مروری بر ساخت کامپوزیت‌ها و نانوکامپوزیت‌های پایه پلیمری با فرایند اصطکاکی اغتشاشی

با توجه به سبکی و مقاومت شیمیایی مناسب پلیمرها در مقایسه با فلزات، استفاده از این مواد در صنایع مختلف هر روز بیشتر شده است. تقویت پلیمرها با ذرات میکرو و نانومقیاس، به‌دلیل استحکام کم آن‌ها ضروری است. در سال‌های اخیر، یکی از پیشرفت‌های انجام‌گرفته در صنعت پلاستیک و کامپوزیت‌ها توسعه و تجاری‌سازی نانوکامپوزیت‌های پایه پلیمری است. نانوکامپوزیت‌های پلیمری بر پایه گرمانرم‌های پلی‌اولفینی در کاربردهای مهندسی از جمله صنایع خودروسازی، هوافضا، ساختمان و تجهیزات پزشکی مورد توجه قرار گرفته است. فرایندهای مختلفی مانند استفاده از اکسترودر و مخلوط‌ کن داخلی برای ساخت نانوکامپوزیت‌های پلیمری به‌کار می‌روند. محدودیت این فرایند‌ها هزینه زیاد، چندمرحله‌ای‌شدن فرایند تولید ورق‌ها و مقدار ذرات تقویت‌کننده با ابعاد نانو (حداکثر %5) است. به‌تازگی ساخت کامپوزیت‌ها و نانو‌کامپوزیت‌های پلیمری با استفاده از روش اصطکاکی اغتشاشی بررسی شده است. در این فرایند، شیاری در قطعه اولیه ایجاد می‌شود و پس از آن مواد و ذرات تقویت‌کننده داخل شیار قرار می‌گیرند. این ذرات با استفاده از ابزار دورانی درون ماده پایه پخش می‌شوند و نانوکامپوزیت ایجاد می‌شود. برای تولید کامپوزیت و نانوکامپوزیت‌های پلیمری با فرایند اصطکاکی اغتشاشی، شیاری با ابعاد مشخص درون صفحه ماده پایه ماشین‌کاری شده و نانوذرات درون این شیار فشرده می‌شوند. پس از آن ابزار چرخشی به داخل ورق نفوذ و در طول شیار حرکت می‌کند تا ذرات را درون مواد پایه پراکنده سازد.

Fabrication of Composites and Nanocomposites Based on Polymer by Friction Stir Process: A Review

Due to the low weight and chemical resistance of polymers, compared to metals,the use of these materials in various industries has increased. On the other hand,due to the low strength in polymers, their reinforcement with micron/nanoparticles isnecessary. In recent years, one of the advances in plastics and composite industries hasbeen the development and commodification of polymerbased nanocomposites. The use ofpolymer blend nanocomposites based on thermoplastic polyolefin have been developed inengineering application such as automotive, airplane, household appliances and medicalapparatus. There are different processes such as extruder and internal mixer to fabricatenanocomposites. The limitation of these processes is the high cost, the multistage processfor sheet production and the amount of nanosized reinforcement particles (at most 5 wt%).Recently, investigations have been done on friction stir processing for the fabrication ofcomposites and nanocomposites. To produce polymer composites and nanocomposites withfriction stir process, a groove with defined dimensions is machined in the base polymersheet and nanoparticles are improvised into this groove. Subsequently, a rotating tool isplunged into the sheet and traversed along the groove to disperse particles to the basematerial.