چکیده پلی بوتادی ان (br) یک لاستیک با مصرف عام است که دارای خواص ویژه ای مانند جهندگی بالا، مقاومت در برابر رشد ترک خوب و انعطاف پذیری عالی در دمای پایین می باشد ولی استحکام کششی ضعیفی دارد. بنابراین بررسی اثر تقویت کنندگی پرکننده های مختلف بر خواص این لاستیک همواره دارای اهمیت است. دوده مهم ترین تقویت کننده در صنایع لاستیک است ولی به دلیل رنگ سیاه برای استفاده در محصولات پزشکی، ورزشی و خانگی محدودیت دارد. به دلیل وابستگی تولید و قیمت دوده به نفت، محققین تحقیقات بسیاری را برای یافتن جایگزین مناسب برای آن آغاز کرده اند. در این پروژه، بررسی و مقایسه اثر تقویت کنندگی آکریلات و متاکریلات آلومینیوم به عنوان پرکننده های فعال و خاک رس به عنوان پرکننده نانو بر خواص لاستیک br با هدف جایگزینی بخشی از دوده مورد مصرف در آمیزه های لاستیکی br انجام شده است. اختلاط آمیزه ها بر روی غلطک و در دمای ?c 5 ± 40 به مدت 15 دقیقه انجام شد. برای بررسی خواص پخت، خواص فیزیکی مکانیکی و پارامتر اتلاف آمیزه ها و نمونه های لاستیکی از آزمون های رئومتری، کشش، چگالی، سختی، جهندگی، سایش و آنالیز گرمایی مکانیکی دینامیکی استفاده شد. همچنین از آزمون پراش پرتو ایکس تحت زوایای کوچک برای بررسی ساختار نانوخاک رس در نانوکامپوزیت ها و از آزمون میکروسکوپ الکترونی پویشی وedx برای بررسی سطح شکست نمونه ها و کیفیت پراکنش پرکننده ها استفاده گردید. نتایج نشان می دهد نانوخاک رس اثر شتاب دهندگی بر فرآیند پخت لاستیکbr دارد و احتمال اسکورچی شدن آمیزه های لاستیکی با سیستم پخت گوگردی موثر را به شدت افزایش می دهد ولی پرکننده های فعال استفاده شده اثر محسوسی بر سرعت فرآیند پخت و مدت زمان ایمنی ندارند که می تواند یک مزیت برای آنها به شمار آید. تقویت کنندگی پرکننده های فعال و نانوخاک رس مانند سایر پرکننده ها به پراکنش مناسب آنها در آمیزه لاستیکی بستگی دارد. استفاده از پرکننده های فعال به عنوان جایگزین بخشی از دوده مورد مصرف در آمیزه های br حاوی سیستم پخت گوگردی موثر، موجب بهبود خواص کششی نشد ولی با تغییر سیستم پخت به معمولی سولفنامیدی، استفاده از هیبرید phr 6 آکریلات آلومینیوم و phr 30 دوده به جای phr 50 دوده در آمیزه br موجب افزایش استحکام کششی و ازدیاد طول به ترتیب به مقدار 20 و 170 درصد گردید. در آمیزه های تهیه شده با سیستم پخت موثر، استحکام کششی و ازدیاد طول آمیزه حاوی هیبرید phr8 نانوخاک رس و phr 25 دوده به ترتیب 15 و 100 درصد بیشتر از مقادیر مربوط به نمونه حاوی phr 50 دوده بدست آمد. در ضمن با افزایش مقدار نانوخاک رس تا مقدار phr10 در آمیزه حاوی phr20 دوده، روند افزایشی و پس از آن روند کاهشی در خواص کششی مشاهده شد. در آمیزه های با سیستم پخت معمولی سولفنامیدی، خواص کششی آمیزه حاوی هیبرید phr 4 نانوخاک رس و phr30 دوده معادل خواص کششی آمیزه پرشده با phr 50 دوده بوده است. با افزایش تقویت کنندگی مقدار اتلاف کاهش می یابد. در