بررسی خواص مکانیکی و حرارتی نانوکامپوزیت ترموپلاستیک الاستومر NBR/PP و نانو ذرات خاک رس

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 3، دوره 8، شماره 31، اردیبهشت 1397، صفحه 17-28   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

ایمان فرح بخش^{* 1}؛ صاحبعلی منافی²؛ مهدی شاهدی اصل³؛ بهزاد نایبی⁴

¹گروه مهندسی مکانیک، واحد قوچان، دانشگاه آزاد اسلامی، قوچان، ایران

²دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شاهرود، شاهرود، ایران

³گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

⁴باشگاه دانش پژوهان جوان، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکز، تهران، ایران

تاریخ دریافت: 30 بهمن 1395،  تاریخ بازنگری: 09 مرداد 1396،  تاریخ پذیرش: 18 اردیبهشت 1397 

چکیده

     استفاده از ترکیب‌های پلیمری و تولید ترموپلاستیک الاستومرها یکی از روش‌های بهبود خواص مکانیکی و تولید محصولات جدید با کیفیت مناسب می‌باشد. علاوه بر این استفاده از نانو ذرات خاک رس می‌تواند در خواص کامپوزیت‌های پلیمری تاثیر گذار باشد. یکی از پرکاربردترین الاستومرها در صنعت، لاستیک نیتریل بوتادین (NBR) است. از آنجایی که ترموپلاستیک الاستومر NBR/PP کاربردهای زیادی جهت مقاومت در برابر روغن و درجه حرارت‌های بالا دارد، لذا در این مقاله، به بررسی بهبود ویژگی‌های ترموپلاستیک الاستومر NBR/PP با استفاده از افزودن نانو ذرات خاک رس پرداخته شده است. توسط یک مخلوط کن آزمایشگاهی، نسبت‌های 2، 3 و 5 درصد وزنی نانو ذرات خاک رس با ترموپلاستیک الاستومر NBR/PP مخلوط گردید. نتایج بررسی مشخصات ساختاری با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) نشان داد که شکل‌گیری ساختار ورقه‌ای، به درصد خاک رس استفاده شده در نمونه وابسته است. همچنین نتایج اثر ساختاری نانوکامپوزیت‌ها روی خواص مکانیکی از جمله استحکام کشش، کرنش پارگی، سختی و آنالیز حرارتی TGA و DTA برای هر کدام از نمونه‌ها مورد بررسی قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

نانوکامپوزیت؛ ترکیب NBR/PP؛ خواص مکانیکی؛ نانو خاک رس؛ Cloisite®15A؛ ترموپلاستیک الاستومر

عنوان مقاله [English]

Study of Mechanical and Thermal Properties of NBR/PP-Nano Clay Composite

نویسندگان [English]

I Farahbakhsh¹؛ S.A Manafi²؛ M Sahedi Asl³؛ B Nayebi⁴

چکیده [English]

      One of the ways to improve the mechanical properties and product new compounds with good quality is the use of combination of polymer and thermoplastic elastomers. In addition to the use of nano clay particles can affect the properties of polymer composites. One of the most renowned elastomers is nitrile butadiene rubber (NBR). The thermoplastic elastomer NBR / PP is applied for oil resistance and high temperature. Therefore, in this paper are discussed the recovery characteristics of thermoplastic elastomer NBR / PP with the addition of clay nanoparticles. By a laboratory mixer, ratios of 2, 3 and 5 wt% nano clay particles with thermoplastic elastomer NBR / PP was mixed. The results of the profile of the structure using X-ray diffraction (XRD) showed that the formation of flake structure, the clay is used in related samples. The results of nanocomposite structural effect on mechanical properties such as tensile strength, stretch to the point of rupture, hardness and thermal analysis TGA and DTA for each of the samples were studied.

کلیدواژه‌ها [English]

Nanocomposite, NBR/PP, mechanical properties, Cloisite®15A Nano clay, Thermoplastic elastomer

مراجع

-      Coran, A.Y., R.P. Patel, and D. Williams, Rubber-thermoplastic compositions. Part V. Selecting polymers for thermoplastic vulcanizates. Rubber Chemistry and Technology, 1982. 55(1): p. 116-136.

2-    Margolis, J., In Handbook of plastics, elastomers and composites. 2004, McGraw-Hill, New York.   

3-    Xu, X., et al., Preparation of fully cross‐linked CNBR/PP‐g‐GMA and CNBR/PP/PP‐g‐GMA thermoplastic elastomers and their morphology, structure and properties. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 2004. 42(6): p. 1042-1052.

4-    Coran, A.Y. and R. Patel, Rubber-thermoplastic compositions. Part I. EPDM-polypropylene thermoplastic vulcanizates. Rubber Chemistry and Technology, 1980. 53(1): p. 141-150. 

5-    Móczó, J. and B. Pukánszky, Polymer micro and nanocomposites: structure, interactions, properties. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2008. 14(5): p. 535-563.

6-    Ge, X., et al., Effects of silane coupling agents on the properties of bentonite/nitrile butadiene rubber nanocomposites synthesized by a novel green method. Applied Clay Science, 2015. 118: p. 265-275.

7-    Basuli, U., T. Chaki, and K. Naskar, Influence of Engage® copolymer type on the properties of Engage®/silicone rubber-based thermoplastic dynamic vulcanizates. Express Polymer Letters, 2008. 2(12): p. 846-854.

