نانوکامپوزیت پلی‌پروپیلن EPDM//نانو رُس: مروری بر میکروساختار و ویژگی‌های مکانیکی، نفوذپذیری و الکتریکی

نوع مقاله: مقاله مروری

نویسنده

دانشکده پلیمر و رنگ دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

بهره‌گیری از نانو مواد مانند نانو رُس، یکی از کارآمدترین روش‌ها برای بهبود ویژگی‌های کامپوزیت پلی‌پروپیلن (PP)-ترپلیمر اتیلن پروپیلن دی‌ان مونومر (EPDM)، است. در این مطالعه، پس از معرفی PP، EPDM، آلیاژ PP/EPDM و نانوکامپوزیت /PP/EPDM نانو رُس (PEN)، به بررسی نتیجه‌های به‌دست آمده از مطالعه‌های صورت‌گرفته بر روی نانوکامپوزیت‌های PEN،‌ شامل بررسی روش‌های تهیه، تأثیر اصلاح و اِعمال درصدهای مختلف نانو رُس بر ویژگی‌های مکانیکی، الکتریکی، نفوذپذیری و ریزساختار نانوکامپوزیت PEN تهیه‌شده به‌وسیله‌ی اکسترودر دوپیچه، تکامل میکروساختار نانوکامپوزیت PEN در طول مسیر اکسترودشدن در اکسترودر دوپیچه و درنهایت تغییر شکل نانوکامپوزیت PEN در اثر اِعمال نیروی فشاری و برشی پرداخته می‌شود.
بر اساس نتیجه‌های یادشده، ویژگی‌های کششی نانوکامپوزیت‌های PEN دارای حداکثر 5 درصد وزنی نانو رُس در مقایسه با آمیزه‌ی خالص، به‌دلیل تغییر در ویژگی‌های فصل مشترک و ایجاد محدودیت در حرکت و جابه‌جایی زنجیرهای پلیمری، به‌واسطه‌ی وجود ذره‌های خارجی، بهبود پیدا می‌کند. استفاده از 5 درصد نانوذره‌ی رُس، نفوذپذیری نانوکامپوزیت نهایی را به میزان 6 درصد، نسبت به اکسیژن، مقاومت الکتریکی حجمی را تا 70 درصد و ثابت دی‌الکتریک را به میزان 6 درصد کاهش می‌دهد. هم‌چنین دمای انتقال شیشه‌ای و مقاومت به شعله را به میزان 100 درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش می‌دهد. روشن است که افزایش و استحکام و مدول کششی، به درجه‌ی پراکندگی لایه‌های نانو رُس در محمل پلیمری وابسته است و هرچه درجه‌ی پراکنش ساختار بیشتر باشد، احتمال رسیدن به ساختار پراکنشی بیشتر می‌شود و در نتیجه به بالاترین کیفیت مطلوب نانوکامپوزیت خواهیم رسید. هم‌چنین بهترین روش تهیه‌ی نانوکامپوزیت، استفاده از اکسترودر دوپیچه است، به‌طوری‌که تمامی اجزا به‌طور هم‌زمان وارد اکسترودر شوند.

