عامل های اثرگذار بر افزایش استحکام کامپاندهای پلیمری

استحکام یک ماده برابر با ماکزیمم تنشی است که آن ماده تحت کشش یکنواخت می تواند تحمل کند که گاهی برابر با تنش تسلیم و گاهی برابر با تنش پارگی آن ماده است. در مورد کامپوزیت های پلیمری که شامل ذرات معدنی با سایز میکرو یا نانو هستند استحکام تحت تاثیر انتقال تنش بین ماتریس و پرکننده ها قرار دارد که عواملی مانند اندازه ذرات، مقدار ذرات و سازگاری ذرات با ماتریس پلیمری بر آن اثر گذار است و در ادامه هر یک بررسی می شوند.

تاثیر اندازه ذرات

اثر اندازه ذرات کربنات کلسیم بر تنش تسلیم کامپوزیت های پلی پروپیلن حاوی کربنات کلسیم در شکل ۱ نشان داده شده است:

نمودار

نمودار شکل ۱ مقدار تنش تسلیم کامپوزیت های پلی پروپیلن حاوی ذرات کربنات کلسیم با اندازه های مختلف را بر اساس کسر حجمی آن ها نشان می دهد. همان طور که از نمودار مشخص است در مقادیر کسر حجمی ثابت از کربنات کلسیم، با کاهش اندازه ذرات کربنات کلسیم، مقدار استحکام کشش کامپوزیت ها افزایش می یابد زیرا ذرات ریزتر مساحت سطح بالاتری دارند و استحکام کشش کامپوزیت ها با افزایش مساحت سطح ذرات پرکننده و به دنبال آن انتقال تنش مؤثرتر، افزایش می یابد. همچنین نکته دیگری که از نمودار تصویر۱ مشخص می شود این است که در مورد ذرات کربنات کلسیم با اندازه بزرگتر از ۸۰ nm، استحکام کامپوزیت با افزایش کسر حجمی ذرات، کاهش می یابد اما در مورد ذرات با اندازه۱۰ nm با افزایش کسر حجمی ذرات، مقدار استحکام افزایش می یابد. اثر اندازه ذرات بر استحکام نانوکامپوزیت های پلی آمید۶ / سیلیکا در تصویر ۲ نشان داده شده است و اندازه متوسط ذرات برابر با ۱۲، ۲۵ و ۵۰ نانومتر است.

تاثیر چسبندگی میان ذرات و ماتریس پلیمری

در کامپوزیت های تقویت شده با الیاف، کیفیت چسبندگی بین سطحی در تعیین رفتار کامپوزیت ها اهمیت زیادی دارد. استحکام چسبندگی بین سطحی تعیین کننده انتقال تنش بین اجزا می باشد و استحکام کشش بیشتر از مدول کشش وابسته به این عامل می باشد چنانچه در شکل ۴ نشان داده شده است استحکام کشش کامپوزیت پلی استایرن پر شده با دانه های شیشه (با قطر ) تحت تاثیر چسبندگی بین دانه های شیشه و پلی استایرن قرار می گیرد به طوری که با به کارگیری عامل جفت کننده که چسبندگی بین دو فاز را افزایش می دهد میزان استحکام کشش نسبت به حالتی که از آن استفاده نمی شود بیشتر است. هنگامی که از عامل جفت کننده استفاده می شود چسبندگی بین سطحی عالی می شود ولی در صورت عدم استفاده از آن چسبندگی بین سطحی ضعیف است.

نمودار

همچنین در یک بررسی دیگر برای بهبود چسبندگی ذرات سیلیس (با سایز ۵۰ تا ۱۱۰ نانومتر) به نایلون ۶، سطح این ذرات با آمینو بوتریک اسید پوشش داده شد و سپس با نایلون ۶ مخلوط شده و استحکام نانوکامپوزیت های فوق با حالتی که ذرات بدون پوشش هستند با یکدیگر مقایسه شده است. (شکل ۵)

از شکل ۵ مشخص می شود که استحکام کشش نانوکامپوزیت نایلون ۶ پر شده با ذرات سیلیس اصلاح نشده، با افزایش کسر وزنی ذرات سیلیس، کاهش می یابد اما در حالتی که ذرات سیلیس پوشش داده شده اند، استحکام کشش ابتدا با افزایش کسر وزنی ذرات سیلیس، افزایش و سپس کاهش می یابد و در تمام حالات مقدار استحکام کشش بیشتری نسبت به ذرات بدون پوشش ایجاد می کنند که این به دلیل پخش مناسب و چسبندگی بین سطحی مناسب بین ذرات و ماتریس پلیمری می باشد.

تاثر میزان ذرات معدنی

اثر مقدار ذرات معدنی بر استحکام کشش بستگی به سایر عوامل مانند پخش مناسب ذرات، اندازه ذرات و چسبندگی به ماتریس پلیمری دارد به عنوان مثال از شکل ۱ مشخص می شود که در یک اندازه ذرات خاص، با افزایش مقدار ذرات معدنی استحکام کشش افزایش داشته اما در سایر اندازه ذرات، با افزایش میزان ذرات استحکام کشش کاهش داشته است و یا در شکل ۵ نشان داده شده است که در استفاده از ذرات معدنی پوشش دار، افزایش درصد وزنی ذرات باعث افزایش استحکام کشش تا رسیدن به درصد بهینه شده است اما استفاده از همان ذرات بدون پوشش که چسبندگی ضعیف تری به ماتریس پلیمر دارند باعث کاهش استحکام کشش شده است.

منبع: رساکالا

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟ بلی خیر

امتیاز مطلب: 0%

لینک مطلب: https://wkpl.ir/n3178