چکیده   

تأثیر حضور همزمان پودر تایر فرسوده خودرو (WGRT) و نانوذرات کربنات کلسیم (3CaCO) و تغییرات درصد وزنی آنها بر روی خواص مکانیکی پلی پروپیلن (PP) بررسی گردید. به منظور پراکندگی بهتر نانوذرات کربنات کلسیم در ماتریس پلی پروپیلن، نانوذرات اولیه با یک تک لایه از اسید استئاریک روکش شدند؛ همچنین از سازگارکننده “پلی پروپیلن گرافت شده با انیدرید مالئیک”   (PP-g-MA) به منظور افزایش سازگاری پودر تایر فرسوده خودرو با ماتریس پلی پروپیلن استفاده شد. تمامی ترکیب ها و حتی حالت های خالص مواد در یک اکسترودر دوپیچه همسوگرد مخلوط شدند و سپس به کمک دستگاه قالب ریزی تزریقی به صورت نمونه های کشش و ضربه استاندارد درآمدند.

خواص مکانیکی از قبیل استحکام ضربه آیزود شیاردار، مدول یانگ، ازدیاد طول در شکست، تنش تسلیم و استحکام کششی تمامی حالت های خالص مواد و همچنین ترکیب های آنها به صورت تجربی بررسی گردیدند. روش طراحی مخلوط و نرم افزار Minitab16 به منظور طراحی آزمایش ها و تحلیل آماری و بهینه سازی خواص مکانیکی ترکیب ها استفاده شد و ترکیب با هردوی استحکام ضربه و مدول یانگ ماکزیمم با این شیوه تعیین گردید. مدل های آماری و معادلات رگرسیون ارائه شده توسط روش طراحی مخلوط انطباق خوبی با داده های آزمایشگاهی داشت و به خوبی روند تغییرات خواص مکانیکی ترکیب ها را گزارش داده اند. ساختارشناسی ترکیب ها به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) انجام شد. تصاویر FESEM پراکندگی بهتر نانوذرات کربنات کلسیم روکش شده با تک لایه از اسید استئاریک را تأیید می کرد. تمامی ترکیب های شامل نانوذرات کربنات کلسیم تک لایه روکش شده با اسید استئاریک خواص مکانیکی بهتری در مقایسه با حالت بدون روکش از خود نشان دادند که این بهبود به پراکندگی بهتر نانوذرات کربنات کلسیم در ماتریس پلی پروپیلن در حالت روکش شده منسوب می شود. در ترکیب های شامل سازگارکننده PP-g-MA مشاهده شد که میزان 5 درصد وزنی از این ماده منجر به ظهور خواص مکانیکی بهتر ترکیب ها می شود که به ایجاد پیوندهای مناسب بین پودر تایر فرسوده خودرو و ماتریس در این درصد وزنی سازگارکننده منسوب می شود. همچنین سازگارکننده PP-g-MA تأثیر مطلوبی بر پراکندگی بهتر نانوذرات کربنات کلسیم در ماتریس پلی پروپیلن داشت. آنالیز توزین حرارتی (TGA) به منظور تعیین میزان دقیق روکش اسید استئاریک بر روی نانوذرات کربنات کلسیم و همچنین تعیین درصد وزنی ترکیبات موجود در ساختار پودر تایر فرسوده خودرو استفاده شد؛ همچنین آنالیز طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز گرماکافت (Pyrolysis-FTIR) به منظور تعیین نوع ترکیبات موجود در ساختار پودر تایر فرسوده خودرو استفاده شد که نتایج حاصل از این آنالیز انطباق خوبی با نتایج حاصل از آنالیز TGA مربوط به پودر تایر داشت.

واژه های کلیدی: خواص مکانیکی-  روش طراحی مخلوط-  پلی پروپیلن- پودر تایر فرسوده خودرو-  نانوذرات کربنات کلسیم-  نانوکامپوزیت ها

پودر تایر فرسوده

پودر تایر فرسوده

فصل اول: مقدمه

1- 1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………2

کامپوزیتها یا مواد مرکب از جمله مواد مهندسی جدیدی هستند که استفاده از آنها ایده جدیدی نیست و بشر از دیرباز به اهمیت ترکیب فیزیکی موادی که در دسترس وی بودهاند، پی برده است.

برای کامپوزیت تعریفهای مختلفی داده شده است. مواد کامپوزیت آمیخته ای از دو یا چند فاز یا جزء مجزا هستند که توسط یک فصل مشترک مشخص از هم تفکیک شده اند که خواص آن از تکتک مواد تشکیل دهنده آن تأثیر میپذیرد و به منظور بهبود یک یا چند خاصیت زمینه اصلی تولید میشود. طراحان و مهندسان کارایی مواد کامپوزیتی جهت تولید محصولاتی با کیفیت بالا، با دوام و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه را اثبات شده میدانند. مواد کامپوزیتی در محصولات زیادی در زندگی روزمره ما یافت میشوند، از جمله اتومبیلها، قایقها، چوبهای اسکی، گلف و غیره. علاوه بر آن در بسیاری از صنایع از قبیل صنایع ساختمانی، الکتریکی، هوافضا، نظامی، اتومبیلسازی از مواد کامپوزیتی استفاده میشود.

استفاده از کامپوزیتهای مدرن در حقیقت از اوایل سال 1940 میلادی شروع شد. در این سال برای اولین بار الیاف شیشه جهت تقویت پلاستیکهای مصرفی در ساخت پوشش پلاستیکی آنتن رادار هواپیما استفاده شد[1].

