SUPERVISOR
Saied Nouri-Khorasani
سعید نوری خراسانی (استاد راهنما)
STUDENT
Ahmad Reza Rouhollahi
احمدرضا روح الهی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Preparation and Characterization of Composite basedon Nylon 6and Polyethylene Grafted with Maleic Anhydride Reinforced with Nanoclay
The aim of this reaserch is to prepare composite samples of nylon 6 / nanoclay, alloy samples of nylon 6 / polyethylene grafted with maleic anhydride and a hybride of above as a substitute for nylon 12. Nylon 6 is an engineering plastic and in this research the aim is to change its mechanichal properties and gasoline permeation resistance that can be used instead of nylon 12. For this aim, first two types of compound include composite samples of nylon 6 / nanoclay and alloy samples of nylon 6 / polyethylene grafted with maleic anhydride(PE-g-MA)prepared with melt method. For evalution of properties of samples, three type tests were carried out.Once type of test were include X-Ray diffraction analysis (XRD) and Thermogravimetry analysis (TGA) on samples of composite were carried out. Second type, Scanning Electron Microscope (SEM) and FTIR analysis were carried out alloy on samples. Tertiary type, gasoline permeation, tensile strength, elastic modulus, strain to failure and impact strength carried out on two type samples. Cloisite 30B was used in composite samples. In nylon 6/ nanoclay composites was used with weight percents of 1, 3 and 5. TGA analysis show that real amount of nanoclay in composite for samples with 1, 3 and 5 weight percent was 0.95, 2.86 and 4.75 respectively. XRD analysis shows that peak available in cloisite 30B in 2? = 4.8, did not appeare in samples with 3 and 5 weight percents. Results show that nanoclay exfoliated in nylon 6. Also, the alloys of nylon 6 /PE-g-MA were prepared with weight percents of 10, 20 and 30 of PE-g-MA. FTIR results show that, there was interaction between maleic anhydride group in PE-g-MA and amide group in nylon 6. SEM photomicrographs show that separated phase in alloy samples not seen.Results of gasoline permeation show that, the lowest gasoline permeation occurred when using 3 wt% of nanoclay (0.46 gr/m 2 .day) in composites and 10 wt% of PE-g-MA in alloys(0.46 gr/m 2 .day). Moreover, the tensile test results showed that with increasing the amount of nanoclay from 1 to 5 wt% in composites, the elastic modulus increased by 18 to 45% and tensile strength increased by 12 to 47% with respect to neat nylon 6. While, in alloys with increasing the amount of PE-g-MA from 10 to 30 wt%, the elastic modulus decreased by 7 to 31 % and tensile strength decreased by 14 to 42% compared to neat PA6. Also, the results of impact test showed that the impact strength ofcomposites increased with increasing the amount of nanoclay decreased and impact strength alloys increased with increasing the amount of nanoclay and PE-g-MA. Finally sample with 3% nanoclay and 10% PE-g-MA prepared and mechanical properties and permeation resistance were investigated. The result of permeation test shows that this sample had lowest amount of permeation when compared with composits and alloy samples (0.41gr/m 2 .day). Tensile test results for composite- alloy sample showed that, the elastic modulus increased 9%, tensile strength decreased to 10%and impact strength increased to 97% respect to neat nylon 6. Keywords: nylon 6, composite, alloy,gasoline permeation, mechanical properties
