خواص مکانیکی و عملکرد حفاظت از تداخل الکترومغناطیسی در اسفنج‌ میکروسلولی پلی‌پروپیلننانولوله کربنالیاف شیشه

فرضیه: در این پژوهش، با استفاده از اسفنج‌سازی میکروسلولی فرایند حالت جامد و گاز کربن دی‌اکسید در حالت ابربحرانی، اسفنج‌های نانوکامپوزیتی و هیبریدی بر پایه پلی‌پروپیلن تقویت‌شده با نانولوله‌های کربن و الیاف شیشه تولید شدند. فرضیه اصلی در این پژوهش، بررسی اثر ریزساختار و مقدار هر یک از اجزای کامپوزیت بر خواص الکتریکی، جذب امواج الکترومغناطیس و خواص مکانیکی است.روش‌ها: ابتدا، ریزساختار نانوکامپوزیت‌ها، هیبریدها و نیز اسفنج‌های تولیدشده، با میکروسکوپی الکترونی پویشی بررسی شد. در ادامه، خواص الکتریکی و حفاظت از تداخل امواج الکترومغناطیس نمونه‌های نانوکامپوزیتی به‌ترتیب با روش چهارنقطه‌ای و دستگاه تحلیل‌گر برداری ارزیابی شد. در نهایت، اثر افزودن الیاف شیشه و نانولوله کربن بر خواص مکانیکی کششی، فشاری و ضربه نیز بررسی شد. یافته‌ها: با اختلاط مذاب نانولوله‌ها، توزیع و پراکنش مناسبی در ماتریس پلی‌پروپیلنی به‌دست آمد. با افزودن نانولوله‌های کربن اندازه متوسط سلول‌های اسفنج از 49µm به  22.5µm کاهش و چگالی سلولی نیز افزایش یافت. بررسی اثر افزودن الیاف بر ریزساختار سلولی نشان داد، به‌طور کلی اندازه سلول‌با افزودن الیاف به‌دلیل هسته‌گذاری ناهمگن به دور الیاف افزایش یافت، اما اندازه سلول‌هایی که در مجاورت الیاف نبودند، کاهش یافت. با افزودن %3 وزنی نانولوله‌های کربن رسانندگی الکتریکی در نمونه‌های جامد از 1610×1.7 به 410×4.7 و در نمونه‌های اسفنجی از 1810×1.6 به 510×3.36 افزایش یافت. همچنین، بازده حفاظت از تداخل الکترومغناطیسی در نمونه‌ جامد pp/cnt3 به 11db و در نمونه اسفنجی pp/cnt3f به 9.5db رسید. نتایج آزمون‌های مکانیکی نشان داد، با افزودن نانوذرات کربن خواص مکانیکی کششی بهبود می‌یابد. همچنین، افزودن الیاف شیشه به نمونه‌های جامد باعث بهبود مدول و استحکام کششی می‌شود. اما، به‌دلیل برهم‌کنش ضعیف با پلی‌پروپیلن خواص کششی در نمونه‌های اسفنجی کاهش می‌یابد. نتایج استحکام فشاری و استحکام ضربه‌ای اسفنج‌ها نشان داد، با افزودن الیاف و نانوذرات این خواص نیز بهبود می‌یابند.

Mechanical Properties and Electromagnetic Interference (EMI) Shielding Performance of PP/CNT/Glass Fiber Microcellular Foam

Hypothesis: Nowadays, lightening of polymer composites for specific applications and engineering purposes, especially electromagnetic wave absorber materials, has attracted research studies. In this work, polypropylene nanocomposite and hybrid foams incorporated with carbon nanotubes and glass fibers were produced through solidstate microcellular foaming using supercritical carbon dioxide.Methods: First, the microstructure of nanocomposites, hybrids, and produced foams were examined by scanning electron microscopy. The electrical properties and electromagnetic interference shielding performance of the solid and foamed nanocomposites were investigated using a fourpoint probe method and a vector analyzer, respectively. The effect of glass fiber and CNT incorporation on tensile, compressive, and impact mechanical properties was also investigated.Findings: Nanotubes were finely dispersed in the polypropylene matrix through melt compounding. By incorporation of CNTs, the average cell size reduced (from 49 to 22.5 μm), and cell density increased. Also, the SEM micrographs of the hybrid foams revealed that, in general, cell size increased by incorporating fiber due to nearby heterogeneous nucleation, and the size of cells that were not adjacent to the fiber decreased. As a result, a bimodal microstructure with two different cell sizes was obtained. With the incorporation of CNTs, electrical conductivity increased from ~1016 to ~104 and ~105 for unfoamed and foamed PP/CNT3 samples, respectively, and EMI shielding effectiveness increased to 11 dB and 9.5 dB for unfoamed and foamed PP/CNT3 samples, respectively. The mechanical test results showed that the addition of nanoparticles help to improve mechanical properties, including tensile, compression and impact. In solid samples, the addition of glass fiber improves the modulus and tensile strength, but due to poor interaction with polypropylene, it reduces the tensile properties of the foams. The results of both compression and impact resistance tests of foams showed that these properties are enhanced with the addition of fibers and nanoparticles.