نانوفیبرکربنی چه خواص فیزیکی و شیمیاییی دارد

نانوالیاف کربن (CNF) یک نانومواد با خواص مکانیکی منحصر به فرد است که می تواند خواص مواد کامپوزیتی را به طور موثر بهبود بخشد. تحقیقات در مورد تاثیر CNF در آسفالت ، کلاسور آسفالت ، و مخلوط متمرکز است. آسفالت امولسیون سنتی ارائه عملکرد محدود در هر دو درجه حرارت بالا و پایین. امولسیون آسفالت با عملکرد بهتر, بنابراین در مهندسی مورد نیاز. با اشاره به تحقیقات بر روی CNF-آسفالت, CNF نظر گرفته شده است به منظور بهبود عملکرد آسفالت امولسیون. در این پژوهش یک روش آمادهسازی برای اصلاح آسفالت امولسیون شده با لاستیک استایرن-بوتادین (SBR) پیشنهاد گردید. سونوگرافی و سورفکتانت برای پراکنده کردن CNFs در آب استفاده شد. درصد سورفکتانت پراکندگی بهینه و چگالی انرژی اولتراسونیک برای پراکنده کردن CNFs از طریق طیف مرئی فرابنفش (uv-vis spectra) تعیین شد. آسفالت امولسیون اصلاح شده با استفاده از سیستم تعلیق CNFs با SBR به عنوان یک اصلاح تولید شد, و خواص باقی مانده, با درصد های مختلف از CNFs, مورد آزمایش قرار گرفتند. برای تجزیه و تحلیل توزیع اندازه مولکولی ، کروماتوگرافی نفوذ ژل (GPC) انجام شد. نتایج نشان داد که CNFs به طور قابل توجهی بهبود عملکرد با درجه حرارت بالا از باقی مانده اما کاهش خواص در دمای پایین. علاوه بر این از sbr نه تنها ثبات ذخیره سازی کامل بلکه عملکرد در دمای پایین با معرفی مولکول های کوچک تر بهبود یافته است.

مقدمه

در چند سال گذشته ، نانومواد بهویژه نانولوله کربنی (CNT) و نانوالیاف کربنی (CNF) در مواد کامپوزیتی مزیتهایی را به خود اختصاص داده و تحقیقات گستردهای را به خود جلب نموده است. مطالعات زیادی در مورد استفاده از cnt/CNF در مهندسی عمران به دلیل خواص فوق العاده آنها (pacheco-Torgal و Jalali ، 2011) وجود دارد. به عنوان مثال ، نانوالیاف کربن دارای خواص مکانیکی عالی با مدول یانگ از 25 به 200 GPa (Lawrence et al., 2008) و استحکام کششی تا 12 معدل (Mordkovich, 2003).

برای مواد کامپوزیتی تقویت شده cnf ، برای به دست آوردن پراکندگی یکنواخت cnf ها در مواد ماتریس برای استفاده از خواص مکانیکی عالی cnfs حیاتی است. در مقایسه با CNF ، مطالعات بیشتری در مورد پراکندگی CNT وجود دارد که نشان دهنده اثربخشی سورفکتانت و سونوگرافی برای پراکندگی Cnt ها در آب به طور یکنواخت (O'connell et al., 2002; Strano و همکاران., 2003). با توجه به ساختار سطحی مشابه بین CNT و CNF ، اصل پراکندگی و روش برای این دو ماده نیز باید مشابه باشد.

مطالعات زیادی وجود دارد که بر روی سیمان تقویت شده cnf تمرکز می کنند. A. Yazdanbakhsh and Zoi S. Metaxa یک روش برای تولید سیمان اصلاح شده با نانوالیاف کربن با سورفکتانت و سونوگرافی (Yazdanbakhsh et al., 2009, 2010; Metaxa و همکاران. 2013): اول ، Cnf ها از طریق سونوگرافی در آب حاوی سورفکتانت پراکنده شدند ، سپس تعلیق به جای آب به سیمان اضافه شد و در هیدراتاسیون شرکت کرد. Konsta به - GDOUTOS MS و شاه و همکاران. تحقیق کامپوزیت CNF-سیمان بیشتر. آنها بهبود قابل توجهی در قدرت خمشی ، مدول یانگ ، چقرمگی خمشی و چقرمگی شکستگی (Gdoutos et al., 2016). زو و همکاران. (2018)بررسی اثر منطقه انتقال interfacial در مدول یانگ از بتن سیمان تقویت شده Cnf. علاوه بر این نیز وجود دارد که تحقیقات نشان می دهد که علاوه بر این از CNFs به طور قابل توجهی تحت تاثیر مقاومت به خوردگی هدایت الکتریکی و مقاومت حساسیت به آسیب ساختاری از نانوکامپوزیت (Galao et al., 2014; Konsta به-Gdoutos و Aza, 2014; Konsta به-Gdoutos و همکاران., 2017).