هدف این پژوهش اصلاح نمودن نایلون 6 جهت تهیه لوله های انتقال سوخت است. جهت این کار می توان از دو روش تهیه کامپوزیت و آلیاژ و یا ترکیب هر دو روش با یکدیگر استفاده نمود. در این پژوهش ابتدا نمونه هایکامپوزیت نایلون6 با نانورس و آلیاژ نایلون 6 با پلی اتیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید تهیه می شود و در نهایت از میان نمونه های ممتاز که دارای کمترین میزان نفوذ بنزین هستند، نمونهکامپوزیت– آلیاژ بر پایه نایلون 6 / پلی اتیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید تقویت شده با نانورس تهیه می گردد. کامپوزیت نایلون6/نانورس با درصد های وزنی 1 ، 3 و 5 نانورس از نوع cloisite30Bبه روش مذاب تهیه شد. در نتایج حاصل از آزمون تفرق پرتو ایکس (XRD) بر روی نانورس ونمونه های کامپوزیت نشان داد که پیک موجود در زاویه دوتتا برابر با 8/4 مربوط به نانورس است.این پیک در نمونه های کامپوزیت دیده نشد که این امر نشان دهنده پراکنش خوب نانورس در نایلون6 است. آزمون خاکستر جهت تعیین درصد واقعی مقدار نانورس در ماتریس پلیمری انجام گردید. نتایج نشان داد که برای درصدهای وزنی 1، 3 و 5 وزنی، مقدار واقعی درصدهای وزنیدر نمونه های کامپوزیتی به ترتیب 95/0 ، 86/2 و 75/4 درصد وزنی است.خواص فیزیکی مکانیکی مورد بررسی شامل آزمون کشش و ضربه است. نتایج حاصل از بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی در کامپوزیت نشان داد که با افزایش درصد نانو رس از 1 تا 5 درصد وزنی مدول کششی به ترتیب 18 ، 31 و 45 درصد و استحکام کششی12،19 و 47 درصد نسبت به نایلون 6 خالص افزایش ومقاومت ضربه ای 35 ،37 و 47 درصد نسبت به نایلون 6 خالص کاهش می یابد. آلیاژهای نایلون 6 با پلی اتیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید، در درصدهای وزنی 10 ، 20 و 30 درصد پلی اتیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید نیز به روش مذاب تهیه گردید.آزمون طیف سنجی انتقال فوریه مادون قرمز (FTIR)جهت بررسی پیوند ایجاد شده در نمونه آلیاژی انجام گرفت. نتایج نشان دهنده ایجاد پیوند میان گروه آمیدی و مالئیک بود. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، ریخت شناسی سطح شکست آلیاژها مورد بررسی قرار گرفت.تصاویر جدایی فازهارا از یکدیگر نشان نداد.خواص مکانیکی برای نمونه های آلیاژی نیز انجام گرفت.در مورد نمونه های آلیاژ با افزایش درصد پلی اتیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید از 10 تا 30 درصد وزنی مدول کششی به ترتیب 7 ، 20 و31 درصد و استحکام کششی به ترتیب 14 ، 30 و 42 درصد نسبت به نایلون 6 خالص کاهش و مقاومت ضربه ای 455 ،982 و 1344 درصد نسبت به نایلون 6 خالص افزایش می یابد. آزمون مقاومت در برابر نفوذ بنزین بر روی نمونه های کامپوزیت و آلیاژ صورت گرفت و مشاهده شد که نمونه با 3 درصد نانو در بین نمونه های کامپوزیتی و نمونه با 10 درصد پلی اتیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید در نمونه های آلیاژی، کمترین مقدار نفوذ بنزین را از خود نشان دادند. از این رو نمونه کامپوزیت– آلیاژ با درصدهای وزنی 78 درصد نایلون 6 ، 3 درصد نانورس و 10 درصد پلی اتیلن گرافت شده با مالئیک انیدرید تهیه گردید. نتایج حاصل از آزمون نفوذ در این نمونه نشان داد که استفاده همزمان از دو روش کامپوزیت و آلیاژسازی ، میزان نفوذ بنزین را کاهش می دهد. در نمونه کامپوزیت– آلیاژ مدول کششی 9درصد نسبت به نایلون 6 خالص افزایش، استحکام کششی 10 درصدنسبت به نایلون 6 خالص کاهش و مقاومت ضربه ای 97 درصد نسبت به نایلون 6 خالص افزایش می یابد. کلمات کلیدی: نفوذ ، بنزین ، نایلون6، کامپوزیت، آلیاژ ، کامپوزیت– آلیاژ، خواص فیزیکی مکانیکی.