پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
فصلنامه علمی - پژوهشی

بررسی خواص مکانیکی، الکتریکی و ریخت‌شناسی نانوکامپوزیت‌های پلی‌کربنات/پلی اکریلونیتریل- بوتادی‌ان- استایرن/نانوگرافن

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

مسعود پیروثابت 1
محسن نجفی 2
مهدی حاجی باقریان 1

1 گروه مهندسی پلیمر، دانشگاه صنعتی قم

2 عضو هیات علمی گروه مهندسی پلیمر دانشگاه صنعتی قم

چکیده
آلیاژ پلی‌کربنات/آکریلونیتریل بوتادی‌ان استایرن یکی از پرکاربردترین آلیاژهای پلیمری در جهان است که به دلیل خواص و ویژگی­های ممتاز این آلیاژها و نیز مزایای دیگر، بسیار فراگیر شده است. با این حال به نظر می­رسد تقویت هر چه بیشتر خواص و کارایی این آلیاژها بتواند دامنه­ کاربرد آن­ها را گسترده­تر از پیش کند. به طور معمول، پلیمرها مقاومت زیادی در برابر عبور جریان الکتریسیته دارند. در سال­های اخیر افزایش هدایت الکتریکی و یا کاهش مقاومت الکتریکی پلیمرها با استفاده از نانوذرات رسانا بسیار مورد توجه قرار گرفته است. به همین منظور ابتدا آلیاژهایی از پلی‌کربنات و آکریلونیتریل بوتادی‌ان استایرن به روش اختلاط مذاب تهیه و از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی، خواص گرمایی و رفتار مذاب مورد آزمون و ارزیابی قرار گرفتند. در ادامه با افزودن نانوگرافن به بهترین آلیاژ، خواص الکتریکی، مکانیکی و ریخت‌شناسی نانوکامپوزیت‌ها بررسی شد. به منظور افزایش هدایت الکتریکی نانوکامپوزیت‌ها از نانوگرافن با مقادیر مختلف (1، 2 و 3 درصد) استفاده شد. با افزایش مقدار پلی‌کربنات، استحکام و مدول کششی، استحکام و مدول خمشی و نیز HDT آلیاژها افزایش یافت. نتایج نشان داد که آلیاژ دارای %68 پلی­کربنات به طور کلی خواص بهتری نسبت به آلیاژهای دیگر دارد بنابراین این آلیاژ به عنوان بستر پلیمری نانوکامپوزیت­ها در نظر گرفته شد. نتایج آزمون مکانیکی نشان دهنده افزایش استحکام کششی و مدول کششی نمونه­ها با افزایش درصد نانوذرات است. همچنین بررسی مقاومت الکتریکی نانوکامپوزیت­ها نشان داد که در همه نمونه‌ها نانوگرافن توانسته است مقاومت الکتریکی پلیمر را تا حد بسیار چشمگیری کاهش دهد. با بررسی خواص مکانیکی و الکتریکی نمونه‌ها مشخص شد که آستانه نفوذ نانوذرات برابر 2 درصد است. تصاویر FE-SEM نانوکامپوزیت­ها نشان داد که نانوگرافن به خوبی در زمینه پلیمری پخش شده­ و اثری از حضور کلوخه و یا خوشه­های حاصل از تجمع نانوذرات مشاهده نشد.

کلیدواژه‌ها

پلی‌کربنات
آکریلونیتریل بوتادی‌ان استایرن
نانوکامپوزیت
مقاومت الکتریکی
نانوگرافن

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating mechanical, electrical and morphological properties of polycarbonate/polyacrylonitrile-butadiene-styrene/nanographene nanocomposites

نویسندگان English

Msoud Msoud Sabet 1
Mohsen Najafi 2
Mehdi Haji Bagherian 1
1 Polymer Engineering Group, Qom University of Technology
2 Faculty Member of Polymer Engineering Group, Qom University of Technology, P.O. Box 37195-1519, Qom, Iran
چکیده English

Research subject: Polycarbonate/acrylonitrile butadiene styrene alloy is one of the most widely used polymer alloys in the world, which has become very widespread due to the excellent properties and characteristics of these alloys as well as other advantages. However, it seems that strengthening the properties and efficiency of these alloys can increase their scope of application. Typically, polymers have a high resistance to the passage of electricity. In recent years, increasing the electrical conductivity or reducing the electrical resistance of polymers by using conductive nanoparticles has received much attention.

Research approach: For this purpose, first, alloys of polycarbonate and acrylonitrile butadiene styrene were prepared by melt mixing method and were tested and evaluated in terms of physical and mechanical properties, thermal properties and behavior of the melt. Next, by adding nanographene to the best alloy, the electrical, mechanical and morphological properties of nanocomposites were investigated. In order to increase the electrical conductivity of nanocomposites, different amounts of nanographene (1, 2 and 3%) were used.

Main results: By increasing the amount of polycarbonate, tensile strength and modulus, flexural strength and modulus, and HDT of the alloys increased. The results showed that the alloy with 68% polycarbonate generally has better properties than other alloys, so this alloy was considered as the polymer base of nanocomposites. The results of the mechanical test show an increase in the tensile strength and tensile modulus of the samples with an increase in the percentage of nanoparticles. Also, the examination of the electrical resistance of nanocomposites showed that in all samples, nanographene has been able to reduce the electrical resistance of the polymer to a very significant extent. By examining the mechanical and electrical properties of the samples, it was determined that the Percolation threshold of nanoparticles is equal to 2%. The FE-SEM images of the nanocomposites showed that the graphene nanoparticles were well dispersed in the polymer matrix and no traces of clumps or clusters resulting from the accumulation of nanoparticles were observed.

کلیدواژه‌ها English

polycarbonate
acrylonitrile butadiene styrene
Nanocomposite
graphene nanoparticles
Electrical Resistance
[1] Krache R. and Debah I., Some mechanical and thermal properties of PC/ABS blends, Materials Sciences and Applications, 2 (5), 404-410, 2011.
[2] Kausar A., A review of filled and pristine polycarbonate blends and their applications, Journal of Plastic Film & Sheeting, 34 (1), 60-97, 2018.
[3] Tasdemir M., Properties of Acrylonitrile–Butadiene–Styrene/Polycarbonate blends with Styrene–Butadiene–Styrene block copolymer, Journal of Applied Polymer Science, 93 (6), 2521 – 2527, 2004.
[4] Robeson L. M., Polymer blends: A comprehensive review, Hanser, Munich, First Edition, 172-179, 2007.
[5] Thomas S., Shanks R. and Chandrasekharakurup S., Design and applications of nanostructured polymer blends and nanocomposite systems, Elsevier, Oxford, First Edition, 15-38, 2016.
[6] Pawlowski K. H. and Schartel B., Flame retardancy mechanisms of triphenyl phosphate, resorcinol bis(diphenyl phosphate) and bisphenol A bis(diphenyl phosphate) in polycarbonate/acrylonitrile–butadiene–styrene blends, Polymer International, 56 (11), 1404-1414, 2007.
[7] Hentati F., Barhoumi N. and Khlifi K., Characterization of the surface properties and adhesion behavior of electroplated PC/ABS using nano-indentation and scratch tests, Journal of Adhesion Science and Technology, 37(25), 1724-1735, 2022.
[8] dos Anjos E. G. R., Vieira L. S., Marini J. and Brazil T. R., Influence of Graphene Nanoplates and ABS-g-MAH on the Thermal, Mechanical, and Electromagnetic Properties of PC/ABS Blend, Journal of Applied Polymer Science, 139(3), 51500, 2021.
[9] Sun Y., Guo Z. X. and Yu J., Effect of ABS rubber content on the localization of MWCNTs in PC/ABS blends and electrical resistivity of the composites, Macromolecular Materials and Engineering, 295 (3), 263-268, 2010.
[10] Ghasemi I., Minaei Zaeim M. and Riahinezhad M., Mechanical properties of polymers and composites, Iran Polymer and Petrochemical Institute, Tehran, Second Edition, 2-4, 2016.
[11] Guo B., Tang Z. and Zhang L., Transport performance in novel elastomer nanocomposites: mechanism, design and control, Progress in Polymer Science, 61, 29-66, 2016.
[12] Cui Y., Kundalwal S. I. and Kumar S., Gas barrier performance of Graphene/Polymer nanocomposites, Carbon, 98, 313-333, 2016.
[13] Yarahmadi E., Didehban K., Shabanian M. and Saeb M. R., Assessing the crosslinking behavior of nanocomposites based on epoxy and starch-modified graphene oxide nanosheets potent to be applied as engineering coatings, Applied Research in Chemical – Polymer Engineering, 1(1), 61-70, 2017.
[14] Tambrallimath V., Keshavamurthy R., Bavan S., Patil A., Yunus Khan T. M., Badruddin I. A. and Kamangar S., Mechanical properties of PC-ABS-Based Graphene-reinforced polymer nanocomposites fabricated by FDM Process, Polymers, 13 (17), 2951, 2021.
[15] dos Anjos E. G. R., Vieira L. D. S., Marini J., Brazil T. R., Gomes N. A. S., Rezende M. C. and Passador F. R., Influence of Graphene nanoplates and ABS-g-MAH on the thermal, mechanical, and electromagnetic properties of PC/ABS blend, Journal of Applied Polymer Science, 139 (3), 51500, 2022.
[16] Pour R. H., Hassan A., Soheilmoghaddam M. and Cheraghi Bidsorkhi H., Mechanical, thermal, and morphological properties of graphene reinforced polycarbonate/acrylonitrile butadiene styrene nanocomposites, Polymer Composites, 37(6), 1633-1640, 2016.
[17] Li Y., Wang A., Meng L. and Jiang N., Preparation of graphene and its application in polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene composites, Journal of Polymer Engineering, 38(4), 399-407, 2018.
[18] Andrzejewski J., Mohanty A. K. and Misra M., Development of hybrid composites reinforced with biocarbon/carbon fiber system. The comparative study for PC, ABS and PC/ABS based materials, Composites Part B: Engineering, 200, 108319, 2020.
[19] Takemori M. T., Towards an understanding of the heat distortion temperature of thermoplastics, Polymer Engineering & Science, 19 (15), 1104-1109, 1979.
[20] Abubakar A. M., Biryan F. and Demirelli K., Electrical properties, characterization, and preparation of composite materials containing a polymethacrylate with α-naphthyl side group and nanographene fillers, Journal of Thermoplastic Composite Materials, 34 (1), 102-125, 2021.
[21] Rissanou A. N., Bacova P. and Harmandaris V., Investigation of the properties of nanographene in polymer nanocomposites through molecular simulations: dynamics and anisotropic Brownian motion, Physical Chemistry Chemical Physics, 21, 23843-23854, 2019.
[22] Alipour A., Giffney T., Lin R. J. T. and Jayaraman K., Effects of matrix viscosity on morphological and rheological properties and the electrical percolation threshold in graphene/epoxy nanocomposites, eXPRESS Polymer Letters, 15 (6), 541-553, 2021.
[23] Han C. D., Rheology and processing of polymeric materials: Volume 1: Polymer rheology, Oxford University Press, Oxford, First Edition, 547-614, 2007.
[24] Dal Lago E., Cagnin E., Boaretti C. and Roso M., Influence of different Carbon-Based fillers on electrical and mechanical properties of a PC/ABS blend, Polymers, 12 (1), 29, 2020.
[25] Hemmati M., Shariatpanahi H., Fereidoon A., Aalaie j. and Ghorbanzadeh Ahangari M., Study of a polymer blend/nanoclay nanocomposite of Polyethylene and Polyamide 6 prepared by mechanical blending, Polymer-Plastics Technology and Engineering, 51 (1), 80-85, 2012.

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما