Mengapa Kami Menyukai Polimer Nanokomposit (Dan Anda Juga Harus!)

Nanokomposit polimer adalah salah satu topik terpanas dalam teknologi plastik saat ini. Nanokomposit adalah bahan yang mengandung serat berskala nano yang ditahan dalam fase kontinu yang disebut matriks atau resin. Nanopartikel adalah partikel yang berukuran antara 1 dan 100 nanometer. (Satu nanometer adalah sepersejuta meter). Jadi, nanokomposit plastik terdiri dari partikel nano yang tertanam dalam resin plastik dan merupakan campuran molekul dekat dari molekul resin dan partikel skala nano.

Nanokomposit bukanlah fenomena baru di alam. Sebagian besar bagian anorganik tanah terdiri dari bahan nano, memberikan kemampuan untuk menyaring partikel pada tingkat molekuler atau nano. Tulang kita adalah contoh nanokomposit seperti bagian dari cangkang moluska. Misalnya, induk mutiara (nacre) terdiri dari lapisan aragonit anorganik (CaCO₃) yang berselang-seling. ) dan biopolimer organik. Nacre dua kali lebih keras dan 1000 kali lebih keras dari bahan penyusunnya.

Saat ini, nanoclays, juga disebut nanominerals, adalah aditif komersial yang paling umum digunakan untuk persiapan nanokomposit plastik. Nanoclays menyumbang hampir 80% dari total volume yang diproduksi di seluruh dunia. Nanoclay yang paling banyak digunakan adalah montmorillonit, yang merupakan mineral sangat lunak yang biasanya membentuk lempung kristal mikroskopis. Juga mendapatkan dalam penggunaan komersial adalah nanofibers karbon dan nanotube karbon. MWCNT, atau nanotube karbon berdinding banyak, digunakan dalam pembuatan semikonduktor. Selain itu, kelompok nanopartikel lain yang semakin banyak digunakan adalah silsesquioxanes oligomer polihedral sintetik (POSS). POSS terbuat dari atom silikon dan oksigen yang dihubungkan bersama dalam bentuk kubik, dengan atom silikon menempati sudut-sudutnya. Nanofiber telah dicampur dengan berbagai polimer termasuk poliamida (nilon), polipropilena, polistirena, resin epoksi, poliuretan, polimida, PET, dan lainnya untuk membuat nanokomposit polimer yang berguna.

Jadi apa yang membuat polimer nanokomposit lebih baik dari komposit plastik biasa? Dalam istilah mekanis, nanokomposit polimer berbeda dari material komposit konvensional karena rasio aspek dan rasio permukaan terhadap volume yang sangat tinggi serta rasio kekuatan terhadap beratnya. Mari kita periksa ini lebih lanjut:

• Rasio aspek adalah panjang/diameter suatu objek. Jadi partikel dengan rasio aspek tinggi panjang dan ramping sedangkan partikel dengan rasio aspek rendah pendek dan lebar. Nanopartikel dengan rasio aspek tinggi disebut sebagai (HARNS).

• Perbandingan permukaan terhadap volume adalah jumlah luas permukaan per satuan volume suatu benda dan berbanding terbalik dengan ukurannya. Jadi bahan dengan rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi adalah bahan yang berdiameter kecil atau sangat berpori. Ini bereaksi pada tingkat yang jauh lebih cepat daripada bahan monolitik karena lebih banyak luas permukaan yang tersedia untuk bereaksi. Contoh sederhana adalah antara partikel garam kasar versus halus. Garam kasar akan larut lebih lambat dalam air daripada butiran garam halus yang memiliki rasio permukaan terhadap volume yang relatif tinggi.

• Rasio kekuatan terhadap berat atau kekuatan spesifik didefinisikan di sini sebagai gaya material per satuan luas pada saat runtuh dibagi dengan densitasnya. Nanokomposit memiliki rasio kekuatan terhadap berat yang lebih tinggi daripada komposit yang diperkuat serat karbon atau serat kaca. Kekuatan tarik serat karbon adalah 6.300 MPa dengan kekuatan spesifik 2.457 kN x m/kg sedangkan karbon nanotube adalah 23.000 MPa dan kekuatan spesifik 45.268 kN x m/kg.  Nanokomposit biasanya mengandung beban 2-10% berdasarkan beratnya, namun komposit ini menghasilkan peningkatan properti yang sama atau lebih baik daripada komposit polimer tradisional yang mengandung 20-30% mineral atau kaca.

Nanokomposit polimer digunakan dalam berbagai aplikasi. Sebagai contoh, mari kita lihat penggunaan nanokomposit dalam anoda baterai lithium ion. Anoda yang terbuat dari nanokomposit silikon-karbon memungkinkan kontak lebih dekat dengan elektrolit lithium dan dengan demikian pengisian dan pemakaian daya lebih cepat. Mereka juga digunakan dalam bilah kincir angin untuk rasio kekuatan dan beratnya serta di mobil dan pesawat terbang untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar.

Apakah Anda menggunakan polimer nanokomposit dalam aplikasi Anda? Ceritakan tentang hal itu di bagian komentar di bawah.

Tertarik untuk mempelajari lebih lanjut tentang plastik bertulang? Unduh Panduan Plastik Kekuatan Tinggi gratis kami.