نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران.

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهرا ن.

10.22068/jstc.2022.544381.1759

چکیده

در این تحقیق، خواص مکانیکی ترکیبات پایه پلی‌آمید 6/ پلی‌اولفین الاستومر (PA6/POE) تقویت شده با نانولوله‌های کربن مورد مطالعه قرار گرفته است. نانو کامپوزیت‌ها شامل 10 و 20 درصد وزنی پلی‌اولفین الاستومر، 0، 1، 2 و 3 درصد وزنی نانولوله‌های کربن (MWCNT) و 5 و 10 درصد وزنی پلی‌اولفین مالئیک آنیدرید (POE-gMA به عنوان عامل سازگار کننده) بر اساس روش طراحی آزمایش عاملی کامل و به کمک یک مخلوط‌کن داخلی ساخته شدند. آزمون‌های کشش و ضربه برای استخراج خواص مکانیکی شامل استحکام کششی، مدول الاستیک و استحکام ضربه انجام شدند؛ همچنین برای مشاهده و بررسی کیفیت توزیع نانولوله‌ها در ماتریس پلیمری از تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) استفاده شد. تصاویر SEM نشان دادند که حضور نانولوله‌های کربن تا 2 درصد وزنی در هر دو ماتریس پلی آمید حاوی 10 و 20 درصد وزنی با توزیع و پراکندگی قابل قبولی همراه شده است. در حالی که افزودن 3 درصد وزنی از نانولوله‌ها در هر دو ماتریس موجب تجمع و کلوخگی آن‌ها شده است. نتایج آزمون‌ها نشان دادند که افزودن 2 درصد وزنی نانولوله‌های کربن استحکام کششی و مدول الاستیک ترکیبات را به ترتیب به میزان‌های %21 و %23 به‌خوبی بهبود می‌بخشد. همچنین، رویه‌های استخراج شده از روش عاملی نشان دادند که در بیشتر موارد بین اثر فاکتورهای ورودی بر خواص مکانیکی مورد بررسی برهم‌کنش خاصی وجود ندارد. نهایتاً، مقدار ضریب تعیین بالای %92 برای همه خواص مکانیکی نشان داد که همخوانی مناسبی بین نتایج آزمایشگاهی و مدل‌های رگرسیون استخراج شده وجود دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental analysis of impact strength, tensile strength and elastic modulus of polyamide 6 / polyolefin elastomer / carbon nanotubes / carbon nanotubes

نویسندگان [English]

  • Saeed Mozaffari 1
  • Valiolah Panahizadeh 2

1 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.

2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.

چکیده [English]

In this research, the mechanical properties of polyamide 6/polyolefin elastomer (PA6/POE) blends reinforced with carbon nanotubes have been studied. Nanocomposites consisted of 10 and 20 wt% polyolefin elastomer, 0, 1, 2 and 3 wt% carbon nanotubes (MWCNT) and 5 and 10 wt% maleic anhydride (POE-gMA as compatiblizing agent) were made by an internal mixer based on the full factorial design of experiment. Tensile and impact tests were performed to extract mechanical properties including tensile strength, elastic modulus and impact strength. Scanning electron microscope (SEM) were used to observe the dispersion and distribution quality of MWCNT in the matrix. SEM images showed an acceptable distribution of carbon nanotubes up to 2 wt% in both polyamide matrices with 10 and 20 wt%, while adding 3 wt% of nanotubes in both matrices was associated with nanotubes accumulation. The test results showed that the addition of 2 wt% of carbon nanotubes improved the tensile strength and elastic modulus of the compounds by %21 and %23, respectively. the surfaces extracted from full factorial design method showed that there are no notable interaction between the input parameters in the case of mechanical properties. Finally, the R-squared above %92 for all mechanical properties showed that there is a good agreement between the experimental results and the extracted regression models.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposites
  • Mechanical properties
  • Polyamide
  • Carbon nanotubes
[1] Ghorbankhan, A., Nakhaei, M.R., and Safarpour, P., “Modeling and Optimization of Mechanical Properties of 
PA6/NBR Nanocomposite Reinforced with Perlite Nanoparticles”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 8, No. 1, pp. 1421-1430, 2021.
[2] Mirzaei, J., Fereidoon, A., and Ghasemi-Ghalebahman, A., “Experimental analysis of mechanical properties of 
graphene/kenaf/basalt reinforced hybrid nanocomposites using response surface methodology”, Journal of the 
Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, Vol. 43, No. 215, 2021.
[3] Hamidi, E., and Panahizadeh, V., “Experimental Analysis of Mechanical Properties of Nanocomposites Based on Poly 
amide 6/ EPDM /Carbon Nanotubes”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 8, No. 1, pp. 
1453-1460, 2021.
[4] Utracki, L.A., “Polymer blends handbook, First ed. Kluwer Academic Publishers, Netherlands, pp. 1045-1070, 2002.
[5] Chiu, H.-T., and Chuang, C.-Y., “The mechanical and rheological behavior of the PA/TPU blend with POE-g-MA 
modifier”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 115, No. 3, pp. 1278–1282, 2010.
[6] Ararat, C. A., Percino, M. J., and Murillo, E. A., “Compatibilization of LDPE/PA6 by Using a LDPE 
Functionalized with a Maleinized Hyperbranched Polyester Polyol”, Macromolecular Research, Vol. 28, No. 3, pp. 203–210, 2019.
[7] Chiu, F.C., and Deng, T.L., “Polyamide 4,6 Nanocomposites With and Without the use of a Maleated Polyolefin 
Elastomer as a Toughener”, Journal of Materials Chemistry and Physics, Vol. 125, No 3, pp. 769-776, 2011.
[8] Wang, C., Su, J.X., Li, J., Yang, H., Zhang, Q., Du, R.N., and Fu, Q., “Phase morphology and toughening mechanism of 
polyamide6/EPDM-g-MA blends obtained via dynamic packing injection molding”, Polymer, Vol. 47, No. 9, pp. 3197-3206, 2006.
[9] Potts J. R., “Preparation, Properties, and Structure-Property Relationships of Graphene-Polymer Nanocomposites”, 
Ph.D. Thesis, University of Texas, USA, 2012.
[10] Yuen, S.M., Ma, C.C.M., Chiang, C.L., Lin, Y., and Teng, C.C., “Preparation and Morphological, Electrical, and 
Mechanical Properties of Polyimide-Grafted MWCNT/Polyimide Composite,” Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, Vol. 45, No. 15, pp. 3349-3358, 2007.
[11] Chen, P., Kim, H.S., Jin, H.J., “Preparation, Properties and Application of Polyamide/Carbon Nanotube 
Nanocomposites,” Journal of Macromolecular Research, Vol. 17, No. 4, pp. 207-217, 2009.
[12] Esmaili, P., Azdast, T., Doniavi, A., Hasanzadeh, R., Mamaghani, S., and Eungkee Lee, R., “Experimental 
investigation of mechanical properties of injected polymeric nanocomposites containing multi-walled carbon nanotubes 
according to design of experiments”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 2, No. 3, pp. 67-74, 2015.
[13] Irisawa, T., Shimamoto, D., Takeshige, K., Doi, G., Tanabe, Y., and Hotta, Y., “The effects of pulverization treatment for 
the mechanical properties of polyamide 6 fiber filled with carbon nanotubes”, Materials Science and Engineering: B, 
Vol. 254, No. 114514, 2020.
[14] Wang, Q., Zhu, J., Wang, P., Li, L., Yang, Q., Huang, Y., “Effect of Blending Sequence on the Morphology and 
Properties of Polyamide 6/EPDM-g-MA/Epoxy Blends”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 124, pp. 5064–5070, 2012.
[15] Mistretta, M.C., Morreale, M., and La Mantia, F.P., “Thermomechanical degradation of polyethylene/polyamide 
6 blend-clay nanocomposites,” Polymer degradation and stability, Vol. 99, pp. 61-67, 2014.
[16] Bikshamaiah, N., Babu, N.M., Kumar, D.S., Ramesh, S., Dumpala, M., Sainath, V., and Madhukar, K., “Carbon 
nanotube functional group-dependent compatibilization of polyamide 6 and poly(methyl methacrylate) nanocomposites”, Iranian Polymer Journal, Vol. 30, No. 8, pp. 789–799, 2021.