اثر نانوصفحه هاي گرافن بر رفتار ريولوژي، شكل شناسي، خواص مكانيكي و گرمايي آميخته هاي امتزاج ناپذير پلي پروپيلن-پلي استيرن

Effect of Exfoliated Graphene Nanoplatelets on Rheological, Morphological, Mechanical and Thermal Properties of Immiscible Polypropylene/Polystyrene (PP/PS) Blends

آميخته ­هاي پلي­ اولفين-پلي­استيرن همانند اكثر آميخته هاي پليمري امتزاج ­ناپذير هستند و اختلاط فيزيكي آن­ ها ساختاري دوفازي با سطح ­مشترك ضعيف را به ­وجود مي ­آورد. در نتيجه اين آميخته­ ها خواص مكانيكي ضعيفي دارند. هدف اصلي اين پژوهش، بررسي اثر نانو­صفحه ­هاي گرافن ورقه­ اي شده (xGnP) روي سازگاري آميخته­ هاي پلي­ پروپيلن- پلي ­استيرن (20/80PP/PS, ) بود كه با ارزيابي و مطالعه رفتار ريولوژي، شكل­ شناسي، خواص مكانيكي و گرمايي انجام شد. نتايج ريومتري نشان داد، مقادير مدول ذخيره­ و گرانروي مختلط آميخته خالص با افزودن ذرات گرافن، به ­ويژه در بسامدهاي كم، افزايش مي ­يابد. دليل اين افزايش مي­ تواند كاهش تحرك زنجيرهاي نانوكامپوزيت، به علت درهم گيري زنجيرها با صفحه ­هاي گرافن باشد. بررسي ساختار فازي تمام آميخته ­ها با ميكروسكوپ الكتروني پويشي (SEM) انجام شد. ريزنگارهاي SEM از نانوكامپوزيت­ ها نشان داد، افزودن گرافن به آميخته به كاهش ابعاد قطره­ هاي فاز پراكنده PS و نيز توزيع و پراكندگي بهتر آن در ماتريس PP منجر شده است. نتايج حاصل از خواص مكانيكي نشان داد، در نمونه ­هاي داراي گرافن مدول افزايش و ازدياد طول تا پارگي كاهش مي ­يابد. اين آثار، به دليل مشخصه ­هاي مكانيكي ذاتي و سختي نانوصفحه ­هاي گرافن با مدول بسيار زياد و نيز ممانعت زياد ذرات گرافن در برابر تحرك و گره­ خوردگي زنجيرهاي پليمري است. نمونه ­هاي حاوي ذرات گرافن، در مقايسه با آميخته خالص قابليت تبلور بيشتري نشان مي ­دهد. اين رفتار به اثر هسته ­گذاري نانو­صفحه هاي گرافن نسبت داده شده است. افزون بر اين، پايداري گرمايي آميخته ها با افزايش مقدار گرافن بهبود يافت، زيرا نانوصفحه گرافن ورقه اي شده به عنوان عامل سازگاركننده موثر با رسانندگي گرمايي زياد نيم رخ توزيع گرماي بسيار يكنواختي را فراهم مي كند.

Polyolefin/polystyrene blends, prepared by mechanical mixing, were immiscible blends having two-phase structure with weak interface. An improvement in compatibility of PP and PS led to their enhanced blend properties and applications. The aim of this study was to investigate the effect of exfoliated graphene nanoplatelets (xGnP) on the compatibility of PP/PS (80:20) blend by their rheological and mechanical behaviors. Samples of the blends were prepared using an internal mixer through simultaneous feeding of the components into the mixing chamber. The properties of blends were evaluated by rheometry, scanning electron microscopy (SEM), thermal gravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and mechanical tests. Rheological results showed that addition of xGnP, led to an increase in storage modulus and complex viscosity, especially at low frequencies, probably due to the confinement of polymer chain motions. SEM observations on the morphology of blends revealed that increasing the xGnP content obviously reduced the domain diameter of the dispersed PS phase, indicating a good compatibilizing effect for xGnP. The addition of xGnP into the PP/PS blend increased the tensile modulus and decreased the elongation-at-break, resulting from the rigidity and intrinsic mechanical characteristics of the grapheme nanoplatelets. Crystallinity of the samples also increased with higher xGnP content, which could be assigned to the nucleating effect of graphene platelets. Moreover, thermal stability of the blends were improved by increasing the xGnP level because xGnP as an efficient compatibilizing agent with high thermal conductivity provided a more uniform heat distribution profile.