بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه، نانو کامپوزیتهاي پلیمر/ خاك رس به دلیل خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی بهتر نسبت به پلیمرهاي خالص، بیشتر مورد مطالعه قرارگرفته و کاربرد یافتهاند. در این تحقیق، نانو کامپوزیتهاي پلیاستایرن/ خاك رس اصلاحشده به روش اختلاط مذاب تهیه و اثر اضافه شدن پرکننده بر روي خواص ساختاري و مکانیکی نانو کامپوزیت هاي پلیاستایرن/ خاك رس اصلاحشده بررسی شد. مطالعات حاصل از نتایج آزمون XRD نشان داد که صفحات خاك رس در نانو کامپوزیت تهیهشده به صورت میان لایهاي قرارگرفتهاند. همچنین با بررسی آزمون مکانیکی، مدول یانگ در حضور 3درصد وزنی از پرکننده به میزان %40 افزایش نشان داد.
کلمات کلیدي: نانو کامپوزیت، پلیاستایرن، خاك رس، خواص مکانیکی
.1 مقدمه
در سالهاي اخیر، نانو کامپوزیتهاي پلیمر/ سیلیکاتهاي لایهاي بهصورت قابلتوجهی مورد مطالعه محققان قرارگرفته و کاربردهاي وسیعی عملی و صنعتی یافتهاند. نانو کامپوزیتها در مقایسه با پلیمر هاي خالص یا میکرو کامپوزیتهاي متعارف، بهبود چشمگیري در خواص نشان میدهند. خواص بهبودیافته شامل افزایش مدول یانگ، استحکام کششی و مقاومت حرارتی و همچنین کاهش نفوذپذیري گاز، اشتعالپذیري میباشد.[2 ,1] گزارش محققان مبین این مطلب است که خواص مکانیکی بهطور عمده تحت تأثیر مورفولوژي نانو کامپوزیتهاي تهیهشده است.[3] مورفولوژي نانو کامپوزیتهاي پلیمر / خاك رس با توجه به نحوه پخش خاك رس در زمینه پلیمر در سه دسته مخلوط نشده، میان لایه و ورقه ورقه دستهبندي میشود. پارامترهاي گوناگونی همچون نوع خاك رس، نوع اصلاحکننده و زمینه پلیمر و همچنین روش تهیه نانو کامپوزیت میتواند بر مورفولوژي نانو کامپوزیتهاتأثیر گذارد.[4] در این تحقیق، به مطالعه خواص مکانیکی پلیاستایرن و اثر حضور نانو ذرات خاك رس اصلاح شده Cloisite 20A در زمینه این پلیمر پرداخته شده است.
.2 بخش تجربی
.1,2 آماده سازي نانو کامپوزیت
نانو کامپوزیتهاي پلیاستایرنCloisite20A / - محصول شرکت Southern Clay Product Inc.، آمریکا - در درصدهاي وزنی 1و 3 از پرکننده با روش اختلاط مذاب با استفاده از دستگاه برابندر مدل W 50 EHT تهیه شد. این دستگاه داراي حجم محفظه 55 سیسی، بیشینه گشتاور 200 نیوتون متر و دماي بیشینه 500 درجهسانتیگراد است. نانو ذرات خاك رس اصلاحشده قبل از استفاده به مدت 24 ساعت در دستگاه اون در دماي 120 سانتیگراد قرار گرفت تا رطوبت آن گرفته شود. سرعت اختلاط، درجه حرارت دستگاه برابندر و زمان اختلاط به ترتیب 60 دور بر دقیقه، 190 درجه سانتیگراد و 10 دقیقه در نظر گرفته شد. محصول خروجی از دستگاه در قالب مستطیل شکل باضخامت 3 میلیمتر به دستگاه پرس منتقل شد. عملیات قالبزنی صفحات با دستگاه پرس در حرارت 190 درجه سانتیگراد و فشار 25 بار انجام گرفت.
.2,2 آزمون پراش اشعهي ایکس - XRD -
آزمون پراش اشعه ایکس براي تعیین مورفولوژي نانو کامپوزیتهاي تهیهشده به کار گرفته شد. نمونهها در دستگاهXRD مدل PW1730 ساخت شرکت Philips کشور آلمان در شرایط 40 کیلووات، 30 میلیآمپر، پرتو CuKα با طولموج 0/154 نانومتر و در دماي اتاق موردبررسی قرار گرفتند. طیف XRD در زوایاي پایین 1 تا 10 درجه و با نرخ 0/3 درجه بر دقیقه انجام گرفت.
.3,2 آزمون کشش
براي انجام آزمون کشش، نمونههاي دمبلی شکل طبق استاندارد ASTM D638 تهیه شد. در این آزمون از دستگاه کشش - مدل - GT-TCS-2000، با نرخ کشش 2 میلیمتر بر دقیقه استفاده شد. این آزمون براي هر نمونه سه بار در دماي اتاق تکرار شد و میانگین نتایج گزارش گردید.
.3 نتایج و بحث
.1,3 الگوي XRD
طیف XRD مربوط به پلیاستایرن خالص، Cloisite20A و نانو کامپوزیتهاي 1 و 3 درصد وزنی در شکل 1 گزارششده است. با توجه به شکل -1 ب، نخستین پیک براي Cloisite20A در زاویه 2Ө برابر با3/68 مشاهده میشود. با توجه به طولموج پرتوي X استفاده شده و بر اساس قانون براگ، فاصله بین صفحات خاك رس اصلاحشده2/4 nm تعیین گردید. این پیک در نمونههاي نانو کامپوزیت 1 و 3 درصد وزنی - شکل -1 ج - به زاویه پایینتر یعنی حدود 2Ө برابر با 2/40 منتقلشده است. فاصله صفحات طبق قانون براگ براي این حالت مقدار 3/70 nm به دست آمد. این بدان معنی است که فاصله صفحات خاك رس بهاندازه 1/30nm افزایشیافته است و زنجیرههاي پلیاستایرن به داخل صفحات خاك رس نفوذ کرده و ساختار میان لایه براي نانو کامپوزیتهاي تهیهشده ایجاد شده است.[5] همچنین پیک دوم براي Cloisite 20A در زاویه 2Ө برابر با 7/24 دیده میشود.
این پیک به خاك رس اصلاحنشده مربوط میشود. همانطور که میدانیم در هنگام اصلاح خاك رس بخشی از آن بهصورت اصلاح نشده باقی میماند. با مقایسه این پیک با دو پیک موجود در شکل -1 ج، مشاهده میشود که مقداري از خاك رس اصلاحنشده هم به ساختار میان لایهاي رسیده است - به دلیل انتقال پیک به زاویه 4/91 درجه در نانو کامپوزیتها - و بخشی هم بهصورت توده در نانو کامپوزیت قرارگرفته است - به دلیل وجود پیک در زاویه 7/24 درجه در شکل -1 ج - . لذا ساختار غالب براي نمونههاي نانو کامپوزیت تهیه شده در این تحقیق میان لایهاي معرفی میگردد.
