Shape Memory korrosionsbestandige polymermaterialer del 2

Polymerer fungerer gennem de potentielle vekselvirkninger mellem termohærdning og termoplast, hvor termohærdning er defineret af deres kemiske tværbindinger, der danner et tredimensionelt netværk, der kan strække sig til en uendelig længde, og termoplast mangler de indbyrdes forbundne kemiske tværbindinger og kun har en endelig længde.

Kemisk tværbinding refererer til at tilføje reaktive kemikalier til materialer, så de reagerer kemisk under specifikke betingelser for at danne en gel eller hærdet materiale. Denne metode er meget udbredt i fremstillingsprocessen af ​​forskellige materialer, såsom fibermaterialer, plast, gummi, belægninger osv., og har brede anvendelsesmuligheder.

Forholdet til hukommelse er, at materialer fremstillet gennem kemisk tværbindingsteknologi har hukommelsesfunktioner. Dette materiale kan selvstændigt ændre form under ekstern stimulation og genoprette sin oprindelige form, samtidig med at "hukommelsen" af sin oprindelige form bevares. Denne formgendannelsesegenskab giver dette materiale en bred vifte af anvendelsesmuligheder, såsom smarte materialeanvendelser inden for medicin, byggeri, bilindustrien og andre områder.

Derudover kan kemisk tværbindingsteknologi også bruges til at regulere og forbedre materialers egenskaber, hvilket giver dem bedre fysiske og kemiske egenskaber og termisk stabilitet. Denne teknologi har et højt udviklingspotentiale og kan anvendes til fremstilling og modifikation af organiske og uorganiske materialer og spiller en aktiv rolle i at fremme udviklingen af ​​materialeteknik.

Derfor er kemisk tværbindingsteknologi en meget lovende teknologi med mange fordele og anvendelsesværdi. Dens anvendelse har brede perspektiver på mange områder og har bidraget til udviklingen af ​​ingeniørteknologi og sociale fremskridt. Det kan ses, at vi skal forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola har antioxidant-, anti-inflammatoriske og anti-aldringseffekter, som kan hjælpe med at reducere oxidation og inflammatoriske reaktioner i hjernen og derved beskytte nervesystemets sundhed. Derudover kan Cistanche deserticola også fremme væksten og reparationen af ​​nerveceller og dermed forbedre forbindelsen og funktionen af ​​neurale netværk. Disse effekter kan hjælpe med at forbedre hukommelsen, indlæringsevnen og tænkehastigheden og kan også forhindre udviklingen af ​​kognitiv dysfunktion og neurodegenerative sygdomme.

Klik på Kend for at forbedre korttidshukommelsen

Forarbejdning af termoplast involverer hurtig afkøling og størkning af viskøse polymersmelter. Termohærdningsbearbejdning kræver reaktion af lavviskositetsforstadier, og bearbejdningshastigheden er begrænset af reaktionskinetikkens hastighed.

Mellem de to har termohærdende en tendens til at have højere dimensionsstabilitet og krybemodstand, hvilket gør dem foretrukne til strukturelle kompositapplikationer frem for termoplast [28]. Ved at blande disse polymerer kan man til en vis grad tilpasse egenskaberne af formhukommelsespolymeren med basen polymer, der producerer formhukommelseseffekten og andre polymerer for generel kohæsion og deformerbarhed (for eksempel, efter forlængelse, forhindrer krystalliniteten fra de andre polymerer elastomeren i at slappe af tilbage i sin oprindelige tilstand) [29].

Andre fordele for polymerer i deres anvendelse som materialer er deres lave densitet, deres lette forarbejdningsevne, evnen til at modstå belastningsrater på op til 800 %, modstandsdygtighed over for korrosion eller elektricitet, hvor lette de er, og den brede vifte af egenskaber, som byggestenene de er sammensat af [2, 30].

Polymerbaserede formhukommelseskompositter og belægninger skal også være berørt af glasovergangstemperaturen eller Tg, givet at polymeren vil være i en glasagtig tilstand før dette punkt og derved vil påvirke formhukommelseskarakteristikaene af kompositten; imødegåelse af dette vil kræve, at fyldmaterialet er i stand til at inhibere de termomekaniske virkninger, som polymeren udviser; disse termomekaniske effekter demonstreres typisk ved friktionsinteraktioner, der modstår ekstern belastning [21]. For polymerer med formhukommelse er dette typisk mere afhængigt af glasovergangstemperaturen, også kendt som Tg, hvor faseændringer forekommer over Tg, hvor den bliver gummiagtig, og positionen indstilles, når polymeren bevæger sig under Tg, når den bliver til en glasagtig tilstand [ 2].

I betragtning af, at formhukommelseskompositter kræver påføring af ekstern energi for at vende tilbage til deres primære form, er komposittens termiske absorption og ledningsevne nødvendige faktorer at overveje, da generelt, jo større evne en komposit har til at absorbere eller ledende energi resulterer i bedre formgendannelsestider og mindre energiforbrug for at udvise de nævnte responstider [21].

Der er dog ulemper ved at bruge formhukommelsespolymerer, da funktionalitet kan gå tabt over tid; et middel til at modvirke et sådant tab af effektivitet er derfor vigtigt for at forlænge en formhukommelsespolymers levetid og dens evne til at modstå miljømæssige forhold.

4. Formhukommelseskompositter: Polymerer og polymerblandinger

Traditionelle polymerer er temmelig inerte over for miljøet, hvilket betyder et gradvist tab af funktionalitet over tid [30], især i form af mikrorevner, den mest alvorlige udfordring, som polymerer står over for i langsigtede anvendelser, da de reducerer materialets levetid og er meget sværere at opdage eller reparere [31].

Derfor kræver polymerer nogle midler til at vedligeholde og reparere deres funktionalitet, enten ved hjælp af en ekstern applikation eller, mere optimalt, ved en egenskab, der er iboende for polymeren eller polymerblandingen; med andre ord skal polymeren have den iboende evne til at helbrede sig selv.

Da polymeren er et formhukommelsesmateriale, kan stress som følge af en række forskellige triggere, såsom kemiske, mekaniske eller termiske, resultere i mekanisk deformation i materialet og kan desuden aktivere en helingsreaktion mod fysisk skade, der er blevet genereret[32] .

Almindeligvis opstår revneheling på grund af termiske virkninger og initieres ved eller over Tg. Som sådan har udviklingen typisk fokuseret på at justere den effektive Tg til den ønskede temperatur, som typisk er lavere end en polymers normale Tg [31].

At opnå selvhelbredelse for polymerer omfatter to forskellige tilgange, der er afhængige af forskellige kemiske vekselvirkninger for at nå målet: den ene er gennem supramolekylære kræfter, og den anden er ved dynamiske kovalente bindinger dannet i polymerblandingen. For det første er det dog den primære måde, hvorpå polymeren klæber til overfladen.

Grænsefladeadhæsionen mellem polymermatrixen og 2D-fyldstoffet er en vigtig del af egenskabsforbedring og at kunne gengive de ønskede resultater. Stærk grænsefladebinding mellem polymermatrixen og 2D-fyldstoffet giver polymerbelægningen et højt modul og trækstyrke, forbedrer hårdheden og øger belægningsbestandigheden over for rivning, træthed og korrosion [17].

Dannelsen af ​​en formhukommelseskomposit mellem en polymer og en legering nødvendiggør således brugen af ​​koblingsmidler, såsom trimethoxysilylpropylmethacrylat, for at danne forbindelsen mellem de organiske og uorganiske faser af belægningen, da manglen på en sådan forbindelse kompromitterer de generelle mekaniske egenskaber, fordi organiske materialer klæber ikke godt til uorganiske materialer [33].

Et af de mest effektive valg til korrosionshæmning og anbefalede muligheder for koblingsmidler omfatter polysiloxaner. Polysiloxaner er hydrofobe polymerer, der er i stand til at forbedre korrosionsbestandigheden af ​​en polymerblanding ved at begrænse vands evne til at få adgang til metal/hybridpolymerbelægningsgrænsefladen[17].

Karakteriseret ved en Si-O-Si-gruppe, som har en bindingsvinkel mellem 104 og 180 grader knyttet til polymerkæden, påvirker graden af ​​bindingsvinklen fleksibilitetskæden og forbedrer bindingsenergien, hvilket danner grundlaget for den bemærkelsesværdige holdbarhed og modstandsdygtighed over for varme at polysiloxaner har [34].

4.1. Polydimethylsiloxan. En af de mest almindeligt anvendte polysiloxaner er polydimethylsiloxan, forkortet til PDMS. PDMS elastomerer er typisk dannet af tværbindende lineære polymerer, der er blevet sammenfiltret og er stivere end tærskelværdien for de tætte sammenfiltringer, der fungerer effektivt som tværbindinger [35]; strukturen kan findes i figur 5.

En metode, hvor PDMS kunne forbedres til brug, er at reducere stivheden af ​​PDMS elastomerer, hvilket ville reducere den nødvendige energi til deformation. Dette er kritisk for forbedret vedhæftning til en genstand, som ellers ville være svær at påføre en belægning på, og opnåelse af dette ville betyde en samlet reduktion i tætheden af ​​tværbindingerne. Påføring af et opløsningsmiddel kan opnå reduktionen i densiteten, men opløsningsmidlet kan udvaskes og potentielt skade det omgivende miljø. PDMS kan ikke have et høremodul lavere end 200 kPa.

Ved at danne en tværbindende flaskebørstematrix i modsætning til en lineær polymer er det muligt at inhibere sammenfiltringsdannelse og danne et kontrollerbart elasticitetsmodul, der kan variere fra 1 til 100 kPa, hvor modulet svarer lineært til tætheden af ​​tværbindingskæderne.

Derudover kan der være uafhængig kontrol over tabsmodulet; det reducerer klæbeevnen, kan være relativt nemt at fremstille og kan justeres yderligere via forholdet mellem rygrad/sidekæde/tværbindingskæde for yderligere at skræddersy de mekaniske egenskaber [35].4.2.

Polymethylhydrosiloxan. Blandt de tilgængelige polysiloxaner er polymethylhydrosiloxan, eller kort sagt PMHS, et særligt udvalgt siloxan, da det er ugiftigt, luftstabilt, modstandsdygtigt over for høje temperaturer og kan bruges som et reduktionsmiddel til omdannelse af carbonyler til alkoholer [17, 33 ]; strukturen kan findes i figur 6. PMHS har lav overfladeenergi og god medfødt hydrofobicitet og fungerer takket være sine uorganiske og organiske molekyldele som et godt koblingsmiddel mellem polymerer og metaloverflader.

PMHS er nyttigt, da der kræves ingen organisk opløsningsmiddel for at fremstille belægningen, hvilket er vigtigt i betragtning af begrænsningerne for flygtige organiske forbindelser, der kan anses for at være farlige for miljøet. På trods af dette er anvendelsen af ​​PMHS som en anti-korrosionsforanstaltning relativt sjælden. Effektiviteten af ​​tilsætningen af ​​PMHS kan påvises ved et eksperiment udført af Sun et al. hvor PMHS blev tilsat til en polyanilin-epoxycoating.

Dette reducerede med succes belægningens samlede overfladeenergi, forbedrede befugtningsevnen og dannede små fremspring på overfladen, som gjorde det muligt for et lag af luft at danne sig og hæmme kontakt med en ætsende opløsning og adsorptionen af ​​opløsningens ætsninger, hvilket resulterede i en stigning i belægningens effektivitet til 70 dage, hvorimod belægningen uden PMHS kun havde varet 34 dage [20].4.3. Supramolekylære polymerer.

Supramolekylært bindingsbaseret selvhelbredende materiale har polymerbindinger, der er forbundet med klistermærke-lignende adfærd, idet de kan forbinde og genforbinde, og det er denne klæbrighed, der giver materialet styrke; Det er vigtigt at bemærke, at dette ikke kommer fra kovalente bindinger eller kædesammenfiltringer.

Disse bindinger påvirker polymerblandingens styrke, viskositet, flow og rækkefølge af dens polymerkæder indeni og har derfor et forhold til den dynamiske adfærd polymeren udviser. Når først skaden er sket på strukturen, vil grænsefladen mellem de beskadigede overflader have ubundne supramolekylære bindinger, der forbliver "klæbrige" og er i stand til at blive rekombineret og omdannet for at lukke skaden og vende tilbage til den tidligere ubeskadigede tilstand. Ved brug af supramolekylære bindinger er de centrale bekymringer den tid, det tager for genopretning, materialets styrke og materialets evne til at genvinde egenskaber efter beskadigelse [32].

Nogle eksempler på polymerer til brug i en blanding, der er afhængig af supramolekylære kræfter for at opnå selvhelbredelse, er som følger.4.3.1. Epoxy ester. Epoxyesterharpikser er kendt for at have gode korrosionsinhiberende egenskaber og vedhæftning til overflader, men er begrænset i brug på grund af deres dårlige kemiske resistens og svage mekaniske egenskaber; som sådan anbefales det at forbedre dem ved at bruge blanding eller copolymerisation med andre polymerer, der er i stand til at modstå høje temperaturer såsom polyurinstof eller polysiloxan [17, 33]; repræsentationen af ​​strukturen kan findes i figur 7.

Polyurinstof bruges typisk til laminater i bygninger og bilindustrien, hvor det kan forbedre slag- og blæsebestandigheden af ​​epoxyesteren [17]. Epoxyestere er også begrænset af deres meget reaktive ringe, som hæmmer bearbejdeligheden for polymerblandinger og derved gør dem dyrere at fremstille.

Generelt, når man reagerer epoxyestere til fremstilling af visse polymerer, åbnes de epoxyfunktionelle grupper gennem esterificering af umættede fedtsyrer for derefter at danne alkydmodificerede epoxyestere, med egenskaber kontrolleret ved hjælp af midler som niveauet af umættethed eller kædelængden.

Den fremstillede epoxyesteremulsion dehydreres derefter gennem fordampning af vand for at smelte sammen og danne en film, som hærdes gennem autooxidation eller oxygenreaktion for at forårsage en fri radikal-kædemekanisme.

Udfaldet af egenskaberne afhænger af oliekædens længde. For eksempel betyder lange oliekæder i epoxyestere lavere kemisk resistens, længere tørretider og forbedret evne til at penetrere og tætne dårligt rengjorte overflader, hvorimod korte oliekæder er hårde og skøre og har gode kemiske og fugtbestandighed [36].

4.3.2. Polyimid.

Generelt foretrækkes polyimider i tekniske applikationer, da de har fremragende mekaniske egenskaber, stor termisk stabilitet, en høj glasovergangstemperatur og en lav dielektrisk konstant [36]; en repræsentation af strukturen kan findes i figur 8.

De fleste undersøgelser, der fokuserer på selvhelbredende polymerer, er dem, der opererer under lav eller medium Tg, hvorimod høj Tg-polymerer, som ville være velegnede til selvdeployerbare rumfarts- eller jetfremdriftsapplikationer, ikke er så velundersøgte. En formhukommelsesvariant af polyimid ville være en sådan polymer, da den er i stand til høj Tg, med temperaturer omkring 218 grader og selvhelbredende (som opstår ved 243 grader) på bekostning af nedsatte mekaniske egenskaber og en lavere Tg (235 grader) for den ikke-selvhelbredende variant end den ikke-selvhelbredende variant, men det kan godt være på grund af polystyren, og et andet materiale kan være bedre egnet [37].

Polyimider er defineret af en stiv heterocyclicimidfunktionel gruppe og er kendt for interaktionen mellem deres elektronrige nitrogenatom og deres elektronmangelfulde carbonylgruppe placeret i rygraden af ​​polyimidet [38].

Polyimider har dog en tendens til at være begrænset til deres anvendelse på grund af dårlig fugtabsorption og vedhæftning, hvilket kan føre til grænsefladesvigt og begrænser dem til en mere moderat belægningslevetid sammenlignet med andre belægninger, såvel som deres høje overfladeenergi og dielektriske konstant [36, 38 ]. At overvinde disse begrænsninger betyder typisk indsættelse af hydrofobe polymerblokke i polyimidets rygrad eller inkorporering af nanopartikler i matrixen som et middel til at reducere diffusiviteten og den relative permittivitet af polyimidcoatingen [38].

At inkludere nanopartikler har ulempen ved at øge overfladeenergien for polyimidet, hvilket igen reducerer dets vedhæftning, hvorimod inkluderingen af ​​polymerblokke i rygraden kan reducere nedbrydningstemperaturen og dermed driftstemperaturen og de mekaniske egenskaber [38]. Holdbarhed relaterer sig til bibeholdelsen af ​​de barriereegenskaber, som polymercoatingen har, og er, for polymerer, styret af krystalliniteten i coatingen.

Et fald i overfladeenergien af ​​belægningen er relateret til en stigning i belægningsmodstand [25]. Polysiloxaner kan bruges til forbedret energiafledning, fleksibilitet og overfladeadhæsion, men som en afvejning reducerer de den ultimative styrke og Youngs modul; derfor kræver afbødning af disse forringelser primært manipulation af molekylvægtprocenten af ​​polysiloxan.

For at Youngs modul forbliver tæt på det for almindeligt polyimid, skal polysiloxanens vægtprocent være mellem 10 og 20 %; det er værd at bemærke, at duktiliteten forbedres væsentligt for copolymeren, hvis polysiloxan er inden for 10 til 40 vægt%. Samlet set forbedrer vedhæftning af apolysiloxan til rygraden af ​​polyimidkæden polymerens overordnede bearbejdelighed, hæmmer absorptionen af ​​vand, gør polymeren mere i stand til at klæbe til en bred vifte af overflader, forbedrer den termiske stabilitet og sænker nedbrydningstemperaturen med en stigning i vægt% af polysiloxan i polymeren (dette ser ud til at være mere relateret til reduktionen i polyimid). Ulemperne ved polyimid-polysiloxankæderne kunne overvindes ved tilsætning af andre copolymerer, såsom polyphenylsilsesquioxan, som er en foreslået polymer, der også yderligere kunne forbedre nedbrydningstemperaturen af ​​polymerblandingen.

Introduktion af en estergruppe til imidrygraden frembringer effekten af ​​polymerens øgede fleksibilitet, men reducerer glasovergangstemperaturen, hvor det kombinerede poly(ester-imid) molekyle har en glasovergangstemperatur på 185 grader, og yderligere analyse har vist, at det taber 10 vægtprocent. % af dens masse i luften ved 300 grader [33]. Fordi Tg for en polymerblanding ikke er det faktiske gennemsnit af Tg af polymererne, der udgør blandingen, ser det ud til at virke mere som et interval, der varierer afhængigt af sammensætningen af ​​massen, blandingens arkitektur, molekylvægten af polymerer og andre faktorer.

AI den nedre ende af dette interval forekommer termisk aktivering, men den hindres af steriske begrænsninger, hvis sværhedsgrad kan bestemmes af den relative hastighed af komponentdynamikken [36].4.3.3. Polyurinstof.

Polyurinstof er en semikrystallinsk polymer værdsat for sine piezoelektriske egenskaber, ofte brugt som en isolator, og kan udvise højtemperaturstabilitet med en piezoelektrisk ekonstant på 15 mC/m2, som forbliver sådan, indtil den når temperaturer på 200 grader [38]; en repræsentation af strukturen kan findes i figur 9. Hvis de blandes med polyimid, muliggør hydrogenbindingsdonorerne og -acceptorerne i blandingen selvmontering ud over en ultralav dielektrisk konstant, en værdi mellem 1,56 og 1,94 med ethvert fald svarende til en stigning i koncentrationen af polyurinstof, hvilket ville være uhyre gavnligt til inhibering af korrosion [25,38]; en repræsentation af polyimid-polyurinstofblandingen kan ses i figur 10.

For den skabte poly(urinstof-imid)-blanding forekommer der desuden to gummiagtige plateauregioner eksponentielt som et resultat af to Tg-regioner forårsaget af molfraktionens indhold af polyurinstof i polyimid-blokkæden, hvilket igen øger polymerens lagringsmodul.

Tg af copolymerer stiger med en stigning i koncentrationen af ​​en høj-Tg komponent, hvor der opstår en skarpere effekt ved tilsætning af en lidt større mængde polyurinstof til polyimidet (det er værd at bemærke, at graden af ​​imidisering har ringe betydning for denne adfærd som det falder, når polyurinstof-molfraktionen stiger) som et resultat af den selvbærende, komplementære hydrogenbinding [38].

Som et resultat danner polyimid-b-polyurinstof en belægning med en forventet levetid på 8 år, højere end polyimids, hvilket giver overlegen korrosionsbestandighed [25], hvilket kan ses i figur 11(a) og 11(b).

For more information:1950477648nn@gmail.com