25445

اصلاح سطح سيلاني نانولوله¬هاي كربني(MWCNT) و اثر آن بر خواص مكانيكي نانوكامپوزيت اپوكسي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1397-1400

1400/03/12

مسعود جمشيدي

مهندسي شيمي

امروزه نانوذرات پايه كربني به خصوص نانو لوله¬هاي كربني (CNT) بدليل خواص منحصر به فرد خود اهميت ويژه¬اي پيدا كرده¬اند. تحقيقات زيادي نشان داده اند كه افزودن CNT به ماتريس هاي اپوكسي به عنوان يك پليمر بسيار پركاربرد است، سبب افزايش خواص فيزيكي-مكانيكي مي¬شود. با اين حال، CNT تمايل زيادي به كلوخه شدن داشته و اين موضوع موجب عدم دست يابي به پخش يكنواخت در ماتريس مي¬شود. در اين تحقيق، CNT به دو روش اسيد شويي و با كمك عوامل سيلاني اصلاح سطح شد. اثر زمان (1, 2و 3 ساعت پيش فراصوت و درصد وزني نانوذره ( 5/. و 1 و 2 و3 ) بر مشخصات ذرات عامل¬دار شده و عملكرد نانوكامپوزيت اپوكسي حاوي CNT اسيد شويي شده، بررسي شد. همچنين اثر غلظت عوامل سيلاني در محلول آبي حين واكنش اصلاح سطح و درصد وزني نانوذره (5/0 و 1 و2) بر عملكرد مكانيكي نانو كامپوزيت اپوكسي حاوي CNT اصلاح سيلاني شده، ارزيابي شد. نهايتاً عملكرد نانو كامپوزيت هاي اپوكسي حاوي CNT اصلاح سيلاني شده و CNT خام و اپوكسي بدون نانوذره مقايسه شد. CNT هاي اصلاح شده بوسيله ي آناليز هاي FTIR ,XRD ,FE-SEM و TGA Raman، تيتراسيون و آزمون پايداري در حلال بررسي شدند. نانوكامپوزيت هاي اپوكسي حاوي CNT و CNT هاي اصلاح سطحي شده نيز بوسيله¬ي آزمون مكانيكي كشش، خمش، فشاري و آناليز هاي DSC ، DMTA و FESEM بررسي شدند. نتايج نشان دادند كه در هر دو روش گروه¬هاي سيلاني با موفقيت روي سطح CNT نشسته اند. مقاومت كششي و مدول كششي نمونه¬ي حاوي نانوذره اصلاح شده با سيلان آميني نسبت به اپوكسي خالص به ترتيب 53 و 57 درصد و براي نمونه سيلان گلايو به ترتيب 63 و 13درصد بالاتر بود. مقاومت خمشي و مدول خمشي نيز براي سيلان آميني نسبت به اپوكسي به ترتيب 47 و 60 درصد و براي نمونه سيلان گلايو به ترتيب 100 و 11 درصد بالاتر بود. همچنين مدول ذخيره نانوكامپوزيت¬هاي حاوي سيلان آميني و گلايو به ترتيب 30درصد و 5/3 درصد نسبت به اپوكسي خالص افزايش يافت و دماي انتقال شيشه¬اي نيز براي سيلان آميني و گلايو به ترتيب 10 و 5/7 درصد افزايش يافت. طبق آناليز DSC پخت نانوكامپوزيت¬هاي سيلاني بهتر و گرماي حاصل از پخت نمونه¬هاي سيلان آميني و گلايو به ترتيب 74 و 26درصد نسبت به اپوكسي خالص افزايش يافت و دماي پخت نيز تا حدودي افزايش يافت كه تائيدي بر برهم كنش بهتر نانوذره سيلاني شده با پليمر مي باشد.

1400/06/25

Silane Surface Modification of Carbon Nano tube and its Effect on Mechanical properties Of Epoxy Nano composite

6/2/2022 12:00:00 AM

Today, carbon-based nanoparticles, especially carbon nanotubes (CNTs), have become particularly important due to their unique properties. Numerous studies have shown that the addition of CNT to polymer matrices, including epoxy, which is one of the most widely used polymers, increases their properties and performance. However, CNT particles have a high tendency to clump and this prevents a uniform distribution in the matrix. In this study, CNT was modified by two methods of acid washing and help of silane agents. The effect of time (1, 2 and 3 hours ultrasound) and weight percentage of nanoparticles (0.5, 1, 2 and 3) on the characteristics of functionalized particles and performance of epoxy nanocomposite containing CNT acid-washed was investigated. Also, the effect of the concentration of silane agents in aqueous solution during the surface modification reaction and the weight percentage of nanoparticles (0.5, 1 and 2) on the performance of epoxy nanocomposites containing CNT modified with silane was evaluated. Finally, the performance of epoxy nanocomposites containing two types of surface-modified CNT was compared with agent-free CNT and nanoparticle-free epoxy. Modified CNTs were analyzed by FTIR, TGA Raman, XRD, SEM, and titration and stability tests in solvent. Epoxy nanocomposites containing CNT and surface modified CNTs were also evaluated by mechanical tensile, flexural, compressive and DSC, DMTA and FESEM analyzes. The results showed that in both methods, the functional groups successfully grafted on the CNT surface. Tensile strength and tensile modulus were 53% and 57% higher than those for epoxy, respectively, and 63% and 13% higher, respectively, for epoxy-modified silane. Flexural strength and flexural modulus were 47% and 60% higher for amino silane than epoxy, respectively, and 100% and 11% higher for GLYEO silane. Also, the storage modulus and glass transition temperature for both silane samples increased compared to pure epoxy. According to the DSC analysis, the silane nanocomposites cured better and the resulting heat was higher than that of pure epoxy, and the curing temperature increased somewhat.

اپوكسي، نانولوله¬هاي كربني، اصلاح سطح، خواص مكانيكي، سيلان، نانوكامپوزيت

Epoxy, carbon nanotubes, surface modification, mechanical properties, silane, nanocomposite