بررسی تجربی خواص مکانیکی کشش و ضربه در نانوکامپوزیت‌های هیبریدی پایه پلیمری به روش رویه پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی مکانیک، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی ، شوشتر، ایران

2 استادیار و عضو هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اندیمشک

3 مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

در این تحقیق، خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های هیبریدی با زمینه پلیمری پلی‌پروپیلن و اتیلن‌پروپیلن‌دی‌ان‌مونومر تقویت شده با نانوصفحات‌گرافن، نانوخاک‌رس و الیاف شیشه به روش رویه پاسخ بررسی شده است. ترکیبات شامل 0، 1 و 2 درصد وزنی نانوصفحات‌گرافن0، 3 و 6 درصد وزنی نانوخاک‌رس 0، 10 و20 درصد وزنی الیاف شیشه 0، 5 و 10 درصد وزنی اتیلن‌پروپیلن‌دی‌ان‌مونومر می‌باشند که توسط یک مخلوط‌کن داخلی و یک دستگاه پرس داغ تهیه شدند. آزمون کشش برای تعیین استحکام کششی و مدول کششی و آزمون ضربه برای تعیین استحکام ضربۀ ترکیبات انجام شدند. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی جهت مشاهدۀ نحوۀ پراکندگی ذرات نانو و الیاف شیشه در زمینۀ پلیمری استفاده شدند. نتایج نشان می دهد که نانو صفحات‌گرافن و نانو خاک ‌رس در درصدهای بالا دچار کلوخگی شده‌اند. حضور نانوصفحات‌گرافن در درصدهای وزنی پایین استحکام ضربه، استحکام کششی و مدول کششی را به ترتیب 23، 46 و 16 درصد افزایش داده است.افزودن نانورس در درصدهای وزنی پایین باعث افزایش 21% استحکام کششی و در درصدهای وزنی بالا باعث کاهش خواص مکانیکی شده است. افزودن الیاف شیشه باعث افزایش 18% و 24% استحکام ضربه و مدول کششی شده و استحکام کششی را ابتدا افزایش و سپس کاهش داده است. نتایج نشان می دهد که افزودن اتیلن‌پروپیلن‌دی‌ان‌مونومر استحکام ضربه را 57% افزایش داده در صورتیکه بر روی خواص کششی ماده تأثیر کاهشی داشته است.

کلیدواژه‌ها


[1] Rosato, D., “Reinforced plastics handbook,” Third ed, Plastic source publication, Concord MA, USA, pp. 113-121, 2004.
[2] Koch, C., Ovidko, I., Seal, S. and Veprek, S.,“structural nanocrystalline material, first published,” CambridgeUniversity press, New York, pp. 346-347, 2007.
[3] Selvakumar, V., Palanikumar, K.and Palanivelu, K., “Studies of mechanical characterization of Polypropylene/Na+-MMT nanocomposites,” Journal of Minerals & Materials characterization &Engineering, Vol.9, No.8, pp.671-681, 2010.
[4] Bikiaris, D., “Microstracture and properties of polypropylene/carbon nanotube nanocomposites”, Materials, Vol. 3, No. 4, pp. 2884-2946, 2010.
 [5] Kargarzadeh, H., Ahmad, I., “Mechanical Properties of Epoxy–Rubber Blends,” Handbook of epoxy blends, pp. 1-36, 2016.
[6] Firouze, M., kazemi S., Ghasemi, I., “Production of Wood/Plastic Composites Based on PP/HDPE Blends: Determination of Optimum Conditions,” In Persian, Iranian Journal of Polymer Science and Technology, Vol. 24, No. 1, 43-53, 2011.
[7] Mittal, V., “Polymer-Graphene Nanocomposites,” RSC Publishing, Cambridge, pp. 1-3, 2012.
[8] Wei J. T., “Epoxy/graphene Nanocomposites–Processing and Properties: a Review,” RSC Advances 5(90): 73510-73524, 2015.
[9] Galpaya, D. and Wang, M., “Preparation of Graphene Oxide/epoxy Nanocomposites with Significantly Improved Mechanical Properties,” Journal of Applied Physics, 116(5): 053518, 2014.
[10] HadadiAsl, V. and Karimkhani, V. “Introduction to Nanotechnology applications in polymers,”In Persian, Petroleum Industry Research Center, pp. 165-178, Tehran, 2010.
[11] Etcheverry, M. and Barbosa S. E., “Glass Fiber Reinforced Polypropylene Mechanical Properties Enhancement by Adhesion Improvement,” Materials, Vol. 5, No. 6, pp. 1084-1113, 2012.
[12]Menbari, S., Ashenai ghasemi F.and Ghasemi I., “Comparison of mechanical properities of hybrid nanocomposites of Polyproplene/ Talc/ Graphene with Polypropylene/ Graphene,” In Persian, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 7, pp 329-335, 2015.
[13]Nouri Niyaraki, M., Ashenai Ghasemi, F., Ghasemi, I. and Daneshpayeh, S., “Predicting the tensile strength and elongation at break of PP/graphene/glass fiber/EPDM nanocomposites using response surface methodology,” Mechanics of Advanced Materials and Structures, 5(29) May, pp. 1537-6532, 2019.
[14]Ansari, M. J. and Jabbaripour, B.,“Manufacture and Comparison of Mechanical Properties of Reinforced Polypropylene Nanocomposite with Carbon Fibers and Calcium Carbonate Nanoparticles,”in Persian, Journal of Manufacturing Engineering, Vol. 6, No. 5, pp. 1-12, 2019.
[15] Esmizadeh, E., Sahraeian, R., Naderi, Gh. and Esfandeh, M., “Mechanical behavior of nanoperlite/nanoclay hybrid nanocomposites based on polyethylene: Experimental and numerical validation of hyperplastic models, “in Persian Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 6, No. 2, pp. 283-293, 2019.
[16]Wang, W. and Tang, L., “Mechanical properties and morphological structures of short glass fiber reinforced PP/EPDM composite,” European Polymer Journal, Vol. 39, No. 11, pp. 2129-2134, 2003.
[17]Helson, M and Ramos, D. M., “Analysis of thermal properties and impact strength of PP/SRT, PP/EPDM and PP/SRT/EPDM mixtures in single screw extruder,” Polymer Testing Journal, Vol. 25, No. 4, pp. 498-503, 2006.
[18]Pol, M. H., Liaghat, Gh. H., Mehrabani Yeganeh, E. and Afrouzian, A., “Experimental investigation of nan clay and nan silica particles effects on mechanical properties of glass epoxy composites,” In Persian, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 16, pp. 76-82, 2015.
[19]Ghasemi, I., Karrabi, M., Mohammadi, M and Azizi, H., “Evaluating the effect of processing conditions and organoclay content on the propertiesof styrene butadiene rubber/organoclaynanocomposites by response surface methodology, ”eXPRESS Polymer Letters, Vol. 4, No. 2, pp. 62–70, 2010.
 [20]Montgomery, D. C., “Designandanalysisofexperiments,” New York: J. Wiley Sons, 2005. {Carey, 1998 #8}
[21]Homauoonfal, M., Khodaian, F., Moosavi, M and Hoseini Panjaki, M., “Preparation and evaluation of properties of walnut oil emulsions prepared  on  the  basis  of  response  surface  method,” In Persian,JournalofFood Industries,Vol. 8, No. 2, pp. 191-199, 2013.
[22]Nouri Niyaraki, M. ,AshenaiGhasemi, F.,Ghasemi, I. and Daneshpayeh, S, “Experimental analysis of graphene nanoparticles and glass fibers effect on mechanical and thermal properties of polypropylene/EPDM based  nanocomposites,” In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 05, No. 02, pp. 169-176, 2018.
[23]Mohedi, H. A., Liaghat, Gh. H., Pol, M. H. and Afrosian, A., “Experimental study on the effect of nano-silica composite interlaminar fracture toughness third of materials reinforced with glass fibers,” In Persian, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 3, pp. 290-283, 2015.
[24]Rahman, N. A., Hassan, A., Yahya, R., Lafia-Araga, R. A. and Hornsby, P. R., “Microstructural, thermal, and mechanical properties of injection-molded glass fiber/nanoclay/polypropylene composites,” Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 31 No. 4, pp. 269-281, 2012.
[25]Chaharmahali,M., Hamzeh,Y.,Ebrahimi, G.,Ashori,A. and Ghasemi,I.,“Effect of nano-graphene on the physic-mechanical properties of bagasse/polypropylene composites,” Polymer Bulletin Vol. 71, No. 2, pp. 337-349. 2014.
[26]Daneshpayeh, S., AshenaiGhasemi, F., Missouri, Sh and Nouri Niyaraki, M.,“Prediction of mechanical properties of quaternary nanocomposites based on polypropylene using fuzzy logic,” Journal of Elastomers & Plastics, pp. 1-17, 2020.
[27]Liu, H., Wang, G., Mai, Y. and Zeng, Y., “On fracture toughness of nano-particle modified epoxy,” Composites Part BEngineering 42(8):2170-2175, 2011.
[28] Rahman N.A., “Impact Properties of Glassfiber/ Polypropylene Composites: The Influence of Fiber Loading, Specimen Geometry and Test Temperature, Fibers and Polymers,” Vol. 14, No. 11, pp. 1877-1885, 2013.
[29]Stpckreiter, W., Schninger, R. and kastl, J., “Glass fiber reinforced polypropylene,” US008519044B2, 2013.{Carey, 1998 #8}
[30] Okabe, T., Nishikava, M., “GLS strength prediction of glass-fiber-reinforced polypropylene,” Journal of Materials Science 44:331-334, 2009.