تأثیر هیبرید نانو رس/دوده بر رفتار پخت، خواص مکانیکی و پسماند نانوکامپوزیت¬های بر پایه‌ی لاستیک استایرن‌بوتادین
الموضوعات :حمیدرضا حیدری 1 , مرضیه حسینی 2
1 - دانشگاه صنعتی امیرکبیر
2 - پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران
الکلمات المفتاحية: لاستیک SBR, نانوکامپوزیت, خواص فیزیکی و مکانیکی, پخت, پسماند,
ملخص المقالة :
نانورس به‌دلیل ساختار دوبعدی و نسبت سطح به حجم بالا، باعث ایجاد خواص کششی و رئولوژیکی بسیار خوبی در نانوکامپوزیت می‌شود. فرآورش لاستیک‌ها وابستگی زیادی به فرآیند پخت و کنترل آن، زمان، دما، سرعت ولکانش و سایر شرایط پخت دارد. از میان تمامي روش‌هاي تهیه‌ی نانوکامپوزیت، روش اختلاط مذاب از ساير روش‌ها بيشتر استفاده مي‌شود. به‌طورکلی سه ساختار تکتوئید، میان‌لایه‌ای و پرک‌شده برای نانوکامپوزیت‌ها وجود دارد و خواص نانوکامپوزیت‌ها به‌شدت به پراکنش نانوذره و برهم‌کنش آن‌ها با زمینه وابسته می‌باشد. در این تحقیق به بررسی اثر مقدار نانوپرکننده و شرایط فرآیندی بر رفتار پخت، خواص مکانیکی و پسماند آمیزهی هیبرید بر پایه‌ی SBR و تقویت‌شده با نانورس و دوده تهیه‌شده به روش اختلاط مذاب پرداخته شده‌است. نتایج حاصل از نمودارهای پخت نمونههای نانوکامپوزیت نشان می‌دهد که با افزایش مقدار نانورس، زمان تکمیل پخت کاهش و سرعت پخت افزایش خواهد یافت و افزایش مقدار دوده، منجر به کاهش قابل توجه زمان برشتگی و زمان تکمیل پخت و افزایش قابل توجه سرعت پخت و اختلاط گشتاور می‌شود. هم‌چنین مطابق نتایج آزمون کششی با افزایش مقدار نانوذرات، خواص مکانیکی بهبود یافته‌است و افزایش بیشتر آن موجب افت خواص مکانیکی خواهد شد. نمودارهای پسماند نشان می‌دهند که با افزایش مقدار تقویت‌کنندهها و به‌ویژه دوده، مساحت سطح زیر نمودار تنش-کرنش در حالت بارگذاری-باربرداری به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
[1] M. Liu, R. Liu, W. Chen, “Graphene wrapped Cu2O nanocubes: non-enzymatic electrochemical sensors for the detection of glucose and hydrogen peroxide with enhanced stability”, Biosensors and Bioelectronics. 45, 206–212, 2013.
[2] G. Jiang, Z. Lin, C. Chen, L. Zhu, Q. Chang, N. Wang, W. Wei, H. Tang, “TiO2 nanoparticles assembled on graphene oxide nanosheets with high photocatalytic activity for removal of pollutants”, Carbon. 49, 2693–2701, 2011.
[3] M. Morton, Rubber technology, Springer Science & Business Media, 2013.
[4] Sun, C., et al., “Enhanced cross-linking performances and carbon black (CB) dispersion in solution styrene butadiene rubber (SSBR) filled with triazine-based graphdiyne (TGDY)”. Composites Science and Technology, 223, p. 109438, 2022.
[5] Y. Ikeda, A. Kato, S. Kohjiya, Y. Nakajima, Rubber Science, Springer, 2018.
[6] Hosseini, S. M., Razzaghi-Kashani, M., "Catalytic and networking effects of carbon black on the kinetics and conversion of sulfur vulcanization in styrene butadiene rubber", Soft Matter, 14 (45), 9194-9208, 2018.
[7] K.S. Lee, A. Whelan, Developments in Rubber Technology—4, Springer Science & Business Media, 2012.
[8] J.E. Mark, B. Erman, M. Roland, The science and technology of rubber, Academic press, 2013.
[9] Franco-Urquiza, Edgar Adrian. "Clay-based polymer nanocomposites: essential work of fracture", Polymers, 13(15), 2399, 2021.
[10] M. Hosokawa, K. Nogi, M. Naito, T. Yokoyama, Nanoparticle technology handbook, Elsevier, 2012.
[11] S. Thomas, R. Stephen, Rubber nanocomposites: preparation, properties and applications, John Wiley & Sons, 2010.
[12] K.K. Kar, S. Rana, J. Pandey, Handbook of polymer nanocomposites. Processing, performance and application, Volume B: Carbon Nanotube Based Polymer Nanocomposites, Springer Heidelberg New York Dordrecht, London. 2015.
[13] de Oliveira, A. Dantas, and C. Augusto Gonçalves Beatrice. "Polymer nanocomposites with different types of nanofiller", Nanocomposites-recent evolutions, 103-104, 2018.
[14] M.L. Di Lorenzo, M.E. Errico, M. Avella, “Thermal and morphological characterization of poly (ethylene terephthalate)/calcium carbonate nanocomposites”, Journal of Materials Science. 37, 2351–2358, 2002.
[15] Y. Zhan, J. Wu, H. Xia, N. Yan, G. Fei, G. Yuan, “Dispersion and Exfoliation of Graphene in Rubber by an Ultrasonically‐Assisted Latex Mixing and In situ Reduction Process”, Macromolecular Materials and Engineering. 296, 590–602, 2011.
[16] M.N. Ismail, A.I. Khalaf, “Styrene–butadiene rubber/graphite powder composites: Rheometrical, physicomechanical, and morphological properties”, Journal of Applied Polymer Science. 120, 298–304, 2011.
[17] T. V Varghese, H.A. Kumar, S. Anitha, S. Ratheesh, R.S. Rajeev, V.L. Rao, “Reinforcement of acrylonitrile butadiene rubber using pristine few layer graphene and its hybrid fillers”, Carbon. 61, 476–486, 2013.
[18] V.M. Litvinov, P.A.M. Steeman, “EPDM− Carbon black interactions and the reinforcement mechanisms, as studied by low-resolution 1H NMR”, Macromolecules. 32, 8476–8490, 1999.
[19] Y. Wu, W. Zhao, L. Zhang, “Improvement of Flex‐Fatigue Life of Carbon‐Black‐Filled Styrene‐Butadiene Rubber by Addition of Nanodispersed Clay”, Macromolecular Materials and Engineering. 291, 944–949, 2006.
[20] S.M. Hosseini, M. Razzaghi-Kashani, “Vulcanization kinetics of nano-silica filled styrene butadiene rubber”, Polymer. 55, 6426–6434, 2014.
[21] M.A. Semsarzadeh, Z.B.M. Ghasem, G.H.R. Bakhshandeh