از جمله کامپوزیتهای پرکاربرد، کامپوزیتهای زمینه پلیمری میباشند که در صنایع کاربرد فراوانی دارند. از مزایای استفاده از کامپوزیتهای زمینه پلیمری میتوان به استحکام بالا، سبکی ،مقاومت در برابر خوردگی، انعطاف پذیری طراحی، دوام زیاد و ارزانی آنها اشاره کرد.

فناوری نانو و نانو مواداز علوم جدید میباشند که به دلیل خواص شگفتآوری که مواد در ابعاد نانو از خود نشان میدهند، بسیار مورد توجه محققان قرارگرفته است. فناوری نانو واژهای کلی است که به تمام فناوریهای پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق میشود. به طور کلی منظور از مقیاس نانو ابعادی در حدود یک تا 100 نانومتر میباشد (یک نانومتر یک میلیاردم متر است).

اولین جرقه فناوری نانو در سال 1959 زده شد. در این سال ریچاد فاینمن طی یک سخنرانی با عنوان “فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد” ایده فناوری نانو را مطرح ساخت. در این نظریه ویاعلام کرد در آینده نزدیک مولکولها و اتمها را به طور مستقیم میتوان دستکاری کرد.

در اواخر قرن بیستم زمینه جدیدی تحت عنوان ” نانوکامپوزیتها “1 وارد عرصه علم و فناوری کامپوزیتها شد. نانوکامپوزیت، به کامپوزیتهایی که حداقل یکی از ابعاد فاز پراکنده در آن در مقیاس نانو باشد، اطلاق میگردد. به دلیل تغییر در ترکیب شیمیایی و ساختار مواد در مقیاس نانومتری و ارائه خواص ویژه و بینظیر این ترکیبات نسبت به مواد کامپوزیتی در مقیاسهای متداول، در ده سال اخیر پیشرفت قابل توجهی در این زمینه صورت گرفته است[2].

در چند دهه اخیر نانوکامپوزیتهای آلی- معدنی در عرصه علم و صنعت توجه بسیاری را به خود جلب کردهاند. افزودن مقادیر بسیار کم افزودنیها و پرکنندههای نانومتری به این کامپوزیتها بهبود قابل توجه خواص حرارتی، مکانیکی، کاهش وزن و مقاومت در برابر سایش و تنشهای کششی آنها را به همراه داشته است.

1- 2- تعریف مسئله و بیان فرضیات……………………………………………………………………………………………………….3

پلیاولفینها یک طبقه از ترموپلاستیکها هستند که به واسطه تعادل خوب میان خواص فیزیکی و شیمیایی، قیمت پایین، وزن کم، فرآیندپذیری و خصوصیات بازیافتی خوب در سالهای اخیر رشد سریعی داشتهاند. پلیپروپیلن یکی از پرکاربردترین اولفینیهاست؛ نانوکامپوزیتهای آن از اولین نانوکامپوزیتهایی است که تجاری شده است و صنعت خودرو نقش مهمی در این فرآیند تجاری شدن داشتهاست. برای بهبود ویژگیهای پلیپروپیلن کارهای زیادی انجام شدهاست. با کنترل وزن مولکولی، استفاده از مواد افزودنی و مخلوط کردن، امکان تشدید و بهبود بسیاری از ویژگیهای پلی پروپیلن وجود دارد.

بهبود استحکام ضربه و سفتی PP مفهوم عملی مهمی برای گسترش محدوده کاربردهای آن دارد[3]. مقاومت ضربهای کم بویژه در دماهای پائین از جمله ضعفهای پلیپروپیلن است که به محدودیت استفاده از آن در بسیاری کاربردها انجامیده است[5-3]. استفاده از مواد با استحکام ضربه بالا در ترکیبات بر پایه پلیپروپیلن از جمله راهکارهای مقابله با این ضعف به شمار میرود. در این میان، بهرهبرداری از لاستیکها و از آن جمله ضایعات تایر خودروها، به دلایل ارزانی و مسائل زیست محیطی، در محصولات با بسترPP بسیار حائز اهمیت و جذاب است[6]. تایر ضایعاتی خودرو مادهای ترموست میباشد که شامل زنجیرهای پلیمری با پیوندهای عرضی غیر قابل برگشت بوده و مانند ترموپلاستیکها قابلیت شکلگیری دوباره و استفاده مجدد را دارا نمیباشند

