در این پژوهش، خواص گرمایی، اشتعال پذیری و مکانیکی سه نوع مختلف رزین پلی استر غیراشباع ارتو، ایزو و وینیل استر و رزین اپوکسی برپایه دی گلیسیدیل اتر بیس فنول A بررسی و مقایسه شد. نظر به استفاده گسترده از این رزین ها در صنعت کامپوزیت، شناخت دقیق خواص آنها برای انتخاب بهترین رزین بسیار حائز اهمیت است. بدین منظور، از آزمون های گرانروی سنجی، طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، سرعت سوزش، تجزیه گرماوزن سنجی (TGA)، شاخص حدی اکسیژن (LOI) و اندازه گیری خواص خمشی استفاده شد. از آنجا که گرانروی رزین های پلی استر غیراشباع در محدوده cp 300 تا cp 450 قرار دارد، از مزیت شایان توجهی نسبت به رزین های اپوکسی برخوردارند که گرانروی در محدوده cp 600 تا cp 1000 دارند. از میان سه نوع مختلف رزین پلی استر غیراشباع برررسی شده در این پژوهش، رزین ارتو بیشترین مقدار درصد تبدیل را دارد. پس از آن این مقادیر به ترتیب متعلق به نمونه وینیل استر و ایزو بود. نتایج نشان داد، رزین وینیل استر، خواص بهینه ای از نظر گرمایی، مقاومت در برابر اشتعال و مکانیکی در میان رزین های پلی استر دارد. از مقایسه رزین اپوکسی با انواع پلی استر مشاهده شد، رزین اپوکسی سرعت سوزش بیشتری دارد، اما مقدار زغال باقی مانده (12.4%) و درصد (20.2%) LOI آن بیشتر و در نتیجه از پایداری گرمایی زیادتری برخوردار است. نتایج آزمون خمش بیانگر آن است که رزین اپوکسی مدول (4.1 GPa) و استحکام خمشی (116 MPa) بیشتری نسبت به رزین های پلی استر دارد، اما مقدار خمش تا شکست (2.8%) و چقرمگی این نمونه از سه نوع مختلف پلی استر غیراشباع کمتر است.

در این پژوهش، خواص گرمایی، اشتعال پذیری و مکانیکی سه نوع مختلف رزین پلی استر غیراشباع ارتو، ایزو و وینیل استر و رزین اپوکسی برپایه دی گلیسیدیل اتر بیس فنول A بررسی و مقایسه شد. نظر به استفاده گسترده از این رزین ها در صنعت کامپوزیت، شناخت دقیق خواص آنها برای انتخاب بهترین رزین بسیار حائز اهمیت است. بدین منظور، از آزمون های گرانروی سنجی، طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، سرعت سوزش، تجزیه گرماوزن سنجی (TGA)، شاخص حدی اکسیژن (LOI) و اندازه گیری خواص خمشی استفاده شد. از آنجا که گرانروی رزین های پلی استر غیراشباع در محدوده 300 cp تا 450 cp قرار دارد، از مزیت شایان توجهی نسبت به رزین های اپوکسی برخوردارند که گرانروی در محدوده 600 cp تا 1000 cp دارند. از میان سه نوع مختلف رزین پلی استر غیراشباع برررسی شده در این پژوهش، رزین ارتو بیشترین مقدار درصد تبدیل را دارد. پس از آن این مقادیر به ترتیب متعلق به نمونه وینیل استر و ایزو بود. نتایج نشان داد، رزین وینیل استر، خواص بهینه ای از نظر گرمایی، مقاومت در برابر اشتعال و مکانیکی در میان رزین های پلی استر دارد. از مقایسه رزین اپوکسی با انواع پلی استر مشاهده شد، رزین اپوکسی سرعت سوزش بیشتری دارد، اما مقدار زغال باقی مانده (12.4%) و درصد (20.2%) LOI آن بیشتر و در نتیجه از پایداری گرمایی زیادتری برخوردار است. نتایج آزمون خمش بیانگر آن است که رزین اپوکسی مدول (4.1 GPa) و استحکام خمشی (116 MPa) بیشتری نسبت به رزین های پلی استر دارد، اما مقدار خمش تا شکست (2.8%) و چقرمگی این نمونه از سه نوع مختلف پلی استر غیراشباع کمتر است.

در این تحقیق اثر آمیختگی رزین پلی استرغیراشباع ارتوفتالیک با مونومر بوتیل اکریلات بر چقرمگی این آلیاژ و همچنین کامپوزیت ساخته شده با آن بررسی شده است. در فاز اول، آلیاژ مورد نظر با دو شرایط متفاوت و هر کدام با ترکیب درصدهای 0، 5، 10، 15، 20 و 25 درصد بوتیل اکریلات پخت و آماده سازی شده است. پخت سرد با کاتالیست متیل ا تیل کتون پراکسید و پخت گرم با کاتالیست دی بنزوئیل پراکسید. از آزمون مقاومت به ضربه ایزود برای ارزیابی میزان چقرمگی نمونه های آلیاژ شده استفاده شد. در فاز دوم، از آلیاژ با بالاترین میزان چقرمگی به عنوان ماتریس برای ساخت کامپوزیت های الیاف کنف و الیاف شیشه استفاده شد و خواص مکانیکی آن ها شامل چقرمگی، انرژی شکست، استحکام در نقطه شکست، مدول الاستیسیته و دمای انحنای حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد بیشترین چقرمگی ماتریس مربوط به سطح 15 درصد بوتیل اکریلات در سیستم پخت سرد برابر با 91/1 kJ/m2 می باشد. در مقایسه با کامپوزیت با ماتریس پلی استر خالص، چقرمگی در کامپوزیت با ماتریس آلیاژ پلی استر به میزان حدود 31 درصد افزایش داشته است. نتایج مدول الاستیسیته کامپوزیت ها نشان داد مدول الاستیسیته کامپوزیت با ماتریس آلیاژ شده با بوتیل اکریلات حدود 133 درصد کمتر از مقدار این ویژگی برای کامپوزیت با ماتریس پلی استر خالص می باشد. همچنین مشخص شد استفاده از مونومر بوتیل اکریلات باعث کاهش استحکام در نقطه شکست و دمای انحنای حرارتی کامپوزیت های الیاف شیشه و کنف با ماتریس آلیاژ شده، گردیده است.

نانوکامپوزیت های پلی استر غیراشباع بر اساس حضور نانوذرات کروی دی اکسید آلومینیوم و نانوذرات صفحه ای خاک رس و در درصدهای متفاوت 1، 2 و 4 به کمک همزن برشی و هموژنایزر تولید شدند. بعد از اختلاط، ترکیبات قالب گیری شده و با افزودن عامل پخت، پخت شدند. در نهایت، نمونه های مختلف جهت انجام آزمون های مختلف مکانیکی و دینامیکی تهیه گردیدند. نتایج آزمون ها نشان دادند که با افزایش حضور نانوذرات، استحکام کششی افزایش قابل ملاحظه ای می یابد. آنالیزهای TEM،SEM  و XRD نیز به منظور شناسایی مورفولوژی نانوکامپوزیت ها انجام شد. آزمون های دینامیکی برای مشخص کردن خواص نشات گرفته از طبیعت ویسکوالاستیک پلیمرها (نظیر ذخیره و از دست دادن مدول) و نیز قسمت اتلافی ماتریس، هنگامی که نمونه حرارت داده می شود، استفاده شدند. نتایج نشان دادند که نمونه ها دارای یکنواختی بالایی هستند که این امر ناشی از توزیع مناسب نانوذرات در زمینه رزین است. همچنین، نتایج نشان می دهد که ذرات کروی در مقایسه با ذرات صفحه ای خواص مکانیکی و دینامیکی بهتری دارند.

پلی استرهای اشباع نشده شامل انواع ارتو، ایزو، بیس فنولی و وینیل استر بوده که به شکل ماتریس و پوشش پرمصرف ترین رزین های پلیمری گرماسخت هستند و حدود سه چهارم کل رزین های گرماسخت مصرفی در صنعت را تشکیل می دهند. از برتری های عمده رزین های پلی استر اشباع نشده می توان به قیمت کم، گران روی کم، خواص مکانیکی و مقاومت شیمیایی خوب، سبکی، جذب رطوبت کم، پخت بدون تشکیل محصول فرار و قابلیت فراورش ساده با روش های فراوری متداول، اشاره کرد. پلی استرهای اشباع نشده در گستره ای از کاربردهای صنعتی مهم شامل کامپوزیت ها، پوشش ها، درزگیرها و نیز در خطوط لوله، مخزن های ذخیره مواد شیمیایی و سوخت و قطعات کارآمد برای صنایع ساختمان، الکتریکی و حمل ونقل زمینی و دریایی استفاده شده اند. اما جمع شدگی زیاد پس از پخت، پایداری ضعیف در برابر آتش و آلودگی زیست محیطی ناشی از فراریت استیرن، کاربرد آن ها را در بعضی زمینه ها محدود می کند. در دهه های گذشته، استفاده از نانوپرکننده در پلیمرها برای تشکیل نانوکامپوزیت های پلیمری به دلیل قابلیت ترکیب کردن برتری های نانوپرکننده ها و پلیمرها، توجه پژوهشگران را جلب کرده است. از این رو، توسعه نانوکامپوزیت های رزین های پلی استر اشباع نشده این رزین ها را برای کاربردهای فعلی و نوظهوری مطلوب می سازد که نیازمند استحکام ویژه زیاد، حفاظت الکترومغناطیسی و بهبود پایداری گرمایی هستند. اما، چالش اصلی در تهیه نانوکامپوزیت ها دستیابی به پراکنش همگن نانوپرکننده درون ماتریس پلیمر بوده که کلید اصلی دستیابی به خواص دلخواه است. بنابراین، هدف مطالعه حاضر ارزیابی پژوهش های انجام شده در زمینه تهیه نانوکامپوزیت های رزین پلی استر اشباع نشده و بررسی خواص آن ها و در نهایت بیان محدودیت ها در ساخت این نانوکامپوزیت هاست. بدین منظور، ابتدا انواع نانوپرکننده های استفاده شده در این سامانه ها دسته بندی شده و روش های اختلاط نانوپرکننده ها با رزین های پلی استر اشباع نشده معرفی می شوند. سپس، با توجه به پژوهش های انجام شده در این زمینه اثر افزودن نانوپرکننده ها بر خواص این نانوکامپوزیت ها مرور می شوند.

استفاده از نخهای پیوسته با ویژگیهای منحصر به فرد در فرایندهای شکل دهی کامپوزیتها مانند رشته پیچی و پولتروژن روز به روز در حال افزایش است. در این پژوهش، از نخ شیشه به علت داشتن مدول و استحکام کششی زیاد به عنوان تقویت کننده مرکزی و از نخ پلی استر سیر شده با ساختارهای مختلف به دلیل داشتن ازدیاد طول و چقرمگی زیاد به عنوان پوسته روی نخ شیشه، به شکل نخ مغزه - تاب، استفاده شد. نخهای هیبریدی تهیه شده به شکل پارچه های تک جهتی در سه لایه با رزین پلی استر سیر نشده آغشته و از سیستم پخت سرد برای ساخت قطعات کامپوزیتی استفاده شد. اثر میزان پوشش دهی و همچنین اثر ساختار نخ پلی استر بر خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیتهای تهیه شده مورد مطالعه قرار گرفت. با انجام آزمونهای مختلف، خواص فیزیکی و مکانیکی قطعات در دو جهت موازی و عمود بر الیاف معین شد. نتایج بدست آمده و بررسیهای میکروسکوپی نشان می دهند که کامپوزیتهای هیبریدی تقویت شده با نخ شیشه پوشش یافته با نخ پلی استر ریسیده در مقایسه با کامپوزیتهای دیگر از خواص مکانیکی، جذب انرژی در اثر کشش و استحکام ضربه ای بمراتب بهتری برخوردارند و کامپوزیتهای هیبریدی که از نخهای پوششی با 400 تاب در متر ساخته شده اند، خواص مکانیکی بهتری نسبت به سایر نخهای پوششی دارند. در نتیجه وجود تاب، نوع ساختار و جنس نخهای پوششی می تواند بر تغییر نحوه شکست نمونه های کامپوزیتی از حالت مخرب به حالت کنترل شده موثر باشد.

ترکیبات کاهنده جمع شدگی به ویژه انواع گرما نرم آنها به آمیخته های رزین پلی استر سیر نشده افزوده می شوند تا مانع از کاهش حجم رزین پس از پخت شوند. در این پژوهش، اثر دو نوع پلی وینیل استات با وزنهای مولکولی متفاوت (100×103 و g/mol 103×290) روی مقدار جمع شدگی و سرعت تغییر حجم در طول واکنش پخت محیطی رزین پلی استر سیر نشده به روش اندازه گیری جمع شدگی و همچنین سینتیک واکنش پخت با استفاده از منحنیهای دما – زمان بررسی شد. شکل شناسی نمونه های پخت شده با پلی وینیل استات با وزنهای مولکولی مختلف به عنوان افزودنی کاهنده جمع شدگی نشان می دهد که تشکیل ساختار دو فازی به هم پیوسته شاخه ای به کنترل جمع شدگی مطلوب تری می انجامد. بررسی نتایج جمع شدگی حجمی رزین پلی استر سیر نشده هنگام استفاده از پلی وینیل استات نشان می دهد که با افزایش وزن مولکولی پلی وینیل استات، زمان شروع جمع شدگی رزین پلی استر سیر نشده افزایش و مقدار جمع شدگی نهایی آن کاهش می یابد.

رزین های پلی استر غیراشباع به عنوان مواد اولیه در ساخت شناورهای فایبرگلاس به کار می روند. این رزین ها به صورت پلیمرهای خطی غیراشباع هستند که طی واکنش رادیکالی -  افزایش به صورت پلیمرهای شبکه ای در می آیند. رزین های یاد شده به پنج روش سنتز می شوند. دو روش به صورت مداوم هستند که طی آن مواد اولیه با میزان خاصی وارد سیستم شده و رزین تولید شده به طور همزمان پس از طی فرآیند تولید، از طرف دیگر سیستم خارج می شوند. سه روش دیگر به نام های فیوژن، حلال و اپوکسید به صورت مرحله ای هستند به این ترتیب که مواد اولیه به طور یکجا وارد سیستم شده و پس از طی فرآیند تولید، رزین تولیدی به طور یکجا از سیستم خارج می شوند. در آزمایشگاه با دو روش فیوژن و حلال، رزین های فوق تولید گردید و در نهایت روش فیوژن به دلیل اقتصادی بودن به عنوان روش مناسب انتخاب شد. پس از طراحی و ساخت دستگاه نیمه صنعتی رزین پلی استر غیراشباع به ظرفیت 220 کیلوگرم، به روش فیوژن اقدام به رزین شد و در نهایت کیفیت رزین های تولید شده با رزین های چند شرکت مقایسه گردید.

استفاده از مخلوط چند آغازگر از روش های معمول در فرایند پخت گرمایی رزین های پلی استر سیر نشده است. شناخت اثر آغازگر های مختلف بر رفتار پخت رزین برای تولید کامپوزیتی کارآمد ضروری است. در این مطالعه، اثر مخلوط دو آغازگر بنزوییل پروکسید (BPO) و-tert بوتیل پربنزوات  (TBPB)که به ترتیب آغازگر های قابل تجزیه در دمای متوسط و دمای بالا هستند، در پخت گرمایی رزین پلی استر سیر نشده بررسی شده است. رفتار پخت با استفاده از آزمون های SPI و گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC) مطالعه شد. نتایج آزمون SPI نشان می دهد، درسامانه پخت شامل مخلوط TBPB/BPO استفاده از مقدار بیشتر TBPB، زمان ژل طولانی تر و حداکثر دمای گرمازایی کمتری می دهد و باعث کاهش مقدار گرمای آزاد شده می شود. در تولید محصول کامپوزیتی کارآمد باید از افزایش بیش از حد دما جلوگیری کرد، زیرا افزایش بیش از حد دما سبب صدمه به محصول نهایی مانند ترک خوردگی یا تاول زدگی می شود. نتایج بیانگر آن است که با استفاده از مخلوط آغازگر ها می توان به این مهم دست یافت. نتایج DSC در سامانه دوجزیی شامل مخلوط  BPO/TBPBنشان می دهد، تلفیق این دو پروکسید با مقدار بیشتر TBPB شرایط مطلوب برای پخت مناسب را فراهم می کند.

در این نوشتار با استفاده از رزین پلی استر ترکیب جدیدی برای کاهش هزینه ی ساخت بتن پلیمری ارائه شده است. مقایسه ی خواص مکانیکی بتن ارائه شده با بتن های پلیمری اپوکسی نشان می دهد که علی رغم کاهش قابل توجه هزینه های تولید، ترکیب جدید دارای خواص مکانیکی مطلوبی است. برای مطالعه ی تاثیر اجزای سازنده بر خواص مکانیکی ترکیب نهایی، رفتار مکانیکی بتن پلیمری ارائه شده در فشار و خمش، مطالعه و با رفتار مکانیکی رزین پلی استر خالص مقایسه شد. نتایج آزمایشگاهی نشان گر افزایش پیوسته ی خواص استحکامی رزین پلی استر )افزایش 41 درصدی استحکام کششی( و بتن پلیمری) )افزایش 27 درصدی استحکام فشاری(، با افزایش نرخ بارگذاری از 0.1 تا 90 میلی متر بر ثانیه است. با توجه به رفتار وابسته به نرخ کرنش رزین پلی استر به عنوان یکی از اجزای اصلی سازنده ی بتن پلیمری، حساسیت به نرخ کرنش بتن قابل توجیه است. اگرچه میزان وابستگی به نرخ کرنش بتن پلیمری کم تر است.