Skip to main content
SUPERVISOR
Saied Nouri-Khorasani
سعید نوری خراسانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Masoud Behnad
مسعود بهناد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Fabrication and Characterization of Some Mechanical and Electrical Properties of Polypropylene/ Multi-wall Carbon Nanotubes Nanocomposites
In this study, polypropylene nanocomposites were fabricated using multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs) and some mechanical and electrical properties of the nanocomposites were studied. The aim of this study was to investigate the effect of three important processing parameters of banbury internal mixer including rotor speed, mixing time and temperature and also investigate the optimum level of MWCNT’s loadings on some mechanical and electrical properties of the nanocomposites. Design of experiment (DOE) was carried out by statistical Taguchi method and the optimum values of these parameters were determined using minitab15 software. Nine compounds were prepared according to L9 orthogonal array of the Taguchi method in a Haake Rheomix internal mixer. Two sheets for each compound were prepared using compression molding method to prepare standard test specimens for characterization. Tensile tests and electrical resistivity of compounds were measured. Results were statistically analyzed with 95% confidence using Qualitek 4 software. The optimum values of rotor speed, mixing temperature and time were 80 rpm, 180 ?C and 25 min, respectively. Increasing the amount of MWNTs from 0 to 0.75 wt%, increases the electrical conductivity of the nanocomposites by 80%, however it decreases the tensile modulus, elongation at break and ultimate tensile strength of the samples. The X-ray diffraction pattern of PP/MWCNTs shows that the MWNTs do not affect the crystalline polymorph of PP and it acts as ? nucleating agent in PP crystals. The tensile modulus of the samples were compared with some well-known models including mixture rule, Hashin-Shtrikman and Halpin-Tsai models. The obtained experimental data were higher than the predicted values by those three models.
:در این پژوهش باپخش نانو لوله‌های کربنی چند جداره (در درصد های وزنی 0تا3درصدوزنی)در زمینه پلی پروپیلن، نانو کامپوزیت پلی پروپیلن/نانو لوله های کربنی چند جداره ساخته شد و سپس بعضی خواص مکانیکی و رسانایی الکتریکی نانو کامپوزیت ساخته شده مورد بررسی قرار گرفت. در فرآیند ساخت نانو کامپوزیت پلی پروپیلن/ نانو لوله های کربنی چند جداره اثر عوامل موثر در پخش بهتر نانو لوله های کربنی چند جداره در زمینه پلی پروپیلن شامل: دمای اختلاط، سرعت اختلاط، زمان اختلاط، درصد وزنی نانو لوله‌های کربنی بررسی شد. بدین منظور ابتدا با استفاده از روش آماری تاگوچی طراحی آزمایش انجام و مقادیر بهینه عوامل موثر در پخش نانو لوله های کربنی چند جداره در زمینه پلی‌پروپیلن با استفاده از نرم افزار بدست آمد .سپس به کمک مخلوط کن داخلی وبا استفاده از مقادیر حاصل از نرم افزار آماری تاگوچی 9 آمیزه ساخته شد. آنگاه با استفاده از پرس داغ آمیزها به صورت صفحه درآورده شد. بعضی خواص مکانیکی شامل مدول ، ازدیاد طول در نقطه شکست،تنش در نقطه شکست بررسی شد و رسانایی الکتریکی صفحه کامپوزیت پلی پروپیلن/ نانو لوله های کربنی چند جداره مورد بررسی قرار گرفت سپس نتایج حاصل از آزمون‌های خواص مکانیکی و الکتریکی به نرم‌افزار تاگوچی داده شد تا تأثیر هر عامل بر خواص مکانیکی و الکتریکی مشخص شود. با بررسی نتایجی که از نرم‌افزار تاگوچی به دست آمده و با وزن دادن به خواص مکانیکی و الکتریکی مقادیر بهینه مورد بررسی، مشخص شد. نتایج حاصل از بررسی‌ها و آزمون ها نشان داد که نقاط بهینه دمای اختلاط، سرعت اختلاط، زمان اختلاط به ترتیب 180 درجه سانتی‌گراد، 80 دور بر دقیقه و 25 دقیقه است. با استفاده از شرایط بهینه فرآیندی ساخت نانوکامپوزیت، تأثیر درصد وزنی نانو لوله های کربنی چند جداره بر خواص مکانیکی والکتریکی کامپوزیت پلی پروپیلن/ نانو لوله های کربنی بررسی شد. درصد وزنی نانو لوله های کربنی چند جداره نسبت به پلی پروپیلن از صفر تا 3 درصد وزنی تغییر داده شد و بروی نمونه های تهیه شده آزمون های مکانیکی و الکتریکی آنها انجام شد. با بررسی نتایج به دست آمده از آزمون‌ها مشخص شد که با افزایش درصد وزنی نانو لوله های کربنی از صفر تا 75/0% وزنی خواص مکانیکی نانو کامپوزیت (مدول ، ازدیاد طول در نقطه شکست،تنش در نقطه شکست)ابتدا افت کرده و با افزایش مقدار نانو لوله های کربنی چند جداره تا 5/1%وزنی افزایش می یابد . رسانایی الکتریکی نانو کامپوزیت با افزایش مقدار نانو لوله‌های کربنی چند جداره تا75/0 درصد وزنی تا 80% افزایش پیدا می کند. حضور نانو لوله ها حتی در حالت غیر عامل دار با وجود توزیع و پراکنش ضعیف و افت خواص مکانیکی توانسته اند رسانایی الکتریکی کامپوزیت را افزایش دهند. پراش اشعه ایکس نشان داد که پیک های ایجاد شده از نانو لوله های کربنی چند جداره بدون عامل در نمونه کامپوزیت بسیار ضعیف در حالی که پیک های پراش پلی پروپیلن همگی قوی تر می باشند و ساختار هسته گذاری ? در نانو کامپوزیت در حضور نانولوله ای کربنی چند جداره تغییر نکرده است. نتایج حاصل از تئوری ها و مدل های موجود در مورد نانو کامپوزیت ها(قانون مخلوط ها،مدل هاشین- شتریکمن و مدل هالپین - تسای)مقایسه شد . نتایج بدست آمده از این مدل ها و تئوری ها ،بیانگر عدم کارایی کافی مدل های یادشده برای مدل سازی و توجیه تقویت نانو کامپوزیت های ذره ای می باشد اما با توجه به آنکه نتایج تجربی بیشتر از نتایج حاصل از این مدل ها و تئوری ها می باشند،لذا می توان از حد بالای نتایج مدل ها و تئوری های یادشده برای انجام محاسبات بهره گرفت .

ارتقاء امنیت وب با وف بومی