26263

اصلاح سيلاني سطح الياف پلي¬اتيلن¬ترفتالات (PET) و ارزيابي چسبندگي آن به لاستيك نيتريل (NBR)

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي - مهندسي پليمر

1398-1400

1400/11/12

دكتر مسعود جمشيدي

دكتر محمود رضوي زاده

مهندسي شيمي نفت و گاز

چسبندگي بين پارچه/الياف و لاستيك نقش مهمي در كارايي و دوام كامپوزيت در شرايط عملياتي ايفا مي¬كند. هدف از اصلاح شيميايي و فيزيكي سطح الياف، افزايش ميزان چسبندگي بدون اثر گذاري منفي بر خواص مكانيكي آنها مي¬باشد. در اين تحقيق از اصلاح سيلاني سطح الياف PET با دو سيلان مرسوم در صنعت لاستيك با نام¬هاي بيس¬تري¬اتوكسي-سيليل¬پروپيل¬تتراسولفايد (TESPT) و وينيل¬تري¬متوكسي¬سيلان (VTMS) جهت افزايش چسبندگي به لاستيك نيتريل (NBR) استفاده شد كه انتخاب مناسبي براي توليد قطعات لاستيكي مقاوم در برابر سوخت مي¬باشد. از آنجا كه پارچه PET چسبندگي ضعيفي به لاستيك ها دارد، قبل از فرآيند سيلاني كردن با دو روش فتوشيميايي (UV/GAP) و شيميايي (آبكافت قليايي) در زمان¬هاي متفاوت كربوكسيله و هيدروكسيله شد. به منظور تعيين ميزان سيلان مورد نياز براي واكنش با گروه¬هاي اكسيژن¬دار برروي سطح الياف از آناليز TGA استفاده شد. سيلاني كردن در غلظت¬هاي مختلف (1، 5 و10 برابر مقدار استوكيومتري سيلان) جهت تسهيل شرايط واكنش و افزايش ميزان سيلان متصل شده به سطح انجام شد. جهت بررسي واكنش سيلان¬ها با لاستيك NBR از آناليز DSC استفاده شد. تركيب شيميايي سطوح الياف PET قبل و بعد از آمايش شيميايي و سيلاني كردن توسط آناليز ATR-FTIR مورد بررسي قرار گرفت. مورفولوژي سطح الياف، فصل¬مشترك بين آميزه لاستيكي و الياف و همچنين درصد عناصر سطحي الياف PET با آمايش¬هاي متفاوت، با استفاده از آناليز SEM-EDX مورد مطالعه قرار گرفت. استحكام پوستگي و بيرون¬كشي الياف از لاستيك براي ارزيابي استحكام چسبندگي پارچه/نخ PET نسبت به آميزه NBR مورد استفاده قرار گرفت. مشخص شد كه ميزان سيلان متصل شده برروي سطح الياف كربوكسيله بيشتر از الياف هيدروليز شده با قليا بوده است. نتايج نشان داد كه در الياف كربوكسيله، سيلان¬هاي TESPT و VTMS استحكام چسبندگي الياف PET به NBR را در آزمون بيرون¬كشي الياف از لاستيك به ترتيب 28 و 10.5 درصد و در آزمون پوست¬كني به ترتيب 11.3 و8.7 درصد افزايش داده¬اند. نهايتاً با اندازه¬گيري كشش سطحي لاستيك و الياف با آمايش¬هاي متفاوت، مقادير پارامتر¬هاي انرژي آزاد سطحي، كار ترموديناميكي چسبندگي (W) و تابع اتلاف (1+φ) محاسبه و مقايسه شد. نتايج نشان داد كه سيلاني كردن پارچه PET، موجب افزايش استحكام چسبندگي و فاكتور اتلاف شده، اما در عوض انرژي آزاد سطحي الياف و كار ترموديناميك چسبندگي را كاهش داده است.

1400/12/07

Silane modification of polyethylene terephthalate (PET) fiber surface and evaluation of its adhesion to nitrile rubber (NBR)

2/1/2023 12:00:00 AM

Adhesion between fibers and rubber plays an important role in the performance and durability of the composite in operating conditions. The purpose of chemical and physical modification of the fiber surface is to increase the adhesion without adversely affecting their mechanical properties. In this research, the silane modification of PET fibers with two conventional silanes in the rubber industry, bistero-ethoxy-silicon-propyl-tetrasulfide (TESPT) and vinyl tri-methoxy-silane (VTMS) were used to increase the adhesion to nitrile rubber (NBR), which is a good choice for the production of fuel-resistant rubber parts but has poor adhesion to PET fibers. For this purpose, PET fibers were carboxylated and hydroxylated at different times before the silanization process by two methods: photochemical (UV/GAP) and chemical (alkaline hydrolysis). TGA analysis was used to determine the amount of silane required to react with oxygen functional groups on the fiber surface. Silanization was performed at different concentrations of silane (1, 5 and 10% stoichiometry) to facilitate the reaction conditions and increase the amount of silane attaching to the surface. DSC analysis was used to evaluate the reaction of silanes with NBR rubber. The chemical composition of PET fiber surfaces before and after carboxylation, alkaline hydrolysis and silanization was investigated by ATR-FTIR analysis. The surface morphology of the fibers, the interface between the rubber compound and the fibers, as well as the percentage of surface elements of PET fibers with different treating techniques were studied using SEM-EDX analysis. The peeling and pulling test of rubber fibers was carried out to evaluate the adhesion strength of PET fabric/yarn to NBR blend. It was found that the amount of silane attached to the surface of carboxylated fibers was higher than hydrolyzed fibers with alkali. The results showed that in carboxylated fibers, TESPT and VTMS silanes increased the adhesion strength of PET fibers to NBR by 28% and 10.5% in the pull-out test and by 11.3% and 8.7% in peeling test, respectively. Finally, by measuring the surface tension of rubber and fibers with different treatments, the values of surface free energy parameters, thermodynamic work of adhesion (W) and dissipation function (1 + φ) were calculated and compared. It was found that silanization of PET fibers increased adhesion strength and dissipation factor, but instead reduced the surface free energy of the fibers and the thermodynamic work of the adhesion.

كامپوزيت ¬NBR/PET , چسبندگي , اصلاح سطح , سيلانيزاسيون , اشعه ماوراي بنفش (UV) , سيلان

NBR/PET composite , Adhesion , Surface Treatment , Silanization , Ultra Violet , Silane

Mohammad Sayyadian

Dr. Masoud Jamshidi