ساخت و مقایسه خواص مکانیکی نانوکامپوزیت پلی‌پروپیلن تقویت شده با الیاف کربن و نانوذرات کربنات کلسیم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکزی، تهران

2 استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکزی

چکیده

در تحقیق جاری، جهت ساخت نانو کامپوزیت‌ پلی‌پروپیلن تقویت شده با الیاف کربن و نانوذرات کربنات کلسیم، گرانول پلی‏پروپیلن با درصدهای مشخصی از سازگار کننده مالئیک آنیدرید و نانو کربنات کلسیم، به دستگاه اکسترودر تغذیه و گرانول آمیخته خروجی اکسترودر، داخل قالبی تحت پرس گرم قرار گرفت. بعد از تولید ورق‏های رزین از این گرانولها، آنها به صورت ساندویچی مابین صفحات پارچه‌ای الیاف کربن لایه‌چینی و پرس گرم می‏شوند و نمونه‌های نانو ‌کامپوزیتی آماده می‌شود. پس از تهیه نمونه‌های استاندارد آزمونهای کشش، خمش و ضربه از هر دو نوع کامپوزیت پلی‌پروپیلن تقویت شده با الیاف کربن حاوی نانوذرات و فاقد نانوذرات، آزمونهای مکانیکی بر روی آنها انجام شد. نتایج نشان داد که نمونه‏ کامپوزیتی حاوی نانو کربنات کلسیم 87% استحکام کششی بیشتر، 26% استحکام خمشی بیشتر و 40% استحکام ضربه بیشتر، نسبت به کامپوزیت فاقد نانوذرات دارا
می‌باشد. سازگار کننده مالئیک آنیدرید به سبب تشکیل کوپلیمر پلی‌پروپیلن-کربنات کلسیم، منجر به بهبود یکنواختی ترکیب و افزایش چسبندگی بین فازهای پلی-پروپیلن و نانوکربنات کلسیم می‌شود. به علت بالاتر بودن مدول الاستیسیته نانوذرات در مقایسه با زمینه پلی‌پروپیلن و همچنین خاصیت جوانه‌زنی احتمالی نانو ذرات در زمینه پلیمری، استحکام کلی نمونه نانوکامپوزیتی افزایش یافته است، همچنین به علت متقارن بودن شکل نانوذرات شبه‌کروی کربنات کلسیم، این ذرات در جهات مختلف خواص همسانگرد دارند و منجر به افزایش میزان بلورینگی در زمینه پلیمری و استحکام نانوکامپوزیت می‌شود. پراکندگی نانوذرات در زمینه پلی‌پروپیلن باعث می‌شود انرژی ضربه وارد شده در تمام مقطع پخش و در نتیجه، قابلیت جذب انرژی، پیش از شکست افزایش یابد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Manufacture and Comparison of Mechanical Properties of Reinforced Polypropylene Nanocomposite with Carbon Fibers and Calcium Carbonate Nanoparticles

نویسنده [English]

  • Mohammad Javad Ansari 1
1 Department of Mechanical Engineering, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In current research, in order to manufacture reinforced polypropylene composite with carbon fibers and CaCO3 nano-particles, polypropylene granules were fed to an extruder with specific percentages of maleic anhydride compatibilizer and calcium carbonate nano-particles and then extruded compound granules were hot-pressed inside a mold. After generating resin sheets from these granules, they were sandwiched between carbon fiber plain fabrics and heat-pressed, consequently samples of nano-composite are prepared. Standard mechanical tests of tensile, bending and impact were performed on prepared samples of both types of reinforced polypropylene composite with carbon fibers containing nano-particles and without nano-particles. Results showed that composite specimens containing calcium carbonate nano-particles endure 87% more tensile strength, 26% more bending strength and 40% more impact strength than specimens without nano-particles. The maleic anhydride compatibilizer, due to formation of polypropylene-calcium carbonate co-polymer, improves the uniformity of the compound and increases adhesion between polypropylene and calcium carbonate phases. Because of higher elasticity modulus of nano-particle compared to the polypropylene matrix as well as the possible nucleation of nano-particles in the polymer matrix, the overall strength of the nano-composite sample has increased. Also due to the symmetric shape of the quasi-spherical calcium carbonate nano-particles, these particles have isotropic properties in different directions and lead to an increase in the level of crystallinity in the polymeric matrix and the strength of the nano-composite. The dispersion of nano-particles in the polypropylene base causes the impact energy to be spread across the whole cross-section and thus the energy absorption capacity increases before fracture

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carbon Fibers
  • Calcium Carbonate Nanoparticles
  • Tensile test
  • Bending Test
  • impact test