4-3 تبلور71
4-4 رئولوژی76
4-5 خواص حرارتی87
4-6 خواص الکتریکی92
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات………………………….95
مراجع ………………………………………………………………………………………………………….. 98
فهرست شکل ها
شکل ‏11: ساختار پلی اتیلن– اکتن.3
شکل ‏12: شماتیکی از دسته بندی انواع پلی اتیلن ها ]7[.4
شکل ‏13: رابطه بین چگالی و ترکیب درصد شیمیایی در کوپلیمرهای پلی اتیلن- اکتن ]8[.5
شکل ‏14: رابطه بین درصد بلورینگی ترکیب درصد شیمیایی در کوپلیمرهای پلی اتیلن- اکتن ]8[.6
شکل ‏15: نمایی از آرایش اتم کربن در الماس.7
شکل ‏16: نمایی از آرایش اتم کربن در گرافیت.8
شکل ‏17: نمایی از آرایش اتم کربن در فولرین8
شکل ‏18: آرایش های مختلف کربن برای ساخت نانولوله ها9
شکل ‏19: آرایش های مختلف کربن برای ساخت نانولوله های کربنی10
شکل ‏110: تغییرات مدول خمشی الاستومر های گرما نرم با دما ]29[.14
شکل ‏111: محدوده سختی الاستومر های گرما نرم ]30[.15
شکل ‏112: فرآیند تولید محصول از الاستومر گرما نرم در مقایسه با فرآیند تولید برای یک الاستومر گرما سخت ]31[.16
شکل ‏113: نمایی از ساخت نانو کامپوزیت های پلی کربنات/ نانو لوله های کربنی با استفاده از روش محلولی]32[.19
شکل ‏114: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح شکست نانو کامپوزیت های پلی کربنات/ نانو لوله های کربنی ]32[.19
شکل ‏115: تصویر میکروسکوپ انتقال الکترونی مربوط به دسته های نانو لوله های کربنی همراه با یک لایه پلی استایرن جذب شده، مربوط به نانو کامپوزیت پلی استایرن/ نانو لوله های کربنی با میزان 5/8% از نانو لوله های کربنی ]39[.21
شکل ‏116: نمایی از اتصال پلی متیل متاکریلات روی سطح نانو لوله های کربنی با استفاده از فرآیند پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتمی ]42[.22
شکل ‏117: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح شکست نانو کامپوزیت های پلی کربنات/ نانو لوله های کربنی. نانو کامپوزیت شامل 20% وزنی از نانو لوله های کربنی (a). نانو کامپوزیت شامل 15% وزنی از نانو لوله های کربنی (b) ]45[.24
شکل ‏118: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح شکست نانو کامپوزیت حاوی 5/0% وزنی از نانو لوله های کربنی ]47[.24
شکل ‏21: طیف مادون قرمز نانو لوله های کربنی چند دیواره خالص(A) و نانو لوله های کربنی چند دیواره اصلاح شده (B)]52[.27
شکل ‏22: طیف مادون قرمز پلی اتیلن- اکتن اصلاح شده با اسید (A) و پلی اتیلن- اکتن اصلاح شده با اسید/ نانو لوله های کربنی چند دیواره اصلاح شده با تیونیل کلراید (5% وزنی) (B) ]52[.28
شکل ‏23: الگوی تفرق اشعه ایکس مربوط به پلی اتیلن- اکتن خالص (A)، پلی اتیلن- اکتن اصلاح شده/ نانو لوله های کربنی چند دیواره به میزان 5% وزنی (B)، پلی اتیلن- اکتن اصلاح شده/ نانو لوله های کربنی چند دیواره به میزان10% وزنی (C) و نانو لوله های کربنی چند دیواره عامل دار شده با اسید (D) ]52[.29
شکل ‏24: نمودار آنالیز وزن سنجی حرارتی پلی اتیلن- اکتن اصلاح شده با آکریلیک اسید (a)، نانو کامپوزیت پلی اتیلن-اکتن اصلاح شده با اسید/ نانو لوله های کربنی چند دیواره اصلاح شده به میزان 5% وزنی (b)، نانو کامپوزیت پلی اتیلن- اکتن اصلاح شده با اسید/ نانو لوله های کربنی چند دیواره اصلاح شده به میزان 10% وزنی (c) و نانو لوله های کربنی چند دیواره (d) ]52[.30
شکل ‏25: تصویر میکروسکوپ الکترونی از نانو لوله های کربنی چند دیواره عامل دار شده (A) و سطح شکست کششی نانو کامپوزیت پلی اتیلن اصلاح شده با آکریلیک اسید/ نانو لوله های کربنی چند دیواره به میزان 5% وزنی (B) ]52[.31
شکل ‏26: استحکام کششی نانو کامپوزیت های پلیمری بر حسب میزان درصد وزنی نانو لوله های کربنی چند دیواره ]52[.32
شکل ‏27: تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح شکست نانو کامپوزیت پلی اتیلن با چگالی بالا/ نانو لوله های کربنی چند دیواره به میزان 5/2% وزنی ]59[.33
شکل ‏28: تصاویر میکروسکوپ الکترونی از سطح شکست نانو کامپوزیت پلی اتیلن با چگالی پایین/ نانو لوله های کربنی چند دیواره به میزان 5/2% وزنی ]59[.34
شکل ‏29 گرانروی مختلط (η^*) بر حسب فرکانس (ω) (a) و مدول حقیقی (G’) بر حسب فرکانس (ω) (b) برای نانو کامپوزیت های پلی اتیلن با چگالی بالا/ نانو لوله های کربنی چند دیواره و پلی اتیلن با چگالی بالا در دمای ℃200 ]59[.35
شکل ‏210: نمودار زاویه فازی (δ) بر حسب مقدار مطلق مدول مختلط G^* برای نانو کامپوزیت های پلی اتیلن با چگالی بالا/ نانو لوله های کربنی چند دیواره (a) و نانو کامپوزیت های پلی اتیلن با چگالی پایین/ نانو لوله های کربنی چند دیواره (b) (نمودار ون گارپ – پالمن)] 59[.36
شکل ‏211: نمودار رسانایی نانو کامپوزیت های پلی اتیلنی بر حسب درصد وزنی نانو لوله های کربنی چند دیواره ]59[.36
شکل ‏212: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نانو کامپوزیت های پلیمری حاوی 0% وزنی (A)، 3/0% وزنی (B)، 5/0% وزنی (C)، 1% وزنی (D)،3% وزنی (E)،5% وزنی (F) و10% وزنی (G) از نانو لوله های کربنی چند دیواره ]63[.38
شکل ‏213: الگوهای تفرق اشعه ی ایکس برای نانو کامپوزیت های پلی اتیلن- اکتن/ پلی اتیلن با چگالی پایین/ نانو لوله های کربنی چند دیواره و نانو لوله های کربنی چند دیواره ]63[.39
شکل ‏214: نمودار تبلور و ذوب نانو کامپوزیت های پلی اتیلن- اکتن/ پلی اتیلن با چگالی پایین/ نانو لوله های کربنی چند دیواره ]63[.40
شکل ‏215: مقاومت سطحی و حجمی نانو کامپوزیت های پلی اتیلن- اکتن/ پلی اتیلن با چگالی پایین/ نانو لوله های کربنی چند دیواره ]63[.41
شکل ‏216: ثابت دی الکتریک و اتلاف دی الکتریک نانو کامپوزیت های پلی اتیلن- اکتن/ پلی اتیلن با چگالی پایین/ نانو لوله های کربنی چند دیواره، اندازه گیری شده در فرکانس 5 مگا هرتز و دمای اتاق]63[ ..42
شکل ‏217: استحکام کششی و کرنش شکست نانو کامپوزیت های پلی اتیلن- اکتن/ پلی اتیلن با چگالی پایین/ نانو لوله های کربنی چند دیواره ]63[.43
شکل ‏218: تاثیر میزان نانو لوله های کربنی بر سرعت جریانی مذاب نانو کامپوزیت های پلی اتیلن- اکتن/ پلی اتیلن با چگالی پایین/ نانو لوله های کربنی چند دیواره ]63[.43
شکل ‏41: منحنی های تنش- کرنش برای پلی اتیلن- اکتن خالص و نانو کامپوزیت ها.53
شکل ‏42: منحنی های تنش کرنش برای پلی اتیلن- اکتن خالص و نانو کامپوزیت های حاوی 1% وزنی از نانو لوله های کربنی.53
شکل ‏43: تغییرات مدول الاستیک نمونه ها به صورت تابعی از مقدار نانو لوله های کربنی.55
شکل ‏44: تغییرات مقادیر مدول بدست آمده از رابطه هالپین- سای و نتایج تجربی.56
شکل ‏45: تاثیر ثابت a بر مدول پیش بینی شده نانو کامپوزیت ها.57

شکل ‏46: تاثیر ثابت b بر مدول پیش بینی شده نانو کامپوزیت ها.58
شکل ‏47: مدول پیش بینی شده از رابطه اصلاح شده هالپین- سای و نتایج تجربی.59
شکل ‏48: تغییرات تنش شکست نمونه ها به صورت تابعی از مقدار نانو لوله های کربنی.60
شکل ‏49: تغییرات استحکام کششی بدست آمده از رابطه هالپین- سای و نتایج تجربی.61
شکل ‏410: تاثیر ثابت a بر استحکام کششی پیش بینی شده نانو کامپوزیت ها.62
شکل ‏411: تاثیر ثابت b بر استحکام کششی پیش بینی شده نانو کامپوزیت ها.62
شکل ‏412: استحکام کششی پیش بینی شده از رابطه اصلاح شده هالپین- سای و نتایج تجربی.63
شکل ‏413: تغییرات کرنش نمونه ها به صورت تابعی از مقدار نانو لوله های کربنی.64
شکل ‏414: تغییرات تنش تسلیم نمونه ها به صورت تابعی از مقدار نانو لوله های کربنی.65
شکل ‏415: تغییرات انرژی شکست نمونه ها به صورت تابعی از مقدار نانو لوله های کربنی.65
شکل ‏416: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مربوط به نمونه EC0.1.67
شکل ‏417: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مربوط به نمونه EC0.5.67
شکل ‏418 : تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مربوط به نمونه EC1.68
شکل ‏419: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مربوط به نمونه EC2.68
شکل ‏420: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مربوط به نمونه ETC1.69
شکل ‏421: تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مربوط به نانو لوله های کربنی خالص.70
شکل ‏422: تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری مربوط به نانو کامپوزیت EC1.70
شکل ‏423: نمودار EDAX نانو لوله های کربنی خالص.71
شکل ‏424: الگوهای تفرق اشعه ی ایکس برای نانولوله های کربنی، پلی اتیلن- اکتن خالص و نانو کامپوزیت ها.73
شکل ‏425: منحنی های آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی حاصل از خنک کردن نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.75
شکل ‏426: منحنی های آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی حاصل از ذوب مجدد نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.75
شکل ‏427: تغییرات مدول ذخیره بر حسب کرنش برای نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.77
شکل ‏428: تغییرات مدول ذخیره و اتلاف با زمان برای نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها در فرکانس زاویه ای rad/s1.77
شکل ‏429: گرانروی مختلط در برابر فرکانس زاویه ای برای نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.78
شکل ‏430: مدول ذخیره در برابر فرکانس زاویه ای برای نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.79
شکل ‏431: مدول اتلافی در برابر فرکانس زاویه ای برای نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.79
شکل ‏432: tan δ در برابر فرکانس زاویه ای برای نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.80
شکل ‏433: مدول های دینامیکی بر حسب فرکانس زاویه ای برای نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.80
شکل ‏434: طیف زمان آسایش برای نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.82
شکل ‏435: گرانروی مختلط در برابر فرکانس زاویه ای برای نمونه EOC.84
شکل ‏436: گرانروی مختلط در برابر فرکانس زاویه ای برای نمونه EC0.1.84
شکل ‏437: گرانروی مختلط در برابر فرکانس زاویه ای برای نمونه EC0.25.85
شکل ‏438: گرانروی مختلط در برابر فرکانس زاویه ای برای نمونه EC0.5.85
شکل ‏439: گرانروی مختلط در برابر فرکانس زاویه ای برای نمونه EC0.75.86
شکل ‏440: گرانروی مختلط در برابر فرکانس زاویه ای برای نمونه EC1.86
شکل ‏441: گرانروی مختلط در برابر فرکانس زاویه ای برای نمونه EC2.87
شکل ‏442: نمودار تجزیه وزن سنجی گرمایی نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها تحت محیط نیتروژن.88
شکل ‏443: نمودار تجزیه وزن سنجی گرمایی نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها تحت محیط اکسیژن.90
شکل ‏444: نمودار تجزیه وزن سنجی گرمایی نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها تحت محیط اکسیژن و دمای ثابت ℃420.91
شکل ‏445: نمودار آزمون آنالیز گرمایی مکانیکی مربوط به تغییر ابعاد نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها بر حسب دما.91
شکل ‏446: مقاومت الکتریکی سطحی نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.93
شکل ‏447: مقاومت الکتریکی حجمی نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.93
شکل ‏448: ثابت دی الکتریک نمونه خالص و نانو کامپوزیت ها.94
چکیده:
در این پژوهش نانوکامپوزیت های از الاستومر گرمانرم بر پایه کوپلیمر اتیلن- اکتن و نانو لوله های کربنی طی فرآیند اختلاط مذاب تک مرحله ای و در یک مخلوطکن داخلی تهیه شده و اثر مقدار نانو لوله های کربنی بر روی مورفولوژی، خواص مکانیکی، حرارتی، رئولوژی و الکتریکی نانوکامپوزیتها بررسی شده است. مقادیر مختلف 1/0، 25/0، 5/0، 75/0، 1 و 2% از نانو لوله های کربنی برای این کار درنظر گرفته شد. نوع نانو لوله های کربنی چند دیواره بود. تصاویر میکروسکپ الکترونی روبشی نشان داد که تا 1% وزنی این نانو ذرات به خوبی در ماتریس پلیمری پخش شده اند. تصویر مربوط به نانو کامپوزیت حاوی 2% وزنی از نانو لوله های کربنی حاکی از آن بود که این نانو ذرات نه تنها به خوبی پخش نشده اند بلکه به صورت خوشه هایی تجمع پیدا کرده اند. مدول یانگ، استحکام کششی و تنش تسلیم نانو کامپوزیت ها تا میزان 1% وزنی از نانو لوله های کربنی افزایش یافته و برای نانو کامپوزیت حاوی 2% وزنی از این نانو ذرات به دلیل وجود خوشه های متعدد و عدم پخش خوب کاهش می یابد. از مدل هالپین- سای برای پیش بینی مدول و استحکام کششی نانو کامپوزیت ها استفاده شد. نتایج نشان می دهد که همخوانی خوبی بین مقادیر پیش بینی شده و مقادیر تجربی تا میزان 1% وزنی از نانو لوله های کربنی وجود دارد. برای بررسی تاثیر حضور نانو لوله های کربنی بر ساختار بلوری نانو کامپوزیت ها از آزمون تفرق اشعه ایکس استفاده شد. مشاهده شد که این نانو ذرات تغییری را در ساختار بلوری پلی اتیلن- اکتن ایجاد نمی کنند. نتایج حاصل از آزمون گرماسنجی روبشی تفاضلی نشان می دهد که نانو لوله های کربنی به سبب اثر هسته زایی درصد بلورینگی را به میزان اندکی افزایش می دهند. نتایج حاصل از بررسی رئولوژی نانو کامپوزیت ها نشان می دهد که با افزایش مقدار نانو لوله های کربنی تغییری در ناحیه ویسکو الاستیک خطی دیده نمی شود. این خود دلیلی بر عدم حضور شبکه های شکل گرفته از نانو لوله های کربنی است. گرانروی مختلط نانو کامپوزیت ها با افزایش مقدار نانو لوله های کربنی به سبب سفتی این نانو ذرات و اثر هیدرو دینامیکی افزایش یافته است. از مدل کراس برای پیش بینی نمودار گرانروی مختلط بر حسب فرکانس زاویه ای استفاده شد، نتایج نشان داد که همخوانی خوبی بین مقادیر پیش بینی شده و مقادیر تجربی وجود دارد. به منظور بررسی رفتار تخریب نانو کامپوزیت ها از آزمون تحلیل گرما وزن سنجی در دو محیط نیتروژن و هوا استفاده شد. حضور نانو لوله های کربنی سبب بهبود خواص حرارتی نانو کامپوزیت ها می شود. اما به دلیل وجود نوع بر همکنش واندروالسی بین نانو ذرات و ماتریس پلیمری میزان افزایش پایداری حرارتی بسیار چشمگیر نیست. ضریب انبساط حرارتی نانو کامپوزیت ها با استفاده از آزمون تحلیل گرمایی مکانیکی بررسی شد. دیده می شود که با افزایش میزان نانو لوله های کربنی به دلیل افزایش سختی نانو کامپوزیت ها، ضریب انبساط حرارتی کاهش می یابد. مقاومت الکتریکی سطحی و حجمی نانو کامپوزیت ها به دلیل خاصیت الکتریکی نانو لوله های کربنی کاهش می یابد. اما بدلیل عدم شکل گیری شبکه هایی از نانو لوله های کربنی خواص مذکور به صورت چشمگیری تغییر نمی کند.
فصل اول
مقدمه
کوپلیمر اتیلن- اکتن1
پلی اتیلن با چگالی پایین2 از طریق پلیمریزاسیون کاتالیستی اتیلن به همراه 1- آلکن ها تهیه می شود ]1[ این آلکن ها موادی نظیر 1- بوتن، 1- هگزن و 1- اکتن می باشند. پلی اتیلن ها با چگالی پایین در گذشته به صورت مرسوم به وسیله کاتالیست های زیگلر- ناتا تولید شده اند. این نوع از کاتالیست ها چند مکانه بوده و پلیمر حاصله دارای توزیع جرم مولکولی و توزیع پهنی از کو منومر است. بوسیله فناوری جدیدی که بر پایه کاتالیست های تک مکانه متالوسن است، می توان پلیمر هایی ساخت که دارای توزیع جرم مولکولی و توزیع ترکیب کومنومر باریک تر می باشند ]2[. در پژوهش های جدید نوعی از کاتالیست های متالوسون بدست آمده است، که به آن ها کاتالیست های هندسه اجباری گویند. کوپلیمر اتیلن- اکتن ساخته شده با این نوع از کاتالیست ها دارای توزیع جرم مولکولی باریک بوده و طول شاخه ها نیز در حین فرآیند ساخت، کنترل می شود. این ماده دارای خواص فیزیکی، رئولوژیکی و مکانیکی منحصر بفردی بوده و به عنوان جایگزینی برای همه رده های پلی اتیلن بکار می روند ]3[. از جمله مزایای این ماده پلیمری می توان به توانایی ترکیب شدن، کاهش وزن ترکیبات پلیمری و توانایی ذاتی پایداری در برابر اشعه فرا بنفش3 اشاره کرد. این پلیمر در نرمی و انعطافپذیری نزدیک به مواد لاستیکی است، اما همانند سایر مواد گرمانرم میتواند فرآیند شود. این ماده پلیمری با استفاده از روش های پخت پراکسیدی، پخت تابشی و پخت سیلانی شبکه ای می شود. برقراری اتصالات عرضی در کوپلیمر اتیلن- اکتن سبب افزایش پایداری ابعادی، مقاومت شیمیایی، فیزیکی و گرمایی آن می شود ]4[. این پلیمرها با فرآیندهایی چون قالبگیری تزریقی و اکستروژن می توانند شکل دهی شوند. در شکل ‏11 ساختار پلی اتیلن- اکتن نشان داده شده است.
شکل ‏11: ساختار پلی اتیلن- اکتن.
سنتز و تولید
کوپلیمرهای اتیلن- اکتن از طریق پلیمریزاسیون کاتالیستی ساخته می شوند. از انواع کاتالیست های معروف می توان به کاتالیست های زیگلر- ناتا و متالوسن اشاره کرد. کاتالیست های متالوسن تک مکانه بوده و سبب بدست آمدن کو پلیمری با خواص بهتر می گردند ]2[. از این رو در صنعت نیز از کاتالیست های متالوسن جهت ساخت کوپلیمر اتیلن- اکتن استفاده می شود. روش ها و شرایط مختلفی برای ساخت این کوپلیمر ها وجود دارد که به صورت مختصر در زیر آمده است.
برای ساخت کوپلیمر اتیلن- اکتن، پلیمریزاسیون در محیط اتوکلاو با حجم cm^3 500 و در حضور هپتان انجام می شود. به گونه ای که این واکنش در دما های 40 و ℃ 60، مدت زمان 30 دقیقه و فشار گازی 2 بار4 انجام می گیرد. راکتور واکنش ابتدا کاملا تخلیه شده، سپس با گاز نیتروژن پاکسازی شده و در ادامه به آن هپتان اضافه می شود. مخلوط گازی وارد راکتور شده و بعد از ایجاد تعادل فازی در محیط راکتور، پلیمریزاسیون با خوراک دهی کاتالیست آغاز می شود. برای ثابت نگه داشتن غلظت منومر در طول فرآیند پلیمریزاسیون، از روش جریان نیمه5 در خوراک دهی منومر استفاده می شود. در انتها برای اختتام پلیمریزاسیون، خوراک دهی گاز متوقف و گاز از راکتور خارج می شود. پلیمر بدست آمده با محلول هیدروکلریک اسید/ اتانول (12% حجمی) شسته شده و سپس صاف می شود. ماده حاصله را در نهایت به مدت سه ساعت با اتانول شسته و سپس خشک می کنند ]5[. در روشی دیگر پلیمریزاسیون در راکتور شیشه ای با حجم یک لیتر و با حضور حلال تولوئن انجام می شود. کومنومر،کمک کاتالیست و میزان مورد نیاز از محلول کاتالیستی با استفاده از سرنگ تحت فشار مثبت آرگون، به راکتور انتقال می یابد. مخلوط واکنش گاز زدایی شده و سپس اتیلن به مخلوط واکنش اضافه می شود تا مقدار فشار به 6/1 بار افزایش یابد، در این هنگام دما نیز به ℃ 60 می رسد. بعد از 30 دقیقه، واکنش پلیمریزاسیون با اضافه کردن محلول 5% حجمی از هیدروکلریک اسید/ متانول متوقف می شود. پلیمر بدست آمده را صاف نموده و در آون خلا در دمای ℃40 خشک می کنند ]6[.
طبقه بندی

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

پلی اتیلن ها توسط روش های مختلفی طبقه بندی می شوند. یکی از این روش ها بر اساس چگالی پلی اتیلن ها انجام می شود. در شکل ‏12 این طبقه بندی نشان داده شده است.
شکل ‏12: شماتیکی از دسته بندی انواع پلی اتیلن ها ]7[.
همان طور که دیده می شود طی این دسته بندی پلی اتیلن ها به چهار دسته تقسیم می شوند.
مواد نوع IV دارای چگالی بیشتر از g⁄cm^3 93/0 می باشند. مورفولوژی این نوع از پلیمرها به صورت لایه ای6بوده و گویچه ها در این حالت به خوبی توسعه می یابند. به دلیل عدم وجود شاخه جانبی، سگمنت ها براحتی داخل لایه های بلوری جای گرفته و محدودیتی برای قرار گیری آن ها و همچنین نفوذ این سگمنت ها دیده نمی شود.
مواد نوع III . در این حالت گویچه ها کوچک تر بوده و ضخامت لایه نیز نسبت به مواد نوع IV کمتر می باشد. هرچند شاخه های جانبی عمل تبلور را با محدودیت روبرو می کنند، اما توالی اتیلن برای قرار گیری در لایه ی بلوری کافی است. ظهور لایه و چگونگی ایجاد سطح آن به تاریخچه حرارتی وابسته است.
مواد نوع II . در این حالت بلور های لایه ای و بلور های دسته ای7 دیده می شوند.
مواد نوع I . چگالی این دسته از مواد کمتر از g⁄cm^3 89/0 می باشد. این مواد دارای میزان تبلور کم و دمای ذوب پایین هستند. در این دسته از مواد، شکل بلور ها به صورت مایسل های مورب8 مشاهده می شود ]7[.
خواص فیزیکی
کوپلیمر پلی اتیلن- اکتن بر اساس میزان کومنومر موجود در ساختار آن دارای خواص فیزیکی متفاوتی است. در شکل ‏13 نمودار تغییرات چگالی با میزان کومنومر نشان داده شده است. همان طور که مشاهده می شود، با افزایش میزان کومنومر چگالی کوپلیمر ها کاهش می یابد. نکته قابل توجهی که در این شکل وجود دارد آن است که میزان چگالی به صورت خطی با مقدار کوپلیمر اتیلن- اکتن کاهش پیدا می کند.
شکل ‏13: رابطه بین چگالی و ترکیب درصد شیمیایی در کوپلیمرهای پلی اتیلن- اکتن ]8[.
در شکل ‏14 نیز میزان تبلور و دمای ذوب کوپلیمر ها بر حسب میزان کومنومر ترسیم شده است. همان گونه که مشاهده می شود با افزایش میزان کومنومر میانگین توالی واحد اتیلن کاهش یافته و در پی آن میزان تبلور و دمای ذوب کوپلیمر ها کاهش می یابد ]8[.
ساختمان بلوری
مطالعاتی در ارتباط با بررسی ساختمان بلوری کوپلیمر اتیلن- اکتن انجام پذیرفته است ]1[. با بررسی نمونه ای از این کوپلیمر که شامل3/7% مولی اکتن می باشد، انجام آزمایشات تفرق اشعه ایکس نشان داده است که این ماده دارای ساختارهای بلوری از نوع ارتورومبیک و هگزاگونال است. زمانی که این نمونه تحت کشش قرار می گیرد، مقدار تبلور آن از 25% به 50% افزایش یافته و اغلب بلور های موجود بعد از کشش نمونه به صورت هگزاگونال در آمده و نسبت فاز ارتورومبیک و اجزای آمورف در آن کاهش می یابد ]1[.
شکل ‏14: رابطه بین درصد بلورینگی ترکیب درصد شیمیایی در کوپلیمرهای پلی اتیلن- اکتن ]8[.
در بررسی دیگر، کوپلیمرهایی از اتیلن- اکتن که شامل 5% و 8% مولی اکتن بوده اند مورد تحلیل قرار گرفته اند. یافته ها حاکی از آن است که تحت فشار قرار دادن مواد در دمای محیط و فشار370 مگا پاسکال9، سبب افزایش فاز آمورف گشته و فاز بلوری ارتورومبیک شکسته می شود. هنگامی که مواد از ℃ 190 و در فشار 370 مگا پاسکال سرد شوند، تبلور در دمای ℃ 163 به صورت فاز ارتورومبیک آغاز شده و با ادامه فرایند سرد شدن در ℃70 ساختمان به صورت ناگهانی متراکم شده که نشان از وجود دو فاز بلوری ارتورومبیک و میزان کمی ساختار هگزاگونال می باشد ]9[.
کاربردها
از جمله کاربرد های این ماده پلیمری می توان به استفاده از آن ها در ساخت کف پوش ها، واشر ها، درزگیر ها، اسفنج ها، پوشش کابل ها و نیز صنعت خودرو سازی اشاره کرد ]4[.
نانوذرات کربنی 10
نانو کلمه یونانی است که معادل لاتین این کلمه دوارف11 است که به معنی کوتوله وقدکوتاه است. علم نانو به مطالعه اصول اولیه مولکولها وساختارهایی که حداقل در یکی از ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر باشد، میپردازد. ویژگی خاص نانو ذرات نسبت سطح به حجم بالای آنها است ]10[. افزایش نسبت سطح به حجم نانو ذرات که ناشی از کاهش اندازه ذرات است، باعث میشود تا فعالیت این مواد افزایش یافته و این مواد میل به خوشه ای شدن در کنار هم پیدا کنند. این امر باعث ایجاد مشکل حین اضافه کردن این مواد به ماتریس پلیمری میشود ]11[. کربن در طبیعت ساختارهای گوناگونی به خود می گیرد که شامل الماس، گرافیت، فولرین12 و نانو لوله های کربنی است.
الماس
الماس سختترین ماده در جهان میباشد که در ساختار آن مطابق شکل ‏15 هر اتم کربن با چهار اتم کربن دیگر پیوند کوالانسی دارد.
شکل ‏15: نمایی از آرایش اتم کربن در الماس.
گرافیت
در ساختار گرافیت اتم های کربن در هر لایه با یکدیگر پیوند کوالانسی دارند. این لایهها روی هم قرار گرفته و با پیوند ضعیفی به هم متصلاند.گرافیت از لایههای متفاوتی تشکیل شده است که به هر کدام از این لایهها گرافن میگویند. در شکل ‏16 نمایی از آرایش اتم کربن در گرافیت آورده شده است.
شکل ‏16: نمایی از آرایش اتم کربن در گرافیت.
فولرین
نوعی دیگر از آرایش اتم کربن که به شکل توپ فوتبال است را فولرین گویند. پایه فولرین صفحات موجود در گرافیت است ]12[. با این تفاوت که در گرافن شش ضلعی منظم وجود دارد ولی در فولرین شش ضلعی و پنج ضلعی منظم وجود داشته و این ساختار پنج ضلعی شکل آن را به صورت توپ در می آورد ]13[. معروفترین و پایدارترین نوع فولرین C60 است، که به آن باکی بال13 گفته میشود. فولرین تحمل فشار 3000 اتمسفر14 را دارد و مولکولهای فولرین توسط نیروهای ضعیف واندروالسی به هم میچسبند. در شکل ‏17 تصویر یک فولرین آورده شده است.
شکل ‏17: نمایی از آرایش اتم کربن در فولرین.
نانو لوله های کربنی
در سال 1991 سومیو ایجیما15 نانولولههایکربنی را به طور کاملا اتفاقی کشف کرد ]14 و 15[. در نانولوله های کربنی، کربن ساختار لوله تو خالی یا استوانهای داشته و آرایش آن دقیقا شبیه به آرایش اتم کربن در گرافیت است. در اصل نانولولههایکربنی از لولهکردن صفحات گرافن بدست میآیند. بسته به این که صفحات گرافن چگونه لوله شوند یکی از سه حالت موجود در شکل ‏18 ایجاد می شود. که در حالت زیگزاگ16 دو پیوند کربن-کربن موازی محور لوله، در صندلی17 دو پیوند کربن- کربن عمود بر محور لوله و در حالت کایرال18 دو پیوند کربن-کربن با زاویه ای نسبت به محور لوله قرار دارند ]16[.
نانو لولههای کربنی تک دیواره دارای قطر یکنواختی هستند ولی به هنگام تشکیل، میل شدیدی دارند تا بصورت فشرده در کنار یکدیگر قرار گرفته و تشکیل دستههای بزرگتری بدهند. در نانولولههای کربنی چند دیواره فاصله بین دیوارهها به خاطر نیروی دافعه اتمی نمیتواند کمتر از 34/0 نانومتر باشد. قطر خارجی نانو لولههای کربنی چند دیواره بین 2 تا چندین نانومتر و قطر داخلی آنها در حد 1 تا چندین نانومتر میباشد ]16[.
شکل ‏18: آرایشهای مختلف کربن برای ساخت نانولولهها.
نانو لولههای کربن به دو دسته کلی تقسیم زیر میشوند:
1)نانولولههای کربنی تک دیواره 19
2) نانولولههای کربنی چند دیواره 20
شکل ‏19: آرایشهای مختلف کربن برای ساخت نانولولههای کربنی.
خالص سازی نانو لوله ها
نانولولههای کربنی چند دیواره به دلیل ساختار تودرتویی که دارند در برابر اکسایش مقاوم هستند. مطالعات در این زمینه نشان میدهد که نانولولههای کربنی چند دیواره در دمای حدود ℃700 اکسید نمیشوند. از این خاصیت نانولولههای کربنی چند دیواره برای خالصسازی آنها استفاده میشود و آنها را تا ℃700 حرارت میدهند و برای مدت معین در آن دما نگه میدارند. تحت این شرایط مواد اضافی موجود در نانو لولههای کربنی اکسید شده و نانولولههای کربنی خالص شدهای بدست خواهد آمد ]14[. برای خالصسازی نانو لولههای کربنی از اسیدهایی مثل اسید نیتریک21و اسید سولفوریک22 استفاده میشود. البته به کمک همین مواد میتوان گروههای کربوکسیل23 و هیدروکسیل24 را روی نانولولههای کربنی نشاند، در اصل در محل تماس نانولولهها کربنی با اسید گروههای کربوکسیل و هیدروکسیل به وجود میآید.
مقاومت الکتریکی نانولولههایکربنی چند دیواره در دمای 300 کلوین به طور متوسط حدود4- 10×2/1 تا cm/Ω 4- 10×5/1 گزارش شده است، در نتیجه میتوان این مواد را رسانا در نظر گرفت ]17 و 18[. مدول نانولولههایکربنی حدود 1000 گیگاپاسکال میباشد ]19[. هدایت الکتریکی این مواد 104 تا S/m 107 میباشد ]20[. نسبت طول به قطر نانو لوله های کربنی بسیار بالا است (حدود 1000 برابر).
معرفی الاستومر های گرما نرم25
تعاریف اولیه
مهمترین تفاوت مواد لاستیک و پلاستیک در رفتار مکانیکی آن ها است. لاستیک ها در مقایسه با پلاستیک ها، نرم تر هستند و مدول کششی آن ها تقریبا 103 برابر کمتر است و ازدیاد طول بیشتر همراه با برگشت پذیری کامل از خود نشان می دهند که نشان دهنده کشسانی لاستیک می باشد. تفاوت دیگر آن ها در فرآیند پخت و ایجاد اتصالات عرضی است. این فرآیند در صنایع لاستیک ضروری است اما در صنعت پلاستیک به این فرآیند نیاز نمی باشد. امروزه صنایع لاستیک و پلاستیک به هم نزدیک شده اند. واژه الاستومر های گرما نرم برای توصیف پلیمر هایی بکار می رود که درجه متوسطی از کشسانی لاستیکی را از خود نشان می دهند ]21[. الاستومر ها برای داشتن خواص بهینه بایستی پخت شوند. عمل پخت، یک فرآیند گرما سخت سازی است. در این فرآیند برگشت ناپذیر، پیوند های شیمیایی در بین زنجیر های الاستومری ایجاد می شود. اما در الاستومر های گرما نرم، ماده از یک مذاب فرآیند پذیر به یک جامد الاستیک تبدیل می شود. این فرآیند برگشت پذیر بوده و می توان با حرارت دادن دوباره، اتصالات فیزیکی را از بین برد. به محض اینکه مذاب جامد شود، این اتصالات دوباره تشکیل می شوند. بنابر این، الاستومر های گرما نرم بااستفاده از روش های معمول پلاستیک ها مثل تزریق و اکستروژن فرآیند شده و می توان مواد باقی مانده را نیز بازیافت نمود ]22[.
به دلیل افزایش ظرفیت تولید و قیمت کمتر مواد خام، الاستومر های گرما نرم مواد مهمی محسوب شده و سهم قابل توجهی از بازار پلیمر را در اختیار دارند. الاستومر های گرمانرم کاربرد های بسیار گسترده ای در زمینه هایی دارندکه قبلا در آن ها از لاستیک های گرما سخت استفاده می شده است. البته در دماهای بالا، خواص مانایی فشاری، مقاومت در برابر حلال و تغییر شکل آن ها، همانند الاستومر های پخت شده معمول نیست. پس، کاربرد الاستومر های گرما نرم در مصارف عمومی مثل کفش، عایق سیم، چسب و آلیاژهای پلیمری است و هرگز در تایر اتومبیل به کار نمی روند. در جدول ‏11 خواص الاستومر های گرما نرم با سایر پلیمر ها مقایسه شده است ]23[.
عمدتا دو راه برای تهیه این مواد وجود دارد؛ روش اول سنتز و کوپلیمریزاسیون دو منومر از مواد پلاستیک و الاستومر و روش دوم، آلیاژ فیزیکی الاستومر و یک گرما نرم می باشد. به منظور بهبود خواص آلیاژ، فاز الاستومری می تواند با سامانه های پخت معمولی نظیر پراکسیدی، گوگردی و رزینی پخت شود و الاستومر های گرما نرم پخت شده26 تولید نماید ]24[.
تاریخچه الاستومر های گرما نرم
در سال 1965 شرکت شل27 کوپلیمر های سه دسته ای استایرن – بوتا دی ان- استایرن28 را به بازار عرضه کرد و واژه الاستومر های گرما نرم به آن اطلاق گردید. البته کمی قبل از آن، مواد پلی یورتانی هم به عنوان الاستومر های گرما نرم مطرح شده بودند. با گذشت زمان انواع دیگری از کوپلیمر های سه دسته ای استایرنی با خواص بهتر توسط شرکت شل تولید شد. ابتدا شرکت فیلیپس29 و سپس بقیه شرکت ها، کوپلیمر های شعاعی30 استایرن – بوتا دی ان را معرفی کردند. مجموعه این مواد به عنوان استایرنی ها شناخته می شوند که از نظر میزان مصرف پر اهمیت ترین گروه در میان الاستومر های گرما نرم می باشند.
در سال 1972 با معرفی آلیاژ های از مواد الفینی بلوری (معمولا پلی پروپیلن) با لاستیک اتیلن – پروپیلن ( معمولا اتیلن – پروپیلن – دی ان منومر31)، دسته دیگری از الاستومر های گرما نرم پدید آمد. این مجموعه به نام الاستومر های گرما نرم الفینی32 معروفند. در سال های بعد استفاده از دیگر پلی الفین ها نظیر پلی اتیلن نیز مرسوم گشت. الاستومر های گرما نرم الفینی از نظر کارایی در دماهای بالا بهتر از الاستومر های گرما نرم می باشند، اما مانند استایرنی ها مقاومت در برابر روغن و مانایی فشاری ضعیفی دارند.
جدول ‏11: مقایسه خواص الاستومر های گرما نرم با سایر پلیمر ها ]23[.
خواص
گرما سخت

گرما نرم

سخت

اپوکسی ها، فنل – فرمالدهید، اوره – فرمالدهید
پلی استایرن33، پلی پروپیلن34، پلی وینیل کلراید35، پلی اتیلن با چگالی بالا36
منعطف
لاستیک های دارای اتصالات عرضی بالا
پلی وینیل کلراید نرم شده، اتیلن وینیل الکل37، پلی اتیلن با چگالی پایین38

لاستیکی

الاستومر های پخت شده
الاستومر های گرما نرم

در سال های اخیر در مورد الاستومر های گرما نرم الفینی سعی شده است که فاز لاستیکی در خلال آمیزه کاری با فاز پلی پروپیلن به صورت دینامیکی پخت شود تا الاستومر گرما نرم الفینی با مقاومت مانایی فشاری بهتر، تولید شود. مونسانتو39 در این فرآیند پیش قدم بوده و در سال 1981 محصولی با نام سنتوپرن40 عرضه نموده به دنبال آن، شرکت های دیگر مواد مشابهی را در این خصوص عرضه کردند. این مواد اغلب الاستومر های گرما نرم پخت شده نامیده شده و جایگزین الاستومر های گرما نرم قبلی یعنی آلیاژ ساده پلی پروپیلن/ اتیلن – پروپیلن – دی ان منومر شدند. اخیرا الاستومر های گرما نرم پخت شده پلی الفینی از آلیاژ پلی پروپیلن با لاستیک طبیعی توسط شرکت دوپان41 تهیه شده است ]25[.
انواع الاستومر های گرما نرم
به طور کلی دو دسته الاستومر گرما نرم در بازار وجود دارد :
بر پایه فناوری کوپلیمر دسته ای
بر پایه فناوری آلیاژ گرما نرم/ الاستومر
گروه اول الاستومر های گرما نرم شامل کوپلیمر های دسته ای استایرنی42، الاستومر های پلی الفینی43، پلی یورتان های گرما نرم44، کوپلیمر های دسته ای پلی آمید45 و کوپلیمر های دسته ای پلی استر46 است.
گروه دوم متشکل از آلیاژ فیزیکی پلی الفین های گرما نرم، الاستومر های گرما نرم پخت شده و دیگر آلیاژ های پلیمری گرما نرم – الاستومر است. کوپلیمر های دسته ای استایرنی و الاستومر های گرما نرم پخت شده دارای کشسانی بسیار خوبی هستند. در عین حال دیگر کوپلیمر های دسته ای نیز دارای مقاومت کافی در برابر سیال های شیمیایی می باشند. داشتن هم زمان دو خصوصیت مهم مانایی فشاری47 پایین و مقاومت شیمیایی48 خوب در الاستومر های گرما نرمی که نرمی آن ها زیاد است، بسیار نادر می باشد ]26[.
اخیرا گونه جدیدی از الاستومر های پلی الفینی توسط شرکت هایی نظیر دوپان و ال جی49 به بازار آمده است. در این گونه از الاستومر های گرما نرم، اتیلن به همراه اکتن به واسطه روش پلیمریزاسیون کاتالیستی واکنش داده و ترکیب حاصله دارای خاصیت الاستومری و گرما نرمی است. این گونه از مواد دارای مقاومت بالا در برابر اشعه فرابنفش، ازن و مقاومت در برابر شرایط جوی هستند. نکته قابل توجه مقاومت پایین این مواد در
برابر حلال های غیر قطبی است.با این حال آنها از خواص فیزیکی و مکانیکی قابل قبولی در دمای محیط برخوردارند ]27 و 28[.
خواص الاستومر های گرما نرم
به دلیل تنوع مواد به کار رفته در الاستومر های گرما نرم، این مواد دارای خواص متفاوتی هستند. برخی از آن ها نرم و انعطاف پذیر و برخی دیگر سخت و چقرمه می باشند. اگر مدول الاستومر های گرما نرم در دماهای مختلف اندازه گیری شود، طبق شکل ‏110 سه ناحیه مجزا و متمایز مشاهده خواهد شد.
شکل ‏110: تغییرات مدول خمشی الاستومر های گرما نرم با دما ]29[.
در دماهای بسیار پایین (پایین تر از دمای انتقال شیشه ای فاز لاستیکی)،هر دو فاز به صورت سخت و شکننده می شوند. اگر دما اندکی افزایش یابد، فاز لاستیکی نرم شده و فاز گرما نرم همانند یک ماده شبکه ای عمل می کند. در دمای بالا مدول میزان ثابتی دارد که به این ناحیه، ناحیه مسطح50 می گویند. بنابر این، فاز گرما نرم در دو محدوده دمایی به کار می رود؛ ناحیه ابتدایی به دمای انتقال شیشه ای51 فاز لاستیکی بستگی دارد، در حالی که ناحیه دوم به دمای انتقال شیشه ای یا دمای ذوب52 فاز سخت وابسته است ]29[. شکل ‏111محدوده سختی الاستومر های گرما نرم را نشان می دهد ]30[.

شکل ‏111: محدوده سختی الاستومر های گرما نرم ]30[.
مزایا و معایب الاستومر های گرما نرم
برخی از مزایای الاستومر های گرما نرم نسبت به لاستیک های گرما سخت عبارت اند از:

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

فرآیند پذیری ساده تر با مراحل کمتر؛ به این علت که روش های فرآیندی الاستومر های گرما نرم مثل گرما نرم ها بوده و از طرفی دارای بازده بیشتر و هزینه کمتری است. به طور کلی، محصول حاصل از الاستومر های گرما نرمی که در فرآیند های پیوسته تولید می شود نسبت به سامانه تولید ناپیوسته و پیمانه ای که در صنعت لاستیک متداول است از کیفیت یکنواخت تری برخوردار است. در شکل ‏112 مراحل تولید لاستیک های معمول و الاستومر های گرما نرم با یکدیگر مقایسه شده است ]31[.
چون زمان قالب گیری53 برای الاستومر های گرما نرم در حدود چند ثانیه است، زمان تولید کوتاه تر آن ها باعث قیمت پایین محصول نهایی شده و میزان تولید نیز بالا می رود.
نیاز به آمیزه سازی مجدد در آن ها وجود ندارد. این مواد معمولا آماده ی مصرف هستند.
به علت داشتن چگالی پایین تر نسبت به آمیزه های لاستیکی مرسوم، حجم برابر از آن ها دارای قیمت کمتری می باشد.
قابلیت بازیافت.
عدم نیاز به پخت و آمیزه سازی کمتر.
قابلیت کنترل خواص با تغییر نسبت اجزا.
شکل ‏112: فرآیند تولید محصول از الاستومر گرما نرم در مقایسه با فرآیند تولید برای یک الاستومر گرما سخت ]31[.
معایب الاستومر های گرما نرم عبارت اند از :

دسته بندی : پایان نامه

دیدگاهتان را بنویسید