نانوكامپوزيت هاي لاستيكي بر پايه نانوخاك رس- IIR-EPDM : ريزساختار و خواص مكانيكي

Elastomer Nanocomposites Based on Organoclay/IIR/ EPDM: Microstructure and Mechanical Properties

آميز ه هاي نانوكامپوزيت لاستيكي پخت شده بر پايه لاستيك بيوتيل (IIR)، لاستيك اتيلن پروپيلن دي ان مونومر (EPDM) و نانو خاك رس اصلاح شده آلي(Cloisite 20A) با هدف بررسي اثر تركيب درصدهاي مختلف نانوخاك رس (0، 1، 3، 5 و 7 درصد وزني) بر خواص مكانيكي و ريزساختار نانوكامپوزيت هاي نانو خاك رس IIR/EPDM/ به وسيله آسياب دوغلتكي آزمايشگاهي تهيه شدند. از دستگاه ريومتر (RPA) براي بررسي زمان پخت (t90) و زمان برشتگي (t5) آميزه ها و از آزمون هاي پراش پرتو X و ميكروسكوپي الكتروني پويشي نيز براي ارزيابي و مشاهده ريزساختار آميزه هاي نانوكامپوزيتي تهيه شده استفاده شد. نتايج به دست آمده از آزمون ريومتري نشان مي دهد، با افزايش درصد ذرات نانوخاك رس، افزون بر افزايش گشتاور پخت و نيز اختلاف گشتاور بيشينه و كمينه در اثر نسبت منظر زياد لايه هاي نانوخاك رس، مدت زمان بهينه پخت و نيز زمان برشتگي آميزه كاهش پيدا مي كنند، در حالي كه با افزايش درصد لاستيك EPDM در آميزه، زمان پخت افزايش مي يابد. در واقع، نانوخاك رس علاوه بر اثر تقويت كنندگي، در فرايند پخت آميزه هاي بررسي شده در نقش شتاب دهنده ظاهر شده است. هم چنين، نتايج حاصل از آزمون هاي پراش پرتو X حاكي از افزايش فاصله بين لايه اي صفحات سيليكاتي موجود در فاز پيوسته لاستيكي در تمام آميزه هاي تهيه شده در مقايسه با پودر نانوخاك رس است. اين امر بيان گر نفوذ زنجيرهاي پليمري فاز پيوسته در ميان لايه هاي سيليكاتي است. اين پديده با مشاهده مستقيم ريزساختار ورقه اي شده و بين لايه اي شده نانوكامپوزيت به وسيله ميكروسكوپ الكتروني پويشي نيز تأييد شد. از سوي ديگر، در درصدهاي بيشر نانوخاك رس در آميزه ها، شدت روند افزايش فاصله بين لايه اي كمتر شده است. ديده شد كه با افزايش تركيب درصد نانوخاك رس در آميزه هاي نانوكامپوزيتي، خواص مكانيكي آميزه هاي ياد شده از جمله سختي، مقاومت خستگي، استحكام كششي و مدول كششي افزايش و كرنش در نقطه شكست و جهندگي آميزه كاهش نشان مي دهند.

Nanocomposite samples based on elastomer blends of butyl rubber (IIR) and ethylene propylene diene monomer (EPDM) were prepared using a laboratory scale two-roll mill in order to study the effect of Cloisite 15A organoclay content (i.e., 1, 3, 5 and 7 wt%) on the mechanical and morphological properties of IIR/EPDM/Cloisite 15A nanocomposites compared to the unfilled EPDM/IIR blends. Rheometer (RPA), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) were utilized for relevant characterization of cure behavior and microstructural properties of the prepared samples. Cure characteristics of the prepared compounds including optimum cure time (t90) and scorch time (t5), depicted a decrease in these two parameters with increasing nanoclay content; where the cure time was prolonged with EPDM increasing content. In fact, nanoclay not only acts as a reinforcing agent in nanocomposites but also accelerates the cure process of IIR/ EPDM elastomer compounds. Intercalation of elastomer chains into the organoclay silicate layers was determined by d-spacing values calculated according to the results of X-ray diffraction patterns. XRD results of all the nanocomposites samples prepared here showed a leftward shift towards lower diffraction angles in the organoclay characteristic peak, indicating an increase in the d-spacing values compared to the pure organoclay which emphasizes the intercalation of elastomer chains into the clay galleries. This phenomenon was also confirmed according to the direct observation of the cryogenically fracture surfaces of the samples by SEM micrographs depicting a combination of intercalated and exfoliated microstructures. However, there appeared incrementally slowed down rate in higher clay contents. With addition of nanoclay, mechanical properties of the nanocomposite samples including hardness, fatigue strength, tensile modulus and tensile strength were observed to be improved. Elongation-at-break and resilience of the nanocomposites were decreased as expected.