بررسی اثر نانو ذرات خاک‌رس بر خواص پلی اتیلن اتصال عرضی شده

بررسی اثر نانو ذرات خاک‌رس بر خواص پلی اتیلن اتصال عرضی شده

تحقیق پایانی کارشناسی ارشد رشته‌ی مهندسی صنایع پلیمر

به تعداد 104 صفحه قابل ویرایش ورد

چکیده

پلی‌اتیلن اتصال‌عرضی شده به علت داشتن خواص الکتریکی مناسب و استحکام الکتریکی خوب یکی از موادی است که به طور گسترده در زمینه‌ی تولید عایق در کابل‌ها استفاده می‌شود.

امروزه یکی از روش­های بهینه­سازی خواص و تغییر رفتار پلیمر­ها استفاده از ذرات پرکننده با ابعاد نانومتری است. اززمانیکهذراتنانوبهعنوانموادپرکنندهدرکامپوزیت‌هامطرح‌شده‌اند،بسیاریازمحققانبهبررسی تأثیراینذراتبرخواصموادمختلفپرداختهونتایجقابل‌توجهی را به دست آورده‌اند. اینامربهدلیلسطحبسیارزیاداینذرات و برهمکنشی استکهبافازپیوستهدرکامپوزیتبرقرارمی‌کنند.

هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثر نانو خاک رس اصلاح‌شده با نام تجاری cloisite 30B بر فرآیند پخت پلی‌اتیلن و همچنین تأثیر این نانو ذرات بر خواص فیزیکی، مکانیکی و الکتریکی کامپوزیت پلی‌اتیلن اتصال‌عرضی شده است. همچنین در این تحقیق سعی شده است تا با قرار دادن ذرات پر اکسید بین صفحات خاک رس ، علاوه بر پخش بهتر نانو ذرات، بازده ایجاد اتصالات‌عرضی نیز افزایش‌یافته و منجر به دستیابی به خواص بالاتر شود. برای این منظور مقادیر مشخصی از نانو ذرات خاک رس به همراه پراکسید(DHBP ) و آنتی اکسیدانت (Irganox 1010 ) و مقدار کافی استون به وسیله‌ی همزن مغناطیسی و حمام اولتراسونیک مخلوط شده و پس از خشک شدن کامل مخلوط، از آن برای تهیه‌ی کامپوزیت‌های 3، 6 و 9 درصد وزنی نانو خاک رس استفاده شد. پس از تهیه‌ی نمونه‌ها آزمون‌هایی مانند رئولوژی برای بررسی رفتار پخت؛ آزمونDSC جهت بررسی رفتار حرارتی نمونه­‌ها مانند دمای ذوب، دمای تبلور و تعیین درصد تبلور ، آزمون TGA جهت مطالعه‌ی رفتار گرمایی- تخریبی، آزمون XRD برای تعیین فاصله صفحات خاک رس، آزمون TEM برای بررسی چگونگی پخش صفحات خاک رس در ماتریس، آزمون کشش وDMTA برای بررسی خواص مکانیکی ودینامیکی و در نهایت آزمون‌های ثابت دی الکتریک، فاکتور اتلاف و استحکام شکست جهت بررسی خواص عایقی نمونه‌ها به کار گرفته شد. نتایج حاصل از آزمون رئولوژی نشان داد که قرار دادن مولکول‌های پراکسید بین صفحات خاک رس باعث بهبود روند پخت شده است. همچنینطبقبررسی‌هایصورتگرفته،بیش‌ترینبهبود درخواص،درنمونه پرشدهبا3درصدوزنینانو ذرهحاصل ‌شدهوافزایشغلظتپرکنندهنانوبیشازاینمقدارموجبافتبسیاری ازخواصذکر شده گردیده است.

