مطالعه تاثیر گرافن بر ویژگی‎ های ولکانش، ریخت، شارشی و ‏مکانیکی لاستیک طبیعی (‏NR‏)، لاستیک کلروبیوتیل (‏CIIR‏) و ‏مخلوط ‏NR/CIIR‏ ‏

الموضوعات :

مرضیه شریفی تشنیزی ¹ , اعظم جلالی آرانی ² , Marianella Hernández Santana ³

1 - دانشجوی دکتری‎ ‎دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ،‎ ‎دانشگاه صنعتی امیرکبیر،‎ ‎تهران، ‏ایران. ‏
2 - دانشیار دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ،‎ ‎دانشگاه صنعتی امیرکبیر،‎ ‎تهران، ‏ایران.‏
3 - پژوهشگر موسسه علوم و تکنولوژی پلیمر (‏ICTP-CSIC‏)، مادرید، اسپانیا.‏

تاريخ الإرسال : 24 الأحد , ربيع الثاني, 1446 تاريخ التأكيد : 25 الأربعاء , جمادى الأولى, 1446 تاريخ الإصدار : 09 الثلاثاء , جمادى الثانية, 1446

الکلمات المفتاحية: لاستیک, نانوچندسازه, گرافن, ویژگی‌های شارشی, ویژگی‌های مکانیکی.‏,

ملخص المقالة :

نانوچندسازه­های لاستیک طبیعی (NR)، لاستیک کلروبیوتیل (CIIR) و مخلوط لاستیک طبیعی/ لاستیک کلروبیوتیل (NR/CIIR) با ترکیب درصد 50/50، بدون گرافن و با phr 7_/0 گرافن به­روش اختلاط مذاب تهیه شدند. حضور گرافن در آمیزه­ها، به­دلیل افزایش چگالی­ پیوندهای عرضی، موجب افزایش مقدار تفاوت بیشینه و کمینه گشتاور در آزمون شارش‌سنجی پخت شد. نتیجه­های به­دست‌آمده از آزمون تورم این نتیجه را تایید کرد. ساختار نانوچندسازه و مقدار پراکنش گرافن با میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) بررسی شد. تصویرها توزیع یکنواخت و پراکندگی مناسب نانولایه­های گرافن در بستر آمیزه­های لاستیکی را نشان داد. در ارزیابی رفتار شارشی مذاب نشان داده شد که افزودن گرافن به هر سه آمیزه موجب افزایش مدول ذخیره و گران‌روی مختلط در بسامدهای کم می­شود که بیانگر توزیع یکنواخت نانولایه­های گرافن در بستر آمیزه و بر­هم­کنش­های مناسب گرافن و زنجیر بسپار است. مطالعه ویژگی­های مکانیکی نمونه­ها با آزمون کششی نشان‌دهنده تاثیر تقویت­کنندگی گرافن بر ویژگی‌های مکانیکی نانوچندسازه­ ها بود به‌گونه­ای که افزودن phr 7_/0گرافن به آمیزه­های NR، CIIR و مخلوط NR/CIIR موجب افزایش مدول یانگ به­ترتیب به مقدار 42 ، 40 و 16 درصد شد.

المصادر:

1. Gu W, Zhang W, Li X, Zhu H, Wei J, Li Z, et al. Graphene sheets from worm-like exfoliated graphite. J Mater Chem. 2009;19(21):3367–9.
2. Sun PZ, Yang Q, Kuang WJ, Stebunov Y V., Xiong WQ, Yu J, et al. Limits on gas impermeability of graphene. Nature. 2020;579(7798):229–32.
3. Wolf C, Angellier-Coussy H, Gontard N, Doghieri F, Guillard V. How the shape of fillers affects the barrier properties of polymer/non-porous particles nanocomposites: A review. J Memb Sci. 2018;556(January):393–418.
4. Frasca D, Schulze D, Wachtendorf V, Huth C, Schartel B. Multifunctional multilayer graphene/elastomer nanocomposites. Eur Polym J [Internet]. 2015;71:99–113. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2015.07.050
5. Kim H, Abdala AA, MacOsko CW. Graphene/polymer nanocomposites. Macromolecules. 2010;43(16):6515–30.
6. Hussain F, Hojjati M, Okamoto M, Gorga RE. Review article: Polymer-matrix nanocomposites, processing, manufacturing, and application: An overview. J Compos Mater. 2006;40(17):1511–75.
7. Kumar S, Chattopadhyay S, Padmanabhan R, Sreejesh A, Nair S, Unnikrishnan G, et al. Tailoring permeation characteristics of bromobutyl rubber with polyepichlorohydrin and graphene nanoplatelets. Mater Res Express [Internet]. 2015;2(10):105007. Available from: http://dx.doi.org/10.1088/2053-1591/2/1 ‎[1] Gu W, Zhang W, Li X, Zhu H, Wei J, Li Z, et al. Graphene sheets from worm-like exfoliated graphite. J ‎Mater Chem. 2009;19(21):3367–9. doi:10‎‏.1039/b904093p ‎[2] Sun PZ, Yang Q, Kuang WJ, Stebunov Y V., Xiong WQ, Yu J, et al. Limits on gas impermeability of ‎graphene. Nature. 2020;579(7798):229–32. doi:10.1038/s41586-‎‏020-2070-x ‏ ‎[3] Wolf C, Angellier-Coussy H, Gontard N, Doghieri F, Guillard V. How the shape of fillers affects the barrier ‎properties of polymer/non-porous particles nanocomposites: A review. J Memb Sci. 2018;556:393–4‎‏18. ‏doi:10.1016/j.memsci.2018.03.085 ‎ ‎[4] Frasca D, Schulze D, Wachtendorf V, Huth C, Schartel B. Multifunctional multilayer ‎graphene/elastomer nanocomposites. Eur Polym J. 2015;71:99–1‎‏13. doi: ‏org/10.1016/j.eurpolymj.2015.07.050 ‎ ‎[5] Kim H, Abdala AA, MacOsko CW. Graphene/polymer nanocomposites. Macromolecules. ‎‏2010;43(16):6515–30. doi:10.1021/ma100572e ‎[6] Hussain F, Hojjati M, Okamoto M, Gorga RE. Polymer-matrix nanocomposites, processing, ‎manufacturing, and application: An overview. J Compos Mater. 2006;40(17):1511–7‎‏5. ‏doi:10.1177/0021998306067321‎ ‎[7] Kumar S, Chattopadhyay S, Padmanabhan R, Sreejesh A, Nair S, Unnikrishnan G, et al. Tailoring ‎permeation characteristics of bromobutyl rubber with polyepichlorohydrin and graphene nanoplatelets. ‎Mater Res Express. 2015;2(10):105007. doi: org/10.1088/2053-1‎‏591/2/10/105007‏ ‎[8] Zhang Z, Chen P, Nie W, Xu Y, Zhou Y. Enhanced mechanical, thermal and solvent resistance of ‎silicone rubber reinforced by organosilica nanoparticles modified graphene oxide. Polymer (Guildf). ‎‏2020;203:122772. doi: org/10.1016/j.polymer.2020.122772‏ ‎[9] Wang J, Zhang K, Bu Q, Lavorgna M, Xia H. Graphene-rubber nanocomposites: Preparation, Structure, ‎and Properties. In: Kaneko S, Mele P, Endo T. Tsuchia T, Tanaka K, Yoshimura M, Hul D, editors. ‎Carbon-related materials in recognition of nobel lectures by Prof‏.