مطالعه تجربی خواص مکانیکی و رفتار گرمایی نانوکامپوزیت‌های پلی‌اکسی‌متیلن - کلسیم کربنات

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده مهندسی مکانیک، گروه مهندسی ساخت و تولید، صندوق پستی ۳۱۵-۵۱۶۶۵

چکیده

نانوکامپوزیت‌هایی بر پایه پلی‌اکسی متیلن (پلی‌استال) حاوی نانوذرات کلسیم کربنات  (۱/۵ تا ۹ درصد وزنی) با به‌کارگیری اکسترودر دوپیچی و قالب‌گیری تزریقی تولید شد. رفتار گرمایی، خواص مکانیکی و نیز شکل‌شناسی نمونه‌های مختلف بررسی شد. افزودن نانوذرات کلسیم کربنات  به پلی‌استال به‌طور جزیی بر شاخص جریان مذاب اثر می‌گذارد. نتایج آزمون گرماسنجی پویشی اختلافی نشان داد، وجود نانوذرات کلسیم کربنات در ماتریس پلی‌استال اثر هسته‌زایی داشته و باعث افزایش دما و درجه بلورینگی می‌شود. نتایج آزمون‌های جمع‌شدگی نشان می‌دهد، اثر هسته‌زایی بلوری و اثر پرکنندگی نانوذرات کلسیم کربنات بر جمع‌شدگی، یکدیگر را خنثی می‌کنند. افزودن نانوذرات کلسیم کربنات به پلی‌استال، استحکام و مدول کشسانی و خمشی و نیز مقاومت ضربه‌ای را به‌طور هم‌زمان افزایش می‌دهد. بیشترین مقادیر استحکام کششی، مدول کشسانی، استحکام خمشی، مدول خمشی و استحکام ضربه‌ای به ترتیب با افزودن ۱/۵، ۶، ۳، ۶، ۳ درصد وزنی  نانوذرات کلسیم کربنات حاصل می‌شود که به ترتیب ۱۳، ۴۰، ۳۳، ۱۵ و ٪۲۰بیشتر از پلی استال خالص است. بهبود قابل ملاحظه  خواص کششی، خمشی و استحکام ضربه‌ای در اثر وجود ۳٪ وزنی نانوذرات کربنات کلسیم در ماتریس پلی‌استال به افزایش سرعت هسته زایی، درجه بلورینگی و پراکنش تقریباً یکنواخت نانوذرات در زمینه پلیمری نسبت داده شد. نتایج شکل‌شناسی نشان‌دهنده اثر نانوذرات کربنات کلسیم بر تغییر سازوکار شکست از ترد به تغییر شکل پذیر-ترد است، یک مرز گذر از ناحیه تغییر شکل‌پذیر به ناحیه شکست ترد در نانوکامپوزیت‌ پلی‌استال-کربنات کلسیم مشاهده می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Studies on Mechanical Properties and Thermal Behavior of Polyoxymethylene/CaCO3 NanoComposites

نویسندگان [English]

  • Mohsen Soltanzadeh Firooz Salari
  • Karim Shelesh-Nezhad
  • Rasol Mohsenzadeh
Department of Manufacturing Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, University of Tabriz, P.O. Box: 51665-315, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Nanocomposites based on polyoxymethylene (POM), containing 1.5 to 9 wt% of CaCO3 nanoparticles, were prepared by melt compounding, using a co-rotating twin screw extruder, followed by injection molding process. The thermal behavior, mechanical properties as well as morphology were characterized. The inclusion of CaCO3 nanoparticles into POM slightly affected the melt flow index. The differential scanning calorimetry (DSC) results indicated that the incorporation of CaCO3 nanoparticles has nucleating effect and can raise the temperature and the degree of crystallinity. The results of shrinkage assessments revealed that crystal nucleation and filling effects of CaCO3 nanoparticles have counter effects on thermal contractions. Incorporation of the CaCO3 nanoparticles into POM improved tensile and flexural properties as well as the impact resistance at the same time. The maximum tensile strength, tensile modulus, flexural strength, flexural modulus and impact strength were achieved in the order given by applying 1.5, 6, 3, 6, 3 wt% of CaCO3 nanoparticles, which corresponded to 13, 40, 33, 15 and 20% higher than those of pure POM. The notable improvements of tensile, flexural and impact properties as a result of incorporating 3 wt% of CaCO3 nanoparticles were attributed to the nucleation and crystallinity enhancements as well as relatively uniform dispersion of CaCO3 nanoparticles in POM matrix. The morphology studies indicated that CaCO3 nanoparticles inclusion can alter the fracture mechanism from brittle-to-ductile-brittle, a sharp transition from ductile-to-brittle fracture observed in POM/CaCO3 nanocomposite.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polyacetal nanocomposite
  • calcium carbonate nanoparticles
  • mechanical properties
  • Crystallinity
  • shrinkage