بررسی تجربی و نظری ساختار میکروسکوپی، سینتیک پخت و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های برپایه لاستیک نیتریل بوتادین کربوکسیله/رزین اپوکسی تقویت شده با هالوسیت نانوتیوب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

2 پژوهشگاه پلیمر

3 دانشگاه تهران

چکیده

هدف از انجام این پژوهش، تهیه و بررسی نانوکامپوزیت های برپایه لاستیک آکریلونیتریل بوتادین کربوکسیله(XNBR) و رزین اپوکسی (Epoxy) تقویت شده با هالوسیت نانوتیوب (HNT) می باشد. اثر افزودن ذرات هالوسیت نانو تیوب بر مشخصه های پخت، مورفولوژی، سینتیک پخت و خواص مکانیکی سیستم های دو جزئی لاستیک XNBR و رزین اپوکسی در غلظت های مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفت. بررسی های رئومتری پخت نشان دادند که افزودن نانولوله های هالوسیت به ماتریس XNBR/Epoxy موجب کاهش زمان برشتگی (Scorch time) به میزان 25 درصد و افزایش گشتاور پخت در ماتریس پلیمری گردیده است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) از سطح شکست نمونه های کشش نشان داد که نمونه های حاوی HNT دارای سطح شکت زبرتر همراه با توزیع یکنواخت هستند. بررسی سینتیک پخت نمونه های تهیه شده نشان داد که افزودن هالوسیت نانوتیوب به سیستم پلیمری موجب کاهش انرژی فعال سازی مورد نیاز برای شروع واکنش پخت به میزان 40 درصد می گردد. تست های کشش مکانیکی نشان می دهند که افزودن HNT به ماتریس XNBR/Epoxy موجب افزایش هم زمان مدول تا MPa 46/1 و استحکام کششی تا MPa 58/2 شده ولی ازدیاد طول مقداری کاهش می یابد. آنالیزهای انجام شده در خصوص تأثیر افزودن هالوسیت نانوتیوب بر خواص نهایی نانوکامپوزیت های بر پایه XNBR/Epoxy نشان می دهند که با استفاده از این نانوتقویت کننده های طبیعی و ارزان می توان به نانوکامپوزیت هایی با استحکام مکانیکی بالاتر به میزان 40 درصد نسبت به ماتریس پلیمری دست یافت.

کلیدواژه‌ها


مراجع

1. M. M. Aliabadi, G. Naderi, S. J. Shahtaheri, A. R. Forushani, I. Mohammadfam, and M. Jahangiri, "Mechanical and barrier properties of XNBR-clay nanocomposite: a promising material for protective gloves," Iranian Polymer Journal, vol. 23, no. 4, pp. 289-296, 2014.
2. K. Sasikumar, N. Manoj, T. Mukundan, and D. Khastgir, "Hysteretic damping in XNBR–MWNT nanocomposites at low and high compressive strains," Composites Part B: Engineering, vol. 92, pp. 74-83, 2016.
3. D. Yang et al., "Improved mechanical and electrochemical properties of XNBR dielectric elastomer actuator by poly (dopamine) functionalized graphene nano-sheets," Polymers, vol. 11, no. 2, p. 218, 2019.
4. S. Sahoo and A. K. Bhowmick, "Influence of ZnO nanoparticles on the cure characteristics and mechanical properties of carboxylated nitrile rubber," Journal of applied polymer science, vol. 106, no. 5, pp. 3077-3083, 2007.
5.    A. Laskowska, M. Zaborski, G. Boiteux, O. Gain, A. Marzec, and W. Maniukiewicz, "Ionic elastomers based on carboxylated nitrile rubber (XNBR) and magnesium aluminum layered double hydroxide (hydrotalcite)," Express Polymer Letters, vol. 8, no. 6, 2014.
6. S. Chakraborty, A. Bhowmick, S. De, and B. Dhindaw, "Scanning electron microscopy studies of tear of carboxylated nitrile rubber," Rubber Chemistry and Technology, vol. 55, no. 1, pp. 41-50, 1982.
7. R. Kamble, M. Ghag, S. Gaikawad, and B. K. Panda, "Halloysite Nanotubes and Applications: A Review," Journal of advanced scientific research, vol. 3, no. 2, 2012.
8. S. Rooj, A. Das, V. Thakur, R. Mahaling, A. K. Bhowmick, and G. Heinrich, "Preparation and properties of natural nanocomposites based on natural rubber and naturally occurring halloysite nanotubes," Materials & Design, vol. 31, no. 4, pp. 2151-2156, 2010.
9.     P. Rybiński and G. Janowska, "Influence synergetic effect of halloysite nanotubes and halogen-free flame-retardants on properties nitrile rubber composites," Thermochimica acta, vol. 557, pp. 24-30, 2013.
10. K. Prashantha, M.-F. Lacrampe, and P. Krawczak, "Processing and characterization of halloysite nanotubes filled polypropylene nanocomposites based on a masterbatch route: effect of halloysites treatment on structural and mechanical properties," Express Polymer Letters, vol. 5, no. 4, 2011.
11. M. Liu, Z. Jia, D. Jia, and C. Zhou, "Recent advance in research on halloysite nanotubes-polymer nanocomposite," Progress in polymer science, vol. 39, no. 8, pp. 1498-1525, 2014.
12. K. Matabola, A. De Vries, F. Moolman, and A. Luyt, "Single polymer composites: a review," Journal of Materials Science, vol. 44, no. 23, pp. 6213-6222, 2009.
13. V. Mittal, J. K. Kim, and K. Pal, Recent advances in elastomeric nanocomposites. Springer, 2011.
14. R. Berahman, M. Raiati, M. M. Mazidi, and S. M. R. Paran, "Preparation and characterization of vulcanized silicone rubber/halloysite nanotube nanocomposites: Effect of matrix hardness and HNT content," Materials & Design, vol. 104, pp. 333-345, 2016.
15. S. Paran, G. Naderi, and M. Ghoreishy, "XNBR-grafted halloysite nanotube core-shell as a potential compatibilizer for immiscible polymer systems," Applied Surface Science, vol. 382, pp. 63-72, 2016.
16. S. Vyazovkin and N. Sbirrazzuoli, "Kinetic methods to study isothermal and nonisothermal epoxy‐anhydride cure," Macromolecular Chemistry and Physics, vol. 200, no. 10, pp. 2294-2303, 1999.
17. M. Jouyandeh et al., "Curing epoxy resin with anhydride in the presence of halloysite nanotubes: the contradictory effects of filler concentration," Progress in Organic Coatings, vol. 126, pp. 129-135, 2019.
18. S. M. R. Paran et al., "Crystallization kinetics study of dynamically vulcanized PA6/NBR/HNTs nanocomposites by nonisothermal differential scanning calorimetry."
19. S. R. Paran, G. Naderi, and M. R. Ghoreishy, "Effect of halloysite nanotube on microstructure, rheological and mechanical properties of dynamically vulcanized PA6/NBR thermoplastic vulcanizates," Soft Materials, vol. 14, no. 3, pp. 127-139, 2016.
20. S. Paran, G. Naderi, M. Ghoreishy, and C. Dubois, "Multiscale modeling of polymer systems comprising nanotube-like inclusions by considering interfacial debonding under plastic deformations," Composite Structures, vol. 194, pp. 302-315, 2018.