n.crainic 1 , doina bica 2 , l. vekas 2 , a. torres-marques 3 , n.c. popa 2 ,

1

N.Crainic1, Doina Bica2, L. Vekas2, A. Torres-Marques3, N.C. Popa2,

P.J. Nóvoa4, N. Correa4, C.P. Moreira de Sa5

A 5-a editie a Seminarului National de nanostiinta si nanotehnologie2 martie 2006 Bucuresti

PARTICULARITATI PRIVIND UTILIZAREA

NANOFLUIDELOR MAGNETICE IN VEDEREA

OBTINERII DE NANO/MICRO COMPOZITE

MAGNETIZABILE

2

Introducere Cercetarile au fost realizate pentru a demonstra posibilitatea obtinerii de nano/micro compozite magnetizabile cu ajutorul nanofluidelor magnetice cu diferite medii de dispersie.

Utilizarea nanofluidelor magnetice in amestec cu rasinile termoplastice si aplicarea campului magnetic permite orientarea structurilor de nanoparticule magnetice pe directii prioritare ceea ce faciliteaza obtinerea de nanocompozite anizotrope.

Unul dintre avantajele utilizarii nanofluidelor magnetice pe baza de solventi organici compatibili cu rasinile, consta in distribuirea uniforma a nanoparticulelor in matricea polimerica si ulterior ordonarea lor preferentiala prin aplicarea unui camp magnetic.

Cercetarile urmaresc influenta nanofluidelor magnetice asupra parametrilor de process, asupra procesului de polimerizare si de asemenea asupra proprietatilor mecanice.

Cercetarile au demarat pentru obtinerea unor noi materiale in contextul "Nanotechnology Construction" prin intermediul orientarii in camp magnetic a nanofluidelor magnetice astfel incat sa se poata obtine materiale nano/microcompozite magnetizabile, cu proprietati prestabilite.

Cercetarile au fost orientate astfel incat sa existe posibilitatea obtinerii unei noi categorii de nano/microcompozite pornind de la caracteristicile generale ale unui compozit si particularitatile specifice nanofluidelor magnetice respectiv ale suspensiilor de oxizi de fier.


3

Experientele au fost orientate in vederea caracterizarii amestecului intre diferite concentratii (magnetizatii) ale nanofluidului magnetic NMF – MEC, 150G, 300G, 500G, cu rasina R 5100.

Nanofluidele magnetice au fost preparate in cadrul LLM-CCTFA - Laboratorul de Lichide Magnetice – Centrul de Cercetari Tehnice Fundamentale si Avansate, Academia Romana – Filiala Timisoara.

Probele au fost executate in Laboratorul de Materiale compozite al INEGI – CEMACOM (Gel Time si epruvete sub forma de placi). Acestea au fost procesate si pregatite in vederea testelor mecanice si microscopice in Porto, Portugalia.

Epruvetele utilizate pentru microscopia electronica au fost realizate in cadrul departamentului INEGI-CETECOFF (Unidade de Fundicaio e Novas Technologias) iar microscopia electronica sa efectuat in cadrul CEMUP – Centro de Materiais da Universidade do Porto, Portugalia.

Producerea de nano/micro compozite magnetizabile


4

Metoda utilizata pentru obtinerea nanocompozitelor magnetizabile s-a derulat in douaetape, tinand cont de particularitatile nanofluidelor magnetice.

Materiale speciale, foarte volatile si puternic polarizate, nanofluidele magnetice au fostpreparate in cadrul primei etape astfel incat sa poata fi compatibile cu rasinile utilizate in vederea obtinerii nanocompozitelor.

Utilizarea nanofluidelor magnetice ca si compus de baza al procesului tehnologie are maimulte ratiuni :

1. - in nanofluidele magnetice nanoparticulele au o distributie dimensionala bine definita, si foarte bine dispersate in lichidul de baza, compatibil cu rasina;

2. - pornind de la proprietatile magnetice ale nanofuidelor, aplicarea unui campmagnetic pe parcursul polimerizarii permite obtinerea unor nanocompozite cu structura ordonata.


