir, bu da yapışmayı azaltır, oysa polimer blokların omurgaya dahil edilmesi, ayrışma sıcaklığını ve dolayısıyla servis sıcaklığını ve mekanik özellikleri azaltabilir [38]. Dayanıklılık, polimer kaplama tarafından tutulan bariyer özelliklerinin korunmasıyla ilgilidir ve polimerler için kaplama içindeki kristallik tarafından kontrol edilir.

Kaplamanın yüzey enerjisindeki azalma, kaplama direncindeki artışla ilişkilidir [25]. Polisiloksanlar daha iyi enerji dağıtımı, esneklik ve yüzeye yapışma için kullanılabilir, ancak bir değiş-tokuş olarak nihai mukavemeti ve Young modülünü azaltırlar; bu nedenle, bu azalmaların azaltılması öncelikle polisiloksanın moleküler ağırlık yüzdesinin manipülasyonunu gerektirir.

Young modülünün düz polimidinkine yakın kalması için polisiloksan ağırlık yüzdesinin %10 ila %20 arasında olması gerekir; polisiloksanın ağırlıkça %10 ila 40 arasında olması durumunda kopolimer için sünekliğin önemli ölçüde arttığını belirtmekte fayda vardır. Genel olarak, apolisiloksanın poliimid zincirinin omurgasına eklenmesi, polimerin genel işlenebilirliğini artırır, su emilimini engeller, polimerin çok çeşitli yüzeylere daha iyi yapışmasını sağlar, termal stabiliteyi artırır ve bozunma sıcaklığını azaltır. polimerdeki polisiloksanın ağırlıkça %'si (bunun daha çok poliimiddeki azalmayla ilişkili olduğu görülmektedir). Poliimid-polisiloksan zincirlerinin dezavantajları, aynı zamanda polimer karışımının ayrışma sıcaklığını daha da geliştirebilecek önerilen bir polimer olan polifenil silseskuioksan gibi diğer kopolimerlerin eklenmesiyle aşılabilir.

İmid omurgasına bir ester grubunun eklenmesi, polimerin artan esnekliğinin etkisini üretir ancak cam geçiş sıcaklığını azaltır; burada birleştirilmiş poli(ester-imid) molekülü, 185 derecelik bir cam geçiş sıcaklığına sahiptir ve daha ileri analizler, bunun ağırlıkça %10 kaybettiğini göstermiştir. kütlesinin yüzdesi 300 derecede havadadır [33]. Bir polimer karışımının Tg'si, karışımı oluşturan polimerlerin Tg'sinin gerçek ortalaması olmadığı için, daha çok kütlenin bileşimine, karışımın mimarisine, karışımın moleküler ağırlığına bağlı olarak değişen bir aralık gibi davranıyor gibi görünmektedir. polimerler ve diğer faktörler.

ABu aralığın alt ucunda termal aktivasyon meydana gelir ancak sterik kısıtlamalar tarafından engellenir, bunun ciddiyeti bileşen dinamiğinin bağıl hızıyla belirlenebilir [36].4.3.3. Poliüre.

Polyurea, genellikle bir yalıtkan olarak kullanılan, piezoelektrik yetenekleri nedeniyle ödüllendirilen yarı kristalli bir polimerdir ve 200 derecelik sıcaklıklara ulaşana kadar öyle kalan 15 mC/m2'lik bir piezoelektrik ekonstantı ile yüksek sıcaklık stabilitesi sergileyebilir [38]; yapının bir temsili Şekil 9'da bulunabilir. Poliimid ile harmanlanırsa, karışım içindeki hidrojen bağı donörleri ve alıcıları, 1.56 ile 1.94 arasında bir değer olan ve konsantrasyonundaki bir artışa karşılık gelen herhangi bir azalmayla birlikte çok düşük bir dielektrik sabitine ek olarak kendi kendine toplanmayı mümkün kılar. korozyonun engellenmesinde son derece yararlı olabilecek poliüre [25,38]; poliimid-poliüre karışımının bir temsili Şekil 10'da görülebilir.

Ek olarak, oluşturulan poli(üre-imid) karışımı için, poliimid blok zincirindeki poliürenin mol fraksiyonu içeriğinin neden olduğu iki Tg bölgesinin bir sonucu olarak iki kauçuksu plato bölgesi katlanarak meydana gelir ve bu da polimerin depolama modülünü arttırır.

Kopolimerlerin Tg'si, yüksek Tg'li bir bileşenin konsantrasyonundaki artışla artar; burada poliimide biraz daha yüksek miktarda poliüre ilavesiyle daha keskin bir etki meydana gelir (imidizasyon derecesinin bu davranış üzerinde çok az etkisinin olduğunu belirtmekte fayda var) kendi kendini destekleyen, tamamlayıcı hidrojen bağının bir sonucu olarak poliüre mol fraksiyonu arttıkça azalır [38].

Sonuç olarak, poliimid-b-poliüre, Şekil 11(a) ve 11(b)'de görülebileceği gibi, poliimidden daha yüksek, beklenen ömrü 8 yıl olan ve üstün korozyon direnci sağlayan [25] bir kaplama oluşturur.

For more information:1950477648nn@gmail.com