Skip to main content
SUPERVISOR
روح اله باقری (استاد راهنما) امید معینی جزنی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Zohreh Mohammadi
زهره محمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Improvement in mechanical properties of PP/O-MMT nanocomposites using compatibilisers and investigation of EPDM effect on toughness in melt processing state
Polypropylene is one of the most important thermoplastic polymers which has attracted great attention due to its chemical, mechanical and thermal properties. In recent decades, the use of clay nanoparticles, especially montmorillonite in polypropylene matrix, has led to the formation of nanocomposites with unique properties. The problem with these nanocomposites, however, is the low penetration of polypropylene chains into the clay layers and the increased gap between the clay layers. Therefore, in polypropylene nanocomposites, clays are used as adapters for compatibility between nano-clay and polypropylene and to achieve higher levels of montmorillonite diffusion into the polymer matrix. Adapters reduce interfacial tension and increase adhesion between components and ultimately improve mechanical properties. The addition of mineral filler also increases the hardness and reduces the processability and toughness of the nanocomposite which can limit its application. Therefore, resilient materials such as ethylene propylene di monomer are used to correct this defect. In this study, to improve the mechanical properties as well as to increase the functional range of polypropylene, composite nanocomposites containing modified organo-modified montmorillonite (O-MMT) and maleic anhydride-grafted polypropylene (SEBS-g-MA) and rubber Ethylene propylene dna monomer (EPDM) was used. Samples were prepared in two phases by melt mixing by twin screw extruder and then injection molding. In the first phase, the samples were fabricated by combining different percentages of these two adapters in order to homogeneously disperse the nanoclay plates into the polymer matrix and increase the adhesion between the matrix and the nanoclay phase. Tensile and impact tests were used to investigate the mechanical properties. Based on the results of the tensile and impact tests, the sample consisted of PP / O-MMT and a combination of adapters with 5 wt% PP-g-MA and 5 wt% SEBS-g-MA tensile strength of 3.76%, Young's modulus of 3.40% and impact strength increased by 19.88% and elongation to break point decreased by 33.66% compared to pure polypropylene. And was selected as the appropriate sample. In the second phase, EPDM was used to improve the toughness of the nanocomposites with low values of 4.2, 6% by weight, and mechanical tests were performed again. The results of tensile strength increased by 3.42%, Young's modulus by 3.06% and impact strength by 42.54% and elongation at break point decreased by 30.69% over pure polypropylene. In fact, the improvement of impact strength and toughness of the nanocomposite containing 2 wt.% EPDM without decreasing rigidity showed that the positive effect of EPDM resulted in improved mechanical properties. X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM) tests were also used to investigate the dispersion of rubber particles and clay nanosheets. The results of XRD test showed that the nanoclay plates distance for the sample containing 5 wt% SEBS-g-MA and 5 wt% PP-g-MA and sample containing 2 wt% EPDM was increased compared to pure nanoparticles and the interlayer state It happened. FESEM images also showed a decrease in particle size and proper distribution of Rubber and O-MMT particles in the polymer matrix for these two samples.
