مطالعه نانوکامپوزیت آلیاپ pp/pet/clay حاوی ماده ضد شعله عاری از هالوژن: ارتباط ریزساختار با پارامترهای رئولوژیکی

در این رساله، سامانه ی آلیاژهای پلی پروپیلن (pp)/پلی اتیلن ترفتالات (pet) از دو دیدگاه مطالعه می شوند. در دیدگاه اول، ناسازگاری این آلیاژ موضوع می شود و مطالعات روی مبحثی مهم در زمینه ی استفاده از سازگارکننده های معمول به عنوان روشی اساسی برای بهبود کارایی این آلیاژها، متمرکز می شود. در این باره، هدف اصلی بررسی اثر فعالیت بین سطحی و تشکیل مایسل سازگارکننده های واکنشی روی ریزساختار و رفتار رئولوژیکی آلیاژها می باشد. در این راستا، مطالعات روی ارتباط بین ریزساختار و رفتار رئولوژیکی آلیاژها متمرکز می شود. بدین منظور، آزمونهای رئولوژیکی تحت میدان جریان برشی گذار و دینامیک و روشهای رهایش از تنش به همراه آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) برای نمونه های آلیاژ pp/pet سازگار شده توسط دو سازگارکننده ی واکنشی با فعالیت بین سطحی و خواص رئولوژیکی متفاوت، انجام می شوند. در راستای انجام مطالعات در این بخش نشان داده می شود که چطور مطالعات رئولوژیکی قابلیت استفاده برای ارزیابی فعالیت بین سطحی و تعیین غلظت تشکیل مایسل سازگارکننده را دارند. همچنین نقش تشکیل مایسل سازگارکننده روی رفتار رئولوژیکی و ریزساختار آلیاژهای امتزاج ناپذیر pp/pet تبیین می شود. در دیدگاه دوم، آلیاژهای pp/pet حاوی لایه های سیلیکات موضوع می شوند. هدف اصلی مطالعات در زمینه ی سامانه ی نانوکامپوزیتهای pp/pet/clay، روی اثرات مکان استقرار ذرات خاک رس و میزان آنها در آلیاژ بر رفتار رئولوژیکی، ریزساختار و رفتار حرارتی سامانه بنا نهاده می شود. در این باره، سعی می شود تا روشی برای تعیین مکان استقرار ذرات نانو در آلیاژ با استفاده از تکنیکهای رولوژیکی مشخص شود. علاوه بر این، اثرات مکان استقرار متفاوت ذرات نانو در سامانه های آلیاژ غنی از pp و غنی از pet بر راندمان این افزودنیها برای بهبود خواص مکانیکی و مقاومت اشتعال پذیری بررسی می شوند. از آنجائیکه بخوبی شناخته شده است که ذرات نانو در زمینه ی بهبود مقاومت اشتعال پذیری پلیمرها باعث خاموش شدن شعله نمی شوند، در راستای بررسی خواص مقاومت اشتعال پذیری، ماده ی ضد شعله ی عاری از هالوژن مناسبی در کنار ذرات نانو بکار گرفته می شود. نتایج حاصل از آزمون میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) به همراه بررسیهای تئوری بر اساس مدلی ترمودینامیکی نشان می دهند که ذرات نانو بیشتر در فاز pet آلیاژها مستقر می شوند، اگرچه مقداری از ذرات نانو در سطح مشترک بین دو فاز نیز مشاهده می شوند. مکان استقرار ذرات نانو بوسیله ی اندازه گیریهای رئولوژیکی و بررسی تغییرات گرانروی ترکیبی و مدول ذخیره، حاصل از آزمونها تحت میدان جریان برشی نوسانی، همچنین بررسی تغییرات در شاخص توانی، حاصل از آزمونها تحت میدان جریات برشی گذار و یکنواخت، مطالعه می شوند. نتایج حاکی از آن است که این روشهای رئولوژیکی، بویژه تحت میدانهای جریان برشی نوسانی، ابزاری قوی در راستای تعیین مکان استقرار ذرات نانو در سامانه ی آلیاژ، مخصوصاً برای میزانهای بالا ی ذرات نانو در سامانه، می باشند. خواص حرارتی (رفتار بلورینگی و ذوب) نانوکامپوزیتهای pp/pet/clay با استفاده از آزمون گرماسنجی روبشی دیفرانسیلی (dsc) مطالعه می شوند. بر اساس نتایج، مشخص می شود که با بررسی تغییرات دمای بلورینگی و میزان بلورینگی اجزاء پلیمری سامانه ی آلیاژ نیز امکان تعیین مکان استقرار ذران نانو در آلیاژ وجود دارد. بر اساس مشاهدات تصاویر حاصل از آزمون sem، مشخص می شود که استقرار ذرات نانو در فاز pet به عنوان فاز زمینه، منجر به بهبود مورفولوژی آلیاژ می شود. در حالیکه، استقرار ذرات نانو در فاز pet به عنوان فاز پراکنده، قادر به بهبود مورفولوژی آلیاژ نمی شود. آزمون کشش برای بررسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیتهای pp/pet/clay بکار گرفته می شود. بدلیل استقرار ذرات نانو در فاز زمینه ی آلیاژ غنی از pet، راندمان این ذرات برای افزایش مدول این آلیاژ نسبت به آلیاژ غنی از pp بالاتر می باشد. اما این راندمان، هنوز به میزان قابل توجهی نسبت به آنچه توسط مدل مکانیکی hui-shia پیشبینی می شود پایین تر است. همچنین بر اساس نتایج آزمون خواص مکانیکی، ذرات نانوی مستقر در سطح مشترک میان دو فاز آلیاژ، اثر سازگارسازی در راستای بهبود خواص مکانیکی ندارند. پایداری حرارتی و مقاومت اشتعال پذیری نمونه های آلیاژ pp/pet حاوی ذرات نانو خاک رس و یک ترکیب نیتروکسیل اتر بوسیله ی آزموهای گرما وزن سنجی (tga)، رهایش حرارت و تعیین شاخص حدی اکسیژن (loi) مطالعه می شوند. همچنین رفتار رئولوژیکی این نمونه ها، تحت میدان جریان برشی نوسانی بررسی می شود. بر طبق نتایج حاصل از آزمونهای رئولوژیکی، ساختار شبه شبکه ای میان ذرات نانو در هر دو سامانه ی آلیاژهای غنی از pp و غنی از pet تشکیل می شود. بر اساس نتایج حاصل از آزمون tga که با استفاده از مدل kissinger تحلیل می شود، مشخص می شود که ذرات نانو با ساختاری شبه شبکه ای در آلیاژها، تنها قادر به بهبود پایداری حرارتی آلیاژ غنی از pet می باشند. به همین ترتیب، نتایج آزمون رهایش از حرات نشان می دهند که ذرات نانو دارای راندمان بالاتری برای بهبود مقاومت اشتعال پذیری آلیاژ غنی از pet نسبت به آلیاژ غنی از pp می باشند. همچنین اثر هم افزایی میان ذرات نانو و ماده ی ضد شعله در راستای بهبود مقاومت اشتعال پذیری نمونه ها یافت نشد.