توصيفگر ها :
تفرق حالت جامد , آكوستيك , فركانس تشدي , پليمر , نانوكامپوزيت , تركيب مذاب
چكيده فارسي :
بخش قابل‌توجهي از تحقيقات در حوزه نانوكامپوزيت‌هاي پليمري قبل از مسئله مشخصه و ساخت و حتي كاربرد نانوكامپوزيت‌ها، موضوع توزيع و تفرق مناسب نانوذرات است. "مخلوط كردن به‌وسيله امواج تشديد شده صوتي" روشي است كه هدف آن ارائه يك‌راه حل تركيب نانومواد و گرانولهاي پليمر و يا رزين‌ها با گرانروي بالا، اما در فركانس‌هاي پايين، براي همگن‌سازي مواد است. فن آوري اساسي در مخلوط‌كن‌هاي بر پايه فركانس تشديد صوتي، تركيبي از انرژي صوتي و ارتعاش بوده كه مي‌تواند در حالت جامد باعث ايجاد تفرق ذرات گردد. مزيت اصلي اين فن آوري در مكانيزم نسبتاً ملايم آن، يعني ارائه انرژي‌هاي خفيف اما موضعي بين ذرات و گرانولهاي پليمري، نهفته است. بدون اينكه در اين فرآيند از تيغ يا پروانه استفاده شود و يا از آلتراسونيك‌ها با چگالي انرژي بالا كه خود باعث شكسته شدن ذرات مي‌گردد. در اين تحقيق به طراحي و ساخت دستگاه تفرق حالت جامد نانوذرات/پليمر، بر اساس فن آوري فركانس تشديد صوتي پرداخته شد و پس از آن تفرق حالت جامد نانوذرات كربني كربن سياه و گرافيت، به‌عنوان پيش فرآيند اصلي، بر روي گرانولهاي پلي يورتان ترموپلاستيك، پلي‌اتيلن سبك و آكريلونيتريل بوتادين استايرن صورت گرفته و تركيب تهيه‌شده در روش مخلوط‌كن دو غلتكي، به‌منظور امكان‌سنجي ساخت ورق‌هاي كامپوزيتي استفاده گرديد. نتايج نشان داد دماي شيشه‌اي در جوش‌سطحي گرانول‌ها، گرانروي مذاب در مخلوط‌كن دو غلتكي و اندازه ذرات، بر روي راندمان تفرق ذرات تأثير گذاشته كه منجر به تغييرات در خواص مكانيكي مي‌شود. همچنين نانوذرات گرافيت با درصد وزني 1 درصد منجر به كرنش در شكست بيشينه نانوكامپوزيت‌ها نسبت به پليمر پايه مي‌شود و ديگر خواص كششي نمونه‌ها در حالت پليمرها با دماي شيشه‌اي پائين تحت تأثير نامطلوب افزايش ذرات بوده درحالي‌كه خواص كششي نانوكامپوزيت‌ها در حالت استفاده از پليمر آكريلونيتريل بوتادين استايرن با افزايش نانومواد، افزايش‌يافته و در ميكرو مواد اثر برعكس ايجاد شد. نتايج ارائه‌شده نشان مي‌دهد اثر روش تفرق حالت جامد، در حالت تقويت‌كنندگي با كربن سياه تأثير بيشتري در خواص استحكامي داشته درحالي‌كه در حالت نانوذرات گرافيت، تفرق براي پليمر نسبتاً ترد با دماي شيشه‌اي بالا، اثر مطلوب‌تري بر روي خواص استحكامي دارد و نيز در حالت استفاده از پلي‌اتيلن سبك با دماي شيشه‌اي پائين، حالت برعكس ايجادشده و افزايش نانوذرات باعث كاهش خواص استحكام كششي مي‌شود. همچنين نانوكامپوزيت‌هاي پليمر پلي‌اتيلن سبك و آكريلونيتريل بوتادين استايرن تقويت‌شده با نانوذرات گرافيت و كربن سياه، با استفاده از روش تفرق حالت جامد و مخلوط‌كن دو غلتكي، منجر به افزايش خواص استحكام كششي در درصدهاي پايين‌تر كربن سياه شده كه به دليل افزايش سطح پوشش داده‌شده گرانول‌ها در درصدهاي پائين و درنتيجه افزايش راندمان استحكام‌بخشي صرف‌نظر از حضور فازهاي كلوخه‌اي در درصدهاي بالاي كربن سياه است. شايان‌ذكر است كه در كنار كيفيت پوشش دهي گرانول‌ها در دو حالت ميكرو و نانوذرات كربني، مقدار گرانروي تركيب مذاب هنگام تهيه ورق‌ها توسط سامانه مخلوط‌كن دو غلتكي يك عامل كليدي بوده كه به‌طور متقابل يا هم‌افزايي بر روي وضعيت تفرق و درنتيجه خواص مكانيكي تأثير مستقيم دارد
چكيده انگليسي :
A significant part of research in the field of polymer nanocomposites before the issue of characterization and construction and even the use of nanocomposites, is the issue of proper distribution and the dispersion of nanoparticles. "Mixing by sonic waves" is a method that aims to provide a solution for combining nanomaterials and polymer granules or high-viscosity resins at low frequencies to homogenize materials. The basic technology in sound-based frequency mixers was a combination of sound energy and vibration that can cause particle dispersion in the solid state. The main advantage of this technology lies in its relatively gentle mechanism, providing low and local energies between polymer particles and granules. This process does not involve the use of impeller blades or high-energy ultrasound, which break down the particles themselves. In this research, solid state dispersing of nanoparticle / polymer device was designed and manufactured based on acoustic frequency resonance technology. As the main preprocess, the dispersion of carbon black nanoparticles and graphite was then performed by this device on thermoplastic polyurethane granules, low density polyethylene and acrylonitrile butadiene styrene granules. Finally, the mixture prepared by this method was used to fabrication composite sheets by calendering. The results showed that the particle dispersion efficiency affected by the glass temperature in the sintering of the granules, the viscosity of the melt in the calendering and the particle size leading to changes in mechanical properties. Graphite nanoparticles with a weight percentage of 1% also led to strain in the maximum failure of nanocomposites compared to the base polymer and other tensile properties of the samples in the state of polymers with low glass temperature were adversely affected by the increased of particles, while the tensile properties of nanocomposites in the case of acrylonitrile butadiene styrene polymer increased with increasing nanomaterials and in micro-materials had the opposite effect. The presented results showed that the effect of solid state dispersion method had a greater effect on tensile properties in the case of carbon black reinforcement, while in the case of graphite nanoparticles, the dispersion for relatively brittle polymer with high glass temperature had a more favorable effect on strength properties. On the other hand, in the case of using low density polyethylene with low glass temperature, the opposite situation was created and the increase of nanoparticles reduced the tensile strength properties. Also, low density polyethylene and acrylonitrile butadiene styrene polymer nano composites reinforced with graphite and carbon black nanoparticles, using solid-state dispersion and calendering methods, increased tensile strength properties at lower percentages of carbon black due to increased coated surface area. As a result, the efficiency of reinforcement was increased, regardless of the presence of agglomerated phases in high percentages of carbon black. It was noteworthy that in addition to the coating quality of the granules in both micro and nano carbon particles, the viscosity of the melt coposition when preparing the sheets by calendering mixer is a key factor that had antagonistic, or synergistic effect on the dispersion and consequently mechanical properties.
