بررسي اثر سازگاركننده بر خواص نانو‌كامپوزيت اتيلن- پروپيلن دي‌ان مونومر تقويت‌شده با نانولوله كربني چندديواره

Compatibilization of Multi-Wall Carbon Nanotube/EPDM: Studies on the Properties of Nanocomposite

نانوكامپوزيت سه‌تايي بر پايه آميخته اتيلن- پروپيلن دي‌ان مونومر (EPDM) و اتيلن- پروپيلن دي‌ان مونومر پيوند شده با مالييك انيدريد(EPDM-g-MAH) با غلظت‌هاي متفاوت (7-0 قسمت وزني) نانولوله ‌كربني چندديواره (MWCNT) روي غلتك آزمايشگاهي تهيه شد. بررسي نقش EPDM-g-MAH به عنوان سازگاركننده و اثر غلظت‌هاي مختلف نانولوله ‌كربني روي خواص مكانيكي، ريولوژيكي و مشخصات پخت نانوكامپوزيت بررسي شد. رفتار پخت نانو‌كامپوزيت‌هاي تهيه شده با استفاده از ريومتر پخت لاستيك مطالعه شد. همچنين ريزساختار نانوكامپوزيت‌ها با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني پويشي مشاهده شد. آزمون‌هاي ريولوژيكي نانوكامپوزيت‌ها نيز به وسيله تحليل‌گر فرايند لاستيك انجام شد. مشاهده شد كه با افزايش غلظت MWCNT به كامپوزيت سازگارشده، زمان پخت و زمان برشتگي آميزه كاهش، درحالي كه بيشينه و كمينه گشتاور افزايش نشان مي‌دهد. اين نتايج در توافق با اطلاعات حاصل از آزمون تورم نمونه‌هاست. با افزايش غلظت نانو‌لوله‌ها، كاهش تورم در حلال مشاهده شده كه مي‌توان به بهبود برهم‌كنش در فصل مشترك ميان نانو‌لوله‌ها و ماتريس به سبب وجود سازگاركننده MAH-g-EPDM نسبت داد. مطالعات شكل‌شناسي سطح شكست حاكي از اين مطلب بود كه وجود سازگاركننده EPDM-g-MAH موحب بهبود پراكنش نانو‌لوله‌ها در ماتريس شده و پراكنش يكنواخت همراه با مقدار اندكي كلوخگي مشاهده شد. از طرفي، وجود نانولوله‌ها در ماتريس سبب زبرترشدن سطح شكست شد. همچنين، خواص مكانيكي شامل استحكام كششي و ازدياد طول تا پارگي نانوكامپوزيت EPDM/MWCNT سازگارشده نتايج بهتري را در مقايسه با كامپوزيت سازگارنشده نشان داد. خواص ريولوژيكي شامل مدول ذخيره (Gʹ) و گرانروي مختلط (?*) با افزايش غلظتMWCNT ، به ترتيب افزايش و كاهش يافت.

In order to achieve dramatic improvements in the performance of rubber materials, attempts were made to develop carbon nanotube (CNT)-reinforced rubber composites. The maleic anhydride (MAH) modification of EPDM is an interesting way of compatibilizing the EPDM rubber with CNT. Novel ternary nanocomposites were prepared based on EPDM/EPDM grafted maleic anhydride (EPDM-g-MAH) blend composition with various concentrations (0-7 phr) of multi-wall carbon nanotube (MWCNT) on a two-roll mill. The effect of EPDM-g-MAH as a compatibilizer and MWCNT concentration were investigated on cure characteristics, mechanical, morphological and rheological properties of nanocomposites. The microstructure of nanocomposites has been characterized using scanning electron microscopy (SEM). At the same time the rheological behavior has been evaluated by a rubber processing analyzer (RPA). It was found that the cure time (t90) and scorch time (t5) decreased while maximum torque (MH) and minimum torque (ML) of the compatibilized composites were increased with increasing MWCNT loading which was consistent with the swelling data. It is observed that by increasing MWCNT loading the swelling index in solvent was decreased. This can be related to good interactions between carbon nanotube and EPDM matrix in presence of EPDM-g-MAH compatibilizer. The fracture surface study indicated that compatibilizer facilitated a homogenous dispersion of MWCNTs inside the matrix. On the other hand, carbon nanotubes in matrix caused roughness of the fractured surface compared with uncompatibilized samples. The mechanical properties such as tensile strength and elongation-at-break of compatibilized EPDM/MWCNT were higher than those of uncompatibilized nanocomposites. In addition, due to increasing MWCNT content the rheological properties such as storage modulus (Gʹ) increased with respect to angular frequency while the complex viscosity decreased.