نتایج آزمون dmta مشاهده شد که تقویت کنندگی phr10 نانوخاک رس و یا phr 10 آکریلات آلومینیوم از phr 10 دوده بیشتر است. همچنین در آمیزه های با سیستم پخت موثر، مقدار اتلاف آمیزه تقویت شده با هیبرید phr 4 نانوخاک رس و phr 30 دوده نسبت به آمیزه حاوی phr 50 دوده کاهش یافته ولی مقدار اتلاف آمیزه تقویت شده با هیبرید phr 6 آکریلات آلومینیوم و phr 30 دوده نسبت به آمیزه حاوی phr 50 دوده افزایش یافته که این مطلب نتایج آزمون کشش را تایید می کند. در ضمن مقدار اتلاف آمیزه حاوی سیستم پخت معمولی سولفنامیدی تقویت شده با هیبرید phr 6 آکریلات آلومینیوم و phr 30 دوده با وجود اتصالات عرضی پلی سولفیدی کمتر از اتلاف آمیزه معادل با سیستم پخت موثر است که نشان دهنده تقویت کنندگی بیشتر پرکننده های فعال در آمیزه های حاوی سیستم پخت معمولی است. نتایج آزمون saxs نشان می دهد که ساختار میان لایه ای برای نانوکامپوزیت های لاستیکی اتفاق افتاده است و با افزایش مقدار نانوخاک رس در آمیزه حاوی phr 20 دوده مقدار این ساختار کاهش می یابد. با بررسی تصاویر sem مشاهده می شود که با جایگزینی بخشی از دوده توسط نانو خاک رس سطح شکست زبرتر و حفره ها کمتر شده است که نشان دهنده بهبود چسبندگی و برهم کنش پرکننده ها با لاستیک می باشد. همچنین در آمیزه های حاوی پرکننده فعال، سطح شکست نمونه با سیستم پخت معمولی چقرمه تر از سطح شکست نمونه حاوی سیستم پخت موثر به نظر می رسد. تصاویر edx نشان می دهد که کیفیت پراکنش پرکننده فعال به ویژه با افزایش مقدار آن در آمیزه کاهش می یابد و می بایست این مشکل مرتفع شود تا تقویت کنندگی بیشتر حاصل گردد. پراکنش نانوخاک رس از وضعیت بهتری برخوردار بوده است.

در این پژوهش نانوکامپوزیت الاستومرهای گرمانرم بر پایه کوپلیمر اتیلن وینیل استات (eva)، لاستیک نیتریل (nbr) و نانو خاک رس طی فرآیند اختلاط مذاب دو مرحله ای و در یک مخلوط کن داخلی تهیه شده و اثر ترکیب درصد آلیاژ و مقدار نانو خاک رس روی مورفولوژی و خواص مکانیکی، حرارتی، رئولوژی و انتقالی نانوکامپوزیت ها بررسی شده است. ترکیب درصدهای انتخابی برای آلیاژها به صورت 20، 40 و 60% وزنی از لاستیک بوده و مقادیر مختلف نانو خاک رس برابر با 1، 3، 5 و 7% وزنی درنظر گرفته شد. نوع خاک رس مورد استفاده، cloisite 30b با یک اصلاح کننده آلی قطبی بود. با توجه به نتایج به دست آمده از تفرق اشعه ایکس با زاویه کوچک (saxs) و عکس های میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem)، وجود برهمکنش های قوی بین نانو خاک رس و ماتریس پلیمری منجر به ایجاد ساختارهای لایه ای شده و ورقه ای شده لایه های سیلیکاتی در ماتریس eva می شود. برای بررسی مورفولوژی و اندازه ذرات فاز پراکنده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) استفاده شد. عکس های sem نشان داد که مورفولوژی ترکیبات با مقدار لاستیک کم دارای یک ساختار دو فازی به صورت ماتریس- قطره است و بین 40 تا 60% از nbr مورفولوژی هم پیوسته دیده می شود. علاوه بر این افزایش خاک رس باعث کاهش اندازه ذرات فاز لاستیک در مقایسه با آلیاژهای پرنشده می شود. اندازه گیری های مکانیکی نشان داد که با افزایش لاستیک خواص مکانیکی کاهش می یابد. مدول یانگ و تنش تسلیم نمونه ها با افزودن نانو خاک رس افزایش یافته اما ازدیاد طول و تنش شکست کاهش می یابند. در واقع وجود ذرات خاک رس در ابعاد نانو مقاومت اولیه نانوکامپوزیت ها را افزایش داده و باعث افزایش مدول کششی آن ها می شود. تخمین اندازه بلور به کمک تفرق اشعه ایکس با زاویه بالا (waxd) روندی کاهشی با افزایش خاک رس نشان داد

رزین های اپوکسی به دلیل دارا بودن خواصی مانند مقاومت شیمیایی و الکتریکی عالی، پایداری حرارتی وشیمیایی بسیار مناسب، استحکام بالا، سختی و مقاومت سایشی خوب و مقاومت در برابر محیط های قلیایی بسیار مورد توجه صنایع پیشرفته قرار گرفته اند. مهمترین عیب این رزین، شکننده بودن آن پس از پخت و مقاومت پایین در برابر گسترش ترک است. مطالعات زیادی برای چقرمه کردن اپوکسی انجام گرفته است که از آن جمله می توان به اصلاح شیمیایی ساختار رزین، استفاده از پلیمرهای گرمانرم ضربه پذیر، استفاده از لاستیک مایع، استفاده از پرکننده های معدنی و روش هیبریدی (استفاده هم زمان از دو عامل چقرمه کننده) اشاره نمود. در تحقیق حاضر، چقرمه کردن رزین اپوکسی با دو روش استفاده از لاستیک مایع ctbn و روش هیبریدی (استفاده هم زمان از لاستیک مایع و نانوذرات آلومینا) انجام شد. در روش اول، مقادیر صفر تا phr 25 از لاستیک مایع ctbn با فواصل phr 5 به رزین اپوکسی اضافه شده و آزمون های کشش، خمش، ضربه و چقرمگی شکست و شکل شناسی سطح شکست بر نمونه ها انجام شد. حضور لاستیک بطور کلی، استحکام و مدول را کاهش و کرنش در شکست را افزایش داده به نحوی که نمونه دارای phr 25 لاستیک مایع ctbn (ec25) نسبت به نمونه فاقد لاستیک، 38% کاهش استحکام کششی، 56% کاهش مدول کششی و 92% افزایش ازدیاد طول در نقطه شکست نشان می دهد. بیشترین مقدار چقرمگی کششی در مورد کامپوزیت دارای phr 15 لاستیک مایع (ec15) مشاهده شد که 43% افزایش داشت. ازدیاد طول در نقطه شکست نمونه فوق نیز 66% بهبود نشان داد. بالاترین میزان استحکام ضربه با 130% افزایش، مربوط به نمونه ec25 بود. بیشترین مقدار kic برای نمونه ec15 بدست آمد که نسبت به نمونه خالص 54% افزایش نشان داده و پس از آن با افزایش غلظت لاستیک مایع کمی کاهش در مقادیر kic، مشاهده شد. با افزایش مقدار لاستیک مایع، مقادیر انرژی شکست روند افزایشی داشته و نمونه ec25 بیشترین مقدار انرژی شکست را نشان داد که نسبت به نمونه خالص 383% افزایش یافته است. در تمامی نمونه های اصلاح شده با لاستیک مایع، استحکام و مدول خمشی کاهش یافته و نمونه ec25 با 8/36% کاهش استحکام و 7/39% افت مدول نسبت به رزین خالص، کمترین استحکام و مدول خمشی را در میان نمونه های مورد مطالعه نشان داد. بیشترین مقدار کرنش در نقطه شکست نیز برای همین نمونه مشاهده شد که نسبت به نمونه خالص 136% افزایش یافته است. آزمون sem، شکل شناسی دو فازی شامل فاز صلب اپوکسی و حفره های ناشی از جدا شدن ذرات لاستیکی را نشان داد. با توجه به این که بالاترین نسبت افزایش استحکام ضربه به کاهش استحکام کششی برای نمونه دارای phr 15 لاستیک مایع بدست آمد و همچنین بیشترین مقدار kic و چقرمگی کششی مربوط به این نمونه بود، مقدار phr 15 لاستیک مایع به عنوان مقدار بهینه لاستیک جهت تهیه نانوکامپوزیت های هیبریدی انتخاب گردید. در بخش دوم کار، با استفاده از ctbn و نانوذرات آلومینا (phr 10 و 7 ،5 ،3 ،1)، نانوکامپوزیت های هیبریدی تهیه و آزمون های مختلف بر روی آن ها انجام شد. استحکام کششی با افزایش میزان نانوآلومینا افزایش جزیی نشان داده و بیشترین مقدار استحکام با 12% افزایش برای نمونه دارای phr 7 نانوذره (eca7) بدست آمد. مدول کششی نمونه های هیبریدی تا phr5 نانوذرات آلومینا (eca5) افزایش یافته و در مقادیر بالاتر نانوذرات، مدول تقریباً ثابت ماند که در نمونه eca5، 60% افزایش مدول مشاهده شد. بیشترین مقدار کرنش در نقطه شکست مربوط به نمونه eca7 بود که نسبت به نمونه فاقد نانوذرات 6% افزایش نشان داد. بیشترین میزان چقرمگی نیز با 37% افزایش، مربوط به نمونه eca7 بود. با اضافه کردن نانوذره تا phr3، استحکام ضربه کاهش و در مقادیر بیشتر نانوذره، استحکام ضربه افزایش یافت. نمونه eca7 با وجود داشتن بالاترین استحکام ضربه در بین نانوکامپوزیت های هیبریدی، نسبت به نمونه بدون نانوذره، 23% کاهش در استحکام ضربه نشان داد. مقادیر kic و gic، با اضافه شدن نانوذرات تا phr 3 کاهش و پس از آن با افزودن مقادیر بیشتر نانوذره افزایش یافت. نمونه eca7 با 15% افزایش kic و 16% افزایش در انرژی شکست نسبت به نمونه eca0، بهترین نتایج را در این آزمون به خود اختصاص داد. شکل شناسی نمونه ها با آزمون sem بررسی شد. با افزایش مقدار نانوذرات، سطح شکست تغییر کرده که این تغییرات در مقادیر بیشتر از phr3 نانوذره شدیدتر است. پخش و توزیع نانوذرات به وسیله آزمون پراش اشعه ایکس (edxa) بررسی شد که در تمامی نانوکامپوزیت های هیبریدی، توزیع خوب و یکنواخت نانوذرات آلومینا مشاهده شد. زبری سطح شکست نمونه ها به کمک روش بُعد فرکتالی اندازه گیری و بیشترین زبری سطح شکست در نمونه ی eca7 ملاحظه گردید.

در این پژوهش نانوکامپوزیت های پلی اتیلن مالئیک دار و نانو صفحات گرافن طی فرآیند اختلاط مذاب در یک مخلوط کن داخلی تهیه شد. در ابتدا مستربچ حاوی 5 درصد وزنی گرافن تهیه شده و جهت رقیق سازی، نانوکامپوزیت های حاوی 5/0، 1 و 2 درصد وزنی گرافن تهیه شدند. در ادامه جهت پخت نانوکامپوزیت های مختلف به روش دینامیکی مقدار 5/0 درصد وزنی دی کیومیل پراکسید (dcp) به نانوکامپوزیت ها اضافه شده و تاثیر dcpو نانو صفحات گرافن بر روی درصد ژل، مورفولوژی، خواص مکانیکی، حرارتی، دینامیک مکانیکی و رئولوژی و نانوکامپوزیت های پخت نشده و پخت شده بررسی شده است