اطروحة دكتوراه تناقش تصميم مادة مركبة نانوية جديدة من الايبوكسي
ناقشت كلية هندسة المواد\ قسم هندسة البوليمرات والصناعات البتروكيمياوية اطروحة الدكتوراه للطالبة زينب عبد الرحيم عبد الحسن ناصر وهي جزء من متطلبات نيل درجة الدكتوراه في هندسة المواد\ البوليمر. بحضور عدد من تدريسيي وطلبة القسم.
عنوان الاطروحة:
((تصميم مادة مركبة نانوية جديدة من الايبوكسي للتطبيقات الصناعية)
Designing New Epoxy Nano-Composites for Industrial Applications

إشراف :
الاستاذ الدكتور ذو الفقار كريم مزعل
الاستاذ الدكتور محمد عبد الحمزة الكرعاوي
الخلاصة :
تهدف هذه الأطروحة إلى تحضير وفحص طبقة طلاء إيبوكسي جديدة تمتاز بالمتانة, اعتمادًا على خلط البوليمر وتقوية بالجسيمات النانوية لتطبيقات البلى ومقاومة التآكل.
في الجزء الأول من هذه الدراسة ، تم استخدام خمسة عوامل تمتين مختلفة لتعديل راتنج الايبوكسي النقي (EP).وهي كوبوليمر ثلاثي بلوك (TBCP) ، بولي إيثر بوليول (اساس PU) ، مطاط السيليكون السائل (LSR) ، لاصق بولي فينيل كلورايد السائل(PVC) ، بوليمر بولي سلفايد (PSR) ,المصلد المستخدم كان ايزوفورن ثنائي الامين لاكمال عملية التقسية . تم الحصول على سلسلة من خلائط الايبوكسي بتراكيز مختلفة بنسبة 3 و 6 و 9 و 12? بالوزن. تم اختبار مقاومة الشد ومعامل المرونة عن طريق تطبيق اختبار الشد ، وتم قياس متانة الكسر باستخدام نمط عامل شدة الاجهاد الحرج (KIC). تم قياس درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg) عن طريق جهاز المسعر التفاضلي (DSC) ، ويُعد التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فوريير (FTIR) طريقة لتحديد نوع التفاعل بين الإيبوكسي ومواد الخلائط الاخرى. في الوقت نفسه ، يتم استخدام المجهر الإلكتروني (SEM) لفحص أسطح الكسر.
أظهرت النتائج أن نتائج FTIR أثبتت عدم وجود تفاعل كيميائي ، وأن هناك تفاعل فيزيائي فقط بين عوامل التمتين ومصفوفة الايبوكسي. تم التحقق من فحص أسطح العينة المكسورة بواسطة طريقة الفحص المجهري(SEM) التي اعطت تفصيل عن آليات التمتين المسؤولة عن التحسينات. على سبيل المثال ، تسبب عوامل التقوية تشوهًا بلاستيكيًا لارضية الإيبوكسي ،ايضا التجويفات ، وانتشار الفراغ ، وخضوع القص ،كلها تؤدي إلى تبديد الطاقة.
تشير النتائج الى وجود طور ثانوي اخر كعامل تمتين بعد عملية تقسية الايبوكسي (curing ), يقلل درجة الانتقال الزجاجي Tg لكل عينات الخلائط المحضرة مقارنة مع الايبوكسي النقي وذلك من خلال تحليل DSC . خلائط الايبوكسي التي تضم حوالي 3% بالوزن من عامل التمتين (TBCP ) اظهرت زيادة في مقاومة الشد وعامل المرونة وبالتراكيز الاعلى من نسبة 3% من عامل التمتين (TBCP ) لوحظ انخفاض بالخواص الميكانيكية للايبوكسي . اما الخواص الاخرى مثل متانة الكسر ومقاومة الصدم ومقاومة الالتصاق تزداد مع زيادة نسب عامل التمتين(TBCP ).