5

Gel TimeGel Time

R 1060 R 1060 + 2 grame NMF–MEC cu 150G

R 1060 + 2 grame NMF–MEC cu 300G R 1060 + 2 grame NMF–MEC cu 500G


6

1 E 1 bottom Quires 1060 with 5% NMF-MEC 300 G Gel Time 0h 26’ 28”

2 E 2 top

Nr. Material Exterior temperature[ ºC ]

Gel Time[ s ]

Gel Time temperature[ ºC ]

1 R 1060 15,2 1039 20,42

2 R 1060 + 5% NMF–MEC with 150G 14,6 1579 17,67

3 R 1060 + 5% NMF–MEC with 300G 15,1 1588 18,43

4 R 1060 + 5% NMF–MEC with 500G 15,3 1229 18,81


x 25 x 250 x 25 x 250

E1 E1 E2 E2

7

Microscopie optica a nanocompozitului magnetic, ranforsat cu fibre de sticla, polimerizat in camp magnetic. Se pot sesiza aglomerarile de nano-magneti orientate

pe directia campului magnetic

x 5 x 20


8

Aglomerari de nanoparticule magnetice

Rasina

x 20

x 50

Microscopie optica corespunzatoare nanocompozitului polimerizat in camp

magnetic


9

Microscopie electronica si spectroscopie optica Microscopia electronica evidentiaza clar prezenta nanoparticolelor de ferita (Z2) separate de

catre zonele cu rasina (Z1) in cadrul nanocompozitului, ca rezultat al prezentei campului magnetic pe parcursul procesului de polimerizare a amestecului rasina/nanofluid magnetic.


10

x 1000

x 1000

x 2000

x 20

Orientarea campului magnetic

Aglomerare de nanopaticule magnetice


11

Viitorul nanofluidelor magnetice prezente in masa nanocompozitelor poate fi analizat pentru potentiale aplicatii in aeronautica si se preconizeaza utilizarea lor pentru promovarea procesului tehnologic RTM – MNF, (Resin Transfert Moulding).

Printre obiectivele urmarite in Procesul RTM-MNF, se poate sublinia posibilitatea monitorizarii procesului de injectie corelat cu cresterea productivitatii si diminuarea riscului de impregnari necorespunzatoare ale materialelor de ranforsare

Nanofluide Magnetice in procesul tehnologic RTM


12

Magnetic field (+ -)


13

Se poate sugera realizarea unui nou process tehnologic RTM – MNF, in cadrul caruia sa se utilizeze o combinatie intre prezenta nanofluidelor magnetice si miscarea Peristaltica, care vor fi utilizate pentru reducerea presiunii si cresterea vitezei de umplere a cavitatii de formare.

Pentru cresterea securitatii si sanatatii in munca se poate sublinia preocuparea pentru crearea de noi mecanisme de polimerizare, care pot evita folosirea unor monomeri reactivi care pot fi periculosi pentru sanatatea celor implicati in procesul de productie cu aceste materiale, intr-un mediu poluant.

Prin utilizarea rasinilor speciale RTM 6, caracterizate printr-o fluiditate ridicata, dedicate procesului tehnologic RTM in vederea obtinerii de repere in domeniul aeronauric, in combinatie cu nanofluidele magnetice s-a putut verifica compatibilitatea dintre cele doua componente.

x 2000 x 10.000 x 1000 x 2000


14

Concluzii

Capacitatea enorma a nano/micro compozitelor magnetizabile a fost identificata.

In ceea ce priveste proprietatile mecanice in functie de diferite procedee de obtinere a “Nano/Micro Compozitelor Magnetizabile” NMCM , s-a constatat o modificare la nivelul proprietatilor mecanice a rasinilor, in cazul in care acestea s-au combinat cu nanofluidul magnetic si au fost obtinute NMCM.

