بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، تأثیر نانوذرات بر خواص مکانیکی به ویژه رفتار ضربه ترکیب پلی وینیل کلراید سخت - U-PVC - با فرمولاسیون مواد لوله ، مورد مصرف در تخلیه فاضلاب ساختمان و سیستم های لوله کشی آب باران مورد مطالعه قرار گرفته است. مواد اولیه شامل رزین پی وی سی، پایدار کننده حرارتی، پر کننده، رنگدانه، روان کننده های داخلی و خارجی، کمک فرآیند و مواد نانو ذرات ابتدا در یک مخلوط کن صنعتی مخلوط شدند و سپس توسط دستگاه اکسترودر دو پیچه به شکل لوله در آورده شدند. نتایج آزمون ضربه - سقوط وزنه - نشان میدهد که افزودن نانوذرات به فرمولاسیون لوله های پلی وینیل کلراید سخت در سایزهای مختلف مقاومت ضربه پذیری بسیار بالاتری را نسبت به لولههای پی وی سی سخت متداول ایجاد میکند، به گونهای که حداقل افزایش 400 درصدی در خواص ضربه لوله در حضور نانوذرات مشاهده میگردد. نتایج آزمون کشش نشان میدهد که افزودن نانوذرات به ترکیب پی وی سی سخت منجر به بهبود جزئی در استحکام کششی و کاهش جزئی درکرنش شکست - درصد ازدیاد طول تا نقطه پارگی - نمونههای لوله میشود، همچنین نمونه حاوی نانوذرات الزامات آزمونهای تخریب در برابر دی کلرومتان، برگشت طولی در اثر حرارت و نقطه نرمی ویکت را مطابق استانداردهای ملی مربوطه برآورده میکنند.
واژه های کلیدی:: لوله های پلی وینیل کلراید سخت، نانو ذرات، خواص ضربه، خواص مکانیکی.
-1 مقدمه
پلی وینیل کلراید - PVC - ، سال هاست که در شاخه های مختلف صنعتی استفاده میشود که از خواص خوب این پلیمر از قبیل سازگاری با افزودنیها، آسانی فرآیند، قیمت پایین، اشتعال پذیری پایین و قابلیت بازیافت نشأت میگیرد. اما خواص ضربه پذیری ضعیف و دمای نرم شدگی این پلیمر، کاربرد آن را محدود میکند 1]، .[2 به منظور بهبود خواص ضربه پی وی سی، افزودنی های مختلفی مانند اکریلونیتریل بوتادین استایرن - ABS - ، اتیلن وینیل استات و غیره استفاده میشوند 1]، .[3 در بین افزودنی های مختلف، ذرات نانوسیلیکا بسیار مورد توجه بوده است، زیرا ذرات نانوسیلیکا به طور هم زمان مدول و مقاومت شکست را افزایش میدهد، همچنین خواص دیگر رزین مانند خواص الکتریکی، مقاومت حرارتی و تابشی بهبود مییابد .[4-6] هرچند پراکنش ذرات سیلیکا و سازگاری بین پلیمر و نانوسیلیکا برای به دست آوردن خواص مکانیکی خوب بسیار مهم میباشد 7]، .[8
در بین روشهای متداول در تهیه نانوکامپوزیتها، آمیزه کاری مذاب به دلیل سرعت و سادگی فرآیند و عاری بودن از حلال و آلایندهها یکی از مناسب ترین روشها میباشد .[11-9] از جمله عواملی که بر عملکرد ضربه کامپوزیتها مؤثر است ترکیب درصد افزودنیها و اندازه پرکننده ها میباشد. برای مثال در ترکیب پی وی سی سخت، با افزودن کربنات کلسیم با اندازه زیر میکرون و اصلاح کننده ضربه، خواص ضربه پذیری نمونه بهبود پیدا میکند. در این حالت میتوان باکاهش مصرف اصلاح کننده ضربه در فرمولاسیون ، ضمن حفظ مقاومت ضربه قیمت کلی فرمولاسیون را کاهش داد .[12] هدف از این مقاله بررسی خواص ضربه پذیری و مکانیکی لولههای پی وی سی سخت حاوی نانوذرات با استفاده از آزمونهای ضربه - سقوط وزنه - و کشش میباشد. همچنین آزمون تخریب در برابر دی کلرومتان، نقطه نرمی ویکت و برگشت حرارتی انجام شدند تا ضمن کنترل حداقل الزامات استانداردهای ملی مربوطه، تاثیر نانوذرات بر سایر خواص فیزیکی لوله های پی وی سی سخت نیز بررسی شود.
-2بخش تجربی
-1-2 مواد آزمایشگاهی
پودر رزین پی وی سی مورد استفاده در این کار، نوع S6558 تولید شرکت پتروشیمی بندر امام با K-value=60 و دانسیته بالک 570 g/lit میباشد. سایر افزودنیها شامل کربنات کلسیم نوع 2T-SW با میانگین اندازه ذرات 2/6 میکرون تولید شرکت امیاپارس، پایدار کننده سرب 4617 تولید شرکت همپار، دی اکسید تیتانیوم تولید شرکت کرونوس - فنلاند - و پیگمنت مشکی Vمحصول شرکت دگوسا میباشد.
-2-2 تهیه نمونه
ابتدا میزان مشخصی از هر یک از مواد توزین شده و در یک توربو میکسر 800/2000 در دمای 110 درجه سانتیگراد در دیگ مخلوط کن گرم به صورت خشک مخلوط شده و پس از اختلاط و رسیدن به درجه حرارت مطلوب، در دیگ مخلوط کن سرد تا درجه حرارت حدود 40 تا 50 درجه سانتیگراد خنک شدند. سپس توسط سیستم انتقال مواد از سیلو به داخل قیف اکسترودر انتقال یافتند. سپس در داخل یک اکسترودر دو پیچه مخروطی مدل CM 65/132 ، ساخت شرکت سین سیناتی، اتریش، فرآیند شده و به شکل لوله در آمدند. لوله با سایزهای اسمی 110*3/2 و 63*3 و 63*1/8 از خطوط تولید لوله نمونه برداری شد.
-3 آزمایشها
-1-3 آزمون مقاومت در مقابل ضربه توسط سقوط وزنه - آزمون ضربه -
آزمون ضربه با استفاده از دستگاه سقوط ضربه ساخت کشور چین، مطابق استاندارد ملی 11438 و به روش گردش ساعت بر روی نمونه های لوله انجام شد.ملاک پذیرش، حد نرخ صحیح ضربه یاTIR 1 است که طبق استانداردهای ملی 9119 و -1 12142 حداکثر % 10 میباشد. همچنین ارتفاع سقوط وزنه و جرم وزنه و چکش ضربه زن برای هر سایز لوله در استاندارد ملی 9119 و استاندارد ملی 12142-1 مشخص شده است و منظور از حد استاندارد در بخشهای بعدی همین میباشد.
-2-3 آزمون تعیین خواص کششی
خواص کششی نمونه ها شامل استحکام کششی و ازدیاد طول تا نقطه پارگی مطابق استاندارد ملی 17140-2 با استفاده از دستگاه مدل STM-20، ساخت شرکت سنتام، ایران، اندازه گیری شد.
-3-3 آزمون مقاومت در مقابل دیکلرومتان
آزمون مقاومت در مقابل دیکلرومتان مطابق استاندارد ملی 10609 بر روی نمونه لوله انجام شد و ناحیه داخلی، پخ و خارج لوله از نظر میزان تخریب بررسی شد.
-4-3 آزمون برگشت طولی
3 نمونه به طول حدود 20 سانتیمتر از هر سایز لوله تهیه و به روش مشخص شده در استاندارد ملی 7671 مورد آزمون قرار گرفت. دما و زمان آزمون به ترتیب برای لوله های تخلیه فاضلاب ساختمانی طبق استاندارد ملی 9119، 150 C و 30 دقیقه در هوا و معیار پذیرش لولهها در این آزمون حداکثر 5 درصد وبرای لولههای ناودانی طبق استاندارد ملی 12142-1، 100 C و 30 دقیقه در هوا ومعیار پذیرش لولهها در این آزمون حداکثر 3 درصد است.
-5-3 آزمون تعیین دمای نرمی ویکات
نقطه نرمی ویکات نمونه ها با استفاده از دستگاه اندازه گیری نقطه نرمی ویکات ساخت شرکت Jinjian،کشور چین طبق استاندارد ملی 2414 تعیین شد.
-4 نتایج و بحث
-1-4 آزمون ضربه
نتایج آزمون ضربه نمونه لوله های پی وی سی صلب حاوی نانوذرات در سایزهای مختلف در جدول - - 1 آورده شده است. به منظور مقایسه،نتایج آزمون ضربه برای نمونه های شاهد هر سایز لوله که از لحاظ شرایط تولید و آزمون کاملاً مشابه بوده اما بدون نانوذرات میباشند، در جدول نشان داده شده است. نتایج نشان میدهد که تمامی نمونه لوله های حاوی نانوذرات ضربه