3- سؤالات و اهداف تحقیق………………………………………………………………………………………………………………..5

– ﺣﻀﻮر ﻫﻤﺰﻣﺎن ﻧﺎﻧﻮ ذرات ﮐﺮﺑﻨﺎتﮐﻠﺴﯿﻢ و ﭘﻮدر ﻻﺳﺘﯿﮏ ﻓﺮﺳﻮده در ﺑﺴﺘﺮ ﭘﻠﯽﭘﺮوﭘﯿﻠﻦ ﭼﮕﻮﻧﻪ ‫اﺳﺘﺤﮑﺎم ﺿﺮﺑﻪ و ﻣﺪول آن را ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻣﯽدﻫﺪ؟
‫- ﻣﻘﺪار ﺑﻬﯿﻨﻪ درﺻﺪ وزﻧﯽ ﻧﺎﻧﻮذرات ﮐﺮﺑﻨﺎتﮐﻠﺴﯿﻢ ﺑﺮای دﺳﺘﯿﺎﺑﯽ ﺑﻪ ﻫﺪف ﭘﺮوژه ﭼﻘﺪر ﺑﺎﺷﺪ؟
‫- ﻣﻘﺪار ﺑﻬﯿﻨﻪ درﺻﺪ وزﻧﯽ ﭘﻮدر ﻻﺳﺘﯿﮏ ﻓﺮﺳﻮده ﺑﺮای دﺳﺘﯿﺎﺑﯽ ﺑﻪ ﻫﺪف ﭘﺮوژه ﭼﻘﺪر ﺑﺎﺷﺪ ؟
‫- ﺗﺄﺛﯿﺮ ﺣﻀﻮر ﺳﺎزﮔﺎرﮐﻨﻨﺪه ﺑﺮ ﺧﻮاص ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎی ﺣﺎﺻﻞ ﭼﮕﻮﻧﻪ ﺑﻮد؟
‫- ﺗﺄﺛﯿﺮ روﮐﺶدﻫﯽ ﻧﺎﻧﻮذرات ﮐﺮﺑﻨﺎتﮐﻠﺴﯿﻢ ﺑﺮ ﺧﻮاص ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎی ﺣﺎﺻﻞ ﭼﮕﻮﻧﻪ ﺑﻮد؟

-روشﻫﺎی ﻃﺮاﺣﯽ آزﻣﺎﯾﺶ و ﺑﻪ وﯾﮋه روش ﻃﺮاﺣﯽﻣﺨﻠﻮط ﺗﺎ ﭼﻪ اﻧﺪازه در ﺑﺮرﺳﯽ و ﭘﯿﺶﺑﯿﻨﯽ ﺧﻮاص ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎ ﻣﺆﺛﺮ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ

ازدیاد طول شکست

ازدیاد طول شکست

فصل دوم: مروری بر منابع و تحقیقات پیشین

1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………..8

در اﯾﻦ ﻓﺼﻞ در ﻣﻮرد ﮐﻠﯿﺎت و ﻣﻔﺎﻫﯿﻢ ﭘﺎﯾﻪ ای ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده در اﯾﻦ ﺗﺤﻘﯿﻖ ﺗﻮﺿﯿﺤﺎﺗﯽ اراﺋﻪ ‫ﻣﯽﮔﺮدد و ﺑﻪ ﻃﻮر ﻣﺨﺘﺼﺮ و اﺟﻤﺎﻟﯽ ﺑﻪ ﺑﺮرﺳﯽ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﭘﯿﺸﯿﻦ ﭘﺮداﺧﺘﻪ ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ. در ﺑﺮرﺳﯽ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﭘﯿﺸﯿﻦ اﺑﺘﺪا ﻣﺮوری ﺑﺮ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﺻﻮرت ﮔﺮﻓﺘﻪ در ﻣﻮرد ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎی ﭘﻠﯽﭘﺮوﭘﯿﻠﻦ ﭘﺮﺷﺪه ﺑﺎ ‫ﻧﺎﻧﻮذرات ﮐﺮﺑﻨﺎتﮐﻠﺴﯿﻢ اﻧﺠﺎم ﻣﯽﮔﯿﺮد؛ ﺳﭙﺲ در ﻣﻮرد ﮐﺎرﻫﺎی اﻧﺠﺎم ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺑﺮ روی ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎی ﭘﻠﯽﭘﺮوﭘﯿﻠﻦ-ﻻﺳﺘﯿﮏ ﻓﺮﺳﻮده ﺧﻮدرو ﺗﻮﺿﯿﺤﺎﺗﯽ اراﺋﻪ ﻣﯽﮔﺮدد. در اداﻣﻪ اﯾﻦ ﺑﺤﺚ ﺑﻪ ﭼﻨﺪ ﻣﻮرد از ﮐﺎرﻫﺎی اﻧﺠﺎم ﺷﺪه ﺟﻬﺖ ﺗﺤﻠﯿﻞ و ﺑﻬﯿﻨﻪﺳﺎزی ﺧﻮاص ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎی ﭘﺮ ﺷﺪه ﺑﺎ ﭘﻮدر ﺗﺎﯾﺮ ﻓﺮﺳﻮده ‫ﺧﻮدرو ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از روشﻫﺎی ﻃﺮاﺣﯽ آزﻣﺎﯾﺶ اﺷﺎره ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ. در ﻣﻮرد ﺣﻀﻮر ﺳﺎزﮔﺎرﮐﻨﻨﺪه‪ Aدر ﻣﺎﺗﺮﯾﺲﻫﺎی ﭘﻠﯿﻤﺮی و ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﻧﺎﻧﻮﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎی ﺳﻪﺗﺎﯾﯽ ﺑﺮ ﭘﺎﯾﻪ ﭘﻠﯽﭘﺮوﭘﯿﻠﻦ ﻫﻢ ‫ﻣﻄﺎﻟﺒﯽ اراﺋﻪ ﻣﯽﮔﺮدد.

2- 2- کامپوزیت ها………………………………………………………………………………………………………………………………….8

2- 3- ماتریس پلیمری………………………………………………………………………………………………………………………….11

2- 4- پلی پروپیلن…………………………………………………………………………………………………………………………………12

2- 5- کربنات کلسیم……………………………………………………………………………………………………………………………..13

2- 6-  پودر تایر فرسوده خودرو………………………………………………………………………………………………………………….16

2- 7- مروری بر تحقیقات پیشین………………………………………………………………………………………………………………18

2- 7-1-  مروری بر تحقیقات انجام شده بر روی خواص مکانیکی کامپوزیت های پلی پروپیلن پر شده با ذرات کربنات کلسیم………….18

2- 7-2-  مروری بر تحقیقات انجام شده بر روی خواص مکانیکی کامپوزیت های پلی پروپیلن پر شده با الاستومر………………………24

2- 7-3-  مروری بر تحقیقات انجام شده بر روی طراحی آزمایش و بهینه سازی خواص ترکیبات پلی پروپیلن/لاستیک ضایعاتی…….27

8- خلاصه فصل………………………………………………………………………………………………………………………………28
‫ﻧﺎﻧﻮﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎ ﺑﻪ دﻟﯿﻞ ﮐﺎراﯾﯽﻫﺎی ﺟﺪﯾﺪ و ﺑﺪﯾﻊﺷﺎن ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت زﯾﺎدی را ﺑﻪ ﺧﻮد ﻣﻌﻄﻮف ﮐﺮدهاﻧﺪ و ‫ﻣﻄﻠﻮب ﺑﺎزار ﻫﺴﺘﻨﺪ. اﯾﻦ اﻋﺘﻘﺎد وﺟﻮد دارد ﮐﻪ ﻧﺎﺣﯿﻪ ﺑﯿﻦوﺟﻬﯽ زﯾﺎد ﺑﻪ ﺗﺤﺖ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻗﺮار دادن ﺧﻮاص ‫ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖ ﮐﻤﮏ ﻣﯽﮐﻨﺪ. در ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﺑﺎ ﭘﻠﯿﻤﺮﻫﺎی ﺧﺎﻟﺺ ﯾﺎ ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎی ﭘﻠﯿﻤﺮی ﭘﺮ ﺷﺪه ﺑﺎ ذرات ‫ﻣﯿﮑﺮو، ﻧﺎﻧﻮﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎی ﭘﻠﯿﻤﺮی ﺧﻮاص ﺑﻬﺒﻮد ﯾﺎﻓﺘﻪ ﻣﺤﺴﻮﺳﯽ از ﻗﺒﯿﻞ ﻣﺪول، اﺳﺘﺤﮑﺎم، ﻋﻤﻠﮑﺮد ‫ﺿﺮﺑﻪ و ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺣﺮارﺗﯽ در ﺗﺮاﮐﻢ ﮐﻢ اﺟﺰاء ﻣﻌﺪﻧﯽ را از ﺧﻮد ﻧﺸﺎن ﻣﯽدﻫﻨﺪ. ﻧﺎﻧﻮﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖﻫﺎ ‫ﺧﯿﻠﯽ از ﻧﻈﺮ وزﻧﯽ ﺳﺒﮑﺘﺮ و ﺗﻬﯿﻪ آﻧﻬﺎ آﺳﺎﻧﺘﺮ اﺳﺖ. ﺑﻪ دﻟﯿﻞ ﺗﻤﺎﯾﻞ زﯾﺎد ﻧﺎﻧﻮذرات ﺑﺮای ﺑﻪ ﻫﻢ ﭼﺴﺒﯿﺪ ‫(ﮐﻠﻮﺧﻪای ﺷﺪن)ﭘﺮﮐﻨﻨﺪهﻫﺎی در اﻧﺪازه ﻧﺎﻧﻮ ﺑﻪ ﺳﺨﺘﯽ ﺑﻪ ﻃﻮر ﯾﮑﻨﻮاﺧﺖ در ﭘﻠﯿﻤﺮﻫﺎ ﺑﺎ ﺷﯿﻮهﻫﺎی ….

تصاویر FESEM نمونه ها

تصاویر FESEM نمونه ها

فصل سوم: مواد، دستگاه ها، روش انجام آزمایش ها و تحلیل آماری

  • 1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………32

3- 2- تعریف مسئله…………………………………………………………………………………………………………………………….32

3- 3- مواد اولیه…………………………………………………………………………………………………………………………………..33

3- 3-1-  پلی پروپیلن…………………………………………………………………………………………………………………………….33

3- 3-2-  پلی پروپیلن گرافت شده با انیدرید مالئیک (PP-g-MA)………….ا……………………………………………………………..34

3- 3-3-  پودر تایر فرسوده خودرو……………………………………………………………………………………………………………34

3- 3-4-  نانوذرات کربنات کلسیم………………………………………………………………………………………………………….35

3- 3-5-  اسید استئاریک…………………………………………………………………………………………………………………..36

3- 4- آماده سازی مواد، دستگاه های آنالیز مواد………………………………………………………………………………………37

3- 4-1-  روکش دهی نانوذرات کربنات کلسیم…………………………………………………………………………………………..37

3- 4-2-  آنالیز توزین حرارتی (TGA)…………………………………ا…………………………………………………………………..38

3- 4-3- آنالیز طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه تجزیه حرارتی (Pyrolysis-FTIR)..ا…………………………………………..39

3- 4-4-  میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM)…………………ذ………………………………………………40

3- 5- ساخت نانوکامپوزیت ها و دستگاه های ساخت نمونه ها…………………………………………………………………….42

3- 5-1-  ترکیب درصد وزنی نمونه ها…………………………………………………………………………………………………..42

3- 5-2-  دستگاه اکسترودر دوپیچه همسو گرد………………………………………………………………………………………43

3- 5-3-  دستگاه قالب ریزی تزریقی……………………………………………………………………………………………………..45

3- 6- خواص مکانیکی و دستگاه های اندازه گیری……………………………………………………………………………………45

3- 6-1-آزمون کشش……………………………………………………………………………………………………………………..46

3- 6-2- آزمون ضربه……………………………………………………………………………………………………………………….46

3- 7- طراحی آزمایش…………………………………………………………………………………………………………………….47

3- 7-1-  روش طراحی مخلوط……………………………………………………………………………………………………………49

3- 7-2-  مراحل طراحی آزمایش به شیوه طراحی مخلوط……………………………………………………………………………49

3- 7-2- 1-  شناسایی و بیان مسئله…………………………………………………………………………………………………..49

3- 7-2- 2-  طراحی آزمایش ها، جمع آوری دادهها………………………………………………………………………………….50

7-2- 3- تحلیل داده ها……………………………………………………………………………………………………………………53

دستگاه TGA

دستگاه TGA

فصل چهارم: نتایج و بحث

1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………60

4- 2- شناسایی مواد و ساختار شناسی ترکیبات………………………………………………………………………….60

4- 2-1-  تعیین میزان روکش اسید استئاریک بر روی نانوذرات کربنات کلسیم…………………………………………..60

4- 2-2-  تعیین نوع و میزان ترکیبات الاستومر در ساختار پودر تایر فرسوده خودرو……………………………………….63

4- 2-3-  ساختار شناسی کامپوزیت ها و نانوکامپوزیت های حاصل………………………………………………………67

4- 3- تحلیل تجربی خواص مکانیکی ترکیب ها……………………………………………………………………………….75

4- 3-1-  تأثیر نانوذرات کربنات کلسیم بر خواص مکانیکی پلی پروپیلن…………………………………………………..75

4- 3-2-  تأثیر پودر تایر فرسوده خودرو بر خواص مکانیکی پلی پروپیلن…………………………………………………..78

4- 3-3-  تأثیر PP-g-MA بر خواص مکانیکی پلی پروپیلن……………………………………………………………………..81

4- 3-4-  تأثیر حضور همزمان نانوذرات کربنات کلسیم و PP-g-MA بر خواص مکانیکی پلی پروپیلن………………….83

4- 3-5-  تأثیر حضور همزمان پودر تایر فرسوده خودرو و PP-g-MA بر خواص مکانیکی پلی پروپیلن…………………….86

4- 3-6- تأثیر حضور همزمان پودر تایر فرسوده خودرو و نانوذرات کربنات کلسیم بر خواص مکانیکی پلی پروپیلن…….88

4- 3-7-  تأثیر حضور همزمان پودر تایر فرسوده خودرو، نانوذرات کربنات کلسیم و PP-g-MA بر خواص مکانیکی پلی پروپیلن..91

4- 4- تحلیل آماری…………………………………………………………………………………………………………………94

4- 4-1-  تحلیل آماری استحکام ضربه آیزود شیاردار کامپوزیت ها با استفاده از روش طراحی مخلوط……………………94

4- 4-2-  تحلیل آماری مدول یانگ کامپوزیت ها  با استفاده از روش طراحی مخلوط………………………………………99

4- 4-3-  تحلیل آماری ازدیاد طول در شکست کامپوزیت ها  با استفاده از روش طراحی مخلوط………………………103

4- 4-4-  تحلیل آماری تنش تسلیم کامپوزیت ها  با استفاده از روش طراحی مخلوط…………………………………106

4- 4-5-  تحلیل آماری استحکام کششی کامپوزیت ها  با استفاده از روش طراحی مخلوط…………………………109

4-6- بهینه سازی استحکام ضربه و مدول یانگ کامپوزیت ها…………………………………………………………….112

روکش دهی با طلا

روکش دهی با طلا

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………….117

5- 2- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………..118

5- 3- پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………………123

پیوست

مراحل طراحی و تحلیل آزمایش ها و بهینه سازی خواص مکانیکی…………………………………………………..125

مراجع………………………………………………………………………………………………………………………..136

مدل یانگ

مدل یانگ

فهرست جداول

جدول(3- 1): مشخصات پلی پروپیلن HP 550 J گزارش شده توسط کارخانه تولید کننده………………………….33

جدول(3- 2): اطلاعات فنی هموپلیمر پلی پروپیلن V 30 S شرکت پتروشیمی مارون…………………………….34

جدول(3- 3): اطلاعات فنی نانوذرات کربنات کلسیم گزارش شده توسط شرکت تولید کننده………………….35

جدول(3- 4): مشخصات فنی اسید استئاریک مصرفی……………………………………………………………….36

جدول(3- 5): علائم اختصاری ترکیب ها…………………………………………………………………………………43

جدول(3- 6): متغیرهای ورودی و خروجی……………………………………………………………………………….50

جدول(3- 7): محدوده مناسب مواد تشکیل دهنده کامپوزیت ها……………………………………………………50

جدول(3- 8): آزمایش های طراحی شده به روش طراحی مخلوط با استفاده از نرم افزار Minitab16 در یک بار تکرار پذیری……53

جدول(4- 1): آنالیز واریانس مدل Special quartic برای استحکام ضربه آیزود………………………………..96

جدول(4- 2): ضرایب پیش بینی شده معادله رگرسیون توسط مدل Special quartic برای پیش بینی اعداد استحکام ضربه برحسب مقدار مؤلفه های ورودی…97

