بررسی اثر سازگارکننده بر خواص نانو‌کامپوزیت اتیلن- پروپیلن دی‌ان مونومر تقویت‌شده با نانولوله کربنی چنددیواره

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی پلیمر، صندوق پستی ۸۳۱۱-۸۴۱۵۶

2 تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده فرایند، گروه لاستیک، صندوق پستی۱۱۲-۱۴۹۷۵

چکیده

نانوکامپوزیت سه‌تایی بر پایه آمیخته اتیلن- پروپیلن دی‌ان مونومر (EPDM) و اتیلن- پروپیلن دی‌ان مونومر پیوند شده با مالئیک انیدرید(EPDM-g-MAH) با غلظت‌های متفاوت (7-0 قسمت وزنی) نانولوله ‌کربنی چنددیواره (MWCNT) روی غلتک آزمایشگاهی تهیه شد. بررسی نقش EPDM-g-MAH به عنوان سازگارکننده و اثر غلظت‌های مختلف نانولوله ‌کربنی روی خواص مکانیکی، رئولوژیکی و مشخصات پخت نانوکامپوزیت بررسی شد. رفتار پخت نانو‌کامپوزیت‌های تهیه شده با استفاده از رئومتر پخت لاستیک مطالعه شد. همچنین ریزساختار نانوکامپوزیت‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی پویشی مشاهده شد. آزمون‌های رئولوژیکی نانوکامپوزیت‌ها نیز به وسیله تحلیل‌گر فرایند لاستیک انجام شد. مشاهده شد که با افزایش غلظت MWCNT به کامپوزیت سازگارشده، زمان پخت و زمان برشتگی آمیزه کاهش، درحالی که بیشینه و کمینه گشتاور افزایش نشان می‌دهد. این نتایج در توافق با اطلاعات حاصل از آزمون تورم نمونه‌هاست. با افزایش غلظت نانو‌لوله‌ها، کاهش تورم در حلال مشاهده شده که می‌توان به بهبود برهم‌کنش در فصل مشترک میان نانو‌لوله‌ها و ماتریس به سبب وجود سازگارکننده MAH-g-EPDM نسبت داد. مطالعات شکل‌شناسی سطح شکست حاکی از این مطلب بود که وجود سازگارکننده EPDM-g-MAH  موحب بهبود پراکنش نانو‌لوله‌ها در ماتریس شده و پراکنش یکنواخت همراه با مقدار اندکی کلوخگی مشاهده شد. از طرفی، وجود نانولوله‌ها در ماتریس سبب زبرترشدن سطح شکست شد. همچنین، خواص مکانیکی شامل استحکام کششی و ازدیاد طول تا پارگی نانوکامپوزیت EPDM/MWCNT سازگارشده نتایج بهتری را در مقایسه با کامپوزیت سازگارنشده نشان داد. خواص رئولوژیکی شامل مدول ذخیره (G') و گرانروی مختلط (η*) با افزایش غلظتMWCNT ، به ترتیب افزایش و کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Compatibilization of Multi-Wall Carbon Nanotube/EPDM: Studies on the Properties of Nanocomposite

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Khademeh Molavi 1
  • Rohollah Bagheri 1
  • Ghasem Naderi 2
  • Sedigheh Soltani 2
1 Polymer Engineering Group, Department of Chemical Engineering, Isfahan University of Technology, P.O. Box: 84156-83111, Isfahan, Iran
2 Rubber Processing and Engineering Department, Faculty of Processing, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

In order to achieve dramatic improvements in the performance of rubber materials, attempts were made to develop carbon nanotube (CNT)-reinforced rubber composites. The maleic anhydride (MAH) modification of EPDM is an interesting way of compatibilizing the EPDM rubber with CNT. Novel ternary nanocomposites were prepared based on EPDM/EPDM grafted maleic anhydride (EPDM-g-MAH) blend composition with various concentrations (0-7 phr) of multi-wall carbon nanotube (MWCNT) on a two-roll mill. The effect of EPDM-g-MAH as a compatibilizer and MWCNT concentration were investigated on cure characteristics, mechanical, morphological and rheological properties of nanocomposites. The microstructure of nanocomposites has been characterized using scanning electron microscopy (SEM). At the same time the rheological behavior has been evaluated by a rubber processing analyzer (RPA). It was found that the cure time (t90) and scorch time (t5) decreased while maximum torque (MH) and minimum torque (ML) of the compatibilized composites were increased with increasing MWCNT loading which was consistent with the swelling data. It is observed that by increasing MWCNT loading the swelling index in solvent was decreased. This can be related to good interactions between carbon nanotube and EPDM matrix in presence of EPDM-g-MAH compatibilizer. The fracture surface study indicated that compatibilizer facilitated a homogenous dispersion of MWCNTs inside the matrix. On the other hand, carbon nanotubes in matrix caused roughness of the fractured surface compared with uncompatibilized samples. The mechanical properties such as tensile strength and elongation-at-break of compatibilized EPDM/MWCNT were higher than those of uncompatibilized nanocomposites. In addition, due to increasing MWCNT content the rheological properties such as storage modulus (G') increased with respect to angular frequency while the complex viscosity decreased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposite
  • multi-wall carbon nanotube
  • EPDM-g-MAH compatibilizer
  • mechanical properties
  • cure characteristics