تولید نانوکامپوزیت مغناطیسی پلی اتیلن/نانولوله کربنی و بررسی خواص حرارتی و مکانیکی آن

هدف از این تحقیق تولید نانوکامپوزیت مغناطیسی نانولوله کربنی/پلی¬اتیلن می¬باشد. تحقیق به دو قسمت مجزای عملیات سطحی نانولوله کربنی و تولید نانوکامپوزیت و بررسی خواص آن¬ها تقسیم¬بندی می¬شود. به منظور افزایش استحکام فصل مشترک و بهبود پراکندگی نانولوله کربنی در زمینه پلی¬اتیلن، اصلاح سطح نانولوله کربنی توسط فرایند اسیدشویی و پوشش¬دهی با اسیداستئاریک صورت گرفت. ایجاد خاصیت مغناطیسی در نانولوله کربنی نیز با پوشش¬دهی سطح آنها توسط نانوذرات نیکل به روش شیمی¬تر انجام شد. فرایند پوشش¬دهی سطح نانولوله¬ی کربنی در ساختار هیبریدی(نانولوله کربنی تزیین شده با نیکل و اسیداستئاریک) نیز انجام شد، که تا کنون بررسی و تولید آن صورت نگرفته است. پس از آماده¬سازی نانولوله¬های کربنی با ساختارهای سطحی متفاوت، بررسی مورفولوژی سطح آنها توسط میکروسکوپ¬های الکترونی روبشی(sem)، عبوری(tem) و fesemصورت گرفت. ارزیابی حرارتی و میزان تشکیل فازهای سطحی توسط دستگاه¬های dsc و tga انجام شد. خواص ساختارهای مختلف نانولوله¬ی کربنی توسط آزمون مغناطوسنجی نمونه¬ی ارتعاشی(vsm) بررسی شد. نکته برجسته¬ی دیگر در ارزیابی نانولوله¬های کربنی و نانوهیبریدهای آن، ارزیابی انرژی سطحی آنها توسط دستگاه کروماتوگرافی گازی فاز معکوس (igc) می¬باشد، که از این روش جهت تعیین انرژی سطحی و پیش¬بینی نحوه توزیع نانولوله¬های کربنی در کامپوزیت استفاده شد. ارائه نتایج این آزمون برای نانوهیبریدهای تولیدی قسمتی از نوآوری این پژوهش می¬باشد. نتایج ارزیابی vsmنشان داد که مغناطش اشباع در نانولوله کربنی اسیدشویی 33/0 بوده که با تزئین سطح آنها با 20و 40درصد وزنی نانوذرات نیکل به ترتیب کمیت مغناطش اشباع به میزان 1/7و 3/15افزایش یافته است. پوشش¬دهی سطح با اسیداستئاریک تاثیر قابل توجهی بر انرژی سطحی نانولوله کربنی داشته است. نتایج آزمون igc نشان داد که پوشش¬دهی سطحی نانولوله کربنی با اسیداستئاریک به میزان 4.3 درصد وزنی سبب کاهش 50درصدی انرژی سطحی شده است. پس از آماده¬سازی نانولوله¬ی کربنی اصلاح شده، از این ترکیب به عنوان فاز تقویت¬کننده در زمینه پلیمری استفاده شد. با توجه به توسعه روز افزون به¬کارگیری پلی¬اتیلن در صنعت، در این تحقیق پلی¬اتیلن به عنوان زمینه نانوکامپوزیت انتخاب گردید. روش مورد استفاده در ساخت کامپوزیت پلی¬اتیلن/ نانولوله¬ی کربنی روش ذوبی و استفاده از دستگاه مینی¬اکستروژن می¬باشد. با استفاده از میکروسکوپ¬های الکترونی روبشی(sem) نحوه¬ی توزیع نانولوله¬ی کربنیدر زمینه پلی¬اتیلن مورد بررسی قرار گرفت. خواص مکانیکی و ترمومکانیکی توسط آزمون کشش و آزمون دینامیکی- مکانیکی (dma)صورت گرفت. بررسی رفتار بلورینگی نانوکامپوزیت¬های تولیدی نیز توسط آزمون dscتعیین شد. علاوه براین، جهت بررسی رسانایی ساختار و تعیین حد آستانه از آزمون دی¬الکتریک استفاده گردید. خواص مغناطیسی نانوکامپوزیتتقویت شده با درصدهای مختلف نانولوله کربنی نیز توسط آزمون مغناطوسنجی نمونه¬ی ارتعاشی(vsm) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج ارزیابی¬های میکروسکوپی و igc نشان داد که اصلاح سطح نانولوله کربنی با نیکل و اسیداستئاریک تاثیر قابل ملاحظه¬ای بر توزیع¬ آن در زمینه پلی¬اتیلن دارد. افت انعطاف¬پذیری و افزایش استحکام در حضور نانولوله¬کربنی در نمونه¬های کامپوزیتی مشاهده شد. شیب کاهشی چقرمگی با افزایش درصد وزنی نانولوله کربنی در نمونه¬هایی که فاز ثانویه شامل نانولوله کربنی پوشش داده شده با نیکل و اسیداستئاریک می-باشد، در حداقل مقدار است. شیب کاهشی چقرمگی در این نمونه 3/1 نمونه نانوکامپوزیتی تقویت شده با نانولوله کربنی خام می-باشد. با استفاده از آزمون دی¬الکتریک نشان داده شد که هدایت الکتریکی کامپوزیت تقویت شده با 0.5درصد وزنی نانولوله کربنی خام به میزان 45درصد افزایش یافته است. حضور هم¬زمان نانوذرات نیکل و نانولوله کربنی در کامپوزیت سبب افزایش رسانایی کامپوزیت در کمتر از حد آستانه شده است. نتایج ارزیابی آزمون vsm نیز نشان داد که در نمونه کامپوزیتی تقویت شده با 5درصد وزنی نانولوله کربنی تزیین شده با نانو ذرات نیکل افزایش 25 برابری کمیت مغناطش اشباع در مقایسه با کامپوزیت تقویت شده با 5درصد وزنی نانولوله کربنی خام ایجاد شده است.