علوم و فناوری کامپوزیت

مطالعه تجربی خواص مکانیکی، شکل شناسی و جریان پذیری در نانوکامپوزیت ABS/PBT/CNT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز

3 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز

چکیده

پلیمر اکریلونیترایل-بوتادین-استایرن (ABS) به دلیل برخورداری از خواص نسبتاً خوب مکانیکی، کاربرد های زیادی در تولید محصولات پلاستیکی دارد. از سوی دیگر، جریان پذیری پایین ABS، امکان قالبگیری محصولات نازک را سلب می کند. در این پژوهش، برای افزایش فرایندپذیری، پلیمر پلی ‌بوتیلن ترفتالات (PBT) به ABSافزوده شد. افزون بر این، از نانولوله های کربنی (CNT) برای بهبود مقاومت مکانیکی استفاده شد. آمیخته‌های ABS/PBT در سه درصد وزنی مختلف (90/10, 80/20, 70/30) و نانوکامپوزیت های بر پایه آمیخته (80/20) ABS/PBT حاوی 0.1، 0.3 و 0.5 درصد وزنی نانولوله‌های کربنی با استفاده از دستگاه اکسترودر دوپیچه و دستگاه قالب‌گیری تزریقی تولید شد. خواص مکانیکی شامل مقاومت کششی، خمشی و ضربه‌ای، و نیز شکل شناسی و جریان پذیری نمونه‌های مختلف مطالعه شد. افزودن 10، 20 و 30 درصد وزنی PBT به ABS، شاخص جریان مذاب (MFI) را به ترتیب 25، 58 و 78 درصد نسبت به ABS خالص افزایش داد. حضور فاز PBT در زمینه ABS باعث افزایش استحکام کششی و خمشی شد، ولی مقاومت به ضربه شکافدار را کاهش داد. بکارگیری نانولوله های کربنی در ABS/PBT باعث بهبود خواص مکانیکی شد. بیشترین مقاومت کششی در نانوکامپوزیت حاوی 0.5 درصد وزنی نانولوله‌های کربنی، و بیشترین مقاومت خمشی و ضربه ای نیز در نانو کامپوزیت حاوی 0.3 درصد وزنی نانولوله‌های کربنی مشاهده شد. نتایج آزمون های شکل شناسی، اثر قابل توجه نانولوله های کربنی بر شکل شناسی شکست نمونه های نانوکامپوزیتی را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental study on the mechanical properties, morphology and fluidity of ABS/PBT/CNT nanocomposites

نویسندگان [English]

  • Milad Agalari 1
  • Farshad Heidari 1
  • Karim Shelesh-Nezhad 2
  • Tajbakhsh Navid 3

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

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

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

چکیده [English]

Acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) polymer owing to its relatively good mechanical properties is broadly used in the production of plastic products. However, ABS low fluidity prevents molding of thin-walled products. In this study, poly (butylene terephthalate) (PBT) was applied into ABS to enhance fluidity. In addition, carbon nanotubes utilized to promote mechanical performances. ABS/PBT blends of three different weight percentages (90/10, 80/20, 70/30) and nanocomposites based on ABS/PBT (80/20) blend containing 0.1, 0.3 and 0.5 wt. % of carbon nanotubes were prepared by employing a twin-screw extruder and an injection molding machine. The mechanical properties including tensile, flexural and impact resistance along with morphology and fluidity of different samples were investigated. The presence of 10, 20 and 30 wt.% PBT in ABS elevated the melt flow index as much as 25, 58 and 78% respectively as compared to pure ABS. The inclusion of PBT enhanced tensile and flexural strengths but reduced notched impact resistance. The existence of carbon nanotubes in ABS/PBT improved mechanical properties. The highest tensile strength was observed in nanocomposite containing 0.5 wt.% carbon nanotubes. The maximum flexural strength and impact resistance were observed in nanocomposite containing 0.3 wt.% carbon nanotubes. SEM studies showed the significant effect of CNT inclusion on the fracture morphology of nanocomposite samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposite
  • Carbon nanotube
  • Mechanical properties
  • Melt fluidity
مراجع
[1] Richardson, T. L. and  Lokensgard, E., “Industrial Plastics: Theory and Applications”,  Cengage Learning, 2004.
[2] 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.
[3]  Tang, L., Wang, L., Chen, P., Fu, J., Xiao, P., Ye, N. and  Zhang, M., “Toughness of ABS/PBT Blends: The Relationship between Composition, Morphology, and Fracture Behavior”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 135, No. 13, pp. 46051, 2018.
[4]  Utracki, L., “History of Commercial Polymer Alloys and Blends (from a Perspective of the Patent Literature)”, Polymer Engineering & Science, Vol. 35, No. 1, pp. 2-17, 1995.
[5]  Utracki, L. A. and  Wilkie, C. A., “Polymer Blends Handbook”,  Springer, 2002.
[6] Hage, E., Hale, W., Keskkula, H. and  Paul, D., “Impact Modification of Poly (Butylene Terephthalate) by ABS Materials”, Polymer, Vol. 38, No. 13, pp. 3237-3250, 1997.
[7] Suarez, H., Barlow, J. and  Paul, D., “Mechanical Properties of ABS/Polycarbonate Blends”, Journal of applied polymer science, Vol. 29, No. 11, pp. 3253-3259, 1984.
[8] Jang, S. P. and  Kim, D., “Thermal, Mechanical, and Diffusional Properties of Nylon 6/ABS Polymer Blends: Compatibilizer Effect”, Polymer Engineering & Science, Vol. 40, No. 7, pp. 1635-1642, 2000.
[9] Yang, W., Hu, Y., Tai, Q., Lu, H., Song, L. and  Yuen, R. K., “Fire and Mechanical Performance of Nanoclay Reinforced Glass-Fiber/PBT Composites Containing Aluminum Hypophosphite Particles”, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 42, No. 7, pp. 794-800, 2011.
[10] Bashiri-Goodarzi, H., “An Experimental Study of the Effects of Carbon Nanotube and Graphene Addition on the Impact Strength of Epoxy/Basalt Fiber Composite”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. In Press.
[11] Khan, S. U. and  Kim, J. K., “Impact and Delamination Failure of Multiscale Carbon Nanotube-Fiber Reinforced Polymer Composites: A Review”, International Journal of Aeronautical and Space Sciences, Vol. 12, No. 2, pp. 115-133, 2011.
[12] Eslami-Farsani, R. Shahrabi-Farahani., A. Khosravi, H.and Zamani, M. R., “A Study on the Flexural Response of Grid Composites Containing Multi-Walled Carbon Nanotubes”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 4, No. 1, pp. 101-108, 2017.
 [13] Kapoor, S., Goyal, M. and Jindal, P., "Enhanced thermal, static, and dynamic mechanical properties of multi-walled carbon nanotubes-reinforced acrylonitrile butadiene styrene nanocomposite", Journal of Thermoplastic Composite Materials, In Press, DOI: 10.1177/0892705719886012.
 [14] Dorigato, A., Moretti, V., Dul, S., Unterberger, S. and Pegoretti, A., "Electrically conductive nanocomposites for fused deposition modelling", Synthetic Metals, Vol. 226, pp. 7-14, 2017.
[15] Piesowicz, E., Irska, I., Bryll, K., Gawdzińska, K. and  Bratychak, M., “Poly (Butylene Terephthalate/Carbon Nanotubes Nanocomposites. Part Ii. Structure and Properties”, Polimery, Vol. 61, 2016.
[16] Bose, S., Bhattacharyya, A. R., Häußler, L. and  Pötschke, P., “Influence of Multiwall Carbon Nanotubes on the Mechanical Properties and Unusual Crystallization Behavior in Melt-Mixed Co-Continuous Blends of Polyamide6 and Acrylonitrile Butadiene Styrene”, Polymer Engineering & Science, Vol. 49, No. 8, pp. 1533-1543, 2009.
[17] Tehran, A. C., Shelesh-Nezhad, K. and  Barazandeh, F. J., “Mechanical and Thermal Properties of TPU-Toughened PBT/CNT Nanocomposites”, Journal of Thermoplastic Composite Materials, Vol. 32, No. 6, pp. 815-830, 2019.
[18] 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.
[19] Pötschke, P., Fornes, T. and  Paul, D. R., “Rheological Behavior of Multiwalled Carbon Nanotube/Polycarbonate Composites”, Polymer, Vol. 43, No. 11, pp. 3247-3255, 2002.
[20] Gorrasi, G., Sarno, M., Di Bartolomeo, A., Sannino, D., Ciambelli, P. and  Vittoria, V., “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.
[21] Bagotia, N., Choudhary, V. and  Sharma, D., “Studies on Toughened Polycarbonate/Multiwalled Carbon Nanotubes Nanocomposites”, Composites Part B: Engineering, Vol. 124, pp. 101-110, 2017.
[22] Lim, J. W., Hassan,  A., Rahmat, A. R. and  Wahit, M. U., “Morphology, Thermal and Mechanical Behavior of Polypropylene Nanocomposites Toughened with Poly (Ethylene‐Co‐Octene)”, Polymer International, Vol. 55, No. 2, pp. 204-215, 2006.
[23] Thomas, S. and  Visakh, P., “Handbook of Engineering and Specialty Thermoplastics, Volume 3: Polyethers and Polyesters”, John Wiley & Sons, 2011.
 
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 7، شماره 4
اسفند 1399
صفحه 1189-1196
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار