விண்வெளி, புதிய ஆற்றல் வாகனங்கள், உயர்தர எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் பிற துறைகளின் விரைவான வளர்ச்சியுடன், சிறப்பு பொறியியல் பிளாஸ்டிக்கின் விரிவான செயல்திறனுக்கான கிட்டத்தட்ட தீவிர தேவைகள் உள்ளன. பாலித்தர் ஈதர் கீட்டோன் (PEEK) மற்றும் பாலிபெனிலீன் சல்பைடு (PPS) ஆகியவை அவற்றின் சிறந்த உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்பு, இயந்திர வலிமை மற்றும் இரசாயன நிலைத்தன்மை காரணமாக முக்கியப் பொருட்களாக மாறியுள்ளன, ஆனால் அவற்றின் உள்ளார்ந்த சுடர் எதிர்ப்பு பண்புகள் (UL94 V-2 நிலை) கடுமையான பாதுகாப்பு தரங்களை (விமானங்களுக்கான FAR 25.853 போன்றவை) சந்திக்க கடினமாக உள்ளது. பாரம்பரிய மைக்ரான் லெவல் ஃபிளேம் ரிடார்டன்ட் ஃபில்லர்கள், அவற்றின் மெக்கானிக்கல் மற்றும் ப்ராசஸிங் பண்புகளை பெரும்பாலும் சீரழித்து, அவை புகழுக்காக நம்பியிருக்கின்றன, அதே நேரத்தில் அவற்றின் சுடர் தடுப்பு மதிப்பீட்டை மேம்படுத்துகின்றன. எப்படி என்பதை இந்தக் கட்டுரை ஆராய்கிறதுநானோ மெக்னீசியம் ஹைட்ராக்சைடு(nano MDH), ஒரு முக்கிய மாற்றியமைப்பாளராக, PEEK/PPS அமைப்பில் உள்ள இந்த இடையூறுகளை முறியடித்து, சுடர் குறைதல், வலுவூட்டல் மற்றும் கடினப்படுத்துதல் ஆகியவற்றின் அரிய ஒருங்கிணைந்த விளைவுகளை அடைய முடியும்.
1. உயர் வெப்பநிலை செயலாக்கத்திற்கும் அதிக படிகத்தன்மைக்கும் இடையே உள்ள முரண்பாடு:PEEK ஆனது 343 ° C வரை உருகும் வெப்பநிலையைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் PPS 280 ° C ஐத் தாண்டுகிறது. சாதாரண சுடர் ரிடார்டன்ட்கள் இந்த உயர் வெப்பநிலையில் அணியுடன் சிதைவு, மஞ்சள் அல்லது பக்க எதிர்வினைகளுக்கு ஆளாகின்றன. இதற்கிடையில், PEEK/PPS ஒரு அரை படிக பாலிமர் ஆகும், மேலும் அதன் சிறந்த பண்புகள் உயர் படிகத்தன்மை மற்றும் சரியான படிக அமைப்பை சார்ந்துள்ளது. வெளிநாட்டு நிரப்பிகளின் அறிமுகம் எளிதில் பன்முக அணுக்கரு புள்ளிகள் அல்லது படிக குறைபாடுகளாக மாறலாம், இது படிகப் பகுதியின் ஒருமைப்பாட்டை சேதப்படுத்தும் மற்றும் வலிமை, மாடுலஸ் மற்றும் வெப்ப எதிர்ப்பு (HDT போன்றவை) குறைவதற்கு வழிவகுக்கும்.
2. "மேம்பாடு" மற்றும் "சுடர் தடுப்பு" இடையே எடை ஏற்றத்தாழ்வு:கட்டமைப்பு கூறுகளுக்கு, இயந்திர செயல்திறன் முதன்மை குறிகாட்டியாகும். மைக்ரான் அளவுள்ள நிரப்பிகளின் அதிக அளவு (பெரும்பாலும்>30wt%) V-0 ஃப்ளேம் ரிடார்டன்சியை அடையும் போது கடுமையான அழுத்த செறிவை ஏற்படுத்தலாம், இது பொருள் உடையக்கூடிய தன்மை, தாக்க வலிமையில் திடீர் வீழ்ச்சி மற்றும் பயன்பாட்டு மதிப்பை இழக்க வழிவகுக்கிறது.
நானோ மெக்னீசியம் ஹைட்ராக்சைடு(வழக்கமாக <100nm அளவு) துகள் அளவைக் குறைப்பதில்லை, அதன் முக்கிய மதிப்பு உடல் மற்றும் வேதியியல் நடத்தையில் தொடர்ச்சியான தரமான மாற்றங்களைத் தூண்டுவதில் உள்ளது.