پلی پروپیلن یکی از مهمترین پلیمر های ترموپلاستیکی است که به دلیل داشتن خواص شیمیایی، مکانیکی و حرارتی نسبتاً خوب توجه صنعت گران زیادی را به خود جلب کرده است. در چند دهه اخیر استفاده از نانو ذرات رس بخصوص مونت موریلونیت درون ماتریس پلی پروپیلنی سبب تشکیل نانو کامپوزیت هایی با خواص منحصر به فردی شده است. اما مشکل این نانو کامپوزیت ها نفوذ کم زنجیرهای پلی پروپیلنی به درون لایه های خاک رس و افزایش فاصله بین لایه های خاک رس است. بنابراین در نانو کامپوزیت های پلی پروپیلن-خاک رس به منظور سازگاری بین نانو رس و پلی پروپیلن و دستیابی به سطوح بالاتر پخش مونت موریلونیت درون ماتریس پلیمری از سازگار کننده ها استفاده می کنند. سازگار کننده ها باعث کاهش تنش بین سطحی و افزایش چسبندگی میان اجزا و در نتیجه بهبود خواص مکانیکی می شوند. همچنین افزودن ماده پرکننده معدنی سبب افزایش سختی و کاهش فرایند پذیری و چقرمگی نانو کامپوزیت می شود که می تواند کاربرد آن را محدود کند. بنابراین برای رفع این نقص از مواد انعطاف پذیری از قبیل اتیلن پروپیلن دی ان مونومر استفاده می شود. در این پژوهش جهت بهبود خواص مکانیکی و همچنین افزایش دامنه کاربردی پلی پروپیلن، نانو کامپوزیت های ترکیبی حاوی مونت موریلونیت آلی اصلاح شده (O-MMT) و سازگار کننده های پلی پروپیلن پیوند خورده با مالئیک انیدرید ((PP-g-MA و استایرن اتیلن بوتیلن استایرن پیوند خورده با مالئیک انیدرید((SEBS-g-MA و رابر اتیلن پروپیلن دی ان مونومر(EPDM) استفاده شد. نمونه ها در دوفاز به روش اختلاط مذاب توسط اکسترودر دو مارپیچ و سپس قالب گیری تزریق تهیه شدند. در فاز اول به منظور پراکنش همگن صفحات نانو رس درون ماتریس پلیمری و افزایش چسبندگی بین فاز ماتریس و نانو رس، نمونه ها با ترکیب درصد مختلف این دو سازگارکننده ساخته شدند. برای بررسی خواص مکانیکی از آزمون های کشش و ضربه استفاده شد. بر اساس نتایج آزمون های کشش و ضربه، نمونه شامل PP/O-MMT و ترکیب سازگار کننده ها با 5 درصد وزنی PP-g-MA و 5 درصد وزنی SEBS-g-MA استحکام کششی به میزان 3.76%، مدول یانگ به میزان 3.40% و استحکام ضربه به میزان 19.88% افزایش و میزان ازدیاد طول تا نقطه شکست به میزان 33.66% کاهش نسبت به پلی پروپیلن خالص نشان دادند. و به عنوان نمونه مناسب انتخاب شد. در فاز دوم جهت بهبود چقرمگی نانوکامپوزیت ها از اضافه کردن EPDM با مقادیر کم 4،2 و 6 درصد وزنی استفاده گردید و آزمون های مکانیکی مجدداً برای آن ها انجام شد. نتایج استحکام کششی به میزان3.42%، مدول یانگ به میزان3.06% و میزان استحکام ضربه 42.54 % افزایش و میزان ازدیاد طول در نقطه شکست به میزان 30.69% کاهش نسبت به پلی پروپیلن خالص نشان دادند.در واقع بهبود استحکام ضربه و چقرمگی نانو کامپوزیت حاوی 2 درصد وزنی EPDM را بدون کاهش سفتی و استحکام نشان داد که تأثیر مثبت EPDM در بهبود خواص مکانیکی را نتیجه داده است. همچنین برای بررسی پراکنش ذرات رابر و نانوصفحات رس از آزمون های پراش اشعه ایکس(XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی(FESEM) استفاده شد. نتایج آزمون XRD نشان داد که فاصله صفحات نانورس برای نمونه شامل 5 درصد وزنی SEBS-g-MA و 5 درصد وزنی PP-g-MA و نمونه حاوی 2 درصد وزنی EPDM از آن نسبت به نانوذرات خالص افزایش داشته و حالت میان لایه ای شدن اتفاق افتاده است. همچنین تصاویر FESEM کوچک شدن اندازه قطر ذرات و توزیع مناسب ذرات رابری و O-MMT را در ماتریس پلیمری برای این دو نمونه نشان دادند. کلمات کلیدی: پلی پروپیلن، نانورس، سازگارکننده، مالئیک انیدرید، رابر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی