اهمیت پوشش ‌ژلی در سازه‌های کامپوزیتی و اثر پرکننده نانو بر بهبود خواص آن‌ها

نوع مقاله: تالیفی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

2 عضو هیئت علمی / پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

3 عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکز

4 عضو هیئت علمی پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

چکیده

قطعات کامپوزیتی باید دارای ظاهری استاندارد، مقاوم در برابر عوامل محیطی و شیمیایی و خواص فیزیکی مطلوب باشند. برای دست‌یابی به این خواص مطلوب، پوشش ‌ژلی به عنوان لایه رویی کامپوزیت‌ها استفاده شده است. جذب آب و رطوبت، خواص مکانیکی سازه‌های کامپوزیتی را به‌شدت تحت تاثیر قرار می‌دهد. این اثر در کامپوزیت‌های ساخته شده از رزین‌های قابل آب‌کافت مانند پلی‌استر‌ها شدیدتر است و به تورم اسمزی و تضعیف خواص مکانیکی منجر می‌شود. آب جذب شده همراه با مایعات ناشی از کنش و واکنش‌های شیمیایی، سطح نرم و ژل‌مانندی را به‌وجود می‌آورند که خواص سطحی را کاهش می‌دهد و از خاصیت حفاظتی پوشش ژلی می‌کاهد. از سوی دیگر، پس‌زنی رزین از دیگر معایب سازه‌های کامپوزیتی است که در درازمدت به بیرون‌زدگی الیاف و افزایش خوردگی منجر می‌شود. بنابراین، اعمال پوشش ژلی مناسب می‌تواند، علاوه بر افزایش مقاومت شیمیایی سطح قطعه، جذب رطوبت و آثار نامطلوب آن را کاهش داده و طول عمر قطعات کامپوزیتی را افزایش دهد. افزون بر این، با پیشرفت‌های اخیر در زمینه علم نانو، استفاده از پرکننده‌های نانو با نسبت منظر زیاد، آن‌ها را به گزینه‌های مناسبی برای بهبود خواص در کامپوزیت‌ها تبدیل کرده است. بنابراین در این مقاله، ابتدا اهمیت پوشش‌های ژلی و عوامل موثر مانند ضخامت و نوع رزین در ساخت قطعات کامپوزیتی در صنایع گوناگون و سپس اثر کاربرد پرکننده نانو در آن، بر خواص مکانیکی و جذب آب این قطعات بررسی شده است. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Importance of Gel Coating in Composite Structures and the Effect of Nanofillers on Their Properties Improvement

نویسندگان [English]

  • Zeynab Rajabtabar darvish 1
  • Morteza Ehsani 2
  • Azam Ghadami 3
  • Mohammad Bagher Alavi 4
چکیده [English]

Composite structures should be acceptable in terms of their appearance and resistance to environmental factors and chemicals and their desirable physical properties. To achieve these requirements, “gel coat” is used as surface layer in composites. Composite structures are vulnerable when exposed to moisture environment. Mechanical properties of composite structures are strongly affected by water and moisture absorption, especially in composites made of hydrolysable resins such as polyesters. This causes osmotic swelling and loss of mechanical properties. The adsorbed water in presence of liquids caused by chemical reactions, create soft and gel-like surface that reduces the protective effect of “gelcoat”. On the other hand, resin leaching is another disadvantage of composite structures which could cause fiber leaching in the long term and increase corrosion resistance. Therefore, suitable choice of “gel coat” can increase the surface chemical resistance, reduce moisture absorption and increase the lifetime of composite structures. Also, recent progress in the field of nanoscience makes them appropriate choices for improving properties of the composites. In this paper, we investigated the importance of “gel coat” and the effective factors such as thickness and type of resin in the manufacture of composite structures in various industries and finally the effects of nanofillers on mechanical properties and water absorption.

