مطالعه ی مقاومت خراشی پلی اتیلن و کامپوزیت تقویت شده آن با نانوذرات کربنات کلسیم

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

نسیم بازوبندی ¹ , سیدمجتبی زبرجد ² , سیدعبدالکریم سجادی ³

1 - کارشناس ارشد مهندسی مواد دانشگاه فردوسی مشهد
2 - استاد دانشگاه فردوسی مشهد
3 - استاد دانشگاه فردوسی مشهد

تاریخ دریافت : 1392/10/14 تاریخ پذیرش : 1392/10/14 تاریخ انتشار : 1392/10/01

کلید واژه: پلی اتیلن, نانوذرات کربنات کلسیم, فیلم, تغییرشکل سطحی, خراش,

چکیده مقاله :

در این پژوهش، بمنظور بررسی نقش نانوذرات کربنات کلسیم بر مقاومت خراش پلی­اتیلن (PE)، آزمون خراش در شرایط گوناگون انجام پذیرفت. بدین­منظور در ابتدا نمونه­های نانوکامپوزیتی زمینه PE تقویت شده با درصدهای وزنی متفاوت از نانوذرات کربنات کلسیم (0، 5، 5/7 و10) تولید گردید. برای بررسی ریزساختار نمونه­های پلی­اتیلن و پلی­اتیلن تقویت شده با %10 وزنی نانوذرات کربنات کلسیم، این نمونه­ها در حلال تولوئن تبلور یافتند و بعد از اچ شدن با محلولی حاوی پتاسیم پرمنگنات، با استفاده از میکروسکوپ SEM مورد مشاهده قرار گرفتند. نمونه­های نانوکامپوزیتی با استفاده از یک خراشنده­ی مخروطی و در نیروهای عمودی 5 ، 15 و 25 نیوتن و سرعت خراش mm/s 1 مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای بیان مقاوت ماده در مقابل فرایند خراشیدن، سختی خراش هر نمونه بدست آورده شد. سطح تعدادی از نمونه­های خراش یافته به­وسیله میکروسکوپ الکترونی مورد ارزیابی قرار گرفت. تصاویر ریزساختار نمونه­ها نشان می­دهد که با افزودن نانوذرات کربنات کلسیم به پلی­اتیلن، قطر اسفرولیت­های نواری کاهش می­یابد. نتایج آزمون خراش بیان می­کند که افزودن نانوذرات کربنات کلسیم، به پلی­اتیلن در تمام نیروهای عمودی و موجب افزایش مقاومت خراش نمونه­ها می­شود. البته این روند افزایش در نیروهای عمودی کوچک­تر، محسوس­تر می­باشد. با مقایسه­ی پلی­اتیلن و نانوکامپوزیت حاوی 10% وزنی کربنات کلسیم، مکانیزم تغییرشکل در نیروی کم­تر از 25 نیوتن، برای هر دو یکسان بوده و از نوع شخم زدن نرم است. در حالی که در نیروی 25 نیوتن، برای PE، آسیب پولک ماهی و برای کامپوزیت از نوع سیلان مومسان می­باشد

چکیده انگلیسی:

In this study, scratch test was performed at different conditions to examine the effects of calcium carbonate on scratch resistance of polyethylene (PE). To do this, PE reinforced with different content of nano-sized calcium carbonate (0, 5, 7.5 and 10 wt.%) were produced. The samples of PE and PE-10%CaCO₃ recrystallized in toluene solvent to study their microstructures using potassium permanganate solution as etchant. Nanocomposite samples were scratched by a conical indenter at the normal loads of 5, 15, and 25 N and scratch speed of 1 mm/s. In order to represent the materials resistance to scratch deformation, the scratch hardness of each sample was calculated. The scratch groove of some samples was examined by scanning electron microscopy (SEM). The microstructures illustrate that the reinforcement of polyethylene with calcium carbonate causes the decrease the average diameter of spherulites. The results of scratch test indicate that the scratch hardness is increased by increasing CaCO₃% for all normal loads; although for small normal loads, this positive effect is much higher than that of big loads. The deformation mechanism of PE and PE-CaCO₃% is ductile ploughing and this is similar at the loads which are smaller than 25N. However, it is fish-scale for PE and plastic drawing for PE-10%CaCO₃ at the load of 25N.