تحليل تجربي خواص نانو كامپوزيت‌هاي هيبريدي پلي پروپيلن/ پودر چوب/ گرافن

Preparation and Characterization of PP/ wood Flour/ graphene Hybrid Nanocomposites

هدف از اين تحقيق ارزيابي برخي خواص فيزيكي، مكانيكي و همچنين ريخت شناسي و رفتار گرمايي نانو‌كامپوزيت‌هاي تشكيل شده از پودر چوب، پلي‌پروپيلن و گرافن مي‌باشد. در تحقيق حاضر، از مالئيك انيدريد پيوند داده شده با پلي‌پروپيلن به­ عنوان عامل جفت كننده، جهت ازدياد برهم‌كنش بين اجزا استفاده شد. نمونه‌هاي نانو كامپوزيت‌ با مقادير مختلف گرافن (0، 0/5، 1، 1/5، 2 درصد وزني) با روش اختلاط مذاب و با استفاده از مخلوط‌ كن داخلي و سپس با روش قالب گيري فشاري تهيه شد. جذب آب، واكشيدگي ضخامت، ريخت شناسي و خواص كششي و رفتار بلورينگي نانو‌كامپوزيت‌ها مورد سنجش قرار گرفت. نتايج آزمون‌ها نشان داد كه با افزودن گرافن به نانو كامپوزيت‌‌ها تا 1 درصد وزني، استحكام و مدول كششي آنها به ­ترتيب 33/4 و 7/9 درصد نسبت به نمونه‌ي كنترل (بدون گرافن) افزايش يافت. استحكام ضربه‌ي نانو‌كامپوزيت‌ها با اضافه كردن گرافن تا 0/5 درصد وزني، 5/7 درصد نسبت به نمونه­ ي كنترل بهبود يافت. همچنين با افزايش گرافن تا 1 درصد وزني، جذب آب و واكشيدگي ضخامت نانوكامپوزيت‌ها كاهش يافت. سطح شكست هموار و برهم‌كنش خوب ميان اجزاي نانوكامپوزيت‌ها در حضور مقادير كم گرافن به وسيله تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) نشان داده شد. آناليز گرمايي با استفاده از گرماسنجي روبشي تفاضلي(DSC)، نشان داد با افزودن پودر چوب و گرافن به پلي‌پروپيلن خالص، دماي بلورينگي و مقدار بلورينگي افزايش پيدا مي‌كند.

The aim of this research was to evaluate physical, mechanical and morphological properties and also thermal behavior of nanocomposites made from wood flour (WF), polypropylene (PP) and graphene. Here, maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) was added as a coupling agent to increase the interaction between the components. The nanocomposites with different graphene concentrations (0, 0.5 1, 1.5,2 wt. %) were mixed by melt compounding in an internal mixer and then the composites manufactured by compression molding method. Water absorption, thickness swelling, morphological, tensile properties and crystallinity behavior of the prepared nanocomposites were evaluated. The results showed that the tensile strength and modulus of the nanocomposites was increased by 33.4% and 7.9 % respectively with increasing of graphene contents to 1 wt.% compared to the control sample (without graphene). Addition of graphene contents to 0.5 wt % increased the impact strength by 5.7% compared to the control sample. Also water absorption and thickness swelling of the nanocomposites decreased with increasing with amount of graphene to 1wt%. The smooth fracture surfaces and good interaction between the components of the nanocomposites with incorporation of graphene in low concentrations were shown by scanning electron microscopy (SEM) micrographs. Thermal analysis using differential scanning calorimetry (DSC) showed that addition of WF and graphene to neat PP increased crystallinity and crystallization temperature compared with neat PP.