مقايسه خواص مكانيكي نانوكامپوزيت‌ هيبريدي پليپروپيلن/تالك/گرافن و نانو كامپوزيت دوتايي پليپروپيلن/گرافن

Comparison of mechanical properties of hybrid nanocomposites of Polypropylene/Talc/Graphene with Polypropylene/Graphene

در اين مقاله خواص مكانيكي نانوكامپوزيت‌هاي هيبريدي پلي پروپيلن/تالك/گرافن بررسي و با خواص نانوكامپوزيت‌هاي پلي پروپيلن/گرافن مقايسه شده است. در اين تحقيق تمام نمونه‌ها با روش اختلاط مذاب و با استفاده از مخلوط‌كن داخلي تهيه شدند. به منظور افزايش چسبندگي بين تالك و پلي پروپيلن، از ملييك انيدريد پيوند خورده با پلي پروپيلن به عنوان عامل جفت استفاده شد. در نانوكامپوزيت‌هاي دوتايي پلي‌پروپيلن/گرافن، با افزودن گرافن تا 75/0 درصد وزني، مدول و استحكام كششي و استحكام ضربه افزايش و در مقادير بالاتر، مدول افزايش و استحكام كششي و ضربه كاهش يافتند. در مورد نانوكامپوزيت‌هاي هيبريدي پلي پروپيلن/تالك/گرافن، بعد از اضافه نمودن 15 % وزني تالك به پلي پروپيلن، مدول الاستيك افزايش و استحكام كششي و ضربه كاهش يافتند. همچنين بعد از اضافه نمودن گرافن به كامپوزيت پلي‌پروپيلن/تالك، مدول و استحكام كششي و استحكام ضربه افزايش و در مقادير بالاتر گرافن (75/0تا 5/1 درصد وزني) استحكام كششي و ضربه كاهش يافتند. ريخت شناسي نمونه ها با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و رفتار بلورينگي با گرماسنجي روبشي تفاضلي (DSC) مشخصه يابي شده است. تصاوير SEM نشان مي دهند كه چسبندگي خوبي بين تالك و زمينه پلي پروپيلن وجود ندارد. همچنين از تصاوير SEM ، در مقادير بالاي گرافن، صفحاتش بصورت توده در مي آيند. نتايج DSC نشان مي دهد كه تالك تاثير قابل توجهي بر درجه بلورينگي ندارد اما گرافن باعث كاهش درجه بلورينگي مي شود. در نهايت نتايج نشان دادند كه نانوكامپوزيت‌هاي هيبريدي حاوي 15 درصد تالك و 5/1 درصد گرافن بالاترين مدول الاستيك، و نانوكامپوزيت‌هاي پلي پروپيلن/گرافن حاوي 75/0درصد وزني گرافن، بالاترين استحكام كششي و ضربه را دارند.

In this study, the mechanical properties of Polypropylene/Graphene and Polypropylene/Talc/Graphene hybrid nanocomposites were compared. All samples were prepared by melt mixing technique using an internal mixer. In order to increase interphase adhesion between talc and polypropylene, maleic anhydride grafted polypropylene was used as coupling agent. For Polypropylene/Graphene binary nanocomposites, by adding 0.75wt. % Graphene, elastic modulus, tensile and impact strength were increased. In higher amounts of Graphene, modulus was increased while tensile and impact strength were decreased. For Polypropylene/Talc/Graphene hybrid nanocomposites, adding 15% wt. Talc to Polypropylene caused an increase in elastic modulus and a decrease in tensile and impact strength. Furthermore, after adding Graphene to Polypropylene/Talc, elastic modulus, tensile and impact strength were increased. In higher amounts of Graphene (0.75 to 1.5% wt.), tensile and impact strength were decreased. The morphology of the samples was characterized by using Scanning Electron Microscopy (SEM) technique and crystallinity behavior was characterized by Differential Scanning Calorimetry (DSC). The SEM micrographs shows that there is no good adhesion between talc and PP matrix. Also, from SEM, in higher amounts of Graphene, its plates stack together. The DSC result shows that talc has no considerable effect and Graphene has negative effect on the crystallinity. The results showed that hybrid nanocomposites containing 15% wt. Talc and 1.5% wt. Graphene had the highest elastic modulus while Polypropylene/Graphene nanocomposites containing 0.75% wt. Graphene had the highest tensile and impact strength.