SUPERVISOR
Mahmood Masoomi
محمود معصومی (استاد راهنما)
STUDENT
Emad Dashi
عماد داشی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Compatibilization effect of nanoclay particles on morphology and mechanical properties of in situ microfibrillar reinforced composites(MFC) based on PET/PP blends
In situ microfibrillar reinforced composite (MFC) fabrication is a new and efficient approach to recycle two thermoplastic polymeric components that are very different in their melting points. Among thermoplastic matrices, polypropylene (PP), one of the most widely used polymeric materials, has received a great amount of industrial attention due to its superior mechanical properties, as compared with other polyolefins. Poly (ethylene terephthalate) (PET) is a suitable reinforcing component for polyolefinic matrices, because it is an engineering plastic with good mechanical properties. Due to the great difference in the melting points of PP and PET, it is possible to fabricate MFCs from these two polymers. Also, due to excellent Young's modulus of clay nanoparticles, they have a good potential to enhance the mechanical properties of the composites. Compatibilizers can also improve the mechanical properties of the final composite by reducing the interfacial tension and increasing the adhesion between the composite parts. In this study, two types of masterbatch were prepared in an internal mixer from C30B, which is a modified nanoclay. While there was no compatibilizer in the second masterbatch and clay nanoparticles were added directly to the PET phase at 250 , in the first one, clay nanoparticles were added to the PP phase at 180 in the presence of PP-g-GMA as a compatibilizer. Then, the final extruded blends with 25wt% PET and different amounts of 1, 3 and 5 phr of C30B were prepared through melt extrusion in a single screw extruder; this was followed by continuous drawing with three different drawing ratios of 3, 5 and 8. At last, the final composites were fabricated by compression molding at 190 . Tensile test results confirmed that, due to the presence of the compatibilizer and the enhanced adhesion in the interfacial phase, samples containing the first type of masterbatch had higher tensile strength and modulus, as compared with those containing the second type of masterbatch. In the presence and absence of the compatibilizer, the tensile modulus was enhanced with increasing the amount of C30B in the composite. It was also observed that by adding C30B to a certain amount, tensile strength was enhanced and then increased in C30B amounts, leading to tensile strength decrement. The SEM micrographs from the fractured surface of samples showed the increase of the drawing ratio and the decrease of C30B amount, resulting in the reduction of microfibril's diameter and the increase in the aspect ratio of microfibrils. Impact test result also indicated that the impact strength of all samples was lower than that of the pure PP. By adding the compatibilizer to the samples, due to the increased adhesion between the matrix and microfibrils, the main fracture mechanism was the fracture of microfibrils, a confirmed by providing SEM micrographs of the fractured surface of the composites. In this research, some micromechanical models were used to evaluate the composite Young's modulus and among them, Pan's equations were found to have the best predictions. Key words : In situ microfibrillar reinforced composite (MFC), Polypropylene, Poly (ethylene terephthalate),
تهیه کامپوزیت های تشکیل شده از میکرولیفچه های تقویت کننده ای که در محل شکل گرفته اند، روشی جدید و کارآمد برای بازیافت دو جزء پلیمری گرمانرم می باشد که دمای ذوب آن دو تفاوت زیادی با یکدیگر دارند. از میان ماتریس های گرمانرم، پلی پروپیلن که خواص مکانیکی بالاتری نسبت به سایر پلی الفین ها دارد و از پرمصرف ترین پلیمرهاست، توجه صنعت گران زیادی را به خود جلب نموده است. پلی(اتیلن ترفتالات) نیزکه از پلاستیک های مهندسی بوده و خواص مکانیکی خوبی دارد، تقویت کننده مناسبی برای افزودن به یک ماتریس پلی الفینی می باشد. با توجه به تفاوت زیادی که در نقطه ذوب پلی پروپیلن و پلی(اتیلن ترفتالات) وجود دارد، می توان کامپوزیت های تقویت شده با میکرولیفچه های تشکیل شده در محل(MFC) را از این دو پلیمر پرمصرف تهیه نمود. نانو ذرات رس به دلیل مدول بسیار بالایی که دارند، پتانسیل زیادی برای بالا بردن خواص مکانیکی کامپوزیت ها دارند. سازگارکننده نیز با سازوکارهای کاهش تنش بین سطحی و افزایش چسبندگی میان اجزاء کامپوزیت، می تواند باعث بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت نهایی گردد. در این تحقیق، ابتدا داخل یک مخلوط کن داخلی دو نوع مستربچ از نانو ذرات رس اصلاح شده، از نوع C30B تهیه شد. در مستربچ اول نانو ذرات رس به همراه سازگارکننده پلی پروپیلن پیوندی با گلیسیدیل متاکریلات در دمای 180 به پلی پروپیلن اضافه شدند، درحالیکه در مستربچ دوم این نانو ذرات بدون حضور هیچ سازگارکننده ای و در دمای 250 به پلی(اتیلن ترفتالات) افزوده گشتند. سپس آلیاژهای نهایی با 25 درصد وزنی پلی(اتیلن ترفتالات) که حاوی مقادیر متفاوت 1، 3 و phr 5 نانو رس بودند، در حضور و عدم حضور سازگارکننده پلی پروپیلن پیوندی با گلیسیدیل متاکریلات، پس از خروج از یک اکسترودر تک مارپیچ به طور پیوسته با نسبت های کششی 3، 5 و 8 کشیده شدند و در انتها توسط قالب گیری فشاری در دمای 190، کامپوزیت نهایی تهیه گردید. نتایج حاصل از آزمون کشش نشان داد که مدول و استحکام نمونه های حاوی مستربچ نوع اول به علت حضور سازگارکننده و بهبود چسبندگی در فصل مشترک دو فاز، بیشتر از نمونه های حاوی مستربچ نوع دوم می باشد و با افزایش میزان نانو ذرات C30B، هم در حالت حضور سازگارکننده و هم بدون آن، مدول کامپوزیت ها افزایش می یابد. با افزایش میزان نانو ذرات رس، استحکام کششی کامپوزیت ها ابتدا مقداری افزایش یافته و سپس به دلیل افزایش نقص های درون کامپوزیت کاهش می یابد. با توجه به تصاویر SEM که از سطح شکست نمونه ها گرفته شد، افزایش نسبت کشش و کاهش میزان نانو ذرات رس، دو عاملی است که باعث کاهش قطر میکرولیفچه های تقویت کننده و افزایش نسبت ابعادی آن ها می شود. با بررسی نتایج حاصل از آزمون ضربه مشاهده شد که استحکام ضربه کامپوزیت ها از پلی پروپیلن خالص کم تر بود. به علت افزودن سازگارکننده و بالا رفتن چسبندگی میان ماتریس و میکرولیفچه ها، سازوکار اصلی شکست کامپوزیت، شکست میکرولیفچه ها بود که این امر با تهیه تصاویر SEM از سطح شکست کامپوزیت ها تایید گردید. در این تحقیق برای پیش بینی مدول کامپوزیت های تهیه شده، نتایج تجربی با مقادیر محاسبه شده از برخی مدل های میکرومکانیک مقایسه شدند که از میان این مدل ها، مدل پن بهترین پیش بینی را ارائه داد. کلمات کلیدی: کامپوزیت های تقویت شده با میکرولیفچه های تشکیل شده درمحل، پلی پروپیلن، پلی(اتیلن ترفتالات)، پلی پروپیلن پیوندی با گلیسیدیل متاکریلات، نانو ذرات رس