‏‎ Akira Suzuki in ICCE. Cham: ‎Springer International Publishing; 2017. p. 175–2‎‏09. doi: 10.1007/978-3-319-61651-3‏‎_9‎ ‎[10] Frasca D, Schulze D, Böhning M, Krafft B, Schartel B. Multilayer graphene chlorine isobutyl isoprene ‎rubber nanocomposites: Influence of the multilayer graphene concentration on physical and flame-‎retardant properties. Rubber Chem Technol. 2016;89(2):316–34. doi‏:10.5254/rct.15.84838‏ ‎[11] Sperling LH. Introduction to Physical Polymer Science. US: Wiley-Interscience; 2005. doi:10.1002/0471757128‎ ‎[12] Malas A, Das CK. Influence of modified graphite flakes on the physical, thermo-mechanical and ‎barrier properties of butyl rubber. J Alloys Compd. 2017;699:38–46. ‎doi:10.1016/j.jallcom.2016.12.232‎ ‎[13] Wu J, Xing W, Huang G, Li H, Tang M, Wu S, et al. Vulcanization kinetics of graphene/natural rubber ‎nanocomposites. Polymer (Guildf). 2013;54(13):3314–2‎‏3. doi:10.1016/j.polymer.2013.04.044‏ ‎[14] Malas A, Das CK, Das A, Heinrich G. Development of expanded graphite filled natural rubber ‎vulcanizates in presence and absence of carbon black: Mechanical, thermal and morphological ‎properties. Mater Des 2012;39:410–7. doi:10.1016/j.matdes.2012.03.007‎ ‎[15] Yang Z, Peng H, Wang W, Liu T. Crystallization behavior of poly(ε-caprolactone)/layered double ‎hydroxide nanocomposites. J Appl Polym Sci. 2010;116(5):2658–67. doi:10‎‏.1002/app.30451 ‏ ‎[16] Ismail H, Chia HH. The effects of multifunctional additive and vulcanization systems on silica filled epoxidized ‎natural rubber compounds. Eur Polym J. 1998;34(12):1857–6‎‏3. doi:10.1016/S0014-3057(98)00029-9‏ ‎[17] Teh PL, Ishak ZAM, Hashim AS, Karger-Kocsis J, Ishiaku US. Effects of epoxidized natural rubber as ‎a compatibilizer in melt compounded natural rubber-organoclay nanocomposites. Eur Polym J. ‎‏2004;40(11):2513–21. doi:10.1016/j.eurpolymj.2004.06.025‏ ‎[18] Zachariah AK, Chandra AK, Mohammed PK, Parameswaranpillai J, Thomas S. Experiments and ‎modeling of non-linear viscoelastic responses in natural rubber and chlorobutyl rubber ‎nanocomposites. Appl Clay Sci. 2016;123:1–10. doi: org/10.1016/j.clay.2016.01.004‎ ‎[19] Pojanavaraphan T, Schiraldi DA, Magaraphan R. Mechanical, rheological, and swelling behavior of ‎natural rubber/montmorillonite aerogels prepared by freeze-drying. Appl Clay Sci. 2010;50(2):271–‎‏9.doi: org/10.1016/j.clay.2010.08.020‏ ‎[20] Sadeghi Ghari H, Jalali-Arani A. Nanocomposites based on natural rubber, organoclay and nano-‎calcium carbonate: Study on the structure, cure behavior, static and dynamic-mechanical properties. ‎Appl Clay Sci. 2016;119:348–57. doi: org/10.1016/j.clay.2015.11.001‎ ‎[21] Böhning M, Frasca D, Schulze D, Schartel B. Multilayer graphene/elastomer nanocomposites. In: ‎Yaragalla S, Kumar MR, Thomas S, Kalarikkal N, Hanna J, editors. MariaCarbon-based nanofiller and ‎their rubber nanocomposites. Elsevier Inc.; 2019. p. 139–2‎‏00. doi: org/10.1016/B978-0-12-817342-‏‏8.00006-8‏ ‎[22] Hernández M, Mar Bernal M, Grande AM, Zhong N, Van Der Zwaag S, García SJ. Effect of graphene ‎content on the restoration of mechanical, electrical and thermal functionalities of a self-healing natural ‎rubber. Smart Mater Struct. 2017;26(2). doi:10.1088/1361-665X/aa71f5‎ ‎[23] Thuruthil Raju A, Dash B, Dey P, Nair S, Naskar K. Evaluation of air permeability characteristics on ‎the hybridization of carbon black with graphene nanoplatelets in bromobutyl rubber/epoxidized ‎natural rubber composites for inner-liner applications. Polym Adv Technol. 2020;31(10):2390–4‎‏02. ‏doi:10.1088/1361-665X/aa71f5‎ ‎ ‎