Cu imaginatie si munca asidua, poate va fi posibil sa utilizam nanaofluidele magnetice si provesul tehnologic RTM, pentru cresterea posibilitatilor acestuia, in vederea creeri unui nou proces tehnologic VARTM – MNF, (Vacum Assisted RTM- MNF).


15

MULTUMIRIMULTUMIRI

1.1. P.N.C.D.I. P.N.C.D.I. - Programul AEROSPATIAL- Programul AEROSPATIAL

2.2. Center for Advanced and Fundamental Technical Research ( Center for Advanced and Fundamental Technical Research (CAFTRCAFTR), Romanian ), Romanian Academy- Timisoara Branch, Timisoara, Academy- Timisoara Branch, Timisoara, RomaniaRomania

3.3. National Center for Engineering of Systems with Complex Fluids ( National Center for Engineering of Systems with Complex Fluids (NCESCFNCESCF), ), ““Politehnica” University of Timisoara,Politehnica” University of Timisoara,RomaniaRomania

4.4. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUPFEUP), Universidade do Porto, ), Universidade do Porto, PortugalPortugal;;

5.5. Instituto de Engenharia Mecanica e Gestao Industrial ( Instituto de Engenharia Mecanica e Gestao Industrial (INEGIINEGI), Unidade de Materiais ), Unidade de Materiais Compositos (Compositos (CEMACOMCEMACOM), Porto, ), Porto, PortugalPortugal

6.6. Centro de Materiais da Universidade do Porto (Centro de Materiais da Universidade do Porto (CEMUPCEMUP), Porto, ), Porto, PortugalPortugal;;

7.7. “ “NATONATO – Science fot Peace – Science fot Peace” and under the care of ” and under the care of ICCTIICCTI – Instituto de Cooperacao – Instituto de Cooperacao Cientifica e Tecnologia Internacional, Lisboa, Cientifica e Tecnologia Internacional, Lisboa, PortugalPortugal;;


16

NANOCOMPOSITES TEAM

Nicolae CrainicNicolae Crainic11, Doina Bica, Doina Bica22, Ladislau Vekas, Ladislau Vekas22 , , Antonio Torres MarquesAntonio Torres Marques33, Nicolae Calin Popa, Nicolae Calin Popa22, Nuno Correa, Nuno Correa44, Paulo J. Novoa, Paulo J. Novoa44, ,

Carlos Pinto Moreira de SaCarlos Pinto Moreira de Sa55,, ,,

11 National Center for Engineering of Systems with Complex Fluids ( National Center for Engineering of Systems with Complex Fluids (NCESCFNCESCF), ), ““Politehnica” University of Timisoara,Politehnica” University of Timisoara,RomaniaRomania

22 Center for Advanced and Fundamental Technical Research ( Center for Advanced and Fundamental Technical Research (CAFTRCAFTR), ), Romanian Academy- Timisoara Branch, Timisoara, Romanian Academy- Timisoara Branch, Timisoara, RomaniaRomania

33 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUPFEUP), ), Universidade do Porto, and, Instituto de Engenharia Mecanica e Gestao Industrial (Universidade do Porto, and, Instituto de Engenharia Mecanica e Gestao Industrial (INEGIINEGI), ),

Unidade de Materiais Compositos (Unidade de Materiais Compositos (CEMACOMCEMACOM), Porto, ), Porto, PortugalPortugal44 Instituto de Engenharia Mecanica e Gestao Industrial (Instituto de Engenharia Mecanica e Gestao Industrial (INEGIINEGI),),

Unidade de Materiais Compositos (Unidade de Materiais Compositos (CEMACOMCEMACOM), Porto, ), Porto, PortugalPortugal;;55 Centro de Materiais da Universidade do Porto (Centro de Materiais da Universidade do Porto (CEMUPCEMUP), Porto, ), Porto, PortugalPortugal;;


n.crainic 1 , doina bica 2 , l. vekas 2 , a. torres-marques 3 , n.c. popa 2 ,

Documents