کلیدواژه‌ها


1. M. Clive, C. Teresa, “Polypropylene: the definitive user's guide and databook”, USA, Plastic design library, 1998.
2. d. Costa, H.M. Ramos, V. D. da Silva, A. S. Sirqueira,“Analysis and optimization of polypropylene (PP)/ethylene-propylene- diene monomer (EPDM)/scrap rubber tire (SRT) mixtures using RSM methodology”, Polym. Test., 29, 572- 578, 2010.
3. A. L. N. Da Silva, F. M. B. Coutinho, “Some properties of polymer blends based on EPDM/PP”, Polym. Test. 15, 45- 52, 1996.
4. C. Jacob, P. P. De, S. K. De AK Bhowmick, “Effect of ground EPDM vulcanizate on properties of EPDM rubber”, Appl. Polym. Sci. 82, 3293- 3303, 2001.
5. M.M. Abdel‐Aziz, H. A. Amer, M. K. Atia, A. gwaed Mohamed Rabie, “Modification of CeO2 and its effect on physical and mechanical properties of gamma irradiated EPDM rubber Nano composite contain montmorillonite modified nanoclay”, J. Vinyl Additive Tech.23, E201- E210, 2017.
6. S. Jipa, M. Lungulescu, T. Zaharescu, R. Setnescu, T. Setnescu, “Chemiluminescence study on gamma-irradiated EPDM/IIR blends”, J. Optoelectron. Adv. Mater. 10, 834- 836, 2008.
7. M. Kato, A. Tsukigase, H. Tanaka, A.I. Usuki, “Preparation and properties of Isobutylene- Isoprene Rubber- Clay Nano composites”, J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 44, 1182- 1188, 2006.
8. A. R. Shafieizadegan‐Esfahani, M. M. Abdollahi, A. A. Katbab,“Effects of compounding procedure on morphology development, melt rheology, and mechanical properties of nanoclay reinforced dynamically vulcanized EPDM/Polypropylene thermoplastic vulcanizates”, Polym. Eng. Sci., 56, 914- 921, 2016.
9. K. Singh,T. Nanda,R. Mehta,”Addition of Nano clay and compatibilized EPDM rubber for improved impact strength of epoxy glass fiber composites”, Compos. Part A: Appl. Sci. Manufact., 103, 263- 271, 2017.
10. H. Moustafa, N. A.Darwish, “Effect of different types and loadings of modified nanoclay on mechanical properties and adhesion strength of EPDM- g- MAH/Nylon 66 systems”, International Journal of Adhesion and Adhesives, 61, 15- 22, 2015.
11. A. Mostafapour, Gh. Naderi, M. R. Nakhaei,”Effect of process parameters on fracture toughness of PP/EPDM/nanoclay nanocomposite fabricated by novel method of heat assisted”, polym. Compos. 21, 123- 143, 2016. https://doi.org/10.1002/pc.24214
12. W. Li, H. Dong, S.J.Ahmadi, “Preparation and Properties of Ethylene- Propylene- Diene Rubber/Organo montmorillonite Nano composites”, Appl. Polym. Sci., 94, 440- 445, 2004.
13. D. H. Kang, K. Desai, K. Ho, C. Sung, J.Mead,“Lead Free Elastomer Stabilization for Wire and Cable Applications”, Meeting of the American Chemical Society, Washington DC, 1049, 2003.
14. P. Li, G. Yin, J. Song, L. Sun, H. Wang,”High-performance EPDM/organoclay Nanocomposites by Melt extrusion”, Appl. Clay. Sci., 40, 38- 44, 2008.
15. H. Acharya, S. K. Srivastava, A. K. Bhowmick, “Synthesis of Partially Exfoliated EPDM/LDH Nano composites by Solution Intercalation: Structural Characterization and Properties”, Compos. Sci. Technol., 67, 2807- 2816, 2007.
16. A. Ahmadi, N. B. Mostafa Arab, Gh. Naderi, M. R. Nakhaei,”Optimization of CO2 laser welding process parameters of PP/EPDM/Clay Nano composite using response surface methodology”, Mechan. Indust. 18, 220-232, 2017.
17. H. Zheng, Y. Zhang, Z. L.Peng, Y. X. Zhang,”Influence of Clay Modification on the Structure and Mechanical Properties of EPDM/ montmorillonite Nano composites”, Polym. Test. 23, 2, 217- 222, 2004.
18. N. K. Kyu, K. Hyungsu, W. L. Jae, “Effect of Interlayer Structure, Matrix Viscosity and Composition of a Functionalized Polymer on the Phase Structure of Polypropylene-montmorillonite Nano composites”, Polym. Eng. Sci. 41, 1, 1963- 1969, 2001.
