بررسي اثر هم افزايي حضور نانوذرات TiO2 و SiO2 در نانوكامپوزيت هاي پلي استايرن و مقايسه خواص حرارتي و مكانيكي آنها

Investigation of Synergistic Existence Effect of SiO2 and TiO2 Nanoparticles in Polystyrene Nanocomposite and Comparison of their Mechanical and Thermal Properties

در اين پژوهش، بهبود خواص مكانيكي مانند ازدياد طول تا نقطه شكست و مدول يانگ پلي استايرن در حضور نانوذرات تيتان و سيليس مورد بررسي قرار گرفت. از روش محلول جهت سنتز نانوكامپوزيت هاي پلي استايرين/سيليس، پلي استايرين/سيليس/تيتان و پلي استايرين/تيتان استفاده شد. براي شكست بهتر تجمع نانوذرات در حلال، از يك همزن مكانيكي مافوق صوت استفاده گرديد. مورفولوژي نمونه هاي توليدي، توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي، ميكروسكوپ الكتروني عبوري و آناليز وزن سنجي حرارتي بررسي شد. خواص مكانيكي نانوكامپوزيت ها نيز با اندازه گيري مدول يانگ، ازدياد طول تا نقطه شكست و استحكام ضربه اي مطالعه شد. نتايج نشان دادند كه ازدياد طول تا نقطه شكست پلي استايرن داراي هر دو نانوذره تيتان و سيليس به طور قابل توجهي بهبود يافت. همچنين، در نمونه 1% وزني پلي استايرين/سيليس/تيتان، نتايج بيانگر افزايش مدول يانگ، چقرمگي (ميزان انعطاف پذيري نسبي) و ميزان ازدياد طول تا نقطه شكست بود. اين پديده ناشي از شكست مطلوب ساختار تجمعي نانوذرات و همچنين توزيع مناسب آنها در زمينه پلي استايرني است. در اين حالت، نانوذرات در حفره هاي كوچك جاي گرفته و مانند پلي در بين لايه هاي زمينه عمل مي كنند و سبب بهبود ازدياد طول تا نقطه شكست پلي استايرن مي شوند. همچنين، پايداري حرارتي نمونه ها به علت ساختار يكنواخت و همگن آنها و كاهش تعداد نقاط نقص، در مقايسه با پلي استايرن خالص افزايش مي يابد.

In this research, mechanical properties improvement such as elongation at break and young modulus of polystyrene (PS) was investigated in presence of TiO2 and SiO2 nanoparticles. The solution method was selected for synthesis of PS/SiO2, PS/TiO2 and PS/SiO2/TiO2 nanocomposite. An ultrasonic mixer was used for higher dispersion of nanoparticle in the solvent. Morphology of produced samples was characterized through SEM, TEM and TGA. The mechanical properties of nanocomposites were studied by determination of young modulus, elongation at break and impact strength. The results showed that the elongation at break of PS is obviously enhanced in presence of both TiO2 and SiO2 nanoparticles. Also, the results indicated that in the PS/SiO2/TiO2 sample with 1 wt.% of nanoparticles, young modulus, fracture toughness and elongation at break of PS are increased simultaneously. This phenomenon was due to good breakdown structure of nanoparticles agglomeration, and also sufficient dispersion of them in PS matrix. In this case, the nanoparticles were filled in fine voids and played a roll of bridge between layers of matrix leading to improvement of elongation at break of PS. Also, thermal stability was developed in comparison with unfilled PS due to well-structural homogeneity and reduction of defected sites numbers.