جدول(4- 3): آنالیز واریانس مدل quadratic برای مدول یانگ……………………………………………………….100

جدول(4- 4): ضرایب پیش بینی شده معادله رگرسیون توسط مدل quadratic برای پیش بینی اعداد مدول یانگ برحسب مقدار مؤلفه های ورودی….100

جدول(4- 5): آنالیز واریانس مدل quadratic برای ازدیاد طول در شکست…………………………………….103

جدول(4- 6): ضرایب پیش بینی شده معادله رگرسیون توسط مدل quadratic برای پیش بینی ازدیاد طول در شکست برحسب مقدار مؤلفه های ورودی….104

جدول(4- 7): آنالیز واریانس مدل Special cubic برای تنش تسلیم……………………………………………….107

جدول(4- 8): ضرایب پیش بینی شده معادله رگرسیون توسط مدلSpecial cubic  برای پیش بینی اعداد تنش تسلیم برحسب مقدار مؤلفه های ورودی…….107

جدول(4- 9): آنالیز واریانس مدل Special quartic برای استحکام کششی…………………………………….110

جدول(4- 10): ضرایب پیش بینی شده معادله رگرسیون توسط مدلSpecial quartic  برای پیش بینی اعداد استحکام کششی برحسب مقدار مؤلفه های ورو…110

نمودار باقی مانده

نمودار باقی مانده

فهرست نمودارها

شکل(2- 7): منحنی های DTG نانوذرات کربنات کلسیم روکش شده با مقادیر مختلف اسید استئاریک………………22

شکل(3- 19): نمودار هیستوگرام باقیمانده ها………………………………………………………………………………..55

شکل(3- 20): نمودار احتمال نرمال باقیمانده ها………………………………………………………………………………55

شکل(3- 21): نمودار کاهش مقادیر و تغییرات در پاسخ با گذشت زمان…………………………………………………..56

شکل(3- 22): نمودار افزایش باقیمانده ها با افزایش مقادیر…………………………………………………………………56

شکل(3- 23): نمودار استقلال باقیمانده ها نسبت به مقادیر………………………………………………………………56

شکل(3- 24): نمودار تغییرات مقادیر باقیمانده ها نسبت به سطوح فاکتور……………………………………………….57

شکل(4- 1): منحنی های DTG و TGA نانوذرات اولیه خریداری شده از کارخانه………………………………………..62

شکل(4- 2): منحنی های DTG و TGA نانوذرات پس از افزایش روکش اسید استئاریک……………………………….63

شکل(4- 3): طیف های FTIR پودر تایر فرسوده خودرو…………………………………………………………………….65

شکل(4- 4): منحنی های TGA-DTG پودر تایر فرسوده خودرو…………………………………………………………….67

شکل(4- 11): استحکام ضربه آیزود شیاردار، تنش تسلیم و استحکام کششی ترکیب های دوتایی پلی پروپیلن و نانوذرات کربنات کلسیم در درصدهای وزنی مختلف کربنات کلسیم…………………………………………………………………………………………………………………75

شکل(4- 12): مدول یانگ و ازدیاد طول در شکست ترکیب های دوتایی پلی پروپیلن و نانوذرات کربنات کلسیم در درصدهای وزنی مختلف کربنات کلسیم………………………………………………………………………………………………………………………..77

شکل(4- 13): استحکام ضربه آیزود شیاردار، تنش تسلیم و استحکام کششی ترکیب های دوتایی پلی پروپیلن و پودر تایر فرسوده خودرو در درصدهای وزنی مختلف پودر تایر فرسوده……………………………………………………………………………………………………………79

شکل(4- 14): مدول یانگ و ازدیاد طول در شکست ترکیب های دوتایی پلی پروپیلن و پودر تایر فرسوده خودرو در درصدهای وزنی مختلف پودر تایر فرسوده……………………………………………………………………………………………………………………80

شکل(4- 15): استحکام ضربه آیزود شیاردار، تنش تسلیم و استحکام کششی حالت های خالص و ترکیب های دوتایی پلی پروپیلن و PP-g-MA  در درصدهای وزنی مختلف PP-g-MA…………………………………………………………………………………………ا…………81

شکل(4- 16): مدول یانگ و ازدیاد طول در شکست حالت های خالص و ترکیب های دوتایی پلی پروپیلن و PP-g-MA  در درصدهای وزنی مختلفPP-g-MA …………..ا……………………………………………………………………………………………………….82

شکل(4- 17): استحکام ضربه آیزود شیاردار، تنش تسلیم و استحکام کششی حالت های خالص و ترکیب های سه تایی پلی پروپیلن، کربنات کلسیم و PP-g-MA در درصدهای وزنی مختلف  PP-g-MA وکربنات کلسیم………………………………………………………83

شکل(4- 18): مدول یانگ و ازدیاد طول در شکست حالت های خالص و ترکیب های سه تایی پلی پروپیلن، کربنات کلسیم و PP-g-MA در درصدهای وزنی مختلف PP-g-MA و کربنات کلسیم…85

شکل(4- 19): استحکام ضربه آیزود شیاردار، تنش تسلیم و استحکام کششی حالت های خالص و ترکیب های سه تایی پلی پروپیلن، پودر تایر فرسوده و PP-g-MA در درصدهای وزنی مختلف PP-g-MA و پودر تایر……………………………………………………………..86

شکل(4- 20): مدول یانگ و ازدیاد طول در شکست حالت های خالص و ترکیب های سه تایی پلی پروپیلن، پودر تایر فرسوده و PP-g-MA در درصدهای وزنی مختلف PP-g-MA و پودر تایر……………………………………………………………………………………………87

شکل(4- 21): استحکام ضربه آیزود شیاردار، تنش تسلیم و استحکام کششی ترکیب های سه تایی پلی پروپیلن، پودر تایر فرسوده خودرو و کربنات کلسیم در درصدهای وزنی مختلف کربنات کلسیم و پودر تایر فرسوده خودرو……………………………………..89

شکل(4- 22): مدول یانگ و ازدیاد طول در شکست ترکیب های سه تایی پلی پروپیلن، پودر تایر فرسوده خودرو و کربنات کلسیم در درصدهای وزنی مختلف کربنات کلسیم و پودر تایر فرسوده خودرو………………………………………………………………………….90

شکل(4- 23): استحکام ضربه آیزود شیاردار، تنش تسلیم و استحکام کششی ترکیب های چهارتایی پلی پروپیلن، پودر تایر فرسوده خودرو، نانو کربنات کلسیم و PP-g-MA  در درصدهای وزنی مختلف……………………………………………………………………92

شکل(4- 24): مدول یانگ و ازدیاد طول در شکست ترکیب های چهارتایی پلی پروپیلن، پودر تایر فرسوده خودرو، نانو کربنات کلسیم و PP-g-MA در درصدهای وزنی مختلف……………………………………………………………………………………………………..92

شکل(4- 25): نمودارهای باقیمانده ها برای استحکام ضربه آیزود در تحلیل آماری با استفاده از مدل Special quartic….ا………..95

شکل(4- 26): نمودارهای ترکیبی تغییرات استحکام ضربه آیزود بر حسب تغییرات مقادیر مؤلفه ها در حد پایین مؤلفه غایب در هر نمودار…………….98

شکل(4- 27): نمودارهای ترکیبی تغییرات استحکام ضربه آیزود بر حسب تغییرات مقادیر مؤلفه ها در حد وسط مؤلفه غایب در هر نمودار……………99

شکل(4- 28): ماکزیمم استحکام ضربه آیزود پیش بینی شده توسط مدل Special quartic و درصدهای وزنی مؤلفههای تشکیل دهنده کامپوزیت با استحکام ضربه ماکزیمم…………………………………………………………………………………………………….99

شکل(4- 29): نمودارهای باقیمانده ها برای مدول یانگ در تحلیل آماری با استفاده از مدل quadratic……………………ا…………………..100

شکل(4- 30): نمودارهای ترکیبی تغییرات مدول یانگ بر حسب تغییرات مقادیر مؤلفه ها در حد پایین مؤلفه غایب در هر نمودار………….101

شکل(4- 31): نمودارهای ترکیبی تغییرات مدول یانگ بر حسب تغییرات مقادیر مؤلفه ها در حد وسط مؤلفه غایب در هر نمودار…………..102

شکل(4- 32): ماکزیمم مدول یانگ پیش بینی شده توسط مدل quadratic و درصدهای وزنی مؤلفه های تشکیل دهنده کامپوزیت با استحکام ضربه ماکزیمم…102

شکل(4 – 33): نمودارهای باقیمانده ها برای ازدیاد طول در شکست در تحلیل آماری با استفاده از مدل quadratic……………..ا…………….103

شکل(4- 34): نمودارهای ترکیبی تغییرات ازدیاد طول در شکست بر حسب تغییرات مقادیر مؤلفه ها در حد پایین مؤلفه غایب در هر نمودا…….105

شکل(4- 35): نمودارهای ترکیبی تغییرات ازدیاد طول در شکست بر حسب تغییرات مقادیر مؤلفه ها در حد وسط مؤلفه غایب در هر نمودار…..105

شکل(4- 36): ماکزیمم ازدیاد طول در شکست پیش بینی شده توسط مدلquadratic و درصدهای وزنی مؤلفه های تشکیل دهنده کامپوزیت با استحکام ضربه ماکزیمم……………………………………………………………………………………………………106

شکل(4- 37): نمودارهای باقیمانده ها برای تنش تسلیم کامپوزیت ها در تحلیل آماری با استفاده از مدل Special cubic ………………….ا…….106

شکل(4- 38): نمودارهای ترکیبی تغییرات تنش تسلیم بر حسب تغییرات مقادیر مؤلفه ها در حد پایین مؤلفه غایب در هر نمودار…………………108

شکل(4- 39): نمودارهای ترکیبی تغییرات تنش تسلیم بر حسب تغییرات مقادیر مؤلفه ها در حد وسط مؤلفه غایب در هر نمودار………………..108

شکل(4- 40): ماکزیمم تنش تسلیم پیش بینی شده توسط مدلSpecial cubic  و درصدهای وزنی مؤلفه های تشکیل دهنده کامپوزیت با استحکام ضربه ماکزیمم………………………………………………………………………………………………….109

شکل(4- 41): نمودارهای باقیمانده ها برای استحکام کششی کامپوزیت ها در تحلیل آماری با استفاده از مدل Special quartic………ا………..110

شکل(4- 42): نمودارهای ترکیبی تغییرات استحکام کششی بر حسب تغییرات مقادیر مؤلفه ها در حد پایین مؤلفه غایب در هر نمودار…………111

شکل(4- 43): نمودارهای ترکیبی تغییرات استحکام کششی بر حسب تغییرات مقادیر مؤلفه ها در حد وسط مؤلفه غایب در هر نمودار………..112

شکل(4- 44): ماکزیمم استحکام کششی پیش بینی شده توسط مدلSpecial quartic  و درصدهای وزنی مؤلفه های تشکیل دهنده کامپوزیت با استحکام ضربه ماکزیمم……………………………………………………………………………………………….112

شکل(4- 45): استحکام ضربه و مدول یانگ ماکزیمم کامپوزیت  بهینه………………………….113

شکل(4- 46): استحکام ضربه و مدول یانگ ماکزیمم پیش بینی شده توسط روش طراحی مخلوط برای ترکیب های فاقد PP-g-MA…….ا…………..114

شکل(4- 47): استحکام ضربه و مدول یانگ ماکزیمم پیش بینی شده توسط روش طراحی مخلوط برای ترکیب های با 5 درصد وزنی PP-g-MA….ا……114

شکل(4- 48): استحکام ضربه و مدول یانگ ماکزیمم پیش بینی شده توسط روش طراحی مخلوط برای ترکیب های با 5 درصد وزنی PP-g-MA…..ا……..115

نمودار بهینه پاسخ خروجی

نمودار بهینه پاسخ خروجی

فهرست  شکلها

شکل(2- 1): چینش متفاوت تقویت کننده ها در کامپوزیت ها……………………………………………………………….9

شکل(2- 2): شکل شماتیک از پیوند های جانبی در پلیمر های مختلف………………………………………………….12

شکل(2- 3): خم شدن ترک با اضافه کردن ذرات………………………………………………………………………………..14

شکل(2- 4): مکانیزم های افزایش انرژی ضربه به وسیله ترک ها………………………………………………………….15

شکل(2- 5): حالت های مختلف توزیع و پراکندگی نانوذرات در ماتریس های پلیمری…………………………………..16

شکل(2- 6): مکانیزم چقرمه شدن با ذرات صلب……………………………………………………………………………20

شکل(3- 1): گرانول پلی پروپیلن HP 550 J…………….ا……………………………………………………………………33

شکل(3- 2): گرانول PP-g-MA مصرفی………………………………………………………………………………………..34

شکل(3- 3): پودر تایر فرسوده خودرو………………………………………………………………………………………..35

شکل(3- 4): پودر نانوذرات کربنات کلسیم…………………………………………………………………………………..36

شکل(3- 5): ذرات اسید استئاریک مصرفی………………………………………………………………………………..36

شکل(3- 6): مراحل مختلف روکش دهی نانوذرات کربنات کلسیم……………………………………………………..38

شکل(3- 7): دستگاه TGA مدل1500-PL ……………..ا………………………………………………………………….39

شکل(3- 8): دستگاه طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه……………………………………………………………..40

شکل(3- 9): میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی…………………………………………………………..41

شکل(3- 10): نمونه های کامپوزیتی با سطح روکش داده شده توسط طلا برای بررسی ریز ساختار…………..41

شکل(3- 11): دستگاه مورد استفاده جهت روکش دهی سطحی نمونه ها با طلا………………………………..42

شکل(3- 12): مراحل ساخت نانوکامپوزیت ها توسط دستگاه اکسترودر……………………………………………..44

شکل(3- 13): طرح شماتیک دستگاه اکسترودر دوپیچه همسوگرد……………………………………………………44

شکل(3- 14): دستگاه تزریق مورد استفاده برای تهیه ی نمونه های آزمایش………………………………………45

شکل(3- 15): دستگاه کشش Zwick/Roell  مدل Z100 ………………………..ا………………………………….46

شکل(3- 16): دستگاه ضربه RESIL IMPACTOR…………………………………………………ا……………………47

شکل(3- 17): تصویر L-simplex…………………ا………………………………………………………………………..51

شکل(3- 18): نمونه ای از طراحی مخلوط به روش Extreme vertices ………………………ا…………………….52

شکل(4- 5): تصاویر FESEM گرفته شده از سطوح شکسته شده با نیتروژن مایع حالت های بدون پرکننده……..68

شکل(4- 6): تصاویر FESEM گرفته شده از سطوح شکسته شده با نیتروژن مایع نانوکامپوزیت های پر شده با نانوذرات کربنات کلسیم……69

شکل(4- 7): تصاویر FESEM گرفته شده از سطوح شکسته شده با نیتروژن مایع نانوکامپوزیت های شامل نانوذرات کربنات کلسیم و PP-g-MA……ا………..70

شکل(4- 8): تصاویر FESEM گرفته شده از سطوح شکسته شده با نیتروژن مایع کامپوزیت های پر شده با پودر تایر فرسوده خودرو و PP-g-MA…..ا…………72

شکل(4- 9): تصاویر FESEM گرفته شده از سطوح شکسته شده با نیتروژن مایع کامپوزیت های پر شده با پودر تایر فرسوده خودرو و نانوذرات کربنات کلسیم روکش شده با تک لایه اسید استئاریک………………………………………………………………………………….73

شکل(4- 10): تصاویر FESEM گرفته شده از سطوح شکسته شده با نیتروژن مایع کامپوزیت های پر شده با  پودر تایر فرسوده خودرو، نانوذرات کربنات کلسیم و PP-g-MA…………………………………………………………………………………………….ا……………………..74


مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان