تحصيلات تکميلي

نام و نام خانوادگي : مهرناز جولازاده

دانشکده : فني و مهندسي

استاد راهنما : دكتر اميرحسين نوارچيان

تاريخ دفاع : 19/12/87

رشته و گرايش : مهندسي شيمي

استاد مشاور : دكتر فرهاد صادقي

بررسي تأثير عوامل فرآيندي بر روي خواص مكانيكي نانوكامپوزيت­هاي پلي­يورتان-خاك­رس

چکيده

در چند سال اخير نانوكامپوزيت هاي پليمري به واسطه خواص بهبود يافته­شان نسبت به پليمر خالص و يا كامپوزيت­هاي متداول مورد توجه قرار گرفته اند. در اين تحقيق، با تهيه نانوكامپوزيت­هاي پلي­يورتان-خاك­رس به روش پليمريزاسيون درجا، خواص مكانيكي نمونه­ها به وسيله آزمون­هاي مختلف مورد مطالعه قرار گرفت و نحوة تأثير برخي از عوامل بر روي اين خواص تعيين گرديد. همچنين شرايط مناسب عوامل گوناگون براي رسيدن به خواص بهينه مكانيكي مشخص شد. بدين منظور ابتدا پس از مطالعات اوليه، عوامل مؤثر احتمالي شامل نوع پيش­پليمر (پايه استري و پايه اتري)، نوع كاتيون يا اصلاحگر خاك­رس (سديم، يون آلكيل آمونيوم، متيلن-بيس-اورتو-كلروآنيلين)، محتواي خاك­رس و مدت زمان اختلاط تعيين گرديد. براي تعيين دقيق محدوده محتواي خاك­رس در ماتريس پليمر يك سري آزمايش­هاي غربالي صورت پذيرفت. از طرفي اصلاح خاك­رس از طريق تعويض كاتيون سديم در مونت­موريلنيت با مولکول آلي متيلن-بيس-اورتو-كلروآنيلين (که خود نقش گسترنده زنجير و نيز عامل پخت را هم در تشکيل پلي يورتان ايفا مي­نمايد) انجام شد.

پس از تعيين عوامل مختلف و سطوح هر يك از آنها، طراحي آزمايش­ها به روش تاگوچي انجام شد (18 آزمايش) و بر اساس آن نمونه­هاي نانوكامپوزيت تهيه گرديد. شايان ذكر است كه هر آزمايش دو بار انجام گرفت. سپس خواص مكانيكي نمونه­هاي توليدي (خواص كششي، مقاومت سايشي و سختي) اندازه­گيري شده و از طريق روش­هاي آماري ميزان و نحوة تأثير عوامل مختلف بر روي اين خواص مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از تحليل واريانس نشان داد كه به ترتيب عوامل نوع پيش­پليمر، نوع كاتيون خاك­رس، محتواي خاك­رس و برهمكنش بين دو پارامتر نوع پيش­پليمر و كاتيون (يا اصلاحگر) خاك­رس بر خواص كششي و مقاومت سايشي نانوكامپوزيت­هاي پلي­يورتان-خاك­رس مؤثر مي­باشند. در محدودة مورد بررسي، عامل مدت زمان اختلاط بر روي خواص مكانيكي تأثير قابل ملاحظه­اي نشان نداد. همچنين مشخص گرديد كه گرچه با افزايش درصد خاك­رس در ماتريس پليمر، دانسيته اتصالات عرضي به مقدار جزئي كاهش يافته و در نتيجه سختي نمونه­هاي نانوكامپوزيت پلي­يورتان نيز به مقدار کمي كاهش مي­يابد، اما اثر عوامل مختلف بر روي سختي نانوکامپوزيت­هاي پلي­يورتان-خاک­رس چندان قابل ملاحظه نيست.

نتايج نشان داد كه بيشترين بهبود در خواص مكانيكي زماني روي مي­دهد كه از پيش­پليمر پايه استري و 30B-MMT (خاك­رس اصلاح شده با يون آلكيل آمونيوم) با محتواي 5/1 درصد وزني استفاده شود. در پايان نيز مورفولوژي نمونه­هاي بهينه نانوكامپوزيت پلي­يورتان-خاك­رس تهيه شده با استفاده از آزمون­هاي ميکروسکوپ الكتروني روبشي (SEM) و پراش پرتو X مورد بررسي قرار گرفت. نتايج بيانگر شكل­گيري ساختار تقريباً ورقه­اي در نمونه­هاي نانوكامپوزيت مي­باشد. با توجه به نتايج حاصله به نظر مي­رسد كه جايگزين كردن قطعات يا پوشش­هاي در معرض سايش با نمونه­هاي نانوكامپوزيت پلي­يورتان-خاك­رس، به واسطه برهمكنش­هاي قوي بين ماتريس پليمر و پركننده نانومقياس، منجر به بهبود عملكرد و افزايش طول عمر قطعات يا پوشش مورد نظر خواهد شد كه در نتيجه كاهش هزينه­ها را در پي خواهد داشت.

واژگان کليدي: پلي­يورتان، نانوکامپوزيت، خاک‌رس، خواص كششي، مقاومت سايشي