مقدمه

در چند دهه اخير نانو کامپوزيت های آلی­ معدنی در عرصه علم و صنعت توجه بسياری را به خود جلب کرده اند. با افزودن مقدار بسيار کم از افزودنی ها و پرکننده ها در مقياس نانو، مانند دی اکسيد تيتانيم به جای کامپوزيت های عادی، خواص مکانيکی ،حرارتی آا بهبود می يابد. بهبود اين خواص، زمانی است که ذرات پراکندگی مناسبی در بستر پليمر داشته باشند ،به حداکثر ممکن می رسد زيرا اين مواد با هم خواص هم
افزايی غير قابل انتظاری نشان می دهند. پلي پروپيلن (PP)، پليمري ارزان و در دسترس با خواص مكانيكي خوب از قبيل ضربه پذيري و مقاومت عالي در مقابل خستگي است. اما عيب اصلی اين پليمر اُُفت خواص ضربه ای آن در دماهاي پايين می باشد که جهت برطرف نمودن اين نقيصه آن را با يك الاستومر مانند: اتيلن ­ پروپيلن ­ دي اِن مونومر (EPDM) آلياژ مي كنند [4]. درست است که استفاده از لاستيک EPDM باعث افزايش چقرمگی آلياژ شده ولی ازآنرو باعث افت مدول و مقاومت حرارتی آن شده و برای رفع اين نقيصه می توان از فيلرهايی که در ابعاد نانو هستند استفاده کرد. خواص نانو کامپوزيت های پليمر­ نانو به عواملی چون برهم کنش بين نانو و ماتريس پليمری،روش تهيه نانوکامپوزيت، نوع ودرصد نانو مورد استفاده وپخش خوب نانو درماتريس پليمری بستگی دارد[1].در اين مقاله به تهيه ومقايسه ی خواص نانو کامپوزيت های PP/EPDM تقويت شده با نانو ذرات 2TIO و همچنين کنترل وتوزيع پراکندگی ذرات EPDM و نانو ذرات درماتريس PP بوسيله يک روش فرايندی مناسب پرداخته شد.که در اين خصوص فرمولاسيون اين نانو کامپوزيت ها با انتخاب يک گريد خاص از PPو EPDM به ترتيب با ترکيب درصدهای وزنی 90، 10و ترکيب درصدهای مختلف 3،5 ،7درصد نانو ذرات 2TIO به صورت تك مرحله اي ودو مرحله اي طراحی شده وخواص مكانيكي از قبيل مدول کششی،استحکام کششی وکرنش در شکست وهمچنين خواص رئولوژی و مورفولوژي اين نانو کامپوزيت ها وارتباط آا با يک ديگر مورد ارزيابی قرار می گيرد.

فهرست مطالب

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

 فصل اول : كليات

پلـی پ روپيلن بـرای نخ ستين بـار در س ال 1869 توس ط Berthelot به کمک اسيد سولفوريک غليظ پليمريـزه شـد.PP زمانی برای کاربرد های صنعتی مورد توجه قـرار گرفـتکهNata توانست در سال 1955 توسط کاتاليزورهای آلـی­ فلزی بر پايه تيتانيوم و آلومينيوم پـرو پيلنـی بـاوزن مولکولی بالا توليد کند ، اين پليمر ايزوتاکتيـکنيمه کريستالی ، خواص مکانيکی عالی داشت.که پيـشرفتچشمگير آن در سال 1965 را توجيه می کرد.نوع ديگری از PP که در حجم بسيار کمی به صورت محصول فرعیPP نيمـهکريستالی توليد شده و توسط يک حلال هيدروکربنی مثـلهگزا از محيط خارج می شود، PP اتاکتيک اسـت کـه بـهعلت خواص مکانيکی و حرارتی ضعيف در کاربردهايی مثـلچسب ها و دزد کير ها و… استفاده مـی شـود. پلـیپروپيلن نيمه کريستالی ترمو پلاستيکی است که حاوی دوفاز کريستالی و آمورف می باشد. مقدار نسبی هر فـازبه ويژگی های سـاختاری زنجيـر هـای پليمـری و همچنـينشرايطی که تحت آنpp بـا اکـستروژن قـالبگيری يـا… تبديل به محصول ايی می شود، وابسته است.
خواصPP در حالت مذاب از متوسط طول زنجيرهای پليمـریو توزيع آن بدست می آيد. و در حالت جامـد، خـواصPP توسط نوع و ميزان نواحی آمورف و کريستالی تشکيل شدهکنترل می گردد. پلی پروپيلن پليمری نسبتاً ست، دارای نقطه ذوب بـالا( حدود 150 درجه سانتيگراد) و مقاومـت ضـربه نـسبتاٌخوب می باشدPP کمتريـن چگـالی (3kg/m 900) را دربـينترموپلاستيک ها دارد و استحکام ، سختی و مقاومت عالیآن در برابر خستگی آن را برای ساخت انواع لولا مناسبمی کند. مدول خمشی يا سختی پلـی پـروپيلن بـا افـزايش ميـزانبلورينگی بالا می رود اما به نوع مورفولوژی کريـستالها وابسته است. پلی پيروپيلن در حال حاضـر در ميـانساير ترموپلاستيک هایGP سريع ترين رشـد را دارد. PP تنها پليمر پر مصرفی است که می تواند توسط هر چهـار روش اصلی فرآيندی، فرآوری شود. قالبگيری ، اکستروژن،توليد فيلم و الياف با قيمت ارزان و نقطه ذوب بالا ومقاومت عالی در برابر مواد شيميايی باعث توجه صنايعبسته بندی و پزشکی به اين پليمر شده است.
پلی پروپيلن به علت طبيعت هيدروکربنی و پلاريته خيلیکم، فعاليت شـيميايی نـسبتاٌ ضـعيفی بـا واکنـشگرهایاسيدی و بازی دارد اما نسبت به اکسيداسيون و واکـنشهای فتوشيميايی حساس است. PP ب ه notch ح ساس اس ت و ب ا وج ود رفت ار ductile در دماهای پايين رفتار brittle از خود نشان ميدهد.
1­4­آشنايی با کائوچوی EPDM و خواص آن :
برای آشنايی با کائوچوی EPDM لازم است در ابتدا با خواص کائوچوی سازنده آن , يعنی کائوچوی EPR آشنا شويم. 1­4­1­ اتيلن پروپيلن رابر EPR : کائوچوی اتيلن­پروپيلن نخستين بار در سال ۱۹۶۲ در آمريکا در مقادير کم و محدود تجاری عرضه گشت. هر چند مقادير کم آن در آزمايشگاههای ايتاليا و ايالات متحده ساخته شد ولی در سال ۱۹۶۳ توليد تجاری آن آغاز گشت. اين کائوچو اکنون دارای بالاترين ضريب رشد توليد می باشد. اتيلن و پروپيلن جزء الاستومرهای پارافينی هستند و غيرقطبی و خطی با Tg بسيار پايين ولی دارای ماهيت بلوری هستند و کريستاله ميشوند. بواسطه همين ماهيت دارای خواص الاستيکی نيستند و به عنوان پلاستيک مورد استفاده قرار ميگيرند.حال ميتوان با کوپليمر کردن اتيلن و پروپيلن و برهم زدن نظم ساختمانی هر يک از هموپليمرها , به تنهايی ويژگی بلوری را از پليمر سلب کرد و پليمری با ويژگی های لاستيکی پديد آورد. اگر در اين کوپليمر درصد اتيلن بيشتر باشد و پليمريزاسيون بصورت اتفاقی باشد , کوپليمر حاصله الاستومر EPR خواهد بود. ولی اگر درصد پروپيلن بيشتر باشد و پليمريزاسيون به صورت Block باشد , پليمر توليدی پلاستيکی سخت به نام RPP خواهد بود که برای صنايع لوله سازی استفاده ميشود. ساختار اشباع اين الاستومر باعث ايجاد مقاومت زياد در مقابل ازن در اين الاستومر ميشود اما بدليل عدم وجود پيوند دوگانه در ساختمان شيميايی اين کائوچو امکان پخت گوگردی آن وجود ندارد که اين يک نقيصه برای EPR محسوب ميشود.

ساختار مولكولي EPR

ساختار مولكولي EPR

1­3)آشنايی با پلاستيک آنPP و خواص آن ……………………………………. 5
1­4)آشنايی با کائوچوی وEPDM خواص آن…………………………………….. 7

 فصل دوم : مروري بر مطالعات انجام شده

پلي پروپيلن (PP)، پليمري ارزان و در دسترس با خواص مكانيكي خوب از قبيل ضربه پذيري و مقاومت عالي در مقابل خستگي است. اما عيب اصلی اين پليمر اُُفت خواص ضربه ای آن در دماهاي پايين می باشد که جهت برطرف نمودن اين نقيصه آن را با يك الاستومر مانند: اتيلن ­ پروپيلن ­ دي اِن مونومر (EPDM) آلياژ ميكنند [4]. در مطالعات و تحقيقات وسيعی که بر روی آلياژهای رابر / پلی پروپيلن انجام گرفته است، اعلام شده که اين آلياژها بسيار منعطف بوده و استحکام ضربه پلی پروپيلن با افزودن ذرات برای افزايش يافته است. بررسی وابستگی دمای انتقال حالت شکننده به منعطف ،به پارامترهای مختلفی از جمله ماتريس، مورفولوژی آلياژ و شرايط آزمون انجام گرفته است.درست است که استفاده از لاستيک EPDM باعث افزايش چقرمگی آلياژ شده ولی ازآنرو باعث افت مدول و مقاومت حرارتی آن شده و برای رفع اين نقيصه می توان از فيلرهايی که در ابعاد نانو هستند استفاده کرد.
2­2­ مروري بر روي نانو كامپوزيت هاي بر پايه PP و نانو ذرات دی اکسيد تيتانيم
واچاراويچانانت6 و همکارانش [48] مشاهده کردند که مقادير استحکام کششی برای دو کامپوزيت بر پايه پلیپروپيلن و پرکننده دیاکسيد تيتانيم با دو اندازه متفاوت 130 و 3/42 نانومتر بسيار نزديک به هم است، و با افزايش مقدار پرکننده تغيير چندانی در مقادير آن در مقايسه با نمونه بدون پرکننده مشاهده نمیشود (شکل 2­1) در واقع اگر اتصال بين پرکننده و زمينه پايين
باشد چون تنش به خوبی به پرکننده منتقل نمیشود ،بنابراين استحکام کششی زمينه خالص با زمينه تقويت شده ندارد.
شکل 2­ 1 استحکام کششی در برابر مقادير متفاوت دی-اکسيد تيتانيم برای اندازه ذرات متفاوت نتايج برای مدول يانگ کاملا تفاوت بود (شکل 2­2). ذرات با اندازه کوچکتر، بدليل داشتن مساحت سطح بيشتر، تجمعات بيشتری نسبت به ذرات بزرگتر درون زمينه پليمری تشکيل میدهند، در نتيجه چسبندگی ميان پرکننده و زمينه کاهش میيابد که منجر به کاهش مدول يانگ شده است[48]
شکل 2­ 4 منحنی مدول يانگ در برابر مقادير متفاوت دیاکسيد تيتانيم برای اندازه ذرات متفاوت
رعت پيچ نيز نقش مهمی روی پراکنش نانوذرات و خواص مکانيکی نانوکامپوزيتها دارد. هاسوک7 و همکارانش [52] نانوکامپوزيتpolylactic acid / clay را با استفاده از اکسترودر دو پيچه تهيه و اثر دو سرعت پيچ متفاوت rpm 65 وrpm 150 را روی خواص مکانيکی مطالعه کردند. بر اساس نتايج استحکام کششی، در سرعتهای پيچ بالا مدول يانگ و استحکام کششی افزايش يافته است. واچاراويچانانت و همکارانش [48] نشان دادند که با افزايش سرعت پيچ در اکسترودر تک پيچه چون زمان ماند مذاب درون اکسترودر کاهش میيابد، بنابراين پراکنش نانو ذرت نيز کاهش يافته در نتيجه خواص مکانيکی مانند مدول يانگ، استحکام کششی و تنش در نقطه شکست افت میکند. افزايش تعداد مراحل اختلاط نيز اثری مشابه دارد. چون تعداد مراحل اختلاط با پراکنش رابطه مستقيم دارد، بنابراين با افزايش تعداد مراحل اختلاط، پراکنش نيز افزايش يافته و خواص مکانيکی ذکر شده بهبود میيابد. تصاوير SEM نيز تاييد کننده اين موضوع است (شکل 2­3). هرچه تعداد مراحل اختلاط بيشتر و سرعت پيچ کمتر باشد تجمعهای ناشی از حضور نانو ذرات درون زمينه پليمری کمتر میشود.
شکل 2­ 5 تصوير SEM مربوط به 5/ . در صد وزنی دی-اکسيد تيتانيم (الف) يک مرحله اختلاط و (ب) دو مرحله اختلاط 2­3­ مروري بر نانوكامپوزيت هاي بر پايه EPDM و نانوخاك رس Hua Zheng و همکاران [8] تاثيرخاک رس MMT اصلاح شده که گروه های عاملی مختلف بر روی سطح خود دارند را بر روی خواص مکانيکی و مورفولوژيکی نانوکامپوزيت بر پايه EPDM مورد بررسی قرار دادند.نتايج حاصل از آزمون پراش اشعه ايکس و ميکروسکوپ الکترونی عبوری نشان داد که با استفاده ازMMT اصلاح شده با تری متيل اکتادسيل آمين و دی متيل بنزيل اکتادسيل آمين ساختار نانو کامپوزيت حاصله ساختار بين لايه ای بوده،در حالی که MMT اصلاح شده با آلکيل آمين حاوی گروه های هيدروکسيل منجر به تشکيل ساختار ورقه ورقه ميشود و افزودن phr15 از اين نوع Nano clay استحکام کششی را تا Mpa25 افزايش ميدهد.همچنين نتايج آناليزديناميکی مکانيکی نشان داد با افزودن ذرات Nano clay دمای اتقال شيشه ای نانو کامپوزيت به دماهای بالاتری انتقال پيدا ميکند. BaoLei Liu و همکاران[9] نشان دادند که مالئيک انيدريد ميتواند به عنوان عامل سازگار کننده ذرات MMT و ماتريس EPDM عمل کند. نتايج حاصل از آزمون پراش اشعه ايکس و ميکروسکوپ الکترونی حاکی از تشکيل ساختار ورقه ورقه در اين نوع نانو کامپوزيت بود.همچنين خواص مکانيکی و حرارتی با افزودن ذرات Clay افزايش يافت.

2­1) مقدمه …………………………………………………………………………… 31
2­2) مروري بر روي نانوكامپوزيت هاي بر پايه PP و نانو ذراتدی اکسيد تيتانيم  31
2­3) مروري بر نانوكامپوزيت هاي بر پايه ا  ………………………..ا……..PP/ EPDM
2­4) مروري بر نانوكامپوزيت هاي تقويت شده با نانو لوله کربن(CNT) ……….. ا45ا
منابع و ماخذ………………………………………………………………………… 47

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست جدول ها

جدول 1­1: خواص مکانيکی CNT و ديگر مواد متداول…………………………… 16
جدول2­1: خواص مکانيکی EPDM در مقادير مختلف Clay ا……………………..38
جدول2­2: نتايج مقادير زاويه تماس و کشش سطحی برای SiO2 و نانو ذرات EPDM,PP
………………………………………………………………………………………….40
جدول2­3: خواص مکانيکی کامپوزيت های سه تايی……………………………… 43

جدول 2­4: خواص مکانيکی PP و PP/SWNTا…………………………………….. 45

فهرست شكل ها

شکل 1­ 1: تغييرات نسبت سطح به حجم با شعاع ذرات………………………… 6
شکل1­ 2: رابطه ميان تعداد ذرات n با اندازه ذرات ………………………………….7
شکل1­ 3: فيلتر سراميکی متخلخل بر پايه دی اکسيد تيتانيم ……………………9
شکل 1­ 5­:کاهش وزن نمونه PE و 2PE/TiO تحت تابش نورماوراء بنفش و خورشيد در هوا: a) نمونه PE تحت تابش نور خورشيد ،PE (b تحت تابش نور PE-Tio2 (c ،UV ( wt%1) تحت تابش نور خورشيد ،wt ) PE-Tio2 (d%02/0) تحت تابش نور wt) PE-Tio2 (e ،UV%1/0) تحت تابش نور UV و UV تحت تابش نور (%ا.13……………….ا…………….1wt) PE-Tio2 (f
شکل 1­6 مدل های شماتيک برای نانولوله های تک جرارها……………………….. 15
(بالای) و چند جداره(پائين)
شکل 1­7: ساختار مولکولی ا   .ا.EPR………………ا…………………………………..28
شکل 1­8 : ساختار 1و4­هگزادين و MNB…………ا………………………………………29
شکل 1­9: ساختار يک نمونه EPDM ا………………………………………………………29
شکل 2­ 1: استحکام کششی در برابر مقادير متفاوت دیاکسيد تيتانيم برای اندازه ذرات متفاوت ………………………………………………………………………………………..34
شکل 2­ 2: منحنی مدول يانگ در برابر مقادير متفاوت دیاکسيد تيتانيم برای اندازه ذرات متفاوت …………………………………………………………………………………………34
شکل 2­ 3 :تصوير SEM مربوط به 5/ . در صد وزنی دی- اکسيد تيتانيم (الف) يک مرحله اختلاط و (ب) دومرحله اختلاط ………………………………………………………………………36
شکل2­4: منحنی DMTAو TGA لاستيک EPDM درمقاديرمختلف نانورس ………………37
شکل 2­5: منحنی تغييرات استحکام کششی و مقاومت  پارگی EPDM تهيه شده به وسيله اکسترودر دو پيچه وغلتک …………………………………………………………………….39
شکل2­6: شکل TEM آميزه تهيه شده به روش الف) اکسترودر دوپيچه ب) غلتک…….40
شکل2­7: طيف a) XRD) خاک رس (b) مستربچ (.41…ا…d) NP 32 (c)NP 12 (e) NP 22

Abstract :
In this paper, the effect of distribution and mixing of EPDM and Tio2 to improved of PP/EPDM/Tio2 nanocomposites were studied. The nanocomposites based on PP/EPDM(90/10) containing (3,5,7) Titanium Dioxide were prepared by internal mixer Brabender, with two process (one step and two stwp). With increase of nano Tio2 up 7 phr the mechanical and rheological properties of nanocomposites were increased. Moreover the two step process have better properties than the one step process. SEM revealed that nano Tio2 in two step process has core-shell and fillernetwork structure.



  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