Skip to main content
SUPERVISOR
محمدعلی الشریف (استاد مشاور) علی زادهوش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Reihane Reihani
ریحانه ریحانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Effect of Surface Modification of Carbon Nanotubes on The Rheological Behavior and Mechanical Properties of polypropylene/carbon nanotubes composites
Multi-wall carbon nanotubes (MWNTs) filled polypropylene (PP) nanocomposites were prepared by melt compounding with a twin screw extruder. Polypropylene grafted maleic anhydride (PP-g-MA) was used to promote distribution the carbon nanotubes. The effect of MWNTs-COOH and MWNT addition on the rheological, mechanical and morphological properties of the nanocomposites was assessed for different MWNTs-COOH loadings (i.e.,0.5, 1 and 1.5 wt%). Evidence for hydrogen bonding between maleic anhydride grafted polypropylene and MWNTs-COOH was obtained using FTIR. For linear rheological measurements, the strain amplitude was fixed to 1% . The rheological results showed that the materials experience a fluid–solid transition, beyond which a continuous MWNT network forms throughout the matrix and in turn promotes the reinforcement. On a very large shear rate range ; 100 to 1500 (s -1 ) for all samples with increase shear rate, increase shear stress and decrease shear viscosity. Rheological behavior samples show Herschel bulkley fluid model. When PP-g-MA is added, dynamic moduli and viscosity further increases compared to PP/MWNTs nanocomposite. Results of stress–strain measurement reveal that Young’s modulus increases, while elongation at break decreases with increase in MWNTs-COOH loading. SEM analysis has shown that nanotubes are distributed reasonably uniforml A better distributed good adhesion between the nanotubes and the PP matrix is caused by wrapping of PP-g-MA on MWNTs-COOH. Keywords: surface modification, multi wall carbon nanotubes, polypropylene , rheological behavior and mechanical properties
نساجی یکی از زمینه هایی است که نانوتکنولوژی می تواند تأثیرات شگرفی در آن ایجاد کند. نانوتکنولوژی بر این مبنا استوار است که با کاهش اندازه ذرات تا نانومتر، خواص ماده به دست آمده، به طور قابل توجهی تغییر می کند. نانو کامپوزیت ها از دو یا چند جزء مجزا از هم تشکیل شده اند که حداقل یک جزء از آنها باید دارای ابعاد کمتر از صد نانومتر باشد. یکی از پدیده های نوظهور در مقیاس نانو، نانو لوله های کربنی هستند که دارای ساختار سیلندری و قطری در حدود یک تا صد نانومتر می باشند. نانو لوله های کربنی به واسطه نسبت طول به قطر بسیار بالای خود، دارای خواص فوق العاده ای از قبیل: خواص مکانیکی بسیار بالا، هدایت حرارتی و الکتریکی بسیار خوبی می باشند. در بین بیشتر ماتریسهای پلیمری، نانولوله ها سازگاری خوبی با پلی اولفینهایی نظیر پلی پروپیلن دارند . بعضی نتایج، از کاربرد نانولوله ها به عنوان تقویت کننده در ماتریس پلی پروپیلن جهت بهبود خواص مکانیکی، هدایت الکتریکی، پایداری حرارتی و هم چنین تغییر قابل توجهی در رفتار رئولوژیکی نانوکامپوزیت،گزارش داده اند. تحقیقات نشان داده اند که تغییر در رفتار رئولوژیکی پلیمر حاوی نانو لوله ها، بدلیل تشکیل شبکه پر کننده در نانوکامپوزیت می باشد. تشکیل این ساختار شبکه ای به میزان زیادی به تجمع و توزیع نانولوله ها در ماتریس پلیمر نسبت داده می شود . توزیع همگن نانو لوله ها در ماتریس پلی پروپیلن، بدلیل طبیعت غیرفعال سطح نانولوله ها و تشکیل توده های اجتناب ناپذیر در اثر نیروهای واندروالس در طی عمل سنتز و همچنین مساحت سطح مخصوص بالای نانولوله های کربنی، سخت می باشد. جهت رفع این مشکل، روش های متنوعی از قبیل مکانیکی، شیمیایی و پرتودهی جهت اصلاح سطح نانو لوله ها وجود دارد که توزیع بهتر آنها را در بر دارد. در این تحقیق پلی پروپیلن خالص با نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن وگرافت پلی پروپیلن-مالئیک انیدرید و نانولوله های اصلاح شده در سه درصد وزنی5/0، 1و 5/1و نانوکامپوزیت پلی پروپیلن و نانولوله های اصلاح نشده در 1 درصد وزنی مقایسه شدند. از FTIR برای بررسی وقوع احتمالی واکنش های شیمیایی در سطح و یا در درون زنجیره ی مولکولی نانوکامپویت ها استفاده شد. جهت تعیین مدل رئولوژیکی مذاب نمونه ها از رئومتر کاپیلاری استفاده شد. می توان نتیجه گرفت در نرخ کرنش 100 تا 1500 (s -1 )، رفتار مذاب نمونه ها مشابه با سیالات ویسکو -پلاستیک است و نزدیک ترین مدل رئولوژیکی به رفتار سیالات، مدل هرشل بالکلی است. با افزودن نانو لوله های کربنی اصلاح شده و اصلاح نشده تنها پارامترهای مدل تغییر می کنند. جهت بررسی میکروساختار نمونه ها از رئومتر دینامیکی استفاده شد. می توان نتیجه گیری کرد در کرنش 1 درصد مذاب نانوکامپوزیت ها از دسته سیالات ویسکو-الاستیک پیروی می کنند. نانوکامپوزیت ها نسبت به پلی پروپیلن خالص دارای مدول ذخیره، مدول اتلاف، مدول مرکب و ویسکوزیته ی مرکب بیشتری هستند. مدول ذخیره، مدول اتلاف، مدول مرکب و ویسکوزیته ی مرکب نانوکامپوزیت ها با نانولوله های اصلاح شده بیشتر از اصلاح نشده می باشند. در بررسی خواص مکانیکی مشاهده شد که، استحکام کششی و مدول کششی نانوکامپوزیت ها نسبت به پلی پروپیلن خالص بیشتر است ولی ازدیاد طول تا شکست کمتری دارند. با افزایش میزان نانولوله ها در نانوکامپوزیت ها، استحکام کششی و مدول کششی افزایش و ازدیاد طول تا شکست کاهش می یابند. نانوکامپوزیت حاوی نانولوله های اصلاح شده، استحکام کششی و مدول کششی بیشتر و ازدیاد طول تا شکست کمتری نسبت به حالت اصلاح نشده دارند. به منظور مقایسه آماری خواص رئولوژیکی و مکانیکی از نرم افزار استفاده شد. جهت بررسی دیسپرس شدن به صورت کیفی وکمی از تصاویر SEM، نرم افزارهای متلب و ایزی فیت استفاده شد. کلمات کلیدی : اصلاح سطح، نانولوله کربنی چند دیواره، نانوکامپوزیت پلی پروپیلن، رفتار رئولوژیکی و خواص مکانیکی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی