بررسي خواص فيزيكي، مكانيكي و حرارتي رزين اپوكسي در اثر افزودن لاستيك مايع و نانوصفحات گرافيت كربن نيتريد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پليمر

كارشناسي ارشد

رزين اپوكسي به دليل چسبندگي بالا، مقاومت شيميايي و حرارتي مناسب و جمع‌شدگي كم پس از پخت برتري قابل ‌توجهي نسبت به ساير پليمرهاي گرماسخت دارد. با اين حال به‌دليل ساختار شبكه‌اي و چگالي بالاي اتصالات عرضي، رفتاري شكننده و مقاومت ضعيفي در برابر انتشار ترك دارد. ازاين‌رو، افزايش چقرمگي و بهبود خواص مكانيكي آن يكي از چالش‌هاي اساسي و مهم پژوهشي به شمار مي‌رود. در اين پژوهش، به‌منظور بررسي جامع خواص فيزيكي، مكانيكي و حرارتي سامانه‌ كامپوزيتي بر پايه‌ي رزين اپوكسي، لاستيك مايع با نام كوپليمر بوتادي‌ان‌ اكريلونيتريل با گروه‌هاي انتهايي كربوكسيل (CTBN) و نانوصفحات گرافيت كربن نيتريد آزمون‌هاي كشش، خمش، FTIR، DSC، TGA و SEM در قالب دو روش مجزا بر روي نمونه‌ها انجام شد. در روش نخست با افزودن لاستيك مايع در بازه‌ي phr 5 تا phr 20 به رزين اپوكسي مشخص شد كه نمونه حاوي phr 15 لاستيك مايع بالاترين ميزان چقرمگي را ارائه مي‌دهد، به‌گونه‌اي كه نسبت به نمونه شاهد افزايش 8/19 درصدي در چقرمگي و 6/24 درصدي در ازدياد طول تا شكست را نشان داد. در مقابل، استحكام و مدول كششي به ترتيب 3/15 و 2/15 درصد كاهش يافتند. همچنين استحكام و مدول خمشي نيز به ترتيب كاهشي معادل 3/13 و 3/20 درصدي نسبت به نمونه شاهد داشتند. تصاوير حاصل از آزمون SEM نيز تشكيل حفره‌ها و دو فازي شدن سامانه را تأييد نمودند. نتايج حاصل از آزمون‌هاي DSCو TGA نيز به ترتيبب كاهش 3/5 درصدي در دماي انتقال شيشه‌اي و افت پايداري حرارتي سامانه را نشان دادند. در روش دوم مقدار بهينه لاستيك مايع ثابت در نظر گرفته شد، سپس با افزودن نانوصفحات گرافيت كربن نيتريد در بازه‌ي 25/0 تا 1 درصد وزني، نانوكامپوزيت‌هاي هيبريدي تهيه شدند. آزمون‌هاي مكانيكي و حرارتي مشابه روش اول بر روي نمونه‌هاي هيبريدي نيز انجام شد. بهترين عملكرد براي نمونه حاوي 75/0 درصد وزني گرافيت كربن نيتريد به دست آمد كه افزايشي معادل 5/17 درصدي در استحكام كششي، 14 درصدي در مدول كششي، 2/6 درصدي در چقرمگي و 4/2 درصدي در ازدياد طول تا شكست نسبت به نمونه فاقد گرافيت كربن نيتريد نشان داد. تحليل تصاوير SEM نيز بيانگر تغيير ريخت‌شناسي سطح شكست با افزايش مقدار گرافيت كربن نيتريد بود. نتايج به دست آمده از آزمون DSC نيز نشان داد كه افزودن گرافيت كربن نيتريد موجب افزايش محدود دماي انتقال شيشه‌اي مي‌گردد؛ به‌طوري‌كه نمونه حاوي 5/0 درصد وزني گرافيت كربن نيتريد افزايش 7/2 درصدي در دماي انتقال شيشه‌اي داشت. بررسي داده‌هاي حاصل از آزمون TGA نيز نشان داد كه حضور گرافيت كربن نيتريد تأثير قابل توجهي بر پايداري حرارتي سامانه ندارد. در كل، اين پژوهش نشان داد كه افزودن لاستيك مايع به اپوكسي منجر به افزايش چقرمگي و درعين‌حال افت برخي خواص همانند استحكام، مدول و دماي انتقال شيشه‌اي مي‌گردد. در مقابل، افزودن نانوصفحات گرافيت كربن نيتريد به اين سامانه بخشي از اين كاهش‌ها جبران شده و ضمن بهبود خواص مكانيكي، پايداري حرارتي كل سامانه نيز تا حدودي حفظ مي‌شود.

236439

فراورش

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان