تحلیل تجربی تاثیر شرایط تولید بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت پلی پروپیلن/مزوپروس سیلیکا-هیدروکسی آپاتیت و مقایسه خواص مکانیکی آن با نتایج عددی

از مهم¬ترین روش¬های تولید نانوکامپوزیت¬های پلیمری می¬توان به¬روش اختلاط مذاب اشاره کرد. یکی از عوامل تاثیرگذار بر خواص مکانیکی-حرارتی نانوکامپوزیت¬ها در این روش، تاثیر شرایط اختلاط مانند دما و زمان اختلاط و دور تیغه ها می¬باشد. در این پژوهش ابتدا تاثیر شرایط اختلاط مذاب بر بهبود خواص کششی، خمشی و مورفولوژیکی پلی¬پروپیلن خالص و نانو هیبرید پلی¬پروپیلن/ مزوپروس-سیلیکا-هیدروکسی¬آپاتیت مورد بررسی قرار گرفته است. پلی¬پروپیلن خالص و نانو¬کامپوزیت هیبریدی آن شامل: پلی¬پروپیلن به عنوان ماده زمینه، نانو ذرات مزوپروس¬سیلیکا-هیدروکسی¬آپاتیت و سازگار کننده گرفتد مالئیک آنیدرید به روش اختلاط مذاب در دستگاه مخلوط¬کن داخلی ترکیب شده¬اند. به منظور بهینه¬سازی شرایط اختلاط، دمای محفظه اختلاط و سرعت چرخش تیغه¬ها تغییر داده شده اند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی برای ارزیابی مورفولوژی سطح شکست و نحوه پخش نانو¬ذرات در ماتریس پلیمری مورد استفاده قرار گرفته¬اند. نتایج نشان می¬دهند که خواص مکانیکی تحت تاثیر دو عامل اساسی تنش برشی ترکیبات و چگونگی پخش نانو ذرات در ماتریس پلیمری می باشند. بهترین شرایط اختلاط بر مبنای نتایج آزمایش خواص مکانیکی، نمودار گشتاور اختلاط و مشخصات مورفولوژیکی در زمانی که تنش برشی و دور تیغه¬ها مقادیر بالاتری دارند، به¬عبارتی در دور 100 دور بر دقیقه و دمای اختلاط 180درجه سانتی گراد و زمان 3 دقیقه بدست آمده است. به علاوه خواص مکانیکی نانو هیبرید پلی¬پروپیلن/ مزوپروس سیلیکا-هیدروکسی¬آپاتیت افزایش محسوسی را نسبت به پلی¬پروپیلن خالص نشان می دهد. مدلسازی تست های کشش و خمش مکانیکی نمونه های تولید شده در مرحله قبل بوسیله روش المان محدود انجام شده است و نتایج حاصل از مدلسازی با نتایج تست های آزمایشگاهی مقایسه گردیده اند. در طی فرایند مدلسازی تاثیر پارامترهای مختلف تست های کشش و خمش نظیر ضریب پواسون، نوع و اندازه مش، تابع انرژی کرنشی، ضریب اصطکاک سطوح و ... مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج مدلسازی نشان می دهد که در مواد با رفتار هایپرالاستیک با استفاده از مدلسازی بوسیله تابع انرژی مارلو می توان به نتایج بسیار نزدیک به تست های آزمایشگاهی دست یافت.