فهرست

عنوان صفحه

چکیده............................1

1 فصل اول مقدمه................................2

1- 1 تاریخچه ساخت کابل در جهان. 3

1-2 ویژگی‌هایالکتریکیوخواصفیزیکیوشیمیاییموادعایق.. 3

1-2-1 رفتارمکانیکیمادهعایق.. 4

1-2-2 رفتارهایگرماییماده‌ی عایق.. 4

1-2-3 رفتار شیمیایی.. 4

1-2-4 خصوصیاتالکتریکی.. 5

1-2-5 عواملاقتصادی.. 5

1-3 کابل‌برپایه‌یپلی‌اتیلناتصال‌عرضی شده. ................................5

1-4 کامپوزیت‌های پلیمری.. 6

1- 5 نانو کامپوزیت‌هایپلیمری.. 7

2 فصل دوم مروری بر مطالعات انجام‌شده. 8

2-1 پلی‌اتیلن.. 8

2-1-1 معرفی پلی‌اتیلن.. 8

2-1-2 تاریخچه تولید پلی‌اتیلن.. 9

2-1-3 انواع پلی‌اتیلن.. 9

2-2 ایجاد اتصالات ‌عرضی در پلی‌اتیلن.. 10

2-2-1 روش‌های ایجاد اتصالات ‌عرضی در پلی‌اتیلن.. 11

2-2-2 اثر ساختار مولکولی پلی‌اتیلن بر ایجاد اتصالات عرضی به روش پراکسیدی 16

2-2-3 بررسی خواص پلی‌اتیلن اتصال‌عرضی شده. 18

2-3 آنتی اکسیدانت ها19

2-4 نانو کامپوزیت­ها ی پلیمری.. 22

2-4-1 تعاریف اولیه. 22

2-4-2 نانو رس‌ها23

2-4-3اصلاح نانو رس... 25

2-4-4 انواع نانو کامپوزیت‌های پلیمر- نانو رس... 27

2-4-5 روش تهیه نانو کامپوزیت‌های پلیمر-نانورس... 29

2-4-6 بررسی مورفولوژی و برخی خواص نانو کامپوزیت پلی‌اتیلن- نانو خاک رس... 32

2-5 عایق‌های الکتریکی پلیمری.. 35

2-5-1 ثابت دی الکتریک.... 36

2-5-2 تانژانت زاویه اتلاف دی الکتریک.... 38

2-5-3 استحکام دی الکتریک.... 40

2-5-4 بررسی خواص الکتریکی نانو کامپوزیت‌ها41

اهداف پروژه...............................................43

3 فصل سوم مواد و روش‌ها...44

3-1 مواد اولیه. 44

3-2 تجهیزات... 47

3-2-1 اکسترودر دو مارپیچه. 47

3-2-2 دستگاه قالب‌گیری فشاری.. 47

3-3 آزمون‌های انجام‌شده. 48

3-3-1 اندازه‌گیری محتوای ژل. 48

3-3-2 آزمون تفرق زاویه پایین اشعه ایکس.... 48

3-3-3 میکروسکوپ الکترونی عبوری.. 49

3-3-4 آزمون رئولوژی.. 49

3-3-5 تجزیه دینامیکی - مکانیکی - گرمایی) DMTA(50

3-3-6 آزمون گرماسنجی پویشی تفاضلی(DSC)50

3-3-7 آزمون گرما وزن سنجی )( TGA.. 50

3-3-8 آزمون کشش.... 50

3-3-9 آزمون‌های الکتریکی.. 51

3-4 نحوه‌ی تهیه‌ی نمونه‌ها52

4 فصل چهارم نتایجوبحث 54

4-1 آزمون تعیین درصد ژل. 54

4-2 آزمون رئولوژی.. 57

4-3 آزمون SAXS. 61

4-4 آزمون میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM )63

4-5 آنالیز دینامیک مکانیکی(DMTA)65

4-6 آزمون آنالیز حرارتی(DSC)70

4-7 آزمون گرما وزن سنجی (TGA )73

4-8 آزمون کشش.... 75

4-9 خواص الکتریکی.. 76

5 فصل پنجم نتایج و پیشنهاد‌ات 80

5-1 نتیجه‌گیری.. 80

5-2 پیشنهاد‌ات جهت ادامه‌ی کار. 82

مراجع.....................................83

به انضمام فهرست جداول و نمودارها

بررسی اثر نانو ذرات خاک‌رس بر خواص پلی اتیلن اتصال عرضی شده