بررسی خواص کششی نانوکامپوزیتهای بر پایه پلیپروپیلن/ نانو صفحات گرافن/ نانو رس با استفاده از روش رویه پاسخ

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

2 استاد مهندسی پلیمر، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

3 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی

چکیده

در این تحقیق با استفاده از روش طراحی آزمایش، تاثیر مجموع درصد وزنی نانو ذرات گرافن و نانورس و نسبت وزنی آنها و درصد وزنی سازگار کننده PP-gMA بر خواص کششی نانوکامپوزیت‌های پلی‌پروپیلن/گرافن/نانورس/PP-g-MA مورد بررسی قرار گرفت. طراحی آزمایش و تحلیل داده‌های آزمایشگاهی با استفاده از نرم‌افزار Minitab 16 و روش طراحی رویه پاسخ انجام شد. ساخت نانوکامپوزت‌ها، بر اساس روش اختلاط مذاب انجام گرفت. تمامی ترکیب‌ها و حالتهای خاص مواد در یک اکسترودر دوپیچه همسوگرد مخلوط شدند و سپس به کمک دستگاه قالب‌ریزی تزریقی به صورت نمونه های آزموی کشش استاندارد درآمدند. خواص کششی تمام نمونه‌ها از جمله استحکام کششی، مدول یانگ و ازدیاد طول در نقطه شکست به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفت. مدل‌های آماری ارائه شده توسط روش رویه پاسخ تطابق خوبی با یافته‌های آزمایشگاهی داشتند. تحلیل‌های آماری نشان دادند که با افزایش درصد نانوذرات، استحاکم کششی و ازدیاد طول در نقطه شکست نانوکامپوزیت‌های کاهش می‌یابد. همچنین افزایش درصد نانوذرات بدون حضور سازگار کننده باعث افزایش در سفتی نانوکامپوزیت‌ها می‌شود، اما با افزایش میزان سازگار کننده، مدول کاهش می‌یابد. ریخت شناسی ترکیب‌ها توسط میکروسکوپ الکترونی رویشی (SEM) انجام شد. ریزنگارها نشان دادند که پراکندگی ذرات در درصدهای پایین‌تر بهتر است.

کلیدواژه‌ها


[1] حبیب­نژاد کورایم، مهدی، "نانومواد"، تهران، فراندیش، (1386).

 

[2] ابراهیمی، محمد ابراهیم، "سنتز و روش ساخت مواد نانوساختار"، تهران، دانش­پویان­جوان، (1386).

 

[3] حدادی اصل، وحید، و کریم­خانی، وحید، "مقدمه­ای بر کاربرد نانوفناوری در پلیمرها"، تهران، پژوهشگاه صنعت نفت، (1389).

 

[4] Silvano, J. R., Rodrigues, S. A., Marini, J., Bretas, R. E. S., Canevarolo, S. V., Carvalho, B. M., and Pinheiro, L. A., "Effect of Reprocessing and Clay Concentration on the Degradation of Polypropylene/ Montmorillonite Nanocomposites during Twin Screw Extrusion", Polymer Degradation and Stability ,Vol. 98, pp. 801-808, (2013).

 

[5] Fakirov, S., "Nano and Micro Fibrillar Single-polymer Composites: A Review", Macromolecular Materials and Engineering, Vol. 298, pp. 9–32, (2013).

 

[6] Schmidt, G., and Malwitz, M. M., "Properties of Polymer–nanoparticle Composites", Current Opinion in Colloid and Interface Science, Vol. 8, pp. 103–108, (2003).

 

[7] Galpaya, D., Wang, M., Liu, M., Motta, N., Waclawik, E., and Yan, C., "Recent Advances in Fabrication and Characterization of Graphene-polymer Nanocomposites", Graphene, Vol. 1, pp. 30-49, (2012).

