مطالعه ي مقاومت خراشي پلي اتيلن و كامپوزيت تقويت شده آن با نانوذرات كربنات كلسيم

Study of Scratch Resistance of Polyethylene and its Composite Reinforced with Nano-Sized Calcium Carbonate

در اين پژوهش، بمنظور بررسي نقش نانوذرات كربنات كلسيم بر مقاومت خراش پلي اتيلن (PE)، آزمون خراش در شرايط گوناگون انجام پذيرفت. بدين منظور در ابتدا نمونه هاي نانوكامپوزيتي زمينه PE تقويت شده با درصدهاي وزني متفاوت از نانوذرات كربنات كلسيم (0، 5، 5/7 و10) توليد گرديد. براي بررسي ريزساختار نمونه هاي پلي اتيلن و پلي اتيلن تقويت شده با %10 وزني نانوذرات كربنات كلسيم، اين نمونه ها در حلال تولوين تبلور يافتند و بعد از اچ شدن با محلولي حاوي پتاسيم پرمنگنات، با استفاده از ميكروسكوپ SEM مورد مشاهده قرار گرفتند. نمونه هاي نانوكامپوزيتي با استفاده از يك خراشنده ي مخروطي و در نيروهاي عمودي 5 ، 15 و 25 نيوتن و سرعت خراش mm/s 1 مورد ارزيابي قرار گرفتند. براي بيان مقاوت ماده در مقابل فرايند خراشيدن، سختي خراش هر نمونه بدست آورده شد. سطح تعدادي از نمونه هاي خراش يافته به وسيله ميكروسكوپ الكتروني مورد ارزيابي قرار گرفت. تصاوير ريزساختار نمونه ها نشان مي دهد كه با افزودن نانوذرات كربنات كلسيم به پلي-اتيلن، قطر اسفروليت هاي نواري كاهش مي يابد. نتايج آزمون خراش بيان مي كند كه افزودن نانوذرات كربنات كلسيم، به پلي اتيلن در تمام نيروهاي عمودي و موجب افزايش مقاومت خراش نمونه ها مي شود. البته اين روند افزايش در نيروهاي عمودي كوچك تر، محسوس تر مي باشد. با مقايسه ي پلي اتيلن و نانوكامپوزيت حاوي 10% وزني كربنات كلسيم، مكانيزم تغييرشكل در نيروي كم تر از 25 نيوتن، براي هر دو يكسان بوده و از نوع شخم زدن نرم است. در حالي كه در نيروي 25 نيوتن، براي PE، آسيب پولك ماهي و براي كامپوزيت از نوع سيلان مومسان مي باشد.

In this study, scratch test was performed at different conditions to examine the effects of calcium carbonate on scratch resistance of polyethylene (PE). To do this, PE reinforced with different content of nano-sized calcium carbonate (0, 5, 7.5 and 10 wt.%) were produced. The samples of PE and PE-10%CaCO3 recrystallized in toluene solvent to study their microstructures using potassium permanganate solution as etchant. Nanocomposite samples were scratched by a conical indenter at the normal loads of 5, 15, and 25 N and scratch speed of 1 mm/s. In order to represent the materials resistance to scratch deformation, the scratch hardness of each sample was calculated. The scratch groove of some samples was examined by scanning electron microscopy (SEM). The microstructures illustrate that the reinforcement of polyethylene with calcium carbonate causes the decrease the average diameter of spherulites. The results of scratch test indicate that the scratch hardness is increased by increasing CaCO3% for all normal loads; although for small normal loads, this positive effect is much higher than that of big loads. The deformation mechanism of PE and PE-CaCO3% is ductile ploughing and this is similar at the loads which are smaller than 25N. However, it is fish-scale for PE and plastic drawing for PE-10%CaCO3 at the load of 25N.