بررسی تجربی خواص مکانیکی، سازوکار شکست و رشد ترک نانوکامپوزیت‌های pa6nbrخاک رس

فرضیه: الاستومر گرمانرم پلی‌آمید6 (pa6)آکریلونیتریل بوتادی‌ان (nbr) تقویت‌شده با نانوذرات در صنایع مختلف کاربرد دارند. افزودن نانوذرات به الاستومرهای گرمانرم بر استحکام کششی و ضربه‌ای، سازوکار شکست و خواص گرمایی نانوکامپوزیت‌ها موثر است. برای ساخت این نانوکامپوزیت‌ها فرایندهای مختلفی مانند اکسترودر، مخلوط‌کن داخلی و اصطکاکی اغتشاشی وجود دارد.روش‌ها: نانوکامپوزیت‌های‌ pa6nbr– خاک‌رس با استفاده از مخلوط‌ کن داخلی و فرایند اصطکاکی اغتشاشی ساخته شدند. خواص مکانیکی و سازوکار شکست این نانوکامپوزیت‌ها با آزمون‌های مکانیکی (کشش، ضربه و سختی) و روش کار ضروری شکست (ewf) بررسی شد. پراش پرتو x  و میکروسکوپی الکترونی پویشی (sem) برای بررسی شکل‌شناسی نمونه‌ها به‌کار گرفته شد.یافته‌ها: نتایج نشان داد، استحکام کششی نمونه حاصل از مخلوط‌ کن داخلی با افزودن نانوخاک‌رس تا %5 وزنی، افزایش و در بیش از %5 وزنی کاهش یافت. نمونه حاصل از فرایند اصطکاکی اغتشاشی با %7 وزنی نانوذرات خاک‌رس بیشترین استحکام کششی (35.4mpa) را نشان داد. در نمونه حاصل از فرایند اصطکاکی اغتشاشی با %7 وزنی نانوخاک‌رس، مدول کششی و کار کلی شکست به‌ترتیب 75 و %56 فزایش یافت، درحالی که در نمونه مخلوط‌ کن داخلی، مدول %50 افزایش و کار کلی شکست %5 کاهش یافت. با افزودن %7 وزنی نانوذرات به آمیخته pa6/nbr، استحکام ضربه‌ای نمونه‌های حاصل از فرایندهای اصطکاکی اغتشاشی و مخلوط‌کن داخلی به‌ترتیب 4 و %18 کاهش یافت. افزودن %7 وزنی نانوخاک‌رس به آمیخته pa6/nbr با فرایند اصطکاکی اغتشاشی، موجب بهبود خواص گرمایی همچون افزایش دماهای تبلور و ذوب به‌ترتیب از 195.3 به 197.1 و 221.31 به 222.5 درجه سلسیوس شد.

Experimental Investigation of Mechanical Properties, Fracture Mechanism and Crack Propagation of PA6/NBR/Clay Nanocomposites

Hypothesis: Polyamide 6 (PA6)/nitrile butadiene rubber (NBR) thermoplastic elastomer reinforced by nanoparticles has several applications in various industries. The addition of nanoparticles to thermoplastic elastomers will affect the tensile strength, impact strength, fracture mechanism and thermal properties of nanocomposites. There are different processes to fabricate these nanocomposites such as extruder, internal mixer, and friction stir process.Methods: PA6/NBR/clay nanocomposites were fabricated by internal mixer (IM) and friction stir process (FSP). The mechanical properties and fracture mechanisms of these nanocomposites were investigated by mechanical testing (tensile, impact, and hardness) and essential work of fracture (EWF) methodology. Xray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were used to investigate the morphology of samples.Finding: The results indicated that with addition of nanoclay up to 5% in an elastomer containing internal mixer, the tensile strength increased, and beyond 5%, the tensile strength decreased. The friction stir process sample with 7% nanoclay showed a maximum tensile strength of 35.4 MPa. In the friction stir process sample with 7% nanoclay, the tensile modulus and total work of fracture, respectively, increased by 75% and 56%, while in the internal mixer sample, the modulus increased by 50% and total work of fracture decreased by 5%. With the addition of 7% nanoclay to PA6/NBR blend, the impact strength of friction stir process and internal mixer samples decreased by 4 and 18%, respectively. The addition of 7% nanoclay to PA6/NBR blend with friction stir process improved the thermal behavior as the crystallization temperature and melting temperature increased from 195.3 to 197.1°C and 221.3 to 222.5°C, respectively.