بخشی از مقاله
چکیده
نانولوله کربنی چنددیواره در سه ترکیب درصد مختلف 0.5 ،1 و 1.5 درصد وزنی به آلیاژ PC/ABS با ترکیب درصد 75/25 اضافه شد. بر اساس این که نانو لوله کربنی چنددیواره در کدام فاز قرار گیرد ، خواص نانوکامپوزیت تغییر می کند . جایگیری انتخابی نانولوله کربنی از دو دیدگاه ترمودینامیکی و سنتیکی بررسی خواهد شد . دیدگاه ترمودینامیکی با استفاده از مدل سومیتا - تئوری - و دیدگاه سینیتیکی با استفاده از عکسهای TEM - تجربی - تشریح داده خواهد شد. بر اساس اینکه نانو به درون کدام یک از فازها مهاجرت کند ، تغییر در رسانائی الکتریکی نانو کامپوزیت توضیح داده می شود.
کلمات کلیدی : جایگیری نانو، نانوکامپوزیت ،خواص الکتریکی ، TEM
مقدمه
نانولوله کربنی فیلری رسانا درنظر گرفته می شود و وقتی در سطح مشترک قرار گیرد، پرکولیشن الکتریکی بشدت کاهش می یابد. بعلت اینکه نانولوله دارای ساختاری قطبی می باشد، تمایل بسیار زیادی برای تجمع در فاز های قطبی مانند پلی کربنات از خود نشان می دهد.[1] بمنظور تبدیل از حالت عایق به حا لت رسانا، باید بارگذاری نانو به مقدار معینی برسد . این مقدار معین، بعنوان آستانه پرکولیشن الکتریکی شناخته می شود که در اینجا رسانائی الکتریکی با شدت زیادی افزایش می یابد. در این حالت، فیلر درون ماتریس پلیمری بصورت یک شبکه رسانا تبدیل می شود و افزایش در میزان بارگذاری نانولوله، باعث افزایش اندک رسانائی الکتریکی میشود.در این تحقیق جایگیری نانولوله کربنی درون آلیاژ PC/ABS و همچنین ارتباط جایگیری نانو درون فازها به خواص الکتریکی بررسی گردید.
مواد و روش تحقیق
.1مواد
پلی کربنات بایر آلمان و ABS پتروشیمی تبریز مورد استفاده قرار گرفت . مشحصات کامل در جدول 1 نشان داده شده است. نانولوله کربنی چند دیواره نانوسیل بلژیک با مشخصات مشروح در جدول 2 ، استفاده گردید.
.2 مخلوط کن داخلی
با استفاده از مخلوط کن داخلی هم میدان برشی و هم میدان کششی اعمال می شود که باعث توزیع و پراکنش می گردد. از جمله پارامترهای عملیاتی مهم در مخلوط کن داخلی می توان به زمان اختلاط، دمای محفظه و سرعت چرخش پیچها اشاره کرد.در این پژوهش از مخلوط کن داخلی 50 سی سی ساخت شرکت برابندر آلمان استفاده شد و ضریب پرشدگی را برابر 0/8 در نظر گرفتیم.
.3میکروسکوپ الکترونی عبوری
قطعه بسیار نازکی از نمونه بوسیله ULTRAMICROTOME تهیه و عکس TEM بوسیله دستگاه Philips EM - Netherlands - 208S تحت ولتاژ 120 کیلو وات گرفته شد.
.4 آزمون رسانائی الکتریکی
بمنظور اندازه گیری هدایت الکتریکی از دستگاه keithley Electrometer که در این دستگاه بمنظور اندازه گیری رسانایی الکتریکی از روش دونقطه استفاده شد.بمنظور اندازه گیری مقاومت، به نمونه ولتاژی اعمال شده بطوریکه شدت جریان عبوری از 5 mA کمتر باشد. الکترود دستگاه به شکل دایره و به قطر 25 میلی متر می باشد.
.5روش تهیه نمونه
بمنظور اختلاط اجزا از مخلوط کن داخلی 50 سی سی استفاده شد. ترکیب درصد استفاده شده در این پژوهش، بصورت 75% جرمی پلی کربنات و 25% جرمی ABS می باشد. بدین صورت که در تمامی مراحل این ترکیب درصد ثابت و پلی کربنات همواره فاز پیوسته را تشکیل می دهد.سپس نانولوله با ترکیب درصدهای 0/5، 1 و 1/5 درصد جرمی به آلیاژ فوق اضافه شد. به منظور مقایسه داده ها، آلیاژی بدون نانولوله نیز تهیه شد. تمامی نمونه ها، بصورت همزمان به مخلوط کن اضافه و زمان اختلاط برای تمامی آنها، 12 دقیقه می باشد. دما و دور مخلوط کن نیز بترتیب 230 درجه سانتیگراد و 50 دور بر دقیقه تنظیم شد.
نتایج و بحث
مقاومت الکتریکی نانوکامپوزیت PC/ABS/CNT بشدت وابسته به جایگیری نانولوله می باشد. هنگامی که نانو درون فاز PC جایگیری کند، مقاومت الکتریکی کاهش و رسانایی الکتریکی افزایش می یابد ولی وقتی نانو بدرون ABS قرار گیرد، مقاومت الکتریکی افزایش می یابد. شکل 1 مقاومت الکتریکی را بر علیه میزان نانو مشاهده می شود. با افزایش بارگذاری نانولوله، مسیر الکترونی شکل گرفته، مقاومت الکتریکی کاهش و رسانایی افزایش می یابد. 1]، 2، .[3 بطور کلی جایگیری نانولوله کربنی درون آلیاژهای پلیمری از دو چشم انداز ترمودینامیکی و سینیتیکی قابل بررسی است. از نقطه نظر سینیتیکی جایگیری نانولوله به ویسکوزیته فازها بستگی دارد. از نقطه نظر ترمودینامیکی بررسی نانوکامپوزیت با استفاده از مدل سومیتا انجام می پذیرد. مدل سومیتا بر اساس معادله یانگ استوار است.
این معادله بر مبنا ضریب خیس شوندگی بیان می شود و از رابطه 1 بدست می آید.کشش بین سطحی میان CNT و پلیمر B، کشش بین سطحی میان CNT و پلیمر A و کششبین سطحی میان پلیمر A و B می باشد. وقتی >1 نانو در فاز A، -1< <1 نانو در سطح مشترک و وقتی <-1نانودر فاز [ توزیع می شود. برای محاسبه کشش بین سطحی میان پلیمر A و B از رابطه 2 استفاده می کنیم: در این رابطه وکشش سطحی جز A و B،و جز متفرق کننده کشش سطحی جز A و B، و بخشقطبی کشش سطحی اجزا A و B می باشد. کشش سطحی ABS در دسترس نمی باشد بنابراین محاسبه ضریب خیس شوندگیامکان پذیر نمی باشد ولی ABS از PB و SAN تشکیل شده است و اطلاعات کشش سطحی SAN و PB در دسترس میباشد.این مقادیر در جدول3 ذکر شده است.
با استفاده از جدول بالا و محاسبات صورت گرفته =11/91 =8/2752 = 27/15میباشد که ضریب خیس شوندگی برابر =1/84می باشدو=17/27 = 0/833 ، که برای این سیستم44/6= می باشد - جدول. - 4 مطابق پیش بینی مدل در هر دو سیستم نانو بدرون فاز PC جایگیری خواهد کرد.طی یک مرحله تمامی مواد به مخلوط کن داخلی انتقال می یابند. با افزایش دما ابتدا ABS ذوب شده و نانو درون این فاز جایگیری می کند. رسیدن دما به 230 درجه منجر به ذوب PC شده و بر اساس نقطه نظر ترمودینامیکی، بعلت قطبیت PC نانو به سمت این فاز مهاجرت می کند. از نقطه نظر سینیتیکی، مهاجرت نانو به یکی از فاز ها به ویسکوزیته آنها بستگی دارد. بعلت درصد پایین PB درون ABS، این فاز از ویسکوزیته پایینی برخوردار است بنابراین با دادن زمان اختلاط مناسب 12 - دقیقه - نانو از فاز ABS به فاز PC مهاجرت می کند - دیدگاه سینیتیکی - .[2]
