اثر نانوذرات میان متخلخل سیلیکا و هیدروکسی آپاتیت بر خواص کششی و گرمایی مکانیکی - دینامیکی پلی پروپیلن و اسفنج پلی پروپیلن

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

سمنان، دانشگاه سمنان، دانشکده مهندسی مکانیک، صندوق پستی35195363

چکیده

هدف اصلی این مقاله بررسی تجربی خواص کششی و گرمایی مکانیکی دینامیکی پلی­ پروپیلن و اسفنج پلی­ پروپیلن تقویت شده با نانوذرات میان‌متخلخل سیلیکا، هیدروکسی آپاتیت، کامپوزیت میان‌متخلخل سیلیکا و هیدروکسی آپاتیت است نانوکامپوزیت­ ها و اسفنج ­های نانوکامپوزیتی شامل پلی ­پروپیلن، سازگارکننده پلی­ پروپیلن، نانوذرات مختلف و اسفنج­ کننده شیمیایی رای نمونه ­های اسفنجی به روش اختلاط مذاب در اکسترودر دوپیچی با یکدیگر مخلوط شدند. نتایج حاصل از آزمون­ ها در مجموع نشان می­ دهد افزایش تمام نانوذرات پرکننده با درصد وزنی یکسان، باعث بهبود خواص مکانیکی پلی­ پروپیلن خالص و اسفنج پلی ­پروپیلن می­ شود. همچنین، ساختار متخلخل نمونه ­های اسفنجی باعث می ­شود، این نمونه ­ها، مشخصات میرایی بیشتر و خواص کششی کمتری نسبت به نمونه­ های جامد داشته باشند. به دلیل صلبیت و استحکام بسیار زیاد نانوذرات هیدروکسی ­آپاتیت، بیشترین افزایش مدول و استحکام کششی با افزودن این نانوذرات به پلی­ پروپیلن خالص و اسفنج پلی پروپیلن اتفاق می­ افتد. بیشترین ضریب میرایی با افزایش نانوذرات میان‌متخلخل سیلیکا -­ هیدروکسی­ آپاتیت به پلی ­پروپیلن خالص و اسفنج آن به دلیل ماهیت متخلخل ذرات میان‌متخلخل سیلیکا که با ذرات هیدروکسی ­آپاتیت تقویت شده اند، حاصل می­ شود. نتایج آزمون خواص گرمایی DSC نشان داد، افزایش نانوذرات مختلف اثر بسزایی بر رفتار تبلور و ذوب پلی ­پروپیلن خالص ندارند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی حاکی از پراکنش خوب و همگن نانوذرات مختلف درون ماتریس پلیمری است. افزون بر این، افزودن نانوذرات مختلف به اسفنج پلی­ پروپیلن باعث افزایش چگالی سلول، کاهش اندازه سلول و بهبود توزیع اندازه سلول­ ها م ی­شود. همچنین کمترین اندازه سلول و بیشترین چگالی سلول با افزایش نانوذرات هیدروکسی ­آپاتیت و میان‌متخلخل سیلیکا -­ هیدروکسی­ آپاتیت به اسفنج پلی پروپیلن ایجاد می­ شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Mesoporous Silica and Hydroxyapatite Nanoparticles on the Tensile and Dynamic Mechanical Thermal Properties of Polypropylene and Polypropylene Foam

نویسندگان [English]

  • Alireza Albooyeh
  • Abdolhosien Fereidoon
Department of Mechanical Engineering, Semnan University, P.O. Box: 35195363, Semnan, Iran
چکیده [English]

The main purpose of this paper is the experimental study on the tensile and dynamic - mechanical thermal properties of polypropylene (PP) and polypropylene foam reinforced with mesoporous silica (MCM-41), hydroxyapatite (HA) and the composite of mesoporous silica and hydroxyapatite (MCM41-HA) nanoparticles. Nanocomposites and nanocomposite foams containing PP, maleic anhydride grafted polypropylene, different nanoparticles and chemical blowing agent (for foam samples) are mixed using the melt-compounding technique in a twin-screw extruder. The results of the tests show that at the same nanoparticles content, all the nanofillers cause better mechanical properties than neat PP and PP foam. Also, due to the porous structure of the foam samples, these samples have the higher damping characteristics and lower tensile properties than the solid samples. Because of higher rigidity and higher strength of HA nanoparticles, the greatest increase in modulus and tensile strength occurs by adding these nanoparticles to neat PP and PP foam. The highest damping factor is obtained by adding MCM-41-HA nanoparticles to PP and PP foam, because of the porous nature of the MCM-41 particles which were reinforced by HA particles. The results of differential scanning calorimetry show that the addition of different nanoparticles does not have any significant effect on crystallinity and melting behavior of PP. Scanning electron microscopy images show that the nanomaterials were fine and uniformly dispersed within the polymer matrix. Furthermore, the addition of different nanoparticles to PP foam causes to increase the cell density, to reduce the cell sizes and to improve the cell sizes distribution. In this respect, the lowest cell sizes and the highest cell density are created by adding HA and MCM41-HA  nanopaticles to PP foams.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nanocomposite foam
  • tensile properties
  • dynamic mechanical thermal properties
  • mesoporous silica
  • hydroxyapatite