19. H. Zheng, Z.Peng,”Influence of the Clay Modification and Compatibilizer on the Structure and Mechanical Properties of Ethylene- Propylene- Diene Rubber/Montmorillonite Composites”, Appl. Polym. Sci. 92, 638- 64, 2004.
20. H. Acharya, M. Pramanik, S.K. Srivastava, A. K. Bhowmick, Synthesis and Evaluation of High- Performance Ethylene- Propylene- Diene Terpolymer/Organo clay Nanoscale composites”, Appl. Polym. Sci. 93, 2429- 2436, 2004.
21. S. J. Ahmadi, Y. Huang, W. Li, “Fabrication and Physical Properties of EPDM- Organo clay Nano composites” Compos. Sci. Technol. 65, 1069-1076, 2015.
22. B. Liu, Q. J. Ding, Q. He, J. Cai, B.X. Hu, S. Shen,”Novel Preparation and Properties of EPDM/Montmorillonite Nano composites”, Appl. Polym. Sci. 99, 2578- 2585, 2016.
23. W. C. Young, Y. Yungchul, R. Seunghoon, N. Changwoon, “Preparation and Properties of EPDM/Organo montmorillonite Hybrid Nano composites”, Polym. Int. 51, 319- 334, 2002.
24. M. Zaborski, J. B.Donnet, “ Activity of Fillers in Elastomer Networks of Different Structure”, Macromol. Symp. 194, 1, 87- 100, 2013.
25. D. Kang, D. Kim, S. H. Yoon, D. Kim, C. Barry, J. Mead, “Properties and Dispersion of EPDM/Modified-Organo clay Nano composites”, Macromol. Mater. Eng. 292, 329- 338, 2007.
26. H. Okamoto, N. Hasegawa, M. Kato, A. UsukiN,“ Nylon 6/Na-montmorillonite Nano composites prepared by compounding Nylon 6 with Na- montmorillonite slurry”, Polym. 44, 2933- 2937, 2003.
27. A. Alipour, G. Naderi, G. R. Bakhshandeh, H. Valic, S. Shokoohi, “Elastomer Nano composites based on NR/EPDM/Organoclay: morphology and properties”, Int. Polym. Proc., 26, 48- 55, 2011.
28. R. Khosrokhavar, G. Naderi, G. R. Bakhshandeh, M. H. R. Ghoreishy, “Effect of processing parameters on PP/EPDM/Organoclay Nano composites properties using taguchi analysis method”, Iran. Polym. J. 20, 41- 53, 2011.
29. R. Khosrokhavar, G. Naderi, G. R. Bakhshandeh, M. H. R. Ghoreishy,”Microstructural Evolution of PP/EPDM/Organo clay Nano composites in a Twin Screw Extruder”, Intern. Polymer Processing XXVI., 2, 190- 198, 2011.
30. Gh. Naderi, R. Khosrokhavar, Sh. Shokoohi, Gh. R. Bakhshandeh, M. H. R. Ghoreishy, “Dynamically Vulcanized Polypropylene/Ethylene- ropylene Diene Monomer/Organoclay Nano composites: Effect of Mixing Sequence on Structural, Rheological, and Mechanical Properties”, JOURNAL OF VINYL & ADDITIVE TECHNOLOGY, 22 (3), 320- 325, 2016.
31. R. Khosrokhavar, Gh. Naderi, Gh. R. Bakhshandeh, “Effect of Processing Parameters on PP/EPDM/Organo clay Nano composites Using Taguchi Analysis Method, Iranian Polymer Journal, 20 (1), 41- 53, 2011.
32. M. Keramati, I. Ghasemi, M. Karrabi, H. Azizi, “Microcellular foaming of PP/EPDM/organoclay Nano composites: the effect of the distribution of Nano clay on foam morphology”, Polymer Journal, 44, 433- 438, 2012.
33. M. R. Nakhaei, G. Naderi, A. Mostafapour, Effect of processing parameters on morphology and tensile properties of PP/EPDM/Organo clay Nano composites fabricated by friction stir processing”, Iran Polym. J., 25, 179- 191, 2016.
34. Y. Ma, Y. P. Wu, Y. Q. Wang, L.Q. Zhang, “Structure and Properties of Organoclay/EPDM Nano composites: Influence of Ethylene Contents”, Appl. Polym. Sci. 99, 914- 919, 2016.
35. Y.P. Wu, Q.X. Jia, D. S. Yu, L.Q. Zhang,”Modeling Young’s Modulus of Rubber–Clay Nano composites Using Composite Theories”, Polym. Test. 23, 903- 909, 2014.
36. Y. Mohammadpour, A. A.Katbab,”Effects of the Ethylene–Propylene–Diene Monomer Microstructural Parameters and Interfacial Compatibilizer Upon the EPDM/Montmorillonite Nano composites Microstructure: Rheology/ Permeability Correlation”, Appl. Polym. Sci., 106, 4218- 4209, 2007.