علوم و فناوری کامپوزیت

مطالعه تجربی اثر نانوذره هالوسیت و الاستومر آکریلونیتریل بوتادین رابر بر روی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های PVC/NBR/HNT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، ایران، تهرا ن

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، ایران، تهران

3 استاد مهندسی پلیمر، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران

چکیده

در سال‌های اخیر نانوکامپوزیت‌های مبتنی بر پایه پلیمر به دلیل خواص مکانیکی، شیمیایی و حرارتی خوب، کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف مثل کشتی سازی، هوا فضا، خودرو سازی و پزشکی داشته است. هدف از انجام این تحقیق مطالعه و بررسی تاثیر نانوذرات نانولوله هالوسایت (HNTs) و لاستیک اکریلونیتریل‌بوتادین‌رابر (NBR) بر خواص مکانیکی و ریز ساختار ترموپلاستیک الاستومر بر پایه پلی‌وینیل‌کلراید/لاستیک اکریلونیتریل‌بوتادین‌رابر است. روش پاسخ سطح ((RSM با استفاده از طرح مرکب مرکزی (CCD) برای بررسی خواص مکانیکی مثل استحکام کششی و ازدیاد طول در هنگام شکست مورد استفاده قرار گرفت. ریز ساختار نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین استحکام کششی در 4.7 درصد وزنی نانو لوله های هالوسایت بدست می آید و برای درصد های بالا، استحکام کششی کاهش می‌یابد. افزایش مقدار لاستیک NBR از 20 تا 40 درصد وزنی، باعث کاهش مداوم استحکام کششی می‌شود. ازدیاد طول در هنگام شکست با افزایش مقدار NBR افزایش می یابد درحالی که ازدیاد طول در هنگام شکست با افزایش مقدر HNT کاهش می یابد. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان می دهد که سطح شکست نمونه ها با افزایش استحکام، زیرتر می شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental study of the effects of halloysite nanoparticles and acrylonitrile butadiene rubber elastomer on mechanical properties of PVC/NBR/HNT nanocomposites

نویسندگان [English]

  • Sohrab Payravi 1
  • Mohammad Reza Nakhaei 2
  • Pedram Safarpour 2
  • Ghasem Naderi 3

1 Faculty of Mechanic and Energy, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.

2 Faculty of Mechanic and Energy, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.

3 Faculty of Processing, Iran Polymer and Petrochemical Institute, Tehran, Iran.

چکیده [English]

