خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های پلی ‌پروپیلن-الیاف‌ طبیعی سبک‌شده با عامل فوم‌زا و تقویت‌شده با نانوذرات کربن کروی برای استفاده در صنعت خودرو

تحقیق حاضر با هدف بررسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های پلی‌پروپیلن-الیاف طبیعی سبک‌شده با عامل فوم‌زا و تقویت‌شده با استفاده از نانو‌ذرات کربن کروی‌شکل جهت استفاده در صنعت خودرو‌سازی انجام شد. برای این منظور آرد باگاس در سطح ثابت 40 درصد، عامل فوم‌زا آزو ‌دی‌کربن آمید در 3 سطح صفر، 2 و 4 درصد، ونانوذره کربن کروی‌شکل در 4 سطح صفر، 0.25، 0.5 و 1 درصد به عنوان متغیرهای مطالعه، و پلی‌پروپیلن به عنوان ماده پلیمری زمینه و جفت‌کننده مالئیک انیدرید پلی‌پروپیلینه‌شده (به مقدار ثابت 4 درصد) برای ترکیب‌های مختلف نانوکامپوزیت در نظر گرفته شدند. اختلاط مواد و فرایند ساخت با استفاده از دستگاه مخلوط‌کن داخلی و سپس با استفاده از پرس دو مرحله‌ای گرم و سرد انجام و نمونه‌های آزمونی دانسیته، مقاومت به ضربه فاق‌دار، آزمون‌های خمش و کشش با استفاده از قالب‌های استاندارد ساخته شدند. همچنین ریزساختار نانوکامپوزیت با استفاده از تصاویر میکروسکوپی sem مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش مقدار عامل فوم‌زا، دانسیته فراورده به طور‌ معنی‌دار کاهش می‌یابد، امّا بر روی مقاومت‌های مکانیکی جز مقاومت به ضربه تاثیر منفی دارد. مقاومت به ضربه نانوکامپوزیت‌های سبک‌شده مقادیر بالاتری نسبت به نمونه شاهد داشتند. همچنین مشخص شد افزایش مقدار نانوذره کربن توانست کاهش سایر مقاومت را در نانوکامپوزیت‌های سبک‌شده جبران و مقادیر آنها را افزایش دهد. بررسی ریزساختار نمونه‌ها نیز نشان‌داد در حضور نانوذره کربن، ذرات باگاس در داخل پلیمر پراکنش بهتری داشتند و اتصال مناسب‌تری بین آن‌ها و پلیمر وجود داشت. همچنین حضور عامل فوم‌زا، سبب افزایش خلل و فرج و کاهش چگالی شد.

Mechanical properties of natural fiber/polypropylene, foamed and reinforced with spherical carbon nanoparticles for application in automotive industry

The aim of this study was to investigate the mechanical properties of foamed, reinforced and light weighted natural fiber/polypropylene nanocomposites using spherical carbon nanoparticles for use in the automotive industry. For this purpose, bagasse flour at constant level of 40%, azodicarbonamide foaming agent at 0, 2 and 4% levels, spherical carbon nanoparticles at four levels, namely 0, 0.25, 0.5 and 1% were selected as study variables. Polypropylene as polymeric matrix, and polypropylated maleic anhydride coupling agent (4% constant value) were considered for different nanocomposite compositions. The mixing of materials was performed using an internal mixing machine and then by hot and cold twostep press. Test specimens for density, impact strength, flexural and tensile tests were fabricated using standard molds. The ultrastructure of the nanocomposites was also studied using SEM microscopic images. Results showed that by increasing the amount of foaming agent, the density of the product decreased significantly, but had a negative effect on mechanical strengths except impact strength. Impact strength of lightweight nanocomposites had higher values than that of control samples. It was also found that increasing the amount of carbon nanoparticles was able to compensate for the decrease in other resistances in lightweight nanocomposites and increase their quantities. Ultrastructural examination of the samples also showed that in the presence of carbon nanoparticles, bagasse particles were better dispersed inside the polymer and a better bonding between them and the polymer occurred. Also, the presence of a foaming agent increases the pores and decreases the density.