خواص نانوکامپوزیت‌های پلی‌اولفین‌ الاستومر تقویت‌شده با نانوذرات سیلیکون ‌کاربید و نانوذرات خاک‌رس

نانوکامپوزیت‌های پلیمری به دلیل خواص فیزیکی و مکانیکی بهتر (مدول، استحکام و رفتار سدگری) کاربردهای گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. مزیت نانوکامپوزیت‌ها در مقایسه با کامپوزیت‌های دارای ذرات با اندازه میکرو، چگالی کمتر و فرایندپذیری آسان‌تر است. در این پژوهش، نانوکامپوزیت پلی‌اولفین الاستومر-نانوذرات سیلیکون کاربید و پلی‌اولفین الاستومرنانوذرات خاک‌رس با درصدهای مختلف از نانوذرات به روش اختلاط مذاب تهیه شد. سپس، اثر نوع نانوذرات بر خواص مکانیکی، رئولوژی و گرمایی پلی‌اولفین الاستومر بررسی و مقایسه شد. از سازگارکننده‌ سیلانی وینیل‌تری‌اتوکسی‌ سیلان برای اصلاح فصل مشترک نانوذرات و پلی‌اولفین الاستومر استفاده شد. اختلاط درون مخلوط‌کن داخلی با ضریب پرشدگی 0.75، در دمای 120 درجه سلسیوس و سرعت 60rpm انجام شد. روی نانوکامپوزیت‌های تهیه شده آزمون‌های فیزیکی، مکانیکی و رئولوژی انجام شد. با وجود بیشتربودن نسبت منظر نانوذرات خاک‌رس (هندسه صفحه‌ای‌شکل) نسبت به  نانوذرات سیلیکون کاربید (هندسه کروی‌شکل)، نمونه‌های دارای نانوسیلیکون کاربید به دلیل برهم‌کنش‌های قوی‌تر میان نانوذرات و ماتریس پلی‌اولفین الاستومر دارای استحکام کششی و کرنش در شکست بیشتری بودند، اما مقدار مدول جدا از نوع نانوذرات در ترکیب درصدهای مشابه یکسان بود. پلی‌اولفین الاستومر دارای نانوذرات خاک‌رس خواص رئولوژی بهتری را نشان داد. اما، این تغییرات در مقایسه با سایر پژوهش‌های انجام شده با نانوخاک‌رس کمتر بود. بررسی شکل‌شناسی نمونه‌ها با آزمون sem نشان داد، پراکنش نانوذرات درون ماتریس پلیمری جدا از نوع آن تقریباً یکسان بود. بررسی خواص گرمایی نانوکامپوزیت‌ها نشانگر کاهش دمای ذوب و مقدار بلورینگی با افزایش مقدار نانوذرات بود که مقدار این تغییرات در نانوکامپوزیت‌های دارای سیلیکون کاربید بیشتر بود. در نهایت، بررسی نتایج آزمون گرماوزن‌سنجی نانوکامپوزیت‌ها نشان داد، نانوکامپوزیت‌های دارای نانوذرات خاک‌رس پایداری گرمایی بیشتری دارند.

Elastomer Nanocomposites Reinforcements with Nanosilicon Carbide and Nanoclay Particles

Hypothesis: Polymer nanocomposites have found enormous applications owing to superior physical and mechanical properties such as modulus, strength and barrier behaviour, etc. Contrary to polymer microcomposites, polymer nanocomposites benefit from lower density and being less problematic in processing. In this study, nanocomposites of polyolefin elastomer (POE)/nanosilicon carbide (SiC) and polyolefin elastomer/nanoclay with different percentages of nanoparticles were prepared using melt mixing method in the presence of vinyltriethoxy silane as interfacial modifier. Methods: Nanocomposite samples were prepared in a Brabender internal mixer using a roller mixing equipment. The fill factor was selected as 0.75. The mixing was carried out at a speed of 60 rpm at 120°C. The resulting nanocomposites were then subjected to various tests to investigate their physical, mechanical and rheological properties. Findings: Sheetlike nanoclay particles have higher aspect ratio compared to spherical nanoSiC particles. Nevertheless, the results indicated that POE/SiC nanocomposites had higher tensile strength and elongationatbreak compared to nanoclayreinforced composites. This was attributed to higher interactive efficiency between SiC nanoparticles and POE matrix. The moduli of nanocomposites at similar content of nanoparticles showed the same values regardless of the type of nanoparticles. Higher rheological properties were observed for nanoclay nanocomposites, though; the amount of increase was lower than those reported in literature. Morphology investigations of SiC and clay nanocomposites exhibited a comparable degree of dispersion of nanoparticles for both types of nanocomposites at similar compositions. Thermal properties of nanocomposites were studied by thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. The results showed that the melting temperature and degree of crystallinity of both types of nanocomposites decreased with increasing nanoparticles content; however, the observed decrement was higher for POE/SiC nanocomposites. Thermal stability of POE/clay nanocomposites was higher, which could be attributed to the nanoparticle geometry.