Muotomuistin korroosionkestävät polymeerimateriaalit, osa 2

Polymeerit toimivat kestomuovien ja kestomuovien mahdollisten vuorovaikutusten kautta, jolloin kertamuovit määritellään niiden kemiallisten ristisidoksien perusteella, jotka muodostavat kolmiulotteisen verkon, joka voi ulottua äärettömään pituuteen, ja kestomuoveilta puuttuvat toisiinsa liittyvät kemialliset ristisidokset ja niillä on vain rajallinen pituus.

Kemiallisella silloituksella tarkoitetaan reaktiivisten kemikaalien lisäämistä materiaaleihin niin, että ne reagoivat kemiallisesti tietyissä olosuhteissa muodostaen geelin tai kovettuneen materiaalin. Tätä menetelmää käytetään laajasti erilaisten materiaalien, kuten kuitumateriaalien, muovien, kumin, pinnoitteiden jne., valmistusprosessissa, ja sillä on laajat sovellusmahdollisuudet.

Suhde muistiin on se, että kemiallisella silloitustekniikalla valmistetuilla materiaaleilla on muistitoimintoja. Tämä materiaali voi itsenäisesti muuttaa muotoaan ulkoisen stimuloinnin vaikutuksesta ja palauttaa alkuperäisen muotonsa säilyttäen samalla "muistin" alkuperäisestä muodostaan. Tämä muodonpalautusominaisuus antaa tälle materiaalille laajan valikoiman sovellusmahdollisuuksia, kuten älykkäiden materiaalien sovellutuksia lääketieteen, rakentamisen, autoteollisuuden ja muilla aloilla.

Lisäksi kemiallista silloitustekniikkaa voidaan käyttää myös materiaalien ominaisuuksien säätelyyn ja parantamiseen, jolloin niille saadaan paremmat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet sekä lämpöstabiilisuus. Tällä teknologialla on korkea kehityspotentiaali, ja sitä voidaan soveltaa orgaanisten ja epäorgaanisten materiaalien valmistukseen ja muuntamiseen, ja sillä on aktiivinen rooli materiaalitekniikan alan kehityksen edistämisessä.

Siksi kemiallinen silloitustekniikka on erittäin lupaava tekniikka, jolla on monia etuja ja sovellusarvoa. Sen soveltamisella on laajat mahdollisuudet monilla aloilla, ja se on edistänyt insinööriteknologian kehitystä ja yhteiskunnallista kehitystä. Voidaan nähdä, että meidän on parannettava muistia, ja Cistanche deserticola voi parantaa merkittävästi muistia, koska Cistanche deserticolalla on antioksidanttisia, anti-inflammatorisia ja ikääntymistä estäviä vaikutuksia, jotka voivat auttaa vähentämään hapettumista ja tulehdusreaktioita aivoissa ja siten suojaamaan hermoston terveyttä. Lisäksi Cistanche deserticola voi myös edistää hermosolujen kasvua ja korjausta, mikä parantaa hermoverkkojen yhteyttä ja toimintaa. Nämä vaikutukset voivat auttaa parantamaan muistia, oppimiskykyä ja ajattelunopeutta ja voivat myös estää kognitiivisten toimintahäiriöiden ja hermostoa rappeuttavien sairauksien kehittymistä.

Napsauta Know-painiketta parantaaksesi lyhytaikaista muistia

Kestomuovien käsittelyyn kuuluu nopea jäähdytys ja jähmettyminen viskoosi polymeerisulat. Lämpökovettuva prosessointi vaatii matalaviskositeettisten esiasteiden reaktiota, ja prosessointinopeutta rajoittaa reaktion kinetiikan nopeus.

Näiden kahden välillä lämpökovettuvilla on yleensä korkeampi mittastabiilius ja virumisvastus, mikä tekee niistä parempana rakennekomposiittisovelluksissa kuin kestomuoveilla [28]. Näitä polymeerejä sekoittamalla voidaan mukauttaa jossain määrin muotomuistipolymeerin ominaisuuksia pohjan kanssa. polymeeri, joka tuottaa muotomuistiefektin ja muut polymeerit yleistä koheesiota ja muodonmuutosta varten (esimerkiksi venymisen jälkeen muiden polymeerien tuottama kiteisyys estää elastomeeriä rentoutumasta takaisin alkutilaansa) [29].

Muita materiaaleina käytettävien polymeerien etuja ovat niiden alhainen tiheys, helppo prosessoitavuus, kyky kestää jopa 800 prosentin rasitusta, korroosion- tai sähkönkestävyys, niiden keveys ja rakennuspalikoiden laajat ominaisuudet. ne koostuvat [2, 30].

Polymeeripohjaisten muotomuistikomposiittien ja pinnoitteiden on myös otettava huomioon lasittumislämpötila tai Tg, koska polymeeri on kiiltävässä tilassa ennen tätä kohtaa ja vaikuttaa siten mainitun komposiitin muodonmuistin ominaisuuksiin; tämän torjuminen edellyttäisi, että täyteaine pystyy estämään polymeerin lämpömekaaniset vaikutukset; nämä lämpömekaaniset vaikutukset näkyvät tyypillisesti kitkavuorovaikutuksina, jotka kestävät ulkoista kuormitusta [21]. Muodonmuistavien polymeerien kohdalla tämä on tyypillisesti enemmän riippuvainen lasittumislämpötilasta, joka tunnetaan myös nimellä Tg, jossa faasimuutoksia tapahtuu Tg:n yläpuolella, missä se muuttuu kumiseksi, ja paikka asettuu, kun polymeeri liikkuu Tg:n alapuolelle, muuttuu lasimaiseen tilaan. 2].

Kun otetaan huomioon, että muotomuistikomposiitit vaativat ulkoisen energian käyttämisen palatakseen primäärimuotoonsa, komposiitin lämmön absorptio ja johtavuus ovat välttämättömiä tekijöitä, jotka on otettava huomioon, sillä yleensä mitä suurempi komposiitin kyky absorboida tai johtaa energiaa, se johtaa parempiin muodon palautumisaikaan ja vähemmän energiaa kuluu mainittujen vasteaikojen näyttämiseen [21].

Muotomuistipolymeerien käytössä on kuitenkin haittoja, koska toiminnallisuus voi kadota ajan myötä; näin ollen keino tällaisen tehokkuuden heikkenemisen torjumiseksi on tärkeä muotomuistipolymeerin käyttöiän pidentämisessä ja sen kyvyssä kestää ympäristöolosuhteita.

4. Muistikomposiitit: polymeerit ja polymeeriseokset

Perinteiset polymeerit ovat melko inerttejä ympäristölle, mikä tarkoittaa asteittaista toiminnallisuuden menetystä ajan myötä [30], erityisesti mikrohalkeamien muodossa, jotka ovat vakavin haaste, joka polymeerit kohtaavat pitkäaikaisissa sovelluksissa, koska ne lyhentävät materiaalin käyttöikää ja on paljon vaikeampi havaita tai korjata [31].

Tästä syystä polymeerit vaativat keinoja toiminnallisuutensa ylläpitämiseksi ja korjaamiseksi, joko käyttämällä jotakin ulkoista sovellusta tai optimaalisemmin polymeerille tai polymeeriseokselle ominaisen ominaisuuden avulla; toisin sanoen polymeerillä on oltava luontainen kyky parantaa itsensä.

Koska polymeeri on muotomuistimateriaalia, useista laukaisutekijöistä, kuten kemiallisista, mekaanisista tai termisistä, aiheutuva stressi voi johtaa materiaalin mekaaniseen muodonmuutokseen ja lisäksi se voi aktivoida syntyneiden fyysisten vaurioiden paranemisreaktion[32]. .

Yleensä halkeamien paraneminen tapahtuu lämpövaikutusten vuoksi ja se alkaa Tg:ssä tai sen yläpuolella. Sellaisenaan kehitys on tyypillisesti keskittynyt tehollisen Tg:n säätämiseen haluttuun lämpötilaan, joka on tyypillisesti alhaisempi kuin polymeerin normaali Tg [31].

Polymeerien itseparantumisen toteuttaminen sisältää kaksi erilaista lähestymistapaa, jotka perustuvat erilaisiin kemiallisiin vuorovaikutuksiin tavoitteen saavuttamiseksi: toinen on supramolekyylisten voimien kautta ja toinen polymeeriseoksessa muodostuvien dynaamisten kovalenttisten sidosten avulla. Ensimmäinen on kuitenkin ensisijainen tapa, jolla polymeeri tarttuu pintaan.

Polymeerimatriisin ja 2D-täyteaineen välinen rajapintakiinnitys on tärkeä osa ominaisuuksien parantamista ja haluttujen tulosten saavuttamista. Polymeerimatriisin ja 2D-täyteaineen välinen voimakas rajapinnan sidos antaa polymeeripinnoitteelle korkean moduulin ja vetolujuuden, parantaa kovuutta ja lisää pinnoitteen kestävyyttä repeytymistä, väsymistä ja korroosiota vastaan ​​[17].

Näin ollen muotomuistikomposiitin muodostuminen polymeerin ja lejeeringin välille edellyttää kytkentäaineiden, kuten trimetoksisilyylipropyylimetakrylaatin, käyttöä pinnoitteen orgaanisen ja epäorgaanisen faasin välisen yhteyden muodostamiseksi, koska tällaisen liitoksen puuttuminen vaarantaa yleiset mekaaniset ominaisuudet, koska orgaaniset materiaalit eivät tartu hyvin epäorgaanisiin materiaaleihin [33].

Yksi tehokkaimmista vaihtoehdoista korroosionestoa varten ja suositeltuja vaihtoehtoja kytkentäaineille ovat polysiloksaanit. Polysiloksaanit ovat hydrofobisia polymeerejä, jotka pystyvät parantamaan polymeeriseoksen korroosionkestävyyttä rajoittamalla veden kykyä päästä metalli-/hybridipolymeeripinnoitteen rajapintaan[17].

Si-O-Si-ryhmälle on tunnusomaista, että polymeeriketjussa on 104-180 asteen sidos, ja sidoskulman astealue vaikuttaa joustavuusketjuun ja parantaa sidosenergiaa muodostaen perustan huomattavalle kestävyydelle ja lämmönkestävyydelle. että polysiloksaaneissa on [34].

4.1. Polydimetyylisiloksaani. Yksi yleisimmin käytetyistä polysiloksaaneista on polydimetyylisiloksaani, lyhennettynä PDMS. PDMS-elastomeerit muodostuvat tyypillisesti silloittavista lineaarisista polymeereistä, jotka ovat kietoutuneet ja ovat jäykempiä kuin kynnysarvo tiiviille kietouksille, jotka toimivat tehokkaasti ristisilloina [35]; rakenne löytyy kuvasta 5.

Yksi menetelmä, jossa PDMS:ää voitaisiin parantaa käyttöä varten, on PDMS-elastomeerien jäykkyyden vähentäminen, mikä vähentäisi muodonmuutokseen tarvittavaa energiaa. Tämä on kriittistä parantuneelle tarttumiselle esineeseen, jolle muuten olisi vaikea levittää pinnoitetta, ja tämän toteuttaminen tarkoittaisi ristisidosten tiheyden yleistä pienenemistä. Liuottimen lisääminen voi vähentää tiheyttä, mutta liuotin voi huuhtoutua ulos ja mahdollisesti vahingoittaa ympäröivää ympäristöä. PDMS:n leikkauskerroin ei voi olla pienempi kuin 200 kPa.

Muodostamalla silloituspulloharjamatriisi lineaarisen polymeerin sijaan on mahdollista estää kietoutumisen muodostuminen ja muodostaa säädeltävä kimmomoduuli, joka voi vaihdella välillä 1 - 100 kPa, jossa moduuli vastaa lineaarisesti silloittuvien ketjujen tiheyttä.

Lisäksi häviömoduulia voidaan ohjata itsenäisesti; se vähentää tarttuvuutta, voi olla suhteellisen yksinkertainen valmistaa, ja sitä voidaan edelleen virittää selkäranka/sivuketju/silloitusketju-suhteella mekaanisten ominaisuuksien räätälöimiseksi edelleen [35].4.2.

Polymetyylihydrosiloksaani. Saatavilla olevista polysiloksaaneista polymetyylihydrosiloksaani tai lyhyesti PMHS on erityisen suosittu siloksaani, koska se on myrkytön, stabiili ilmassa, kestää korkeita lämpötiloja ja sitä voidaan käyttää pelkistimenä karbonyylien muuntamisessa alkoholeiksi [17, 33 ]; rakenne löytyy kuvasta 6. PMHS:llä on pieni pintaenergia ja hyvä luontainen hydrofobisuus ja se toimii epäorgaanisten ja orgaanisten molekyyliosien ansiosta hyvänä kytkentäaineena polymeerien ja metallipintojen välillä.

PMHS on hyödyllinen, koska pinnoitteen valmistuksessa tarvitaan ei-orgaanista liuotinta, mikä on tärkeää, kun otetaan huomioon haihtuvien orgaanisten yhdisteiden rajoitukset, joita voidaan pitää ympäristölle vaarallisina. Tästä huolimatta PMHS:n käyttö korroosionestotoimenpiteenä on suhteellisen harvinaista. PMHS:n lisäyksen tehokkuus voidaan osoittaa kokeella, jonka ovat suorittaneet Sun et ai. jossa PMHS lisättiin apolyaniliini-epoksipinnoitteeseen.

Tämä vähensi onnistuneesti pinnoitteen kokonaispintaenergiaa, paransi kostutettavuutta ja muodosti pinnalle pieniä ulkonemia, jotka mahdollistivat ilmakerroksen muodostumisen ja estävät syövyttävän liuoksen kosketuksen ja liuoksen syövyttävien tekijöiden adsorption, mikä johti pinnoitteen lisääntymiseen. pinnoitteen tehokkuus 70 päivään, kun taas pinnoite ilman PMHS:ää oli kestänyt vain 34 päivää [20].4.3. Supramolekulaariset polymeerit.

Supramolekulaarisessa sidospohjaisessa itsestään paranevassa materiaalissa on polymeerisidoksia, jotka liittyvät toisiinsa tarramaisella käytöksellä siten, että ne voivat liittyä ja yhdistyä uudelleen, ja juuri tämä tahmeus antaa materiaalille lujuuden; On tärkeää huomata, että tämä ei johdu kovalenttisista sidoksista tai ketjujen sotkeutumisesta.

Nämä sidokset vaikuttavat polymeeriseoksen lujuuteen, viskositeettiin, virtaukseen ja sen sisällä olevien polymeeriketjujen järjestykseen, ja siksi niillä on suhde polymeerin dynaamiseen käyttäytymiseen. Kun vaurio on tapahtunut rakenteessa, vaurioituneiden pintojen rajapinnassa on sitten sitoutumattomia supramolekyylisiä sidoksia, jotka pysyvät "tahmeina" ja jotka voidaan yhdistää ja uudistaa vaurion sulkemiseksi ja aiempaan vahingoittumattomaan tilaan palaamiseksi. Supramolekyylisidoksia käytettäessä keskeisiä huolenaiheita ovat palautumiseen kuluva aika, materiaalin lujuus ja materiaalin kyky palauttaa ominaisuuksia vaurion jälkeen [32].

Joitakin esimerkkejä polymeereistä, joita käytetään sekoituksessa, joka luottaa supramolekulaarisiin voimiin itseparantumisen aikaansaamiseksi, ovat seuraavat.4.3.1. Epoksiesteri. Epoksiesterihartseilla tiedetään olevan hyvät korroosionesto-ominaisuudet ja tarttuvuus pintoihin, mutta niiden käyttö on rajoitettua huonon kemiallisen kestävyyden ja heikkojen mekaanisten ominaisuuksiensa vuoksi; sellaisenaan on suositeltavaa parantaa niitä sekoittamalla tai kopolymeroimalla muiden polymeerien kanssa, jotka kykenevät kestämään korkeita lämpötiloja, kuten polyurea tai polysiloksaani [17, 33]; rakenteen esitys löytyy kuvasta 7.

Polyureaa käytetään tyypillisesti laminaateissa rakennuksissa ja autoteollisuudessa, missä se voi parantaa epoksiesterin iskun- ja puhalluskestävyyttä [17]. Epoksiestereitä rajoittavat myös niiden erittäin reaktiiviset renkaat, jotka estävät polymeeriseosten prosessoitavuutta ja tekevät niistä siten kalliimpia valmistaa.

Yleensä kun epoksiesterit saatetaan reagoimaan tiettyjen polymeerien tuottamiseksi, funktionaaliset epoksiryhmät avautuvat esteröimällä tyydyttymättömiä rasvahappoja, jolloin muodostuu alkydimodifioituja epoksiestereitä, joiden ominaisuuksia ohjataan esimerkiksi tyydyttymättömyyden tason tai ketjun pituuden avulla.

Valmistettu epoksiesteriemulsio dehydratoidaan sitten haihduttamalla vettä, jolloin se sulautuu ja muodostaa kalvon, joka kovetetaan itsehapetuksella tai happireaktiolla vapaaradikaaliketjumekanismin aikaansaamiseksi.

Ominaisuuksien lopputulos riippuu öljyketjun pituudesta. Esimerkiksi pitkät öljyketjut epoksiestereissä tarkoittavat alhaisempaa kemiallista kestävyyttä, pidempiä kuivumisaikoja ja parempaa kykyä tunkeutua ja tiivistää huonosti puhdistettuja pintoja, kun taas lyhyet öljyketjut ovat kovia ja hauraita ja niillä on hyvät kemialliset ja kemialliset ominaisuudet. kosteudenkestävyys [36].

4.3.2. Polyimidi.

Yleensä polyimidejä suositaan teknisissä sovelluksissa, koska niillä on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, suuri lämpöstabiilisuus, korkea lasittumislämpötila ja alhainen dielektrisyysvakio [36]; esitys rakenteesta löytyy kuvasta 8.

Useimmat itsekorjautuviin polymeereihin keskittyvät tutkimukset ovat sellaisia, joissa Tg on alhainen tai keskitasoinen, kun taas korkean Tg:n polymeerejä, jotka soveltuisivat itseohjautuviin ilmailu- tai suihkukoneistosovelluksiin, ei ole tutkittu yhtä hyvin. Polyimidin muotomuistimuunnos olisi yksi tällainen polymeeri, koska se pystyy saavuttamaan korkean Tg:n, noin 218 asteen lämpötiloissa, ja itseparantumaan (jota tapahtuu 243 asteessa) alentuneiden mekaanisten ominaisuuksien ja alhaisemman Tg:n (235 astetta) kustannuksella. ei-itseparantuva variantti kuin ei-itseparantuva variantti, mutta se saattaa johtua polystyreenistä, ja jokin muu materiaali voi sopia paremmin [37].

Polyimidit määritellään jäykällä heterosyklisimidifunktionaalisella ryhmällä, ja niiden elektronirikkaan typpiatomin ja polyimidin rungossa sijaitsevan elektronipuutteisen karbonyyliryhmän vuorovaikutus on tunnettu [38].

Polyimidien käyttö on kuitenkin yleensä rajoitettu huonon kosteuden imeytymisen ja adheesion vuoksi, mikä voi johtaa rajapinnan vaurioitumiseen ja rajoittaa niiden pinnoitteen käyttöikää kohtuullisempaan verrattuna muihin pinnoitteisiin sekä niiden korkeaan pintaenergiaan ja dielektrisyysvakioon [36, 38 Näiden rajoitusten ylittäminen tarkoittaa tyypillisesti hydrofobisten polymeerilohkojen lisäämistä polyimidin runkoon tai nanopartikkelien sisällyttämistä matriisiin keinona vähentää polyimidipinnoitteen diffuusiota ja suhteellista permittiivisyyttä [38].

Nanohiukkasten sisällyttämisen haittapuolena on polyimidin pintaenergian lisääminen, mikä puolestaan ​​vähentää sen tarttuvuutta, kun taas polymeerilohkojen sisällyttäminen runkoon voi alentaa hajoamislämpötilaa ja siten käyttölämpötilaa ja mekaanisia ominaisuuksia [38]. Kestävyys liittyy polymeeripinnoitteen ylläpitämien sulkuominaisuuksien säilymiseen, ja polymeerien osalta sitä säätelee pinnoitteen kiteisyys.

Pinnoitteen pintaenergian lasku liittyy pinnoitteen kestävyyden lisääntymiseen [25]. Polysiloksaaneja voidaan käyttää parantamaan energian hajoamista, joustavuutta ja pinnan tarttumista, mutta kompromissina ne vähentävät lopullista lujuutta ja Youngin moduulia; siksi näiden haittavaikutusten lieventäminen vaatii ensisijaisesti polysiloksaanin molekyylipainoprosentin käsittelyä.

Jotta Youngin moduuli pysyisi lähellä tavallisen polyimidin moduulia, polysiloksaanin painoprosentin on oltava välillä 10 - 20 %; on syytä huomata, että sitkeys paranee merkittävästi kopolymeeripolysiloksaanin ollessa 10-40 paino-%. Kaiken kaikkiaan apolysiloksaanin kiinnittäminen polyimidiketjun runkoon parantaa polymeerin yleistä prosessoitavuutta, estää veden imeytymistä, tekee polymeeristä kiinnittymiskykyisemmän monenlaisiin pintoihin, parantaa lämmönkestävyyttä ja laskee hajoamislämpötilaa polymeerin noustessa. paino-% polysiloksaania polymeerissä (tämä näyttää liittyvän enemmän polyimidin vähenemiseen). Polyimidi-polysiloksaaniketjujen haitat voitaisiin voittaa lisäämällä muita kopolymeerejä, kuten polyfenyylisilseskvioksaania, joka on ehdotettu polymeeri, joka voisi myös parantaa edelleen polymeeriseoksen hajoamislämpötilaa.

Esteriryhmän lisääminen imidirunkoon saa aikaan polymeerin lisääntyneen joustavuuden vaikutuksen, mutta alentaa lasittumislämpötilaa, jolloin yhdistetyn poly(esteri-imidi)-molekyylin lasittumislämpötila on 185 astetta ja lisäanalyysi on osoittanut, että se menettää 10 painoprosenttia. % sen massasta ilmassa 300 asteessa [33]. Koska polymeeriseoksen Tg ei ole seoksen muodostavien polymeerien Tg:n todellinen keskiarvo, se näyttää toimivan enemmän kuin vaihteluväli, joka vaihtelee riippuen bulkin koostumuksesta, seoksen arkkitehtuurista ja polymeerin molekyylipainosta. polymeerit ja muut tekijät.

At tmn alueen alempana tapahtuu lämpöaktivointia, mutta sitä estävät steeriset rajoitukset, joiden vakavuus voidaan määrittää komponenttien dynamiikan suhteellisella nopeudella [36].4.3.3. Polyurea.

Polyurea on pietsosähköisistä ominaisuuksistaan ​​arvostettu puolikiteinen polymeeri, jota käytetään usein eristeenä, ja se voi osoittaa stabiiliutta korkeissa lämpötiloissa, ja sen pietsosähköinen ekonstantti on 15 mC/m2, joka pysyy sellaisena, kunnes se saavuttaa 200 asteen lämpötilan [38]; esitys rakenteesta löytyy kuvasta 9. Jos se on sekoitettu polyimidin kanssa, seoksen sisältämät vetysidoksen luovuttajat ja akseptorit mahdollistavat itsensä muodostumisen lisäksi erittäin alhaisen dielektrisyysvakion, arvo välillä 1,56 - 1,94 ja mikä tahansa vähennys vastaa pitoisuuden kasvua. polyurea, joka olisi erittäin hyödyllinen korroosion estämisessä [25,38]; esitys polyimidi-polyurea-seoksesta saattaa nähdä kuvassa 10.

Lisäksi luodussa poly(urea-imidi)-seoksessa esiintyy eksponentiaalisesti kaksi kumimaista tasannealuetta johtuen kahdesta Tg-alueesta, jotka aiheutuvat polyurean mooliosuuden sisällöstä polyimidilohkoketjussa, mikä puolestaan ​​lisää polymeerin varastointimoduulia.

Kopolymeerien Tg kasvaa korkean Tg:n komponentin pitoisuuden kasvaessa, jolloin voimakkaampi vaikutus syntyy, kun polyimidiin lisätään hieman suurempi määrä polyureaa (on syytä huomata, että imidisaatioasteella ei ole juurikaan vaikutusta tähän käyttäytymiseen). se pienenee polyurea-mooliosuuden kasvaessa) itsekantavan, komplementaarisen vetysidoksen seurauksena [38].

Tämän seurauksena polyimidi-b-polyurea muodostaa pinnoitteen, jonka odotettu käyttöikä on 8 vuotta, korkeampi kuin polyimidin, ja tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden [25], mikä näkyy kuvissa 11(a) ja 11(b).

For more information:1950477648nn@gmail.com