نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز.

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز.

10.22068/jstc.2020.119515.1621

چکیده

پلیمر اکریلونیترایل بوتادین استایرن (ABS)از خواص مکانیکی نسبتاً خوبی برخوردار است، اما جریان پذیری ذوب پائین آن، امکان قالبگیری تزریقی قطعات نازک را محدود می کند. در این تحقیق، آمیخته‌های پلیمری اکریلونیترایل بوتادین استایرن-پلی یورتان گرمانرم (ABS/TPU) و نمونه‌های نانوکامپوزیتی بر پایه آمیخته پلیمری ABS/TPU حاوی نانولوله‌های کربنی چند دیواره (MWCNT) با استفاده از اکسترودر دو مارپیچه و قالب‌گیری تزریقی تولید شد. شکل شناسی مقاطع شکست نمونه‌ها با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی مطالعه شد. خواص کششی، خمشی و ضربه‌ای و نیز جریان پذیری مذاب برای نمونه‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. افزودن TPU به ABS، نمایه جریان مذاب (MFI) را تا حد زیادی افزایش داد، اما باعث افت خواص مکانیکی شد. وجود نانولوله‌های کربنی درآمیخته ABS/TPU باعث بهبود خواص مکانیکی و توسعه تغییر شکل پلاستیک در سطوح شکست نمونه‌ها شد. بیشترین استحکام کششی و خمشی به ترتیب در نانوکامپوزیت های حاوی 0.3 و 0.5 درصد وزنی CNT مشاهده شد. استحکام ضربه ای شکاف دار در نمونه محتوی 0.1 درصد وزنی CNT، یک افزایش حدود 95 درصدی نسبت به آمیخته های ABS/TPU را نشان داد. شرایط مناسب پخش نانولوله های کربنی و چسبندگی آنها به زمینه پلیمری به عنوان مهمترین عوامل اثر گذار در بهبود خواص مکانیکی شناخته شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study on the mechanical behavior and morphology of ABS/TPU/CNT nanocomposites

نویسندگان [English]

  • Farshad Heidari 1
  • Milad Agalari 2
  • Karim Shelesh-Nezhad 2

1 Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.

2 Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran.

چکیده [English]

Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) has comparatively good mechanical properties, but its low fluidity limits the injection molding of thin parts. In this research, acrylonitrile butadiene styrene/thermoplastic polyurethane (ABS/TPU) blends and ABS/TPU nanocomposites containing multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) were produced by employing a twin-screw extruder and injection molding. The morphology of fracture surfaces was studied by scanning electron microscopy. The tensile, flexural and impact properties as well as melt fluidity of different specimens were evaluated. The addition of TPU to ABS substantially increased the melt flow index (MFI), but decreased the mechanical properties. The presence of carbon nanotubes in ABS/TPU blend improved mechanical properties and expanded the plastic deformation of fractured surfaces. The maximum tensile and flexural strengths were obtained by applying 0.3 and 0.5 wt.% MWCNT, respectively. The notched impact strength in nanocomposite containing 0.1 wt.% CNT showed about 95% increase in comparison with ABS/TPU blends. The appropriate dispersion of carbon nanotubes and their adhesion to polymer matrix were considered as the most important factors in improving mechanical properties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ABS/TPU
  • Multi-Walled Carbon Nanotube
  • Mechanical properties
  • Morphology
  • Melt fluidity

[1]  Vishwakarma, S. K., Pandey, P. and  Gupta, N. K., “Characterization of Abs Material: A Review”, Journal of Research in Mechanical Engineering, Vol. 3, No. 5, pp. 13-16, 2017.

[2]  Utracki, L. A., “Polymer Blends Handbook”, First ed, Kluwer Academic Publishers, pp. 1045-1070, 2002.

[3]  León, A.S.d., Domínguez-Calvo, A., Molina, S.I., “Materials with Enhanced Adhesive Properties Based on Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (ABS)/Thermoplastic Polyurethane (TPU) Blends for Fused Filament Fabrication (FFF) ”, Journal of Materials and Design, Vol. 182, pp. 108044, 2019.

[4]  Thakur, V. K., Thakur, M. K. and  Kessler, M. R., “Handbook of Composites from Renewable Materials, Nanocomposites: Science and Fundamentals”,  John Wiley & Sons, 2017.

[5]  Mazumdar, S., “Composites Manufacturing: Materials, Product, and Process Engineering”,  CRC press, 2001.

[6]  Grady, B. P., “Carbon Nanotube-Polymer Composites: Manufacture, Properties, and Applications”,  John Wiley & Sons, 2011.

 [7] Jyoti, J., Basu, S., Singh, B. P. and  Dhakate, S., “Superior Mechanical and Electrical Properties of Multiwall Carbon Nanotube Reinforced Acrylonitrile Butadiene Styrene High Performance Composites”, Composites Part B: Engineering, Vol. 83, pp. 58-65, 2015.

[8]  Chalabi, A., Shelesh-Nezhad, K. and Javidi F., “Mechanical and Thermal Properties of TPU-Toughened PBT/CNT Nanocomposites”, Journal of Thermoplastic Composite Materials, Vol. 32, No. 6, 2019, pp. 815-830.

 [9] Islam M. E., Mahdi, T. H., Hosur, M. V. and Jeelani, S., “Characterization of Carbon Fiber Reinforced Epoxy Composites Modified with Nanoclay and Carbon Nanotubes”, Procedia Engineering, Vol. 105, pp. 821–828, 2015.

[10] Vahedi, F., Shahverdi, H., Shokrieh, M. and  Esmkhani, M., “Effects of Carbon Nanotube Content on the Mechanical and Electrical Properties of Epoxy-Based Composites”, New Carbon Materials, Vol. 29, No. 6, pp. 419-425, 2014.

[11] Kang, T. K., Kim, Y., Lee, W. K., Park, H. D., Cho, W. J. and  Ha, C. S., “Properties of Uncompatibilized and Compatibilized Poly (Butylene Terephthalate)–LDPE Blends”, Journal of applied polymer science, Vol. 72, No. 8, pp. 989-997, 1999.

[12] Rejisha, C., Soundararajan, S., Sivapatham, N. and  Palanivelu, K., “Effect of MWCNT on Thermal, Mechanical, and Morphological Properties of Polybutylene Terephthalate/Polycarbonate Blends”,  Journal of Polymers, Vol. 2014, 2014.

[13] Setoodeh, A. R. S., N. and Zebarjad, S.M, “Theoretical and Experimental Study on the Effect of Multi-Walled Carbon Nanotubes on Improving the Tensile Properties and Toughness of Vinyl Ester Resin”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 5, No. 4, pp. 539-550, 2019.

[14] Coleman, J. N., Cadek, M., Ryan, K. P., Fonseca, A., Nagy, J. B., Blau, W. J. and  Ferreira, M. S., “Reinforcement of Polymers with Carbon Nanotubes: The Role of an Ordered Polymer Interfacial Region. Experiment and Modeling”, Polymer, Vol. 47, No. 26, pp. 8556-8561, 2006.

[15] Shahbakhsh, S., Khosravi, H. and Tohidlou, E., “Improvement in Interlaminar Shear Strength and Flexural Properties of Carbon Fiber/Epoxy Composite using Surface-Modified Carbonate Calcium”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 6, No. 3, pp. 343-350, 2019.

[16] Baraheni, M., Shelesh-Nezhad, K. Miralami, A., Adli, A. R. and Hashemi Soudmand, B., “Experimental Studies on Morphology and Impact Behavior of PA6/ABS/CaCO3 Nanocomposites”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 3, No. 1, pp. 43-50, 2016.

[17] Gorrasi, G., Sarno, M. and Di Bartolomeo, A. “Incorporation of Carbon Nanotubes into Polyethylene by High Energy Ball Milling: Morphology and Physical Properties”, Journal of Polymer Science, Part B, Polymer Physics, Vol. 45, No. 5, pp. 597–606, 2007.

[18] Sun, L., Gibson, R. F., Gordaninejad, F. and Janghwan, S. "Energy absorption capability of nanocomposites: A review", Composites Science and technology, Vol. 69, pp. 2392-2409, 2009.