مطالعه تجربی خواص مکانیکی و حرارتی نانو کامپوزیت های هیبریدیPA۶/TPU/CNT
Parallel Title Proper
Experimental Study on the Mechanical and Thermal Properties of PA۶/TPU/CNT Hybrid Nanocomposites
First Statement of Responsibility
/محمدرضا موسوی
.PUBLICATION, DISTRIBUTION, ETC
Name of Publisher, Distributor, etc.
: فنی و مهندسی مکانیک
Date of Publication, Distribution, etc.
، ۱۳۹۷
Name of Manufacturer
، راشدی
PHYSICAL DESCRIPTION
Specific Material Designation and Extent of Item
۱۳۳ص
NOTES PERTAINING TO PUBLICATION, DISTRIBUTION, ETC.
Text of Note
چاپی - الکترونیکی
DISSERTATION (THESIS) NOTE
Dissertation or thesis details and type of degree
ارشد
Discipline of degree
مهندسی مکانیک گرایش ساخت و تولید
Date of degree
۱۳۹۷/۰۸/۱۹
Body granting the degree
تبریز
SUMMARY OR ABSTRACT
Text of Note
پلی آمید(PA) ، یکی از مهم ترین پلیمرهای گرما نرم مهندسی است که به دلیل دارا بودن خواص ارزشمندی همچون نرخ تبلور و مقاومت سایشی بالا، مقاومت شیمیایی خوب، مدول و استحکام بالا، چقرمگی بالا و همچنین خواص حرارتی بالا کاربردهای متعددی در صنایع، به خصوص خودروسازی و الکترونیک، یافته است .با این حال، پلی آمید به شدت حساس به شکاف بوده و دارای مقاومت به ضربه شکاف دار پایینی می باشد .همچنین پلی آمید جاذب رطوبت است که منجر به افت پایداری ابعادی و خواص مکانیکی می شود .تلاش هایی برای بهبود مقاومت ضربه ای شکاف دار این پلیمر از طریق اختلاط آن با پلیمر دیگر، که دارای مقاومت ضربه ای بالا می باشد، انجام شده است .در این تحقیق از الاستومر TPU جهت بهبود مقاومت به ضربه شکاف دارPA۶ استفاده شده است .اگرچه استفاده از TPU باعث افزایش مقاومت به ضربه شکاف دارPA۶ می گردد اما منجر به افت سایر خواص مکانیکی شامل استحکام و مدول کششی و خمشی و همچنین خواص حرارتی می شود .در تحقیق حاضر از نانولوله های کربنی به دلیل دارا بودن نسبت منظر بالا، سطح ویژه زیاد و همچنین استحکام مکانیکی فوق العاده بالا، جهت بهبود خواص مکانیکی آمیختهPA۶/TPU استفاده گردیده است .آمیخته های PA۶/TPUبا سه درصد وزنی مختلف ازTPU(۱۰ ، ۲۰ و ۳۰) و نانوکامپوزیت های PA۶/TPU/CNT حاوی درصدهای مختلف وزنی (۱/۰ ، ۳/۰ و ۵/۰) نانولوله های کربنی با زمینه آمیخته(۲۰/۸۰) PA۶/TPU به روش اختلاط ذوبی تهیه گردیند .در مرحله بعد، نمونه های استاندارد آزمون های مکانیکی به روش قالب گیری تزریق پلاستیک تولید گردید .برای مطالعه شکل شناسی و مشاهده توزیع نانولوله ها در زمینه پلیمری، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونه ها گرفته شد .تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح شکست نمونه های آزمون ضربه شکاف دار نشان دهنده توزیع مناسب فازTPU در زمینهPA۶ و همچنین توزیع یکنواخت نانولوله های کربنی در آمیخته PA۶/TPU می باشد .اندازه گیری خواص حرارتی آمیخته ها و نانو کامپوزیت ها با استفاده از آزمون گرماسنجی پویشی اختلافی انجام شد .طبق نتایج آزمون حرارتی گرماسنجی پویشی اختلافی، بلورینگیPA۶ در آمیختهPA۶/TPU ، به دلیل حضور فاز الاستومرTPU ، نسبت بهPA۶ خالص کاهش می یابد .این در حالی است که افزودن نانولوله های کربنی به آمیخته PA۶/TPU سبب افزایش بلورینگی PA۶ می شود که این امر به دلیل اثر هسته زایی نانولوله ها می باشد .در نهایت، به منظور بررسی خواص مکانیکی، آزمون های استاندارد کشش، خمش و ضربه انجام شد .نتایج آزمون های مکانیکی نشان داد افزودن فاز الاستومری TPU به طور قابل ملاحضه ای مقاومت ضربه ای آمیختهPA۶/TPU را افزایش، اما استحکام و مدول کششی و خمشی آن را کاهش می دهد .بیشترین افزایش در مقاومت به ضربه شکاف دار مربوط به آمیخته حاوی ۱۰ درصد وزنی TPU در زمینه PA۶ بوده است که منجر به افزایش ۱۱۰ درصدی در مقاومت به ضربه شکاف دار نسبت به PA۶ خالص شده است .با توجه به نتایج بدست آمده، بیشترین کاهش در استحکام و مدول کششی و خمشی برای آمیخته های پلیمری حاوی ۳۰ درصد وزنی TPU مشاهده گردید .بطوری که کاهش حدود ۴۳ درصدی در استحکام کششی، ۳۵ درصدی در مدول کششی، ۳۳ درصدی در استحکام خمشی و ۳۱ درصدی در مدول خمشی نسبت به PA۶ خالص مشاهده می شود .این در حالی است که افزودن نانولوله های کربنی منجر به افزایش خواص مکانیکی نانوکامپوزیت ها نسبت به آمیخته PA۶/TPU می گردد .بیشترین افزایش در استحکام کششی و خمشی و مدول کششی برای نانوکامپوزیت های حاوی نانولوله های کربنی با ۵/۰ درصد وزنی مشاهده گردید .بطوری که افزایش حدود ۱۴ درصدی در استحکام کششی، ۵/۵ درصدی در مدول کششی و ۷ درصدی در استحکام خمشی مشاهده می شود .بیشترین افزایش در مدول خمشی برای نانو کامپوزیت ها با ۳/۰ درصد وزنی نانولوله های کربنی مشاهده گردید که افزایش حدود ۱۹ درصدی در مدول خمشی داشته است .همچنین حضور نانولوله های کربنی در زمینه آمیخته PA۶/TPU منجر به افزایش مقاومت به ضربه شکاف دار نمونه های نانوکامپوزیتی در ۱/۰ و ۳/۰ درصد وزنی نانولوله های کربنی به ترتیب به میزان ۱۶ و ۳/۹ درصد نسبت به آمیخته PA۶/TPU شده است
Text of Note
Polyamide (PA) is one of the most important thermoplastic engineering polymers that due to its valuable properties such as high crystallization rate and abrasion resistance, chemicals resistance, high modulus and strength, high toughness and as well as high thermal properties, have been widely used in industries, especially automotive and electronics. However, polyamide is highly notch sensitive and has a low notch-impact strength. Polyamide is also absorbent moisture, which reduces its dimensional stability and mechanical properties. Many efforts have been conducted to improve PA6's notch-impact resistance by compounding PA6 with other polymers that have higher impact strength. In this research, TPU is used to improve notch-impact strength of PA6. Although, the use of TPU lead to improvement of notch-impact strength of PA6, it reduces other mechanical properties including tensile strength and modulus, as well as thermal properties. In this study, carbon nanotube (CNT) has been used to improve the mechanical properties of PA6/TPU blend because of its high aspect ratio, high specific area and remarkable mechanical strength. PA6/TPU blends with different weight percentages of TPU (10, 20 and 30) and PA6/TPU/CNT nanocomposites based on PA6/TPU(80/20) blend containing different weight percentages (0.1, 0.3 and 0.5) of CNTs prepared using melt mixing methode. In the next step, standard samples of mechanical tests were produced by the injection molding machine. To study the morphology and observe the dispersion condition of nanotubes in polymer matrix SEM images were taken. SEM micrographs of fractured surface of the impact test samples indicate the uniform dispersion of TPU phase in PA6 matrix as well as uniform dispersion of carbon nanotubes in PA6/TPU blend. Measurement of thermal properties of blends and nanocomposites was performed using a differential scanning calorimetry (DSC) test. According to DSC analysis, crystallinity of PA6 reduced in PA6/TPU blend because of the presence of TPU phase. However, incorporation of CNTs into PA6/TPU blend led to increment of PA6 crystallinity, due to the nucleating effect of the CNTs. In order to investigate the mechanical properties, standard tests comprising tensile, flexural and impact were performed. Mechanical tests results showed the addition of TPU significantly increased impact strength of PA6/TPU blend, but declined tensile and flexural strength and modulus. The maximum increase in the notch-impact strength was obtained with blend that containing 10 wt TPU in the PA6 matrix, which resulted in a 110 increase in impact strength compare to pure PA6. According to the results, the highest decrease in tensile and flexural strength and modulus were observed for blend containing 30 wt TPU. As a result of a decrease of about 43 in tensile strength, 35 in the tensile modulus, 33 in flexural strength and 31 in the flexural modulus, is seen compured to pure PA6. However, the addition of CNTs resulted in an increase in the mechanical properties of nanocomposites compared to the PA6/TPU blend. The maximum increase in tensile modulus and tensile and flexural strength, was observed for nanocomposites containing 0.5 wt CNTs. So that we observe an increase of about 5.5 in the tensile modulus, 14 in tensile strength, and 7 in flexural strength. The maximum increase in flexural modulus for nanocomposites with 0.3 wt of CNTs was observed, with an increase of about 19 in the flexural modulus. Also, the presence of CNTs in the PA6/TPU matrix resulted in increased notch-impact strength of nanocomposite specimens at 0.1 and 0.3 wt CNTs to the 16 and 9.3 , respectively, compared to the PA6/TPU blend
PARALLEL TITLE PROPER
Parallel Title
Experimental Study on the Mechanical and Thermal Properties of PA۶/TPU/CNT Hybrid Nanocomposites