کلیدواژه‌ها [English]

  • gel coating
  • thickness
  • composite
  • nanofiller
  • water absorption
1.Ragers W., Hoppins C.H., Gombos Z., and Summerscales J., In-Mould Gel-Coating of Polymer Composites: A Review, J. Clean. Prod., 70, 282-291, 2014.
2.Beheshty M. and Rezadost A., Reinforced Plastics (Composites)(Persian), Iran Polymer and Petrochemical Institute, Tehran,2005.
3.Rezadoust A., Esfandeh M., and Dayani A., Iran Composites Industry (Persian), Idehpardazan Fanohonar, Tehran, 71-73, 1388.
4.See S.C., Zhang Z.Y., and Richardson M.O.W., A Study of Water Absorption Characteristics of a Novel Nano-gelcoat for Marine Application, Prog. Org. Coat., 65, 169–174, 2009
5.Kajaer P., Aliphatic Unsaturate Polyester Resins Providing Excellent Weathering Resistance, US Pat. 8,394,886, 2013.

6.Lacovara B., Get Wise to Gel Coat Cracks: Characterizing Crack Defects, Convergent Composites, ACMA, 1-8, 2010.
7.Yuhazri M.Y., Haeryip S., Zaimi Z.A., and Nilson G.C.H., A Review on Gelcoat Used in Laminated Composite Structure, IJRET, 04, 49-58, 2015.
8.Saltz W.T., Bay Area Air Quality Management District, Bay Area 2005 Ozone Strategy Control Measure SS-4BAAQMD Regulation 8, Rule 50: Polyester Resin Operations, Workshop Report, August, 8-10, 2009.
9.West System Brand, Gelcoat Blisters-repair, Diagnosis and Prevention. Gouge on Brothers, Inc. Product Catalog No.002-650, 2008.
10.Makarov V.G. and Sinelnikova R.M., Crack Formation in Chemically Resistant Glass-fiber Reinforced Plastic Pipes, hem. Pet. Eng., 47, 409-412, 2011.
11.Looge H., BUFA Composite Systems, www.buefacompositesystems.de, available in July 2014.
12.Yuhazri M.Y., Nilson G.C.H., Haeryip S., and Mohd E.A.M., Mechanical Properties and Failure Analysis of Laminated Glass Reinforced Composite with Various Gelcoat Thickness, Key Eng. Mater., 694, 8-12, 2016.
13.Armorcote I.M.C., Weathering the Heights with Gel-Coat, Reinf.Plast., 37, 46-48 1993.
14.Landowski M., Budzik M., and Imielińska K., Water Sorption and Blistering of GFRP Laminates with Varying Structures, Adv. Mater. Sci., 12, 23-29, 2012.
15.Albert Gourdenne L.L., Mechanical Modeling of Blisters on Coated Laminates, Compos. Struct., 30, 217–222, 1995.
16.Crump S., A Study of Blistering Formation in Gelcoated Laminates,International Conference of Marine Applications of Composite Materials, Melbourne, 24-26 March, 1986.
17.Eduardo K.T. and Celio T., Gelcoat Blistering and the Use of Glassflakes, International Offshore and Polar Engineering Conference, Japan, 185–191, 26–31 May, 2002.
18.Jawahar P. and Balasubramanian M., Preparation and Propertiesof Polyester-Based Nanocomposite Gel Coat System , J. Nanomater., 2006, 1–7, 2006.
19.Kim Y., Park J., Yoon S., Lee J., Jung M., and Murakami R., The Effect of Moisture Absorption and Gel-coating Process on the Mechanical Properties of the Basalt Fiber Reinforced Composite, IJOSE, 1, 148–154, 2011.
20.Shah A.P., Moisture Diffusion through Vinyl Ester/Clay Nanocomposites,MSc. Thesis, Morgantown, West Virginia, 2001.
21.Fraga A.N., Alvarez V.A., Vazquez A., and De Osa O., RelationshipBetween Dynamic Mechanical Properties and Water Absorption of Unsaturated Polyester and Vinyl Ester Glass Fiber Composites, J. Compos. Mater., 37, 1553–1574, 2003.
22.Zhang Z.Y., See S.C., and Richardson M.O.W., Characterisationand Evaluation of Nano Gelcoat Degradations in Marine Environment, J. Nanosci. Nanotechnol., 9, 3355–3363, 2009.
23.Karapappas P., Tsotra P., and Scobbie K., Effect of Nanofillerson The Properties of a State of The Art Epoxy Gelcoat, eXPRESS Polym. Lett., 5, 218–227, 2011.
24.Pham T.N. and Yum Y.J., Mechanical Properties of the Interfaceof Gelcoat Resin Composite Materials and Improvements via Surface Treatment Methods, Adv. Compos. Mater., 25, 59-72, 2015.