بررسی نقش همزمان نانو ذرات خاک رس و نرخ کرنش بر رفتار کششی نانوکامپوزیت زمینه پلی‌اتیلن

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مصطفی عباس زاده ولوجردی ¹ (دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران)
سید مجتبی زبرجد ² (استاد بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران)
محمدهادی مقیم ³ (استادیار، پژوهشکده مکانیک، پژوهشگاه فضایی، شیراز، ایران)

تاريخ الإرسال : 06 الإثنين , محرم, 1445 تاريخ التأكيد : 29 السبت , ربيع الأول, 1445 تاريخ الإصدار : 28 السبت , جمادى الثانية, 1444

الکلمات المفتاحية: رفتار کششی, نرخ کرنش, پلی‌اتیلن, خاک رس,

ملخص المقالة :

چکیده
مقدمه: به منظور بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی پلی­ اتیلن افزودن برخی تقویت کننده­ ها مانند خاک رس به آن بسیار رایج است. خاک رس به عنوان یکی از مهمترین تقویت کننده­ ها جهت افزودن به پلیمرهای مختلف می­باشد که منجر به تولید دسته جدیدی از مواد به نام کامپوزیت ­های پلیمر- خاک رس شده است.
روش­: در تحقیق حاضر، رفتار کششی نانو کامپوزیت­ های زمینه پلی­ اتیلن تقویت شده با درصدهای مختلف نانو ذرات خاک رس از نوع مونت موریلونیت (0، 1، 3، 5 و 10)در دو نرخ کرنش (1/0 وmin^-1 5/0) و دو دمای متفاوت (25 و 50 درجه سانتی­گراد) مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور نمونه­ های استاندارد با استفاده از روش قالب­گیری تزریقی تهیه شدند. همچنین سطح شکست نمونه­ های تغییر شکل یافته به همراه سطح جانبی نمونه­ های کرنش یافته به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت.
یافته ­ها: نتایج به دست آمده از آزمایش کشش نشان داد که خواص کششی پلی ­اتیلن به مقدار نانو خاک رس و وابستگی دارد. ب­طوریکه با افزایش نانوخاک رس تا 10 درصد وزنی استحکام تسلیم از 24 به 28 مگاپاسکال افزایش می­ یابد. بررسی مدل ایرینگ نشان می­دهد که افزودن نانو ذرات خاک رس تا 10 درصد وزنی ، باعث افزایش میزان تغییرات آنتالپی از 97/64 به بالاتر از 100 kj/mol و حجم فعال­سازی از 0049/0 به 01/0 می­ شود.
نتیجه­ گیری: نتایج ارزیابی میکروسکوپی بیانگر نقش پررنگ نانوذرات خاک رس در فعال شدن باندهای برشی در حین تغییر شکل پلی­ اتیلن می­ باشد.

المصادر:

1- B. Deng, L. Chen, Y. Zhong, X. Li, Z. Wang, “The effect of temperature on the structural evolution of ultra-high molecular weight polyethylene films with pre-reserved shish crystals during the stretching process” Polymer, 2023: 267, 125690.

2-M. Abareshi, S. M. Zebarjad, E. K. Goharshadi “Study of the morphology and granulometry of polyethylene–clay nanocomposite powders“, Journal of Vinyl and Additive Technology, 2010; 16, 90-97.

3-S. Sahebian, S. M. Zebarjad, S. A. Sajjadi, “The Effect of Temperature and Nano-sized Calcium Carbonate on Tensile Properties of Medium Density Polyethy” Iranian Journal of Polymer Science and Technology, 2008; 21, 133-140.

4- سید مجتبی زبرجد، الهام کتوئی زاده ، نانو کامپوزیت های اپوکسی- رس، ناشر: تخت جمشید شیراز - 1399

5-S. M. Zebarjad, S. A. Sajjadi “On the strain rate sensitivity of HDPE/CaCO3 nanocomposites” Materials Science and Engineering: A, 2008; 475 (1-2), 365-367.

6- N. G. McCrum, C. P. Buckley, C.B. Bucknall “Principles of Polymer Engineerig,” 2003; 2nd Ed., Oxford Science Publications.

7- A. Dasari, R. S. K. Misra, “The role of micrometric wollastonite particles on stress whitening behavior of polypropylene composites” Acta Mater 2004; 52, 1683–1697.

8-A. Dasari, R. D. K Misara, “On strain rate sensivity of high density polyethylene and polypropylene ,” Material Science and Engineering, 2003; A358, 356-371.

9- زهرا باقری، سید مجتبی زبرجد، محمد محسن مشکسار " بررسی رفتار حرارتی و مکانیکی نانوکامپوزیت  پلی پروپیلن -خاک رس تولید شده به روش نورد محدود شده" دومین همایش فناوری نانو از تئوری تا کاربرد ایران، آبان، اصفهان، 1392.

10- زهرا باقری، سید مجتبی زبرجد، محمد محسن مشکسار "بررسی رفتار مکانیکی پلی پرویپلن تحت تاثیر نرخ کروش متفاوت با استفاد از مدل ایرییگ"دومین همایش بین المللی و هفتمین همایش مشترک انجمن مهندسی متالورژی ایران و انجمن علمی ریخته گری ایران، آبان 1392.

11- Y. Zhou, V. Rangari, H. Mahfuz, S. Jeelani, P.K. Mallick, “Exprimental study on thermal and mechanical behavior of polypropylene, talc/propylene and polypropylene/clay nanocomposites,” Materials Science and Engineering A, 2005; 402, 109-117.

12- محمدهادی مقیم؛ سیدمجتبی زبرجد"بررسی تاثیر نرخ کرنش بر خواص کششی پلی‌یورتان با استفاده از مدل ایرینگ" مواد نوین، دوره 7، شماره 25، مهر 1395، 23-30.

13-M. Farjamfar, S. M. Zebarjad, E. BAhrololoom, R. Bazargan Lari, Effect of strain rate on the tensile properties of PMMA/Hydroxyapatite composite, Iranian Journal of Materials Forming, 2023; 2, 35-43.

14- k. Saminathan, p. Selvakkumar, n. Nhatnagar, “Fracture studies of polypropylene/nanoclay composite,” polymer testing, 2008; 27, pp. 453-458.

15-سید مجتبی زبرجد، هادی مقیم مقدمه ای بر نانو کامپوزیت های پلیمری، انتشارات یوکابد، چاپ اول تابستان 1394.

16- S. M. Zebarjad, S. Golmakaniyoon. Influence of Strain Rate on the Toughening Effect of CaCO3 in Polypropylene/CaCO3 Composites Journal of Vinyl and Additive Technology, 2013; 19 (4), 271-275.

17- Y. Wang, T. Wu, F. Qiang, “Competition of shearing and cavitation effects on the deformation behavior of isotactic polypropylene during stretching, Polymer, 2023; 273, 125888

18- Z. Chen, B. Xiong, Z. Li, “Cavitation behavior of polypropylene / polyethylene multilayer films during uniaxial tensile deformation: In-situ synchrotron X-ray study” Polymer, 2032; 265, 125599.

19-C. Ren, Z. Jiang, X. Du, Y. Men, T. Tang “Microstructure and Deformation Behavior of Polyethylene/Montmorillonite Nanocomposites with Strong Interfacial Interaction” J. Phys. Chem. B, 2009; 113(43), 14118–14127.