 

[8] آشنای قاسمی، فرامرز و پایگانه، غلامحسن، و رحمانی، مهدی، "تأثیر نانوذرات کربنات­کلسیم روکش­شده با اسید استئاریک و PP-g-MA بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت­های PP/CaCO3/PP-g-MA"، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دوره 13، شماره 4، ص.ص. 139-152، (1392).

 

[9] رحمانی، مهدی، و آشنای قاسمی، فرامرز، و پایگانه، غلامحسن، و کلائی، محمدرضا، "تأثیر سازگارکننده PP-g-MA و نانوذرات کربنات کلسیم بر خواص کششی نانوکامپوزیت­های PP/CaCO3/PP-g-MA"، ششمین همایش مشترک انجمن مهندسین متالوژی و انجمن علمی ریخته­گری ایران، (1391).

 

[10] رحمانی اهرنجانی، رامین، و قربان­پور آرانی، علی، و شکروی، مریم، "مقدمه­ای بر نانوفناوری"،  تهران، نشرکتب دانشگاهی، (1388).

 

[11] Lei, S. G., Ton-That, M. T., and Hoa, S. V, "Effect of Clay Types on the Processing and Properties of Polypropylene Nanocomposites", Composites Science and Technology, Vol. 66, pp. 1274–1279, (2006).

 

[12] Martin- Gallego, M., Bernal, M. M., Hernandez, M., Verdejo, R., and Lopez-Manchado, M. A., "Comparison of Filler Percolation and Mechanical Properties in Graphene and Carbon Nanotubes Filled Epoxy Nanocomposites", European Polymer Journal, Vol. 49, pp. 1347–1353, (2013).

 

[13] Yuan, B., Bao, C., Song, L., Hong, N., Liew, K. M., and Hu, Y., "Preparation of Functionalized Graphene Oxide/Polypropylene Nanocomposite with Significantly Improved Thermal Stability and Studies on the Crystallization Behavior and Mechanical Properties", Chemical Engineering Journal, Vol. 237, pp. 411– 420, (2014).

 

[14] فروغ فرد، ابوطالب، و پورکمالی انارکی، علی، و قاسمی، اسماعیل، "مقایسه خواص مکانیکی نانوکامپوزیت­های پلی­پروپیلن/ خاک رس و پلی­اتیلن/ خاک رس"، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دوره 13، شماره 5، ص.ص. 83-90، (1392).

[15] Chafidz, A., Al-haj Ali, M., and Elleithy, R., "Morphological, Thermal, Rheological, and Mechanical Properties of Polypropylene-Nanoclay Composites Prepared from Masterbatch in a Twin Screw Extruder", J. Mater. Sci, Vol. 46, pp. 6075–6086, (2011).

 

[16] Zhang, S. L., Zhang, Z. X., Xin, Z. X., Pal, K., and Kim, J. K., "Prediction of Mechanical Properties of Polypropylene/ Waste Ground Rubber Tire Powder Treated by Bitumen Composites via Uniform Design and Artificial Neural Networks", Materials and Design, Vol. 31, pp. 1900–1905, (2010).

 

[17] Ghasemi, I., Karrabi, M., Mohammadi, M., and Azizi, H., "Evaluating the Effect of Processing Conditions and Organoclay Content on the Properties of Styrene-Butadiene Rubber/ Organoclay Nanocomposites by Response Surface Methodology", eXPRESS Polymer Letters, Vol. 4, No. 2, pp. 62–70, (2010).

 

[18] Montgomery, D. C., "Design and Analysis of Experiments", New York, J. Wiley & Sons, (2005).

 

[19] همایونفال، مینا، و خدائیان، فرامرز، و موسوی، محمد، و حسینی پنجکی، محمد، "آماده سازی و ارزیابی ویژگی­های امولسیون­های تهیه شده بر پایه روغن گردو به روش سطح پاسخ"، مجله علوم تغذیه و صنایع غذایی ایران، دوره 8، شماره 2، ص.ص. 191-199، (1392).

 

[20] Perrin- Sarazin, F., Ton-That, M. T., Bureau, M. N., and Denault, J., "Micro and Nano Structure in Polypropylene/ Clay Nanocomposites", Polymer, Vol. 46, pp. 11624–11634, (2005).

 

[21] Minitab Program 16 Help, Box-Behnken Designs.

 

[22] Kiss, A., Fekete, E., and Pukánszky, B., "Aggregation of CaCo3 Particles in PP Composites: Effect of Surface Coating", Composites Science and Technology, Vol. 67, pp. 1574-1583, (2007).

 

[23] مهرداد شکریه، محمود، و احمدی جنیدی، وهاب، "ساخت و مشخصه­سازی آزمایشی نانوکامپوزیت گرافن/ پلی­پروپیلن"، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دوره 13، شماره 11، ص.ص. 55-63، (1392).

 

[24] Chiu, F. C., Lee, C., and Lo, C., "Fabrication and Comparison of PP (Blend) Based (Nano) Composites Effect of PP Matrix Flow Property", Materials Chemistry and Physics, pp.1-10, (2013).

 

[25] Roh, J., Ma, S. W., Lee, W., Hahn, H. T., and Lee, D. W., "Electrical and Mechanical Properties of Graphite/ Maleic Anhydride Grafted Polypropylene Nanocomposites", Composites, Part B, Vol. 45, pp. 1548–1553, (2013).

 

[26] Venkatesh, G. S., Ajay Karmarkar, A. D., and Chauhan, S. S., "Effect of Nanoclay Content and Compatibilizer on Viscoelastic Properties of Montmorillonite/ Polypropylene Nanocomposites", Materials and Design, Vol. 37, pp. 285–291, (2012).

 

[27] El Achaby, M., Arrakhiz, F., Vaudreuil, S. b., Qaiss, A. K., Bousmina, M., and Fassi-Fehri, O., "Mechanical, Thermal, and Rheological Properties of Graphene-based Polypropylene Nanocomposites Prepared by Melt Mixing", Polymer Composites, Society of Plastics Engineers, Vol. 33, No. 5, pp. 733-744, (2012).

 

[28] Cauvin, L., Kondo, D., Brieu, M., and Bhatnagar, N., "Mechanical Properties of Polypropylene Layered Silicate Nanocomposites: Characterization and Micro-macro Modelling", Polymer Testing, Vol. 29, pp. 245–250, (2010).

 

[29] آشنای قاسمی، فرامرز، و قاسمی، اسماعیل، و دانش پایه، سجاد، "خواص مکانیکی و حرارتی نانوکامپوزیت­های پایه پلی­پروپیلن/ پلی­اتیلن خطی چگالی پایین/ نانوذرات اکسید تیتانیوم"، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دوره 14، شماره 3، ص.ص. 103-109، (1393).

 

[30] آشنای قاسمی، فرامرز، و اسلامی فارسانی، محمود، "تأثیر نانوذرات کربنات کلسیم بر خواص دینامیکی پلی­پروپیلن"، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دوره 13، شماره 6، ص.ص. 1-10، (1392).

 

[31] فیروزمنش، محمدرضا، و یزدان­پناه، سیمین، "مواد کامپوزیت با نگرشی بر روش­های نوین آنالیز حرارتی"، تهران، مؤسسه نشر نگاه دانش، (1379).

 

[32] Hajir Bahrami, S., and Mirzaie, Z., "Polypropylene/ Modified Nanoclay Composite-Processing and Dyeability Properties", World Applied Sciences Journal, Vol. 13, No. 3, pp. 493-501, (2011).

 

[33] Achaby, M. E., and Qaiss, A., "Processing and Properties of Polyethylene Reinforced by Graphene Nanosheets and Carbon Nanotubes", Materials and Design, Vol. 44, pp. 81–89, (2013).

 

[34] Hegde, R. R., Bhat, G. S., Spruiell, J. E., and Benson, R., "Structure and Properties of Polypropylene Nanoclay Composites", J. Polym. Res, Vol. 20, No. 323, (2013).