بررسی تجربی تأثیر نانو لوله های کربنی چند جداره بر خواص مکانیکی و گرمایی نانو کامپوزیت PC/ABS/MWCNT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، گروه مهندسی مکانیک ، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

پلی کربنات از جمله پلاستیک های مهندسی با رفتاری از نوع داکتیل با چقرمگی بسیار بالا می باشد. با این حال، حساسیت نسبتا بالای این پلیمر نسبت به حضور شکاف های ریز استفاده از این پلیمر را در بسیاری از کاربردها محدود می نماید و همچنین جریان پذیری پایین پلی کربنات[1] (PC)، امکان قالب گیری محصولات نازک را نیز سلب می کند. در این پژوهش برای افزایش استحکام ضربه ای  و فرایند پذیری، پلیمر آکریلونیتریل بوتادین استایرن[2] (ABS) به پلی کربنات افزوده شد. افزون براین، از نانو لوله های کربنی[3](CNT) برای بهبود استحکام مکانیکی و گرمایی استفاده شد. آمیخته های PC/ABS در دو درصد وزنی مختلف (۵۰/۵۰ و۳۰/۷۰ ) و نانو کامپوزیت های بر پایه آمیخته  (۳۰/۷۰)PC/ABS  حاوی ۲/۰ و ۳/۰ درصد وزنی نانو لوله های کربنی با استفاده از دستگاه مخلوط کن  و دستگاه پرس گرم تهیه گردید. نتایج آزمایشهای مربوط به تصاویر SEM از سطح شکست نمونه های آزمون ضربه شکاف دار نشان دهنده توزیع مناسب فاز ABS در زمینه PC در آمیخته (۳۰/۷۰)PC/ABS  و همچنین توزیع یکنواخت نانو لوله های کربنی در نانو کامپوزیت (۰.۳/۳۰/۷۰) PC/ABS/MWCNT می باشد، و همچنین نتایج آزمایشهای مربوط به خواص مکانیکی نشان داد که افزودن ۳۰ درصد از ABS در زمینه PC، باعث افزایش استحکام خمشی، استحکام ضربه ای، مدول کششی و مدول خمشی به ترتیب به میزان ۱/۱، ۲/۳۰، ۲/۱۵ و ۱۵/۱ درصد شد، ولی استحکام به کشش به میزان ۳/۳ درصد کاهش یافت و همچنین بکارگیری نانو لوله های کربنی با درصد وزنی ۳/۰ درصد در زمینه آمیخته PC/ABS باعث افزایش مدول کششی، مدول خمشی و استحکام به ضربه به ترتیب به میزان ۴/۱۳، ۸/۲۰ و ۱/۱۰۷ درصد و کاهش استحکام کششی و نیروی خمشی به ترتیب به میزان ۶/۱۶ و ۵/۱۶ درصد نسبت به آمیخته (۳۰/۷۰)PC/ABS   شده است. طبق آزمون گرمایی DSC، با افزودن ۲/۰درصد از نانو لوله های کربنی به زمینه آمیخته PC/ABS دمای اکسید شدن فاز پلی بوتادین ABS به میزان ۱۰ درجه سلسیوس افزایش یافته است و با افزودن ۳/۰ درصد از نانو لوله های کربنی به زمینه آمیخته PC/ABS دمای انتقال شیشه ای PC به میزان ۲۵ درجه سلسیوس افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kroschwitz J.I. Concise encyclopedia of polymer science and engineering. Wiley New York, Vol. 5. 1990.
[۲] کوکبی م. مهندسی پلاستیک(ویرایش سوم). دانشگاه تربیت مدرِّس، مرکز نشر آثار علمی، تهران،۱۳۷۷.
[2] Kulich D. M, et al. Acrylonitrile–butadiene–styrene polymers. Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 2002. 1.
[4] Taşdemir M. Properties of acrylonitrile–butadiene–styrene/polycarbonate blends with styrene–butadiene–styrene block copolymer. Journal of applied polymer science, 2004. 93(6), 2521-2527.
[5] Utracki L. History of commercial polymer alloys and blends (from a perspective of the patent literature). Polymer Engineering & Science, 1995. 35(1), 2-17.
[6] Utracki L.A , Wilkie C.A. Polymer blends handbook, Kluwer academic publishers Dordrecht, Vol. 1. 2002.
[7] Yang W, et al. Fire and mechanical performance of nanoclay reinforced glass-fiber/PBT composites containing aluminum hypophosphite particles. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2011. 42(7), 794-800.
[8] Bashiri Goodarzi H , Yarmohammad Tooski M. An experimental study of the effects of carbon nanotube and graphene addition on the impact strength of Epoxy/Basalt fiber composite. Journal of Science and Technology of Composites, 2019. 6(3), 411-418.
[9] Khan S.U , Kim J.K. Impact and delamination failure of multiscale carbon nanotube-fiber reinforced polymer composites: a review. International Journal of Aeronautical and Space Sciences, 2011. 12(2), 115-133.
[۱۰] رحمانی اهرنجانی ر، قربان پور آرانی ع، راستگو ع. مقدمه ای بر نانو کامپوزیت ها و نانو لوله ها. نشر کتاب دانشگاهی، تهران،۱۳۹۳.
[11] Suarez H, Barlow J, Paul D. Mechanical properties of ABS/polycarbonate blends. Journal of applied polymer science, 1984. 29(11), 3253-3259.
[12] Kapoor S, Goyal , Jindal P. Enhanced thermal, static, and dynamic mechanical properties of multi-walled carbon nanotubes-reinforced acrylonitrile butadiene styrene nanocomposite. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2022. 35(2): p. 216-280.
[13] Dorigato A, et al. Electrically conductive nanocomposites for fused deposition modelling. Synthetic Metals, 2017. 226: p. 7-14.
[14] Granada J.E, et al. Effect of carbon nanotubes functionalization on properties of their nanocomposites with polycarbonate/poly (acrylonitrile‐butadiene‐styrene) matrix. Journal of Applied Polymer Science, 2021. 138(21), 50471.
[15] Taheri S, et al. Investigation of polycarbonate/acrylonitrile butadiene styrene/multiwall carbon nanotube nanocomposites under impact loading. Polymers for Advanced Technologies, 2016. 27(10),. 1355-1362.
[16] Chemical L. Polycarbonate resin Data Sheet(PC-1100U). 2021. p. 2.
[17] Petro Chemical T. ABS Data Sheet(SD0150). 2021. 10.
[18] US Research Nanomaterials I. https://nanosany.com/product/mwcnts-10-20nm/.
[۱۹] یاوری ع، قائمی م. شیمی و تکنولوژی پلاستیکها. مرکز نشر دانشگاهی، تهران، ۱۳۷۰.
[20] Wegrzyn M, et al. Effect of Processing Method on Mechanical Properties of PC/ABS‐MWCNT Nanocomposites. in Macromolecular Symposia, Wiley Online Library, 2012.
[21] Taheri S, Nakhlband E , Nazockdast H. Microstructure and multiwall carbon nanotube partitioning in polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene/multiwall carbon nanotube nanocomposites. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 2013. 52(3), 300-309.
[22] Castillo F.Y, et al. Electrical, mechanical, and glass transition behavior of polycarbonate-based nanocomposites with different multi-walled carbon nanotubes. Polymer, 2011. 52(17): p. 3835-3845.
[23] Poosala A, et al. The effect of oxygen-plasma treated graphene nanoplatelets upon the properties of multiwalled carbon nanotube and polycarbonate hybrid nanocomposites used for electrostatic dissipative applications. Journal of Nanomaterials, 2015.
[24] Marcin W, Benedito A, Gimenez E. Preparation and characterization of extruded nanocomposite based on polycarbonate/butadiene‐acrylonitrile‐styrene blend filled with multiwalled carbon nanotubes. Journal of Applied Polymer Science, 2014. 131(10).
[25] Bagotia N, Choudhary V,  Sharma D. Studies on toughened polycarbonate/multiwalled carbon nanotubes nanocomposites. Composites Part B: Engineering, 2017. 124,101-110.
[26] Maiti S, Shrivastava N.K, Khatua B. Reduction of percolation threshold through double percolation in melt‐blended polycarbonate/acrylonitrile butadiene styrene/multiwall carbon nanotubes elastomer nanocomposites. Polymer composites, 2013. 34(4), 570-579.