تهيه نانوكامپوزيت پلي استايرن–كربن نانوتيوپ چند جداره با خواص مكانيكي بهبود يافته با بكارگيري روش رويه پاسخ

Preparation of polystyrene – multi walled carbon nanotube nanocomposite with improved mechanical properties using response surface methodology

در این تحقیق، به منظور بهبود خواص مكانیكی پلی استایرن(PS)، كربن نانوتیوب چند جداره MWCNT به عنوان عامل تقویت كننده انتخاب شد. نانو كامپوزیت پلی استایرن- كربن نانوتیوب( PS-MWCNT) از طریق اختلاط كربن نانوتیوب با محلول پلی استایرن سنتز گردید. اثر 3 فاكتور شامل درصد وزنی كربن نانوتیوب چند جداره، دمای خشك شدن فیلم، مدت زمان همزدن محلول نانو كامپوزیت در سطوح مختلف با استفاده از طراحی باكس بنكن (روش رویه پاسخ) مورد بررسی قرار گرفت. مطابق این روش تعداد 15 آزمایش انجام گرفت. مقادیر ثبت شده برای استحكام كششی فیلم‌های نانو كامپوزیتی، به عنوان پاسخ برای تجزیه و تحلیل داده‌ها با استفاده از آنالیز واریانس مورد استفاده قرار گرفت. خطی بودن منحنی توزیع نرمال برای باقیمانده‌ها صحیح بودن مدل ارائه شده را اثبات نمود. نمودارهای دو بعدی و سه بعدی طرح رویه سطح و حالت بهینه مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد كه با افزایش درصد وزنی كربن نانوتیوب چند جداره و مدت زمان همزدن محلول نانو كامپوزیت استحكام كششی افزایش می‌یابد. در حالیكه با افزایش دمای خشك شدن فیلم استحكام كششی كاهش می یابد. همچنین برخی خواص فیزیكوشیمیایی فیلم نانوكامپوزیتی با استفاده از تكنیكهای اسپكتروسكوپی FT-IR و TGA مورد بررسی قرار گرفت.

In this research, with the aim of improving mechanical properties of polystyrene (PS), multi walled carbon nanotube (MWCNT) was selected as reinforcement agent. PS-MWCNT nanocomposite was prepared by mixing of MWCNT nanostructurs with a solution of PS. The effects of three factors containing MWCNT percentage, film drying temperature and stirring time were investigated in different levels by Box Behnken design of response surface methodology (RSM). According this method, 15 experiments were performed. The tensile strength values of nanocomposite films were used as response for data analyzing by variance analysis. The linearity of normal probability plot of the residuals established the correctness of the proposed model. The contour and surface plots of RSM were studied and the optimal conditions of nanocomposit preparation were determined. The results showed that increasing of MWCNT percentage and stirring time cause to increase of tensile strength, while the increasing of film drying temperature causes to decrease of tensile strength. Also, some physicochemical properties of the nanocomposite film were examined using FT-IR spectroscopy and TGA techniques.