موفقیت کامپوزیت CNFs-سیمان مطالعات در cnfs آسفالت اصلاح شده با انگیزه است. با توجه به تولید مواد CNFs-سیمان ، برای تهیه مواد کامپوزیتی CNF-آسفالت ، Cnf ها را می توان در حلال پراکنده کرد و سپس به آسفالت اضافه شود. خطاک و همکاران. (2013a) CNFs پراکنده در نفت سفید یا استون توسط سونوگرافی و سپس مخلوط را به آسفالت اضافه شده است. نفت سفید یا استون در نهایت با حرارت تبخیر (Khattak و همکاران., 2013a, ب). مخلوط آسفالت با نانوالیاف نیز خواص مکانیکی عالی مانند افزایش سفتی ، مدول پویا بالاتر (Khattak و همکاران., 2013a), و مقاومت بالاتر به ترک خوردگی تحت بارهای مکرر (Khattak و همکاران., 2013ب). علاوه بر این ، Khattak و همکاران. (2013a) همچنین تاثیر آسفالت اصلاح شده CNFs را بر روی رئولوژی اتصال آسفالت از طریق رمومتر برشی پویا (DSR) مورد مطالعه قرار داد. آنها دریافتند که پاسخ ویسکو الاستیک و عمر خستگی بهبود یافته است ، که نشان دهنده مقاومت بیشتر در برابر خستگی و خستگی است (Khattak et al., 2012). Goh تحقیقات نشان داده است که CNFs بهبود رطوبت حساسیت عملکرد (کاهش رطوبت آسیب بالقوه) از مخلوط در بسیاری از موارد و داغ مخلوط آسفالت مخلوط به نمایش گذاشته بیشترین استحکام کششی با 0.75 درصد وزنی نانوالیاف (Goh et al., 2011). با وجود این دستاوردها, هنوز هم مسائل وجود دارد. به طور کلی CNFs آسان برای متفرق کردن در آب با کمک سورفکتانت و امواج فراصوت (دریافت تعلیق) از این رو وجود یک نسبتا یکنواخت پراکندگی نانوالیاف در سیمان که تعلیق یک ترکیب. در مقابل ، cnf ها را به طور مستقیم در آسفالت پراکنده می کند ، زیرا سونوگرافی در ویسکوزیته بالا و مایع گرم کار نمی کند. اگر چه عوامل مانند نفت سفید تسهیل پراکندگی, آنها در نهایت باید برداشته شود. علاوه بر این ، حذف ناقص می تواند بر عملکرد تاثیر بگذارد.

در مقایسه با آسفالت داغ ، با توجه به اینکه آسفالت امولسیون شده شامل آسفالت و آب است ، می توان آسفالت امولسیون شده را با Cnf های پراکنده به طور مساوی با اخذ تعلیق اول تولید کرد. علاوه بر این امولسیون آسفالت و مواد مربوطه از قبیل بازیافت سرد مخلوط و سیمان و آسفالت و امولسیون ملات سازگار با محیط زیست هستند اما خود را فقیر خواص محدود توسعه (Ouyang et al., 2018, 2020). بنابراین لازم است به منظور بهبود عملکرد مخلوط بازیافت سرد و سیمان ملات امولسیون آسفالت، که بهبود خواص آسفالت امولسیون ضروری است.

خواص نانو فیبرکربنی بسیار متنع و جالب هستند که آن را ماده ای منحصر بفرد می سازد.

در این مقاله یک روش برای تهیه آسفالت امولسیونی اصلاح شده CNF پیشنهاد شده است. با توجه به تحقیقات حاضر ، CNFs تنها عملکرد دمای بالا را افزایش می دهد ، بنابراین در این مطالعه ، SBR به عنوان یک اصلاح کننده مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر این ، خواص باقی مانده تبخیر آسفالت امولسیون مورد بررسی قرار گرفت. کروماتوگرافی نفوذ ژل (GPC) برای تجزیه و تحلیل اثر SBR بر توزیع اندازه مولکولی و خواص دمای پایین انجام شد.

تهیه آسفالت امولسیون اصلاح شده CNFs

مواد

یکی 70# آسفالت به عنوان آسفالت پایه انتخاب (جدول 1). نانوالیاف کربن پودر سیاه و سفید (شکل 1) ارائه شده توسط نانجینگ Xfnano مواد شرکت فناوری.، با مسئولیت محدود. تمام Cnf ها به عنوان رشد بخار رشد نانوالیاف کربن (VGCNFs) تولید شده در دمای بالا با خواص پایدار است. خواص مشخصه CNFs در جدول 2 نشان داده شده است. سورفکتانت یک نوع مایع شفاف زرد کم رنگ با تراکم 0.98 g / ml ارائه شده توسط Basf Chemicals Co است., با مسئولیت محدود (شناسه: GS8325).

پراکندگی CNFs

امولسیون آسفالت متشکل از آب و آسفالت ، پس از آن امکان پذیر است برای پراکنده CNFs در آب و پس از آن تولید آسفالت امولسیون اصلاح شده است. سورفکتانت ارائه شده توسط BASF Chemicals Co.، با مسئولیت محدود. در این مطالعه برای بهبود پراکندگی CNFs و ثبات تعلیق استفاده شد. VCX800 خریداری شده از شرکت Sonics & Materials.، با مسئولیت محدود. انجام امواج فراصوت با یک پروب از قطر 25 میلی متر است. امواج فراصوت باعث ایجاد یک حفره (حفره اثر) و ارائه انرژی از طریق یک حفره پشت سر هم برای غلبه بر Van der Waals نیروهای بین نانوالیاف و مختل CNFs تجمع. سورفکتانت متصل به سطح فردی cnf افزایش انزوا. این فرایند در شکل به نمایش گذاشته 2. پس از سونوگرافی ، تجمع CNF به cnf فردی احاطه شده توسط مولکول های سورفکتانت پراکنده شد.

برای به دست آوردن پراکندگی مطلوب ، تراکم انرژی اولتراسونیک (KJ/L) و مقدار سورفکتانت عوامل مهم (5) است که باید پیش از آن تعیین شود. در این مطالعه ، ابزار اولتراسونیک انرژی ورودی با قدرت ثابت 70 W. تراکم انرژی از 3000 کیلوژول/لیتر به 7000 کیلوژول/لیتر و وزن ره متفاوت بود

منبع:

https://www.nanowerk.com/nanotechnology/introduction/introduction_to_nanotechnology_22.php