بررسی تاثیر ریز ساختار و نانو تیتان بر رفتار رئولوژیکی و مقاومت در مقابل رشد ترک های محیطی در انواع پلی اتیلن های با چگالی بالا

در این پژوهش خصوصیات مختلف و مهم ساختاری پلی اتیلن از قبیل وزن مولکولی، توزیع وزن مولکولی، شاخه های جانبی و تبلور و همچنین ارتباط این عوامل با مشخصات رئولوژیکی و مقاومت در برابر ترک زایی در اثر تنش های محیطی (escr) بررسی شده است. این مطالعات بر روی سه نوع پلی اتیلن با چگالی بالا (hdpe) با نام های تجاری bl3 و bl4 و ex3 انجام شده است. اثر افزودن نانو تیتان به ماتریس پلی اتیلن نیز بررسی شده است. نانو کامپوزیت های تهیه شده با ترکیب درصد های مختلف 0 و 1 و 2 و 3 و phr 5 به روش اختلاط مذاب ساخته شدند. هدف از افزودن نانو تیتان به ماتریس پلی اتیلن، بررسی بر هم کنش ذرات نانو با زنجیر های پلی اتیلن با استفاده از آزمون رئولوژی و نیز بررسی تبلور و escr نانو کامپوزیت ها بوده است. نتایج آزمون رئولوژی نانو کامپوزیت ها نشان داده است که در مقادیر نانو تیتان کمتر از phr 3 برهم کنش بین ذرات نانو و پلی اتیلن ضعیف است. به منظور به دست آوردن ساختار مولکولی و وزن مولکولی، از آزمون gpc استفاده شده است. نتایج آزمون gpc نمونه bl4 را دارای بیشترین وزن مولکولی متوسط وزنی و هر سه نمونه را دارای توزیع وزن مولکولی پهن و نیز نمونه ex3 را دارای کمترین pdi در میان سه نمونه نشان داده است. همچنین این آزمون نمونه ex3 را دارای بیشترین شاخه های جانبی کوتاه در میان سه نمونه پلی اتیلنی نشان داده است. با استفاده از حالت های مختلف آزمون رئولوژی از قبیل برش ساده، روبش فرکانس، روبش کرنش در ناحیه کشسان خطی و آسودگی از تنش در ناحیه کشسان خطی و غیر خطی، ارتباط عوامل ساختاری ذکر شده با ویژگی ها و عوامل رئولوژیکی مختلف مانند گرانروی در تنش برشی صفر بررسی شده و این ارتباط در قالب روابطی ارائه شده است. همچنین با به کار گیری روابط و مدل های رئولوژیکی، توزیع وزن مولکولی نمونه های پلی اتیلنی به دست آورده شده و با نتایج آزمون gpc مقایسه و بررسی شده است. بر طبق نتایج به دست آمده، مشخص شد که این معادلات برای نمونه های دارای توزیع وزن مولکولی باریک نتایج خوبی می دهند و برای نمونه های با توزیع وزن مولکولی پهن باید شرایط جدیدی را اعمال کرد. زمان آسودگی و توزیع آن با استفاده از مدل های مختلف محاسبه و ارتباط آن با ساختار مولکولی بیان شده است. نمونه های پلی اتیلن سنگین به دلیل داشتن توزیع وزن مولکولی پهن و نیز وجود شاخه های جانبی کوتاه، دارای زمان آسودگی طولانی و همچنین توزیع زمان آسودگی پهن هستند. اثر افزودن نانو بر زمان آسودگی نیز بررسی شده است. بر این اساس افزایش زمان آسودگی با افزایش مقدار ماده نانو مشاهده شده است. با استفاده از نتایج آزمون آسودگی از تنش، وزن مولکولی و زمان آسودگی بررسی شده و تابع اتلاف (damping function) برای سه نمونه پلی اتیلنی محاسبه شده است. نتایج به دست آمده بیانگر آن هستند که تابع اتلاف این نمونه ها از نوع c بوده است. همچنین نتایج تابع اتلاف با مدل های موجود مقایسه و مناسب ترین مدل انتخاب و بررسی شده است. با استفاده از آزمون طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز(ftir) تبلور و شاخه های جانبی نمونه های پلی اتیلنی با نتایج حاصل از آزمون های دیگر مقایسه و بحث شده است. نتایج به دست آمده برای شاخه های جانبی منطبق بر نتایج آزمون gpc است. بررسی تبلور و ابعاد و اندازه های بلورهای شکل گرفته برای پلی اتیلن ها و نانو کامپوزیت آنها با استفاده از آزمون های گرماسنجی پویشی تفاضلی(dsc) و تفرق اشعه x (xrd) انجام شده است و ارتباط آن با عوامل ساختاری زنجیر ها بیان گردیده است. بر این اساس کاهش ابعاد بلور و افزایش درصد تبلور با افزودن نانو تیتان به پلیمر، مشاهده شده است. مقاومت به ترک زایی در اثر تنش های محیطی برای پلی اتیلن ها و برخی از نانو کامپوزیت ها، اندازه گیری شده است و ارتباط آن با عوامل ساختاری بررسی شده است. نمونه ex3 به دلیل دارا بودن شاخه های کوتاه و وزن مولکولی بالا، دارای بیشترین escr است.