1. அதி உயர் குறிப்பிட்ட மேற்பரப்பு மற்றும் மேற்பரப்பு ஆற்றல் ஒழுங்குமுறை:நானோ துகள்களின் மிகப்பெரிய குறிப்பிட்ட பரப்பளவு பாலிமர் மேட்ரிக்ஸுடன் அவற்றின் தொடர்பு பகுதியில் அதிவேக அதிகரிப்புக்கு வழிவகுக்கிறது. துல்லியமான பல அடுக்கு மேற்பரப்பை மாற்றுவதன் மூலம் (பென்சீன் வளையங்கள் அல்லது திடமான கட்டமைப்புகள் கொண்ட சிலேன் இணைப்பு முகவர் KH-560 ஐப் பயன்படுத்தி PEEK இன் ஈதர் கீட்டோன் கட்டமைப்புடன் π - π தொடர்புகளை உருவாக்குதல் அல்லது PPS உடன் ஒருங்கிணைக்கும் சிறப்பு டைட்டானியம் எஸ்டர்களைப் பயன்படுத்துதல் போன்றவை) MDH இந்த இடைமுக அடுக்கு மன அழுத்தத்தை திறம்பட கடத்துவது மட்டுமல்லாமல், மேட்ரிக்ஸின் படிகமயமாக்கல் நடத்தையை ஒழுங்குபடுத்துவதற்கான "அறிவுமிக்க டெம்ப்ளேட்" ஆகவும் மாறும்.
2. PEEK/PPS படிகமயமாக்கல் நடத்தையின் நேர்மறை ஒழுங்குமுறை வழிமுறை:
· பன்முக அணுக்கரு மற்றும் படிக சுத்திகரிப்பு: ஒரே மாதிரியாக சிதறடிக்கப்பட்ட நானோ MDH ஒரு திறமையான பன்முக அணுக்கரு புள்ளியாக செயல்படுகிறது, இது PEEK/PPS இன் படிகமயமாக்கல் வெப்பநிலை (Tc) மற்றும் படிகமயமாக்கல் வீதத்தை கணிசமாக அதிகரிக்கிறது மற்றும் படிகமயமாக்கல் செயல்படுத்தும் ஆற்றலைக் குறைக்கிறது. இது பெரிய மற்றும் உடையக்கூடிய உருண்டைகளை உருவாக்காது, மாறாக சிறிய மற்றும் சமமாக விநியோகிக்கப்படும் மைக்ரோகிரிஸ்டல்களை உருவாக்க வழிகாட்டுகிறது. நுண்ணிய மைக்ரோகிரிஸ்டலின் அமைப்பு ஒரு உள் வலுவூட்டல் வலையமைப்பைப் போன்றது, இது விரிசல் பரவுவதை மிகவும் திறம்பட தடுக்கலாம், இதன் மூலம் எதிர்பாராதவிதமாக வளைக்கும் மாடுலஸ் மற்றும் இழுவிசை வலிமையை அதிகரிக்கும் போது தாக்க கடினத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது அல்லது மேம்படுத்துகிறது, "வலுப்படுத்துவது உடையக்கூடியது" என்ற பாரம்பரிய புரிதலை உடைக்கிறது.
· படிக உருவவியல் மற்றும் முழுமை: ஒரு மிதமான மற்றும் நன்கு சிதறிய நானோ MDH ஒரு முழுமையான படிக அமைப்பை உருவாக்குவதை ஊக்குவிக்கும் மற்றும் PEEK இன் படிகத்தன்மையை மேம்படுத்தும் என்று ஆய்வுகள் காட்டுகின்றன. அடர்த்தியான படிகப் பகுதியே அதிக வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் சிதைவுக்கான எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளது, இது முதல் உடல் தடையை உருவாக்குகிறது.
Ⅲ. கூட்டுச் சுடர் தடுப்பு பொறிமுறை: நான்கு கட்ட தடை மாதிரி
PEEK/PPS இல் உள்ள நானோ மெக்னீசியம் ஹைட்ராக்சைட்டின் சுடர் எதிர்ப்பு விளைவு எளிய "எண்டோதெர்மிக் டீஹைட்ரேஷன்" என்பதிலிருந்து வெகு தொலைவில் உள்ளது, மாறாக பல நிலை "நான்கு கட்ட ஒருங்கிணைந்த தடை" அமைப்பை உருவாக்குகிறது:
1. வாயு நிலை நீர்த்துதல் மற்றும் குளிர்ச்சி:நானோ MDH 340-430 ° C இல் வெப்பத்தை (தோராயமாக 1.3 kJ/g) சிதைத்து உறிஞ்சி, நீராவியை வெளியிடுகிறது. அதன் நானோ அளவிலான சிதைவை மிகவும் ஒத்திசைவானதாகவும், விரைவாகவும் செய்கிறது, பொருள் மேற்பரப்பு வெப்பநிலையை திறமையாக குறைக்கிறது மற்றும் எரியக்கூடிய வாயு மற்றும் ஆக்ஸிஜன் செறிவுகளை நீர்த்துப்போகச் செய்கிறது.
2. அமுக்கப்பட்ட கட்ட வினையூக்கம் கார்பன் மற்றும் விரிவாக்கம்:இது மிகவும் முக்கியமான படியாகும். PEEK/PPS ஆனது அதிக வெப்பநிலையில் எரியும் தன்மையைக் கொண்டுள்ளது. நானோ எம்.டி.ஹெச் சிதைவுக்குப் பிறகு உருவாகும் நானோ அளவிலான செயலில் உள்ள மெக்னீசியம் ஆக்சைடு (MgO) எச்சம் உருகிய பாலிமரில் ஒரே மாதிரியாக சிதறடிக்கப்படுகிறது. இந்த MgO துகள்கள் திறமையான லூயிஸ் அமில வினையூக்கிகள் ஆகும், அவை PEEK/PPS இன் பைரோலிசிஸ் பாதையை வலுவாக வினையூக்கி, டீஹைட்ரஜனேற்றம், சுழற்சி மற்றும் குறுக்கு-இணைப்பு எதிர்வினைகளை ஊக்குவிக்கின்றன, மேலும் உயர்தர மற்றும் உயர் கிராஃபிடைசேஷன் கார்பன் அடுக்குகளின் விளைச்சலை கணிசமாக மேம்படுத்துகின்றன. கார்பன் அடுக்கு அடர்த்தியானது, தொடர்ச்சியானது மற்றும் வலுவானது.
3. திட கட்ட உடல் தடை:முதன்மை நானோ MgO துகள்கள் மற்றும் அவற்றின் திரட்டுகள் வினையூக்கத்தால் உருவாக்கப்பட்ட உயர்-வலிமை கொண்ட கார்பன் அடுக்குடன் பின்னிப்பிணைந்து, ஒரு "பீங்கான் கார்பன்" கலப்பு தடையை உருவாக்குகிறது. இந்தத் தடையானது மிக உயர்ந்த வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் இயந்திர வலிமையைக் கொண்டுள்ளது, வெப்பக் கதிர்வீச்சு, வெகுஜன பரிமாற்றம் மற்றும் உள் எரியக்கூடிய வாயுக்கள் வெளியேறுவதை திறம்பட தடுக்கிறது.
4. இன்டர்ஃபேஸ் ஃபேஸ் ஃப்ரீ ரேடிக்கல் கேப்சர் (எல்லைப்புற பொறிமுறை):நானோ MgO இன் மேற்பரப்பில் ஏராளமான குறைபாடுகள் மற்றும் நிறைவுறா பிணைப்புகள் இருப்பதாக சமீபத்திய ஆய்வுகள் காட்டுகின்றன, இது வாயு கட்ட இடைமுகப் பகுதியில் உள்ள எரிப்பு சங்கிலி எதிர்வினையில் உயர் ஆற்றல் கொண்ட ஃப்ரீ ரேடிக்கல்களை (H ·, OH ·, O ·) கைப்பற்றி, எரிப்பு எதிர்வினைக்கு இடையூறு விளைவிக்கும். மிகக் குறைந்த கூட்டல் நிலைகளில் அதன் திறமையான சுடர் அடக்குதலை விளக்குவதற்கு இது ஒரு புதிய முன்னோக்கை வழங்குகிறது.
இரட்டை திருகு உருகும் கலவை மூலம், சிறப்பு மேற்பரப்பு சிகிச்சையுடன் கூடிய நானோ MDH (கூடுதல் அளவு 15-25 wt.%) PEEK/PPS மேட்ரிக்ஸில் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது:
|
செயல்திறன் அளவீடுகள் |
தூய பீக்/பிபிஎஸ் |
20wt% மைக்ரான் MDH ஐச் சேர்க்கவும் |
20wt% நானோ MDH (உகந்த அமைப்பு) சேர்க்கவும் |
பொறிமுறை விளக்கம் |
|
UL94 (1.6மிமீ) |
வி-2 |
V-0 |
V-0 (குறுகிய சுய அணைப்பு நேரம்) |
மிகவும் திறமையான மல்டிஃபேஸ் சினெர்ஜிஸ்டிக் ஃப்ளேம் ரிடார்டன்ட் |
|
எக்ஸ்ட்ரீம் ஆக்சிஜன் இண்டெக்ஸ் (LOI) |
~24% |
~32% |
≥35% |
வினையூக்கி கார்பனைசேஷன் செயல்திறனை மேம்படுத்துதல் |
|
நெகிழ்வு மாடுலஸ் |
அளவுகோல் |
+15% |
+25% ~ +40% |
படிக சுத்திகரிப்பு மற்றும் நானோ துகள்களின் கடினமான சுமை தாங்குதல் |
|
இடைவெளி தாக்க வலிமை |
அளவுகோல் |
-40% |
-10% ~ +5% (சாத்தியமான டஃகெனின்) |
சிறந்த தானிய அமைப்பு மற்றும் கிராக் அடக்குவதற்கான நல்ல இடைமுகம் |
|
வெப்ப விலகல் வெப்பநிலை (HDT) |
அளவுகோல் |
அடிப்படையில் மாறாமல் அல்லது சிறிது குறைந்துள்ளது |
5-15 டிகிரி செல்சியஸ் அதிகரிக்கவும் |
படிகத்தன்மை மேம்பாடு மற்றும் விரிவாக்க நெட்வொர்க் |
|
மெல்ட் ஃப்ளோ இன்டெக்ஸ் (MFI) |
அளவுகோல் |
சரிவு |
அளவு 30-50% குறைவு |
நானோ துகள்களின் "பந்து தாங்கி" விளைவு திரவத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது |
1. மேற்பரப்பு மாற்றத்தின் மூலக்கூறு நிலை பொருத்தம்:PEEK இன் கீட்டோன்/ஈதர் பிணைப்புகள் மற்றும் PPS இன் பென்சீன் சல்பர் அமைப்பு ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் சிறப்பு இணைப்பு முகவர்களை வடிவமைத்து ஒருங்கிணைக்க வேண்டியது அவசியம், இது உடல் உறிஞ்சுதலில் இருந்து இரசாயன பிணைப்புக்கு ஒரு பாய்ச்சலை அடைகிறது.
2. சிதறல் செயல்முறையின் இறுதிக் கட்டுப்பாடு:உயர் கத்தரிக்கோல் மற்றும் உயர் பிசையும் திருகு கூறுகளின் ஒரு சிறப்பு சேர்க்கை பயன்படுத்தப்படுகிறது, மேலும் நானோ துகள்கள் முதன்மை துகள்கள் அல்லது மிகச்சிறிய திரட்டுகளின் வடிவத்தில் ஒரே மாதிரியாக விநியோகிக்கப்படுவதை உறுதிசெய்ய ஆன்லைன் மீயொலி உதவி சிதறல் அலகு அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது.
3. கூட்டு ஒருங்கிணைந்த அமைப்பு:மிகக் குறைந்த அளவிலான நானோ அளவிலான மேம்பாட்டாளர்களுடன் (கடத்துத்திறன்/மேம்படுத்தலுக்கான கார்பன் நானோகுழாய்கள் அல்லது தீவிரத் தடைகளுக்கான இரு பரிமாண MXene போன்றவை) நானோ MDH ஐ இணைப்பதன் மூலம், மொத்த கூட்டல் தொகையை மாற்றாமலேயே சுடர் தடுப்பு மற்றும் எலக்ட்ரோ மெக்கானிக்கல் செயல்திறனில் மேலும் முன்னேற முடியும்.
பங்கு என்பதை இந்த ஆய்வு வெளிப்படுத்துகிறதுநானோ மெக்னீசியம் ஹைட்ராக்சைடுPEEK/PPS போன்ற உயர்-செயல்திறன் கொண்ட படிக பாலிமர்களில் பாரம்பரிய சுடர் ரிடார்டன்ட் ஃபில்லர்களின் நோக்கத்தை விட அதிகமாக உள்ளது. இது ஒரு படிகமாக்கல் சீராக்கி, நானோ வலுவூட்டல் மற்றும் மல்டிஃபேஸ் ஃப்ளேம் ரிடார்டன்ட் கேடலிடிக் சென்டர் என மூன்று பங்கு வகிக்கிறது.
