تاثير نانوگرافن بر خواص مكانيكي و ريولوژيكي نانوكامپوزيت‌هاي بر پايه پلي‌استايرن با استفاده از SBS به عنوان سازگار كننده

Effect of Nano-graphene on the Mechanical and Rheological Properties of Nanocomposite based on Polystyrene Using SBS as Compatibilizer

در اين پژوهش، تاثير نانوگرافن به عنوان يك تقويت كننده صفحه‌اي، بر خواص مكانيكي و ريولوژيكي پلي‌استايرن با مصرف عمومي (GPPS) مورد مطالعه قرار گرفت. استايرن- بوتادين- استايرن (SBS) به منظور سازگار كننده استفاده شد و همچنين تاثير آن در بهبود توزيع نانوگرافن مطالعه گرديد. محدوده تركيب مورد استفاده براي نانوگرافن 01/0، 02/0 و 05/0 درصد و براي SBS، 5 و 10 درصد بود. تهيه نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي، به روش اختلاط مذاب و توسط يك اكسترودر دو مارپيچه همسوگرد صورت گرفت. مورفولوژي نمونه‌ها توسط ميكروسكوپ الكتروني عبوري و آزمون پراش اشعه ايكس تعيين گرديد. همچنين خواص مكانيكي همه نمونه‌ها توسط آزمون‌هاي كشش و استحكام ضربه‌اي تحليل گرديد. خواص ريولوژيكي تحت تنش نوساني با دامنه كوتاه (SAOS) مطالعه شد. نتايج آزمون پراش اشعه ايكس و ميكروسكوپ الكتروني عبوري، پراكندگي و توزيع بهتري از نانوگرافن را در تركيبات داراي SBS نشان دادند. براي همه نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي داراي SBS، شكست ترد از بين رفت و ناحيه كشش سرد افزايش يافت. بيشترين كرنش در نقطه شكست و استحكام ضربه‌اي در تركيب داراي 5 درصد وزني SBS و 05/0 درصد وزني نانوگرافن حاصل شد. همچنين در اين سيستم استحكام ضربه‌اي به بيش از 6 برابر پلي‌استايرن خالص بهبود يافت. آزمون ريولوژيكي نشان داد با استفاده از اين درصدهاي پايين نانوگرافن همراه با SBS، با وجود افزايش قابل ملاحظه خواص مكانيكي، ويسكوزيته تركيبي در اين نمونه‌ها كاهش يافت كه اين امر از نقطه نظر فرآيندپذيري پديده مطلوبي است.

In the this work, the effect of nano-graphene, as a platelet reinforcement, on the mechanical (tensile and impact strength) and rheological properties of general purpose polystyrene was investigated. Styrene-butadiene-styrene (SBS), was used as a compatibilizer and its effect on the improvment of nano-graphene distribution was also studied. The range of studied concentration were 0.01, 0.02 and 0.05 wt.% for graphene and 5 and 10 wt.% for SBS. The samples were prepared by melt blending method in a corotating twin screw extruder. The morphology of the samples was characterized through transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). Further more, the mechanical properties of the all samples were analysied by tensile and impact strength tests. The rheological properties was investigated under small amplitude oscillatory shear (SAOS). The results of XRD and TEM showed a better dispersion and distribution of nano-graphene for the compositions having SBS. For all the nanocomposites with SBS the brittle failure disappeared and cold drawing area increased. The highest elongation at break and impact strength was obtained for the composition with 5 wt.% SBS and 0.05 wt.% graphene. Also, for this system the impact strength improved more than 6 times compared to pure PS. While mechanical properties improved even with low amount of graphene in the presence of SBS, the rheological measurement showed that complex viscosity reduced in these compositions which is a favorable phenomena from processing point of view.