كما أظهرت خلائط الإيبوكسي التي تحتوي على عامل التمتين بوليول(اساس PU) بنسبة 3? نسبة وزنية انخفاضًا في مقاومة الشد ومعامل المرونة مع زيادة محتوى تحميل بولي يوريثان بوليول ، وزادت خصائص أخرى مثل متانة الكسر ومقاومة الصدم عند هذه النسبة. بالنسبة لعامل التمتين الاخر PVC انخفضت خصائص الشد مع زيادة نسب اضافة PVC ، وحصلت النسبة المئوية 3? بالوزن على أفضل قيمة لمتانة الكسر مقارنة بالإيبوكسي النقي .ايضا مقاومة الصدم والالتصاق تحسنت مع زيادة محتوى التحميل لعامل التمتين PVC
في حالة مطاط السليكون كمعدل لارضيه الايبوكسي ,افضل نسبة اعطت خواص شد مثل مقاومة الشد وعامل المرونة كانت 3 و6 %نسبة وزنيه .اما متانة الكسر ومقاومة الصدمة تتحسن مع زيادة نسب الاضافة لعامل التمتين) (LSRعند نسبة تحميل 6% . ولنفس هذه النسبة تحسن طفيف في خاصية مقاومة الالتصاق.
اما حالة التمتين ببولي سلفايد (PSR) خواص الشد قلت مع زيادة نسب الاضافة ل (PSR) وافضل نسبة حققت تحسن بمتانة الكسر ومقاومة الصدمة كانت عند 9% نسبة وزنية. ايضا الخلائط المحضرة من بولي سلفايد / ايبوكسي اضهرت مقاومة التصاق قليلة مقارنة مع الايبوكسي النقي .
بالمرحلة الثانية من العمل , مجموعتان من المواد المركبة النانوية تم تحضيرها , الاولى عندما تم خلط الدقائق النانويه كاربيد التنكستن (WC ) مع الايبوكسي ,بينما المجموعة الاخرى تم خلط دقائق كاربيد التنكستن النانوية مع خليط من (الايبوكسي + 3% نسبة وزنية من عامل التمتين TBCP) .وكانت نسبة اضافة دقائق كاربيد التكستن النانوية بالمجموعتين 2,1و3% نسبة وزنية. كلا المواد المركبة النانوية المعتمدة على الايبوكسي تم اختبارها بواسطة عدة اختبارات منها : الشد ,الصدم ,متانة الكسر نوع او نمط الانحناء بحز بحافة مفردة (SENB ), الصلادة, تحليل المورفولوجي (SEM ),تحليل الحراري بواسطة (DSC ),اختبار الالتصاق ( Pull off )واخيرا اختبار البلى(wear test ) لقياس اداء هذه الطلاءات .
وضحت نتائج الاختبار الحراري ((DSC ان درجة الانتقال الزجاجي Tg للمواد المركبة) كاربيد تنكستن مع ايبوكسي (, و)كاربيد تنكستن مع (3% TBCP ) مع الايبوكسي( , على التوالي , زيادة مع زيادة اضافة دقائق كاربيد التنكستن النانوية. اضافة نسبة 2 % من كاربيد التنكستن ادى الي توزيع متجانس وتشتيت جيد داخل ارضية الايبوكسي لكلا المجموعتين للمواد المركبة النانوية المحضرة كما وضحت صور اختبار( FESEM) .
اضافة 1% نسبة وزنية من دقائق كاربيد التنكستن النانويه لارضية ((3% نسبة وزنية من TBCP مع الايبوكسي ) حسنت مقاومة الشد حوالي 29% مقارنة بالايبوكسي النقي و المادة المركبة الاخرى (كاربيد تنكستن مع ايبوكسي ). اضافة نسبة 3% نسبة وزنية من دقائق كاربيد التنكستن النانويه لارضية ((3% نسبة وزنية من TBCP مع الايبوكسي ) حسنت معامل المرونة حوالي 46% مقارنة بالايبوكسي والمادة المركبة الاخرى المحضرة من كاربيد تنكستن مع الايبوكسي فقط. اما نسبة 2% نسبة وزنية من كاربيد التنكستن لارضية ((3% نسبة وزنية من TBCP مع الايبوكسي ))حسنت الاستطالة حوالي 12 % مقارنة بالايبوكسي الاصل والمادة المركبة الاخرى.
اضافة نسبة 2% نسبة وزنية من دقائق كاربيد التنكستن النانوية للمادة المركبة من (كاربيد التنكستن مع ايبوكسي ) حسنت من متانة الكسر حوالي 350 % مقارنة مع الايبوكسي والمادة المركبة الاخرى. اما اضافة 1% نسبة وزنية من دقائق كاربيد التنكستن النانويه للمادة المركبة النانويه ذات الارضية المحضرة من ((3% نسبة وزنية TBCP مع الايبوكسي ))حسنت من مقاومة الصدم حوالي 108% مقارنة بالايبوكسي والنوع الاخر من المادة المركبة النانوية .

جنان العبيدي
تصوير احمد حسين