8-    Naskar, K. and J.W. Noordermeer, Dynamically vulcanized PP/EPDM blends: Effects of different types of peroxides on the properties. Rubber chemistry and technology, 2003. 76(4): p. 1001-1018.

9- George, S., et al., Blends of isotactic polypropylene and nitrile rubber: morphology, mechanical properties and compatibilization. Polymer, 1995. 36(23): p. 4405-4416.

10-Ahmed, K., Eco-thermoplastic Elastomer Blends Developed by Compatibilizing Chlorinated Polyethylene into Industrial-Waste Filled Polypropylene Acrylonitrile Butadiene Rubber System. Arabian journal for science and engineering, 2015. 40(10): p. 2929-2936.

11-  Jose, J., A. Nag, and G. Nando, Processing and characterization of recycled polypropylene and acrylonitrile butadiene rubber blends. Journal of Polymers and the Environment, 2010. 18(3): p. 155-166.

12-  Katbab, A., M. Anaraki, and H. Nazokdast, Polypropylene/NBR thermoplastic elastomers: mechanics, rheology, crystallinity. Iran. J. Polym. Sci. Technol.(Engl. Ed.), 1993. 2(1): p. 12-18.

13-  Sadhu, S. and A.K. Bhowmick, Effect of chain length of amine and nature and loading of clay on styrene-butadiene rubber-clay nanocomposites. Rubber chemistry and technology, 2003. 76(4): p. 860-875.

14-  Wu, Y.-P., et al., Rubber–pristine clay nanocomposites prepared by co-coagulating rubber latex and clay aqueous suspension. Composites Science and Technology, 2005. 65(7): p. 1195-1202.      

15-  Mamoor, G., et al., Effect of Recycled Polypropylene on the Mechanical and Rheological Properties of Polypropylene-NBR Thermoplastic Vulcanisates. Progress in Rubber, Plastics and Recycling Technology, 2012. 28(4): p. 189.  

16-  Mousa, A., N. Halim, and A. Al-Robaidi, Rheological and mechanical properties of clay-thermoplastic elastomers derived from PVC and NBR. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 2006. 45(4): p. 513-518.      

17-  Thomas, S. and R. Stephen, Rubber nanocomposites: preparation, properties and applications. 2010: John Wiley & Sons.

18-  Sapkota, J., Influence of Clay Modification on Curing Kinetics of Natural Rubber Nanocomposites. 2011.  

19-  Bensadoun, F., et al., A comparative study of dispersion techniques for nanocomposite made with nanoclays and an unsaturated polyester resin. Journal of Nanomaterials, 2011. 2011: p. 6.      

20-  Soares, B., et al., Mechanical and morphological properties of polypropylene/nitrile butadiene rubber compatibilized vulcanizates. KAUTSCHUK UND GUMMI KUNSTSTOFFE, 2006. 59(3): p. 110.        

21-  Refat, E.-S., A. Kobayashi, and M. Al-Shamrani, High Functional Alumino-Silicate/Polymer Nanocomposite. 2011.

22-  Mohan, T.P. and K. Kanny, Effects of Synthetic and Processing Methods on Dispersion Characteristics of Nanoclay in Polypropylene Polymer Matrix Composites. Materials Sciences and Applications, 2011. 2(07): p. 785.      

23-  Tian, M., et al., Dramatic influence of compatibility on crystallization behavior and morphology of polypropylene in NBR/PP thermoplastic vulcanizates. Journal of Polymer Research, 2012. 19(1): p. 9745.

24-  George, S., K. Varughese, and S. Thomas, Thermal and crystallisation behaviour of isotactic polypropylene/nitrile rubber blends. Polymer, 2000. 41(14): p. 5485-5503.

25-  Balachandran, M. and S. Bhagawan, Mechanical, thermal and transport properties of nitrile rubber (NBR)—nanoclay composites. Journal of Polymer Research, 2012. 19(2): p. 9809.   

26-  Mahallati, P., A. Arefazar, and G. Naderi, Thermal and morphological properties of thermoplastic elastomer nanocomposites based on PA6/NBR. Iranian Journal of Chemical Engineering, 2011. 8(1): p. 57. 

27-  فرح بخش, ایمان., همکاران., بررسی تاثیر پارامتر مدت زمان آسیاکاری و قطر گلوله بر تشکیل محلول جامد و پوشش مکانیکی سطح در حضور پودر مسی و گلوله نیکلی. فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین, 2017.  7 (۳) ص: ۶۷-۸۴.

28-  Ahmadi, S.J., et al., Mechanical properties of NBR/clay nanocomposites by using a novel testing system. Composites Science and Technology, 2009. 69(15): p. 2566-2572.

29-  Ray, S.S. and M. Okamoto, Polymer/layered silicate nanocomposites: a review from preparation to processing. Progress in polymer science, 2003. 28(11): p. 1539-1641.    

30-  Jahromi, A.E., et al., Morphology and mechanical properties of polyamide/clay nanocomposites toughened with NBR/NBR-g-GMA: A comparative study. Composites Part B: Engineering, 2016. 90: p. 478-484.

31-  Krishnamoorti, R., R.A. Vaia, and E.P. Giannelis, Structure and dynamics of polymer-layered silicate nanocomposites. Chemistry of Materials, 1996. 8(8): p. 1728-1734.

32-Gabbott, P., Principles and applications of thermal analysis. 2008: John Wiley & Sons.

33-  Robinson, J.W., E.S. Frame, and G.M. Frame II, Undergraduate instrumental analysis. 2014: CRC Press.