اثر نانوصفحه‌های گرافن بر رفتار رئولوژی، شکل‌شناسی، خواص مکانیکی و گرمایی آمیخته‌های امتزاج‌ناپذیر پلی‌پروپیلن-پلی‌استیرن

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده مهندسی، گروه مدل سازی و کنترل فرایند، صندوق پستی 112-14975

چکیده

آمیخته ­های پلی­ اولفین-پلی­استیرن همانند اکثر آمیخته های پلیمری امتزاج ­ناپذیر هستند و اختلاط فیزیکی آن­ ها ساختاری دوفازی با سطح ­مشترک ضعیف را به ­وجود می ­آورد. در نتیجه این آمیخته­ ها خواص مکانیکی ضعیفی دارند. هدف اصلی این پژوهش، بررسی اثر نانو­صفحه ­های گرافن ورقه­ ای شده (xGnP) روی سازگاری آمیخته­ های پلی­ پروپیلن- پلی ­استیرن (20/80PP/PS, ) بود که با ارزیابی و مطالعه رفتار رئولوژی، شکل­ شناسی، خواص مکانیکی و گرمایی انجام شد. نتایج رئومتری نشان داد، مقادیر مدول ذخیره­ و گرانروی مختلط آمیخته خالص با افزودن ذرات گرافن، به ­ویژه در بسامدهای کم، افزایش می ­یابد. دلیل این افزایش می­ تواند کاهش تحرک زنجیرهای نانوکامپوزیت، به علت درهم گیری زنجیرها با صفحه ­های گرافن باشد. بررسی ساختار فازی تمام آمیخته ­ها با میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) انجام شد. ریزنگارهای SEM از نانوکامپوزیت­ ها نشان داد، افزودن گرافن به آمیخته به کاهش ابعاد قطره­ های فاز پراکنده PS و نیز توزیع و پراکندگی بهتر آن در ماتریس PP منجر شده است. نتایج حاصل از خواص مکانیکی نشان داد، در نمونه ­های دارای گرافن مدول افزایش و ازدیاد طول تا پارگی کاهش می ­یابد. این آثار، به دلیل مشخصه ­های مکانیکی ذاتی و سختی نانوصفحه ­های گرافن با مدول بسیار زیاد و نیز ممانعت زیاد ذرات گرافن در برابر تحرک و گره­ خوردگی زنجیرهای پلیمری است. نمونه ­های حاوی ذرات گرافن، در مقایسه با آمیخته خالص قابلیت تبلور بیشتری نشان می ­دهد. این رفتار به اثر هسته ­گذاری نانو­صفحه های گرافن نسبت داده شده است. افزون بر این، پایداری گرمایی آمیخته ها با افزایش مقدار گرافن بهبود یافت، زیرا نانوصفحه گرافن ورقه ای شده به عنوان عامل سازگارکننده مؤثر با رسانندگی گرمایی زیاد نیم رخ توزیع گرمای بسیار یکنواختی را فراهم می کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Exfoliated Graphene Nanoplatelets on Rheological, Morphological, Mechanical and Thermal Properties of Immiscible Polypropylene/Polystyrene (PP/PS) Blends

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Abbasi
  • Alireza Shojaei
  • Samad Moemen Bellah
Department of Process Modeling and Control, Faculty of Engineering, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

Polyolefin/polystyrene blends, prepared by mechanical mixing, were immiscible blends having two-phase structure with weak interface. An improvement in compatibility of PP and PS led to their enhanced blend properties and applications. The aim of this study was to investigate the effect of exfoliated graphene nanoplatelets (xGnP) on the compatibility of PP/PS (80:20) blend by their rheological and mechanical behaviors. Samples of the blends were prepared using an internal mixer through simultaneous feeding of the components into the mixing chamber. The properties of blends were evaluated by rheometry, scanning electron microscopy (SEM), thermal gravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and mechanical tests. Rheological results showed that addition of xGnP, led to an increase in storage modulus and complex viscosity, especially at low frequencies, probably due to the confinement of polymer chain motions. SEM observations on the morphology of blends revealed that increasing the xGnP content obviously reduced the domain diameter of the dispersed PS phase, indicating a good compatibilizing effect for xGnP. The addition of xGnP into the PP/PS blend increased the tensile modulus and decreased the elongation-at-break, resulting from the rigidity and intrinsic mechanical characteristics of the grapheme nanoplatelets. Crystallinity of the samples also increased with higher xGnP content, which could be assigned to the nucleating effect of graphene platelets. Moreover, thermal stability of the blends were improved by increasing the xGnP level because xGnP as an efficient compatibilizing agent with high thermal conductivity provided a more uniform heat distribution profile.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polymer blend
  • graphene nanoplatelets
  • Rheology
  • morphology
  • mechanical properties
  • Crystallinity