مقدمه

در چند دهه اخیر نانو کامپوزیت های آلی­ معدنی در عرصه علم و صنعت توجه بسیاری را به خود جلب کرده اند. با افزودن مقدار بسیار کم از افزودنی ها و پرکننده ها در مقیاس نانو، مانند دی اکسید تیتانیم به جای کامپوزیت های عادی، خواص مکانیکی ،حرارتی آا بهبود می یابد. بهبود این خواص، زمانی است که ذرات پراکندگی مناسبی در بستر پلیمر داشته باشند ،به حداکثر ممکن می رسد زیرا این مواد با هم خواص هم
افزایی غیر قابل انتظاری نشان می دهند. پلی پروپیلن (PP)، پلیمری ارزان و در دسترس با خواص مکانیکی خوب از قبیل ضربه پذیری و مقاومت عالی در مقابل خستگی است. اما عیب اصلی این پلیمر اُُفت خواص ضربه ای آن در دماهای پایین می باشد که جهت برطرف نمودن این نقیصه آن را با یک الاستومر مانند: اتیلن ­ پروپیلن ­ دی اِن مونومر (EPDM) آلیاژ می کنند [4]. درست است که استفاده از لاستیک EPDM باعث افزایش چقرمگی آلیاژ شده ولی ازآنرو باعث افت مدول و مقاومت حرارتی آن شده و برای رفع این نقیصه می توان از فیلرهایی که در ابعاد نانو هستند استفاده کرد. خواص نانو کامپوزیت های پلیمر­ نانو به عواملی چون برهم کنش بین نانو و ماتریس پلیمری،روش تهیه نانوکامپوزیت، نوع ودرصد نانو مورد استفاده وپخش خوب نانو درماتریس پلیمری بستگی دارد[1].در این مقاله به تهیه ومقایسه ی خواص نانو کامپوزیت های PP/EPDM تقویت شده با نانو ذرات 2TIO و همچنین کنترل وتوزیع پراکندگی ذرات EPDM و نانو ذرات درماتریس PP بوسیله یک روش فرایندی مناسب پرداخته شد.که در این خصوص فرمولاسیون این نانو کامپوزیت ها با انتخاب یک گرید خاص از PPو EPDM به ترتیب با ترکیب درصدهای وزنی 90، 10و ترکیب درصدهای مختلف 3،5 ،7درصد نانو ذرات 2TIO به صورت تک مرحله ای ودو مرحله ای طراحی شده وخواص مکانیکی از قبیل مدول کششی،استحکام کششی وکرنش در شکست وهمچنین خواص رئولوژی و مورفولوژی این نانو کامپوزیت ها وارتباط آا با یک دیگر مورد ارزیابی قرار می گیرد.

فهرست مطالب

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

 فصل اول : کلیات

پلـی پ روپیلن بـرای نخ ستین بـار در س ال 1869 توس ط Berthelot به کمک اسید سولفوریک غلیظ پلیمریـزه شـد.PP زمانی برای کاربرد های صنعتی مورد توجه قـرار گرفـتکهNata توانست در سال 1955 توسط کاتالیزورهای آلـی­ فلزی بر پایه تیتانیوم و آلومینیوم پـرو پیلنـی بـاوزن مولکولی بالا تولید کند ، این پلیمر ایزوتاکتیـکنیمه کریستالی ، خواص مکانیکی عالی داشت.که پیـشرفتچشمگیر آن در سال 1965 را توجیه می کرد.نوع دیگری از PP که در حجم بسیار کمی به صورت محصول فرعیPP نیمـهکریستالی تولید شده و توسط یک حلال هیدروکربنی مثـلهگزا از محیط خارج می شود، PP اتاکتیک اسـت کـه بـهعلت خواص مکانیکی و حرارتی ضعیف در کاربردهایی مثـلچسب ها و دزد کیر ها و… استفاده مـی شـود. پلـیپروپیلن نیمه کریستالی ترمو پلاستیکی است که حاوی دوفاز کریستالی و آمورف می باشد. مقدار نسبی هر فـازبه ویژگی های سـاختاری زنجیـر هـای پلیمـری و همچنـینشرایطی که تحت آنpp بـا اکـستروژن قـالبگیری یـا… تبدیل به محصول ایی می شود، وابسته است.
خواصPP در حالت مذاب از متوسط طول زنجیرهای پلیمـریو توزیع آن بدست می آید. و در حالت جامـد، خـواصPP توسط نوع و میزان نواحی آمورف و کریستالی تشکیل شدهکنترل می گردد. پلی پروپیلن پلیمری نسبتاً ست، دارای نقطه ذوب بـالا( حدود 150 درجه سانتیگراد) و مقاومـت ضـربه نـسبتاٌخوب می باشدPP کمتریـن چگـالی (3kg/m 900) را دربـینترموپلاستیک ها دارد و استحکام ، سختی و مقاومت عالیآن در برابر خستگی آن را برای ساخت انواع لولا مناسبمی کند. مدول خمشی یا سختی پلـی پـروپیلن بـا افـزایش میـزانبلورینگی بالا می رود اما به نوع مورفولوژی کریـستالها وابسته است. پلی پیروپیلن در حال حاضـر در میـانسایر ترموپلاستیک هایGP سریع ترین رشـد را دارد. PP تنها پلیمر پر مصرفی است که می تواند توسط هر چهـار روش اصلی فرآیندی، فرآوری شود. قالبگیری ، اکستروژن،تولید فیلم و الیاف با قیمت ارزان و نقطه ذوب بالا ومقاومت عالی در برابر مواد شیمیایی باعث توجه صنایعبسته بندی و پزشکی به این پلیمر شده است.
پلی پروپیلن به علت طبیعت هیدروکربنی و پلاریته خیلیکم، فعالیت شـیمیایی نـسبتاٌ ضـعیفی بـا واکنـشگرهایاسیدی و بازی دارد اما نسبت به اکسیداسیون و واکـنشهای فتوشیمیایی حساس است. PP ب ه notch ح ساس اس ت و ب ا وج ود رفت ار ductile در دماهای پایین رفتار brittle از خود نشان میدهد.
1­4­آشنایی با کائوچوی EPDM و خواص آن :
برای آشنایی با کائوچوی EPDM لازم است در ابتدا با خواص کائوچوی سازنده آن , یعنی کائوچوی EPR آشنا شویم. 1­4­1­ اتیلن پروپیلن رابر EPR : کائوچوی اتیلن­پروپیلن نخستین بار در سال ۱۹۶۲ در آمریکا در مقادیر کم و محدود تجاری عرضه گشت. هر چند مقادیر کم آن در آزمایشگاههای ایتالیا و ایالات متحده ساخته شد ولی در سال ۱۹۶۳ تولید تجاری آن آغاز گشت. این کائوچو اکنون دارای بالاترین ضریب رشد تولید می باشد. اتیلن و پروپیلن جزء الاستومرهای پارافینی هستند و غیرقطبی و خطی با Tg بسیار پایین ولی دارای ماهیت بلوری هستند و کریستاله میشوند. بواسطه همین ماهیت دارای خواص الاستیکی نیستند و به عنوان پلاستیک مورد استفاده قرار میگیرند.حال میتوان با کوپلیمر کردن اتیلن و پروپیلن و برهم زدن نظم ساختمانی هر یک از هموپلیمرها , به تنهایی ویژگی بلوری را از پلیمر سلب کرد و پلیمری با ویژگی های لاستیکی پدید آورد. اگر در این کوپلیمر درصد اتیلن بیشتر باشد و پلیمریزاسیون بصورت اتفاقی باشد , کوپلیمر حاصله الاستومر EPR خواهد بود. ولی اگر درصد پروپیلن بیشتر باشد و پلیمریزاسیون به صورت Block باشد , پلیمر تولیدی پلاستیکی سخت به نام RPP خواهد بود که برای صنایع لوله سازی استفاده میشود. ساختار اشباع این الاستومر باعث ایجاد مقاومت زیاد در مقابل ازن در این الاستومر میشود اما بدلیل عدم وجود پیوند دوگانه در ساختمان شیمیایی این کائوچو امکان پخت گوگردی آن وجود ندارد که این یک نقیصه برای EPR محسوب میشود.

ساختار مولکولی EPR

ساختار مولکولی EPR

1­3)آشنایی با پلاستیک آنPP و خواص آن ……………………………………. 5
1­4)آشنایی با کائوچوی وEPDM خواص آن…………………………………….. 7

 فصل دوم : مروری بر مطالعات انجام شده

پلی پروپیلن (PP)، پلیمری ارزان و در دسترس با خواص مکانیکی خوب از قبیل ضربه پذیری و مقاومت عالی در مقابل خستگی است. اما عیب اصلی این پلیمر اُُفت خواص ضربه ای آن در دماهای پایین می باشد که جهت برطرف نمودن این نقیصه آن را با یک الاستومر مانند: اتیلن ­ پروپیلن ­ دی اِن مونومر (EPDM) آلیاژ میکنند [4]. در مطالعات و تحقیقات وسیعی که بر روی آلیاژهای رابر / پلی پروپیلن انجام گرفته است، اعلام شده که این آلیاژها بسیار منعطف بوده و استحکام ضربه پلی پروپیلن با افزودن ذرات برای افزایش یافته است. بررسی وابستگی دمای انتقال حالت شکننده به منعطف ،به پارامترهای مختلفی از جمله ماتریس، مورفولوژی آلیاژ و شرایط آزمون انجام گرفته است.درست است که استفاده از لاستیک EPDM باعث افزایش چقرمگی آلیاژ شده ولی ازآنرو باعث افت مدول و مقاومت حرارتی آن شده و برای رفع این نقیصه می توان از فیلرهایی که در ابعاد نانو هستند استفاده کرد.
2­2­ مروری بر روی نانو کامپوزیت های بر پایه PP و نانو ذرات دی اکسید تیتانیم
واچاراویچانانت6 و همکارانش [48] مشاهده کردند که مقادیر استحکام کششی برای دو کامپوزیت بر پایه پلیپروپیلن و پرکننده دیاکسید تیتانیم با دو اندازه متفاوت 130 و 3/42 نانومتر بسیار نزدیک به هم است، و با افزایش مقدار پرکننده تغییر چندانی در مقادیر آن در مقایسه با نمونه بدون پرکننده مشاهده نمیشود (شکل 2­1) در واقع اگر اتصال بین پرکننده و زمینه پایین
باشد چون تنش به خوبی به پرکننده منتقل نمیشود ،بنابراین استحکام کششی زمینه خالص با زمینه تقویت شده ندارد.
شکل 2­ 1 استحکام کششی در برابر مقادیر متفاوت دی-اکسید تیتانیم برای اندازه ذرات متفاوت نتایج برای مدول یانگ کاملا تفاوت بود (شکل 2­2). ذرات با اندازه کوچکتر، بدلیل داشتن مساحت سطح بیشتر، تجمعات بیشتری نسبت به ذرات بزرگتر درون زمینه پلیمری تشکیل میدهند، در نتیجه چسبندگی میان پرکننده و زمینه کاهش مییابد که منجر به کاهش مدول یانگ شده است[48]
شکل 2­ 4 منحنی مدول یانگ در برابر مقادیر متفاوت دیاکسید تیتانیم برای اندازه ذرات متفاوت
رعت پیچ نیز نقش مهمی روی پراکنش نانوذرات و خواص مکانیکی نانوکامپوزیتها دارد. هاسوک7 و همکارانش [52] نانوکامپوزیتpolylactic acid / clay را با استفاده از اکسترودر دو پیچه تهیه و اثر دو سرعت پیچ متفاوت rpm 65 وrpm 150 را روی خواص مکانیکی مطالعه کردند. بر اساس نتایج استحکام کششی، در سرعتهای پیچ بالا مدول یانگ و استحکام کششی افزایش یافته است. واچاراویچانانت و همکارانش [48] نشان دادند که با افزایش سرعت پیچ در اکسترودر تک پیچه چون زمان ماند مذاب درون اکسترودر کاهش مییابد، بنابراین پراکنش نانو ذرت نیز کاهش یافته در نتیجه خواص مکانیکی مانند مدول یانگ، استحکام کششی و تنش در نقطه شکست افت میکند. افزایش تعداد مراحل اختلاط نیز اثری مشابه دارد. چون تعداد مراحل اختلاط با پراکنش رابطه مستقیم دارد، بنابراین با افزایش تعداد مراحل اختلاط، پراکنش نیز افزایش یافته و خواص مکانیکی ذکر شده بهبود مییابد. تصاویر SEM نیز تایید کننده این موضوع است (شکل 2­3). هرچه تعداد مراحل اختلاط بیشتر و سرعت پیچ کمتر باشد تجمعهای ناشی از حضور نانو ذرات درون زمینه پلیمری کمتر میشود.
شکل 2­ 5 تصویر SEM مربوط به 5/ . در صد وزنی دی-اکسید تیتانیم (الف) یک مرحله اختلاط و (ب) دو مرحله اختلاط 2­3­ مروری بر نانوکامپوزیت های بر پایه EPDM و نانوخاک رس Hua Zheng و همکاران [8] تاثیرخاک رس MMT اصلاح شده که گروه های عاملی مختلف بر روی سطح خود دارند را بر روی خواص مکانیکی و مورفولوژیکی نانوکامپوزیت بر پایه EPDM مورد بررسی قرار دادند.نتایج حاصل از آزمون پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان داد که با استفاده ازMMT اصلاح شده با تری متیل اکتادسیل آمین و دی متیل بنزیل اکتادسیل آمین ساختار نانو کامپوزیت حاصله ساختار بین لایه ای بوده،در حالی که MMT اصلاح شده با آلکیل آمین حاوی گروه های هیدروکسیل منجر به تشکیل ساختار ورقه ورقه میشود و افزودن phr15 از این نوع Nano clay استحکام کششی را تا Mpa25 افزایش میدهد.همچنین نتایج آنالیزدینامیکی مکانیکی نشان داد با افزودن ذرات Nano clay دمای اتقال شیشه ای نانو کامپوزیت به دماهای بالاتری انتقال پیدا میکند. BaoLei Liu و همکاران[9] نشان دادند که مالئیک انیدرید میتواند به عنوان عامل سازگار کننده ذرات MMT و ماتریس EPDM عمل کند. نتایج حاصل از آزمون پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی حاکی از تشکیل ساختار ورقه ورقه در این نوع نانو کامپوزیت بود.همچنین خواص مکانیکی و حرارتی با افزودن ذرات Clay افزایش یافت.

2­1) مقدمه …………………………………………………………………………… 31
2­2) مروری بر روی نانوکامپوزیت های بر پایه PP و نانو ذراتدی اکسید تیتانیم  31
2­3) مروری بر نانوکامپوزیت های بر پایه ا  ………………………..ا……..PP/ EPDM
2­4) مروری بر نانوکامپوزیت های تقویت 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 مکانیکی CNT و دیگر مواد متداول…………………………… 16
جدول2­1: خواص مکانیکی EPDM در مقادیر مختلف Clay ا……………………..38
جدول2­2: نتایج مقادیر زاویه تماس و کشش سطحی برای SiO2 و نانو ذرات EPDM,PP
………………………………………………………………………………………….40
جدول2­3: خواص مکانیکی کامپوزیت های سه تایی……………………………… 43

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

فهرست شکل ها

شکل 1­ 1: تغییرات نسبت سطح به حجم با شعاع ذرات………………………… 6
شکل1­ 2: رابطه میان تعداد ذرات n با اندازه ذرات ………………………………….7
شکل1­ 3: فیلتر سرامیکی متخلخل بر پایه دی اکسید تیتانیم ……………………9
شکل 1­ 5­:کاهش وزن نمونه PE و 2PE/TiO تحت تابش نورماوراء بنفش و خورشید در هوا: a) نمونه PE تحت تابش نور خورشید ،PE (b تحت تابش نور PE-Tio2 (c ،UV ( wt%1) تحت تابش نور خورشید ،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 شماتیک برای نانولوله های تک جرارها……………………….. 15
(بالای) و چند جداره(پائین)
شکل 1­7: ساختار مولکولی ا   .ا.EPR………………ا…………………………………..28
شکل 1­8 : ساختار 1و4­هگزادین و MNB…………ا………………………………………29
شکل 1­9: ساختار یک نمونه EPDM ا………………………………………………………29
شکل 2­ 1: استحکام کششی در برابر مقادیر متفاوت دیاکسید تیتانیم برای اندازه ذرات متفاوت ………………………………………………………………………………………..34
شکل 2­ 2: منحنی مدول یانگ در برابر مقادیر متفاوت دیاکسید تیتانیم برای اندازه ذرات متفاوت …………………………………………………………………………………………34
شکل 2­ 3 :تصویر SEM مربوط به 5/ . در صد وزنی دی- اکسید تیتانیم (الف) یک مرحله اختلاط و (ب) دومرحله اختلاط ………………………………………………………………………36
شکل2­4: منحنی DMTAو TGA لاستیک EPDM درمقادیرمختلف نانورس ………………37
شکل 2­5: منحنی تغییرات استحکام کششی و مقاومت  پارگی EPDM تهیه شده به وسیله اکسترودر دو پیچه وغلتک …………………………………………………………………….39
شکل2­6: شکل TEM آمیزه تهیه شده به روش الف) اکسترودر دوپیچه ب) غلتک…….40
شکل2­7: طیف 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