مطالعه تجربي خواص مكانيكي جهت‌يافته، ريولوژي و نوري نانوكامپوزيت ناهمسانگرد نانولوله‌هاي كربن چندديواره-دي‌متيل‌متاكريلات

Experimental Study on Oriented Mechanical, Rheological and Optical of a Multi-Walled Carbon Nanotube/Polymethyl Methacrylate Anisotropic Nanocomposite

براي دستيابي به خواص مكانيكي بهتر در نانوكامپوزيت‌­هاي حاوي نانولوله‌هاي كربن لازم است، اين اجزا جهت­‌گيري مشخصي در پليمر پايه داشته باشند. مطالعه تجربي آثار جهت تزريق و جهت‌­گيري نانولوله‌­هاي كربن بر خواص مكانيكي نانوكامپوزيت ناهمسانگرد نانولوله­‌هاي چندديواره كربن-پلي‌­متيل­‌متاكريلات هدف اصلي اين مقاله است. بدين منظور، پارامترهاي درصد وزني نانولوله‌­هاي كربن در چهار سطح 0، 0.5، 1 و %1.5 وزني براي مطالعه در دو راستاي موازي با جهت تزريق و عمود بر آن به‌عنوان ورودي مطرح شد. تركيب­‌هاي مدنظر با فرايند ذوب-اختلاط با استفاده از اكسترودر دو­پيچي ناهمسوگرد توليد شد. سپس، نمونه­‌هاي ورق نانوكامپوزيتي به روش قالب‌­گيري تزريقي تهيه شده و با استفاده از ليزر به شكل نمونه­‌هاي استاندارد آزمون‌­ها بريده شدند. مدول كشساني، استحكام تسليم، ازدياد طول، استحكام ضربه­‌اي و سختي نيز به‌عنوان خروجي مطرح و اثر نانولوله‌­هاي كربن بر شاخص جريان مذاب و خواص نوري مطالعه شد. ساختار نانوكامپوزيت‌­هاي تهيه شده با ميكروسكوپي الكتروني پويشي و عبوري بررسي شد. افزايش %51 مدول كشساني، %19 استحكام تسليم و %27 ازدياد طول با وجود %5/1 نانولوله­‌ها از نتايج به‌­دست آمده است. همچنين بررسي­‌ها نشان داد، نانوكامپوزيت­‌هاي توليد شده %10 مدول كشساني و %13 استحكام تسليم بيشتري در راستاي عمود بر جريان تزريق نشان مي­‌دهند. اما، ازدياد طول بيشتر در راستاي موازي با تزريق مشاهده شد.كاهش ناچيز مقدار سختي، افزايش جزيي استحكام ضربه‌­اي و نيز كاهش براقيت و شفافيت با افزايش نانولوله‌­ها نيز از ساير نتايج قابل ذكر است. همچنين، نتايج كاهش شاخص جريان مذاب از 11g/10min به 6.3g/10min را نشان دادند.

In order to achieve better mechanical properties of the nanocomposites containing carbon nanotubes, the carbon nanotubes should be oriented in a specific direction in the polymer matrix. This produces nanocomposites with anisotropic properties. Experimental study on the effect of injection direction and carbon nanotubes orientation on the mechanical properties of a multi-walled carbon nanotube (MWCNT)/polymethyl methacrylate (PMMA) anisotropic nanocomposite is the main aim of this article. Therefore, variable input factors including MWCNT concentration (0, 0.5, 1 and 1.5 wt%) and its in-flow and perpendicular directions were studied. First, nanocomposites were produced by co-rotating twin-screw extrusion. After that the nanocomposite sheets were fabricated by injection molding and test samples were cut into standard dimensions by laser cutting. The parameters including elastic module, yield strength, elongation, impact strength and hardness were studied. In addition, the effect of MWCNT on the melt flow index and optical properties was studied. Morphology of nanocomposites was carried out by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Increasing the elastic modulus by about 51%, tensile strength by 19% and elongation by 27% with addition of 1.5 %wt MWCNTs were also found. The results also illustrated that the elastic modulus improved by 10% and tensile strength by 13 % in the direction perpendicular to the flow direction. Yet more elongation was observed in in-flow direction. A little drop in hardness, a slight increase in impact strength and a decrease in luster and transparency by increases in MWCNTs loading were other noticeable results. A reduction in melt flow impact from 11 to 6.3 g/10min was another remarkable finding.