بخشی از مقاله
چکیده :
در این پژوهش، تغییرات خواص سختی و مقاومت در برابر ضربه و همچنین خواص فیزیکی کامپوزیت پایه پلی لاکتیک اسید و آکریلونیتریلبوتادیانرابر - - PLA/NBR با افزودن نانو ذرات خاک رس اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفت. نمونهها به طور همزمان به روش اختلاط مذاب درون اکسترودر ساخته شدند. در این راستا اثر ترکیب درصد خاک رس بر خواص مکانیکی، پایداری حرارتی و مورفولوژی آمیزه نیز بررسی شد.
نتایج نشان داده است که با افزایش ترکیب درصد نانوذرات رس،سختی نمونه ها افزایش پیدا کرد ولی افزودن نانو ذرات باعث کاهش مقاومت در برابر ضربه در نانو کامپوزیت های ساخته شده گردید. نتایج آزمون حرارتی DSC نشان داد که با افزایش درصد نانوذرات رس پایداری حرارتی آمیزه رشد قابل توجهی نشاد داد. بیشترین سختی در 6 نانوذرات و حضور بیشترین درصد PLA نشان داده شد.
-1 مقدمه
مواد کامپوزیتی بهدلیل نسبت بسیار بزرگ استحکام و مدول به وزن، نقش بسیار مهمی در صنایع هوا فضا، ماشینسازی، ساختمان و سایر صنایع ساخت قطعات مهندسی ایفا میکنند. در این میان، لاستیکهای تقویتشده با الیاف کوتاه بهسبب حفظ خاصیت انعطافپذیری، خواص فیزیکی و مکانیکی بهبود یافته و مزایای اقتصادی توجه بسیار زیادی را به خود جلب کردهاند 2]،.[1 نکات مهم در آلیاژسازی پلیمرها این است که اولاً چه موادی میتوانند با هم آلیاژ شوند و ثانیاً در صورت آلیاژ شدن چه ترکیب درصدی از این مواد خواص بهتر و مطلوبتری را به دست میدهد. به طور کلی در آلیاژسازی، مواد مختلف پلیمری با خصوصیات و کاربردهای متفاوت با هم ترکیب شده تا بهبود خواص اجزای آلیاژ را شامل شود و هم اهداف مورد تقاضا را تأمین نمایند .[3]
در این رابطه دو ایده و طرز فکر به وجود آمد، اول اینکه در صنعت پلیمر این مواد مستقیماً از روشهای مختلف پلیمریزاسیون1 سنتز می شوند و دوم اینکه از ترکیب و اختلاط دو یا چند ماده پلیمری، ماده ای جدید تهیه می گردد. روش اول مستلزم صرف هزینه های هنگفت و استفاده از وسایل پیشرفته بود. اما روش دوم یک روش مقرون به صرفهتر و آسانتر بود که موجب به وجود آمدن مواد پلیمری جدید زیاد شد .[4]
با ورود به عصر نانو در عرصه علم مواد، پلیمر های تقویت شده با فاز نانو مورد توجه جوامع علمی و صنعتی قرار گرفته است. در سال های اخیر پژوهش های بسیاری در راستای شناسایی خواص نانو کامپوزیتهای پلیمری و توسعه این گروه از مواد شکل گرفته و از خاک رس به عنوان نانو پرکننده در ساخت نانو کامپوزیتهای پلیمری در حجم قابل توجهی استفاده شده است .[5] پلیلاکتیکاسید با وزن مولکولی بالا، نوعی پلیمر ترموپلاستیک مقاوم، بیرنگ و شیشهای با خواصی مشابه با پلیاستایرن است که بهدلیل خواص فیزیکی و مکانیکی که دارد جایگزین مناسبی برای ترموپلاستیکهای پتروشیمیایی در کاربردهای مختلف میباشد.[6]
الاستومر NBRبه دلیل وجود گروه های قطبی آکریلو نیتریل در واحد تکرار شونده، در برابر نفوذ مواد و مایعات غیر قطبی مقاوم است و بطور عمده در کاربردهایی که به مقاومت در برابر مواد غیر قطبی نیاز است از این الاستومر استفاده میشود. ناح2 و همکاران - 2001 - اثر افزودن دوده، سدیم- مونت موریلونیت - Na+-MMT - و مونت موریلونیت آلی دوست - - OMMT - که با افزودن دی استریل آمونیوم برمید تهیه شده است - را روی خواص مکانیکی لاستیک آکریلو نیتریل بوتا دی ان بررسی کردند. آنها نشان دادند، نانوکامپوزیت تهیه شده با OMMT بیشترین مقادیر مدول و مقاومت را دارد. در پژوهشی دیگری نشان داده شده، با افزودن مقادیر کم-Na MMT به لاستیک آکریلو نیتریل بوتا دی ان، ساختار ورقه ای ایجاد می شود و عبور دهی بخار آب آن رفته رفته کمتر میشود .[7]
هان3 و همکاران - 2006 - سدیم مونت موریلونیت را با استفاده از واکنشهای تعویض یونی DAVBA اصلاح کرده و نانو کامپوزیت آن را بر پایه لاستیک آکریلونیتریل بوتادی ان تهیه کردند. نتایج بیان کننده بهبود خواص مکانیکی است و آزمون های شکل شناسی پراکنش بهتر لایههای خاک رس اصلاح شده را تایید میکند .[8] در این پژوهش ابتدا نانوکامپوزیت پایه پلی لاکتیک اسید و آکریلونیتریلبوتادیانرابر با افزودن درصد های وزنی متفاوت از نانو ذرات خاک رس ساخته شده و سپس خواص مکانیکی و فیزیکی نمونه ها به صورت تجربی مورد بررسی قرار می گیرد.
-2 روش آزمایش
:1-2 مواد اولیه
برای ساخت نانو کامپوزیت PLA/NBR/NanoClay نیاز به لاستیک NBR، پلیمر PLA و نانورس می-باشد که باعث تفاوت در بهبود ساختار و خواصی متفاوت نسبت به یک کامپوزیت میشود. پلی لاکتیک اسید با چگالی 1/24 g/cm3 و دمای ذوب 160 درجه سانتیگراد و شاخص جریان مذاب 4/10 g/ min از شرکت سیگما آلدریچ آمریکا خریداری شد. لاستیک اکریلونیتریل بوتادین با 34 درصد اکریلو نیتریل و چگالی 0/94 g/cm3 از شرکت BASF آلمان تهیه گردید . همچنین نانو ذرات خاک رس با چگالی 1/98 g/cm3 و ظرفیت تبادل یونی 90 - meq/100g - ساخت سیگما امریکا می باشد.
-2-2 ساخت و آماده سازی نانو کامپوزیت PLA/NBR/NanoClay
در آمادهسازی نمونه ها ابتدا 12 نمونه با ترکیب درصدهای مختلف تهیه گردید. ترکیب درصد مواد اولیه براساس درصد وزنی از PLA، NBR و Nanoclay مورد نظر در جدول - 1 - آورده شده است. در ابتدا به دلیل اینکه PLA و نانورسها رطوبت به خود جذب میکنند و برای اینکه رطوبت نانورسها و PLA خشک شود در دستگاه آون تحت خلاء به مدت 24 ساعت در دمای 70C قرار گرفتند تا به طور کامل خشک گردند.
برای اختلاط پلیمرها با یکدیگر و مخلوط کردن آنها با نانورس از اکسترودر4 دوپیچه استفاده شد . در تهیه نمونهها سرعت چرخنده برابر 80 rpm و حداکثر دمای 185C تنظیم شد. تمام نمونهها به صورت تک مرحلهای و با توجه به درصد ترکیب مشخص شده به صورت یک جا وارد دستگاه شدند. بعد از خروج نمونهها از اکسترودر، جهت تهیه نمونهها برای انجام آزمونهای مکانیکی مربوطه از دستگاه پرس هیدرولیک استفاده شد.
