عنوان پایان‌نامه
بررسی توزیع برهم کنش و ایجاد ابرساختار در نانو کامپوزیت های پلی یورتان -نانو لوله های کربنی چند جداره
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - صنایع پلیمر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1006.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48266
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۳۸۹
- دانشجو
- عاطفه پیشداد
- استاد راهنما
- بابک کفاشی
- چکیده
- تاکنون تحقیقات گسترده ای راجع به نانوکامپوزیت های پلیمری حاوی نانولوله های کربنی انجام شده است که از این بین تعداد کمتری از آنها به سیستم های بر پایه ررزین های ترموست اختصاص یافته اند و این در حالی است که امروزه رزین های ترموست کاربرد گسترده ای را در صنایع مختلف شیمیایی دارا هستند. تولید ساختار نانو در کامپوزیت های (ترموست/ نانولو له کربنی) سبب ارتقای خواص فیزیکی مکانیکی آن ها می گردد. از جمله افزایش چقرمگی این رزین ها با استفاده از نانولوله های کربنی چند جداره (MWCNT) و همچنین بهبود خواص الکتریکی آنها که ارتباط نزدیکی به چگونگی ایجاد ابرساختار از ذرات پرکننده در ماتریس پلیمری دارد. خواص مکانیکی اصولا بایستی با برهم-کنش میان پلیمر و پرکننده بررسی شوند و دیگر خواص از قبیل خواص ریولوژیکی و الکتریکی نیز با چگونگی توزیع و پراکنش ذرات در ماتریس پلیمری در ارتباط هستند. با توجه به کاربرد گسترده پلی یورتان ها در صنایع مختلف و نیاز به بهبود برخی از خواص آنها از جمله خواص مکانیکی و الکتریکی، در این تحقیق با افزودن نانولوله های کربنی چندجداره به این پلیمر سعی بر بهبود این خواص داشته ایم. به این منظور پس از اصلاح سطح نانولوله ها با اسید سولفوریک/ اسیدنیتریک و نشاندن گروه های عاملی کربوکسیلیک روی سطح آنها سامانه های محلولی پلی تترامتیلن اتیل گلایکول/ MWCNT و پیش پلیمر پلی یورتان/MWCNT (بر مبنای پلی-تترامتیلن اتیل¬گلایکول و تولوئن دی ایزوسیانات) با ترکیب درصدهای مختلفی از نانوذرات تهیه شده و آزمون های رئولوژیکی مورد نظر به منظور بررسی کیفیت پراکنش نانوذرات داخل ماتریس های پلیمری و چگونگی ایجاد ابرساختار در سامانه ها که با جز حجمی های اول و دوم Percolation رئولوژیکی ?**,?*)) مشخص می شود و نیز بررسی برهم کنش میان پلیمرو MWCNT با بررسی طیف استراحت زنجیره های پلیمری? روی این سامانه ها انجام شده است. از طرفی با توجه به ارتباط میان آستانه Percolation رئولوژیکی و آستانه Percolation الکتریکی در نانوکامپوزیت¬های بر پایه نانولوله¬های کربنی، آزمون هدایت الکتریکی نیز بر روی این سامانه¬ها انجام شده است که نتایج حاکی از نزدیک بودن این دو آستانه در هردو سامانه دارد. در این تحقیق آستانه Percolation رئولوژیکی در سامانه PTMEG/MWCNT حدود 25/0 تا 5/0درصدوزنی (135/0 تا 27/0 درصد حجمی) و در سامانه PU PREPOLYMER/MWCNT حدود 25/0 تا 75/0 درصد وزنی (17/0 تا 65/0 درصد حجمی) مشخص شده است که در این محدوده¬ها شاهد بهبود چشمگیر در خواص رئولوژیکی سامانه¬ها هستیم. د¬ر واقع در جز حجمی?* تجمعات پراکنده¬ای از نانوذرات و کلاسترها و در جز حجمی ?** تشکیل شبکه¬ای پیوسته از کلاسترها را در نانوکامپوزیت¬ داریم. در نهایت با افزودن عامل پخت به سامانه PU PREPOLYMER/MWCNT و تهیه نانوکامپوزیت پلی¬یورتان/ نانولوله¬کربنی چندجداره به روش پیش پلیمری آزمون¬هایی از قبیل پایداری حرارتی و کششی روی نمونه¬های تهیه شده انجام گرفته است. نتیجه آزمون پایداری حرارتی نشان می¬دهد اضافه کردن MWCNT تا 75/0 درصد وزنی تاثیر خاصی روی پایداری حرارتی پلی¬یورتان ندارد ولی نتایج آزمون مکانیکی نشان¬دهنده افزایش مدول یانگ نمونه¬ها در تمامی ترکیب درصدهای وزنی از MWCNT است. نتایج استحکام کششی و ازدیادطول¬درنقطه -شکست نمونه¬ها نیز حاکی از افزایش همزمان استحکام و چقرمگی نانوکامپوزیت تا 5/0درصد وزنی از MWCNT است. با توجه به نتایج حاصل، در 5/0 درصد وزنی از نانولوله کربنی بهترین خواص مکانیکی حاصل شده است. سطح نمونه¬ها نیز با استفاده از FESEMبررسی شده¬اند که در ترکیب درصد 75/0 وزنی تجمعی از کلاسترها و تشکیل شبکه¬ای از نانولوله¬ها در بستر پلیمری مشاهده شده است.
- Abstract
- Polyurethane(PU) is an important class of polymeric materials for a variety of applications due to their useful properties such as excellent flexibility, elasticity and damping ability. Furthermore, the properties can be easily tailored through changing their molecular chain structure of soft segment and hard segment. Therefore it is reasonably believed that PU can serve as an excellent matrix for polymeric MWCNT nanocomposites. In this project, PTMEG/MWCNT and PU prepolymer/MWCNT nanocomposites with concentration ranged between 0.15 - 2 wt% were prepared via mechanical agitation and sonication. The particles were acid treated in a mixture of sulfuric acid/nitric¬ acid (3/1), providing uniform dispersion of the nano tubes in the polymer matrix. Degrees of MWCNT dispersion in polymer matrix were investigated by using experimental data from low-amplitude oscillatory shear and steady-state shear flow. Formation of nanoparticles superstructure in nanocomposites were quantified by determining the two percolation thresholds (?* and ?**) at low deformation rate. ?* and ?** are critical concentration of local percolation and global network percolation of MWCNT in polymeric matrix and for PTMEG/MWCNT and PU prepolymer/MWCNT were estimated at ranges 0.25-0.5wt% and 0.25-0.75wt% respectively. It was observed that there is a significant improvement in rheological characteristics of both polymer/MWCNT systems due to the dispersion of particles agglomeration at ?* and continuous network of clusters at ?**. Interfacial interactions in MWCNT/PTMEG composites were estimated by means of the relaxation time spectra. It showed high improvement at ?** (0.5% wt). On the other hand, considering the relationship between rheological percolation threshold and electrical percolation threshold in MWCNT based nanocomposites, electrical conductivity measurements were performed and the results confirmed that these two thresholds are very close to one another. Finally with the addition of curing agent to the PU prepolymer/MWCNT systems, some nanocomposites were prepared by the prepolymer method and the thermal stability and mechanical properties were characterizeded. Thermal stability results show that addition of MWCNT up to 0.75 wt% has no significant effect on the PU thermal stability whereas the mechanical test results show that the Young’s modulus increases significantly as the MWCNT content increases up to 0.5wt%. Considering the results mentioned above, 0.5wt% was chosen as the optimum MWCNT content resulting in higher mechanical properties. Considering the FESEM images of specimens, it was found out that there is a nano tube network or cluster agglomeration at 0.75wt% MWCNT in polymeric matrix.