In recent years, polymer-based nanocomposites have been widely used in various industries such as shipping, aircraft, automotive, and medical industries due to their good mechanical, chemical, and thermal properties. The aim of this study was to investigate the effect of halloysite nanotube nanoparticles (HNTs) and the nitrile butadiene rubber (NBR) content on the mechanical properties and microstructure of polyvinyl chloride / acrylonitrile-butadiene rubber (PVC/NBR) thermoplastic elastomer nanocomposites. Response surface methodology (RSM) and central composite design (CCD) were used to study the tensile strength and elongation at break. The morphology of PVC/NBR/HNT nanocomposites was investigated by scanning electron microscopy (SEM). The results showed that the maximum tensile strength was obtained at the HNT amount of 4.7 wt. %, while at high HNT levels the tensile strength will be decreased. Increase in NBR content from 20 wt. % to 40 wt. % causes an appreciable decrease in tensile strength. The elongation at break increased with increasing the NBR content, while the elongation at break decreased when the HNT content increased. The results of SEM show that the fractured surface of the samples gets rougher, the tensile strength increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposite
  • Halloysite Nanotube
  • Thermoplastic elastomer
  • Tensile strength
  • Elongation at break
مراجع
[1]  Nakhaei, M. R., Mostafapour, A. and  Naderi, G., “Optimization of Mechanical Properties of PP/EPDM/Clay Nanocomposite Fabricated by Friction Stir Processing with Response Surface Methodology and Neural Networks“ Polymer Composites, Vol. 38, pp. E421-E432, 2017.
[2]  Hajibaba, A., Naderi, G., Esmizadeh, E. and  Ghoreishy, M. H. R., “Morphology and Dynamic-Mechanical Properties of PVC/NBR Blends Reinforced with Two Types of Nanoparticles“ Journal of Composite Materials, Vol. 48, No. 2, pp. 131-141, 2014.
[3]  Asgarzadeh, Z. and  Naderi, G., “Morphology and Properties of Unvulcanized and Dynamically Vulcanized PVC/NBR Blend Reinforced by Graphene Nanoplatelets“ International Polymer Processing, Vol. 33, No. 4, pp. 497-505, 2018.
[4]  Paran, S., Naderi, G., Ghoreishy, M. and  Dubois, C., “Essential Work of Fracture and Failure Mechanisms in Dynamically Vulcanized Thermoplastic Elastomer Nanocomposites Based on PA6/NBR/XNBR-Grafted Hnts“ Engineering Fracture Mechanics, Vol. 200, pp. 251-262, 2018.
[5]  Paran, S., Naderi, G. and  Ghoreishy, M., “Microstructure and Mechanical Properties of Thermoplastic Elastomer Nanocomposites Based on PA6/NBR/HNT“ Polymer Composites, Vol. 38, pp. E451-E461, 2017.
[6]  Khodabandelou, M., Aghjeh, M. K. R., Khonakdar, H. A. and  Mazidi, M. M., “Effect of Localization of Carbon Nanotubes on Fracture Behavior of Un-Vulcanized and Dynamically Vulcanized PP/EPDM/MWCNT Blend-Nanocomposites“ Composites Science and Technology, Vol. 149, pp. 134-148, 2017.
[7]  Mashhadzadeh, A. H., Fereidoon, A. and  Ahangari, M. G., “Experimental and Multiscale Quantum Mechanics Modeling of the Mechanical Properties of PVC/Graphene Nanocomposite“ Journal of Composite Materials, Vol. 54, No. 29, pp. 4575-4590, 2020.
[8]  Haghighat, N., Vatanpour, V., Sheydaei, M. and  Nikjavan, Z., “Preparation of a Novel Polyvinyl Chloride (Pvc) Ultrafiltration Membrane Modified with Ag/Tio2 Nanoparticle with Enhanced Hydrophilicity and Antibacterial Activities“ Separation and Purification Technology, Vol. 237, pp. 116374, 2020.
[9]  Rezaei, P., Rezaei, M., Talebi, S. and  Babaie, A., “Physico-Mechanical Properties and Cell Microstructure of Cross-Linked PVC/Organoclay Nanocomposite Foams Prepared at Various Processing Conditions“ Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2020.
[10] Liu, H., Wang, C., Qin, Y., Huang, Y. and  Xiao, C., “Oriented Structure Design and Evaluation of Fe3o4/O-MWCNTS/PVC Composite Membrane Assisted by Magnetic Field“ Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol. 120, pp. 278-290, 2021.
[11] Acherjee, B., Kuar, A. S., Mitra, S. and  Misra, D., “Modeling and Analysis of Simultaneous Laser Transmission Welding of Polycarbonates Using an Fem and Rsm Combined Approach“ Optics & Laser Technology, Vol. 44, No. 4, pp. 995-1006, 2012.
[12] Kumar, N. and  Bandyopadhyay, A., “Simulation of the Effects of Input Parameters on Weld Quality in Laser Transmission Welding (Ltw) Using a Combined Response Surface Methodology (RSM)-Finite Element Method (Fem) Approach“ Lasers in Engineering (Old City Publishing), Vol. 36, 2017.
[13] Zhang, Y., Zhang, X., Yang, L. and  Yu, X., “Optimization Design for Downhole Dynamic Seal Based on Response Surface Method“ Advances in Mechanical Engineering, Vol. 11, No. 2, pp. 1687814019828441, 2019.
[14] Ghasemi, F. A., Daneshpayeh, S., Ghasemi, I. and  Ayaz, M., “An Investigation on the Young’s Modulus and Impact Strength of Nanocomposites Based on Polypropylene/Linear Low-Density Polyethylene/Titan Dioxide (PP/LLDPE/Tio 2) Using Response Surface Methodology“ Polymer Bulletin, Vol. 73, No. 6, pp. 1741-1760, 2016.
[15] Moghri, M., Zanjanijam, A. R., Seifi, L. and  Ramezani, M., “An Investigation on Rheological Behavior of the Pvc/Nbr/Nanoclay Nanocomposites by Torque Rheometry: The Effects of Formulation Variables Using Response Surface Approach“ Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, Vol. 27, No. 1, pp. 264-273, 2017.
[16] Zinadini, S., Moradi, M. and  Zinatizadeh, A. A. L., “Influence of Operating Variables on Performance of Nanofiltration Membrane for Dye Removal from Synthetic Wastewater Using Response Surface Methodology“ International Journal of Engineering, Vol. 29, No. 12, pp. 1650-1658, 2016.
[17] Ahmadi, A., Arab, N. M., Naderi, G. and  Nakhaei, M., “Optimization of Co2 Laser Welding Process Parameters of PP/EPDM/Clay Nanocomposite Using Response Surface Methodology“ Mechanics & Industry, Vol. 18, No. 2, pp. 220, 2017.
[18] Zhang, Y., Zhang, X., Yang, L. and  Yu, X., “Optimization Design for Downhole Dynamic Seal Based on Response Surface Method“ Advances in Mechanical Engineering, Vol. 11, No. 2, pp. 1687814019828441, 2019.
[19] Nakhaei, M., Naderi, G. and  Mostafapour, A., “Effect of Processing Parameters on Morphology and Tensile Properties of PP/EPDM/Organoclay Nanocomposites Fabricated by Friction Stir Processing“ Iranian Polymer Journal, Vol. 25, No. 2, pp. 179-191, 2016.
[20] Haghnegahdar, M., Naderi, G. and  Ghoreishy, M., “Fracture Toughness and Deformation Mechanism of Un-Vulcanized and Dynamically Vulcanized Polypropylene/Ethylene Propylene Diene Monomer/Graphene Nanocomposites“ Composites Science and Technology, Vol. 141, pp. 83-98, 2017.
[21] Khodabandelou, M., Aghjeh, M. K. R., Khonakdar, H. A. and  Mazidi, M. M., “Effect of Localization of Carbon Nanotubes on Fracture Behavior of Un-Vulcanized and Dynamically Vulcanized Pp/Epdm/Mwcnt Blend-Nanocomposites“ Composites Science and Technology, Vol. 149, pp. 134-148, 2017.
 [22]        Rashahmadi, S., Mosalman, S. and  Hasanzadeh, R., “The Effect of Tio2 Nanoparticles on Mechanical Properties of Poly Methyl Methacrylate Nanocomposites (Research Note)“ International Journal of Engineering, Vol. 30, No. 5, pp. 807-813, 2017.
[23] Panda, B. P., Mohanty, S. and  Nayak, S., “Mechanical Behavior and Fracture Toughness Evaluation of Multiphase Polymer Nanocomposites Using Impact and-Integral Via Locus Method“ Chinese Journal of Engineering, Vol. 2013, 2013.
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 8، شماره 2
شهریور 1400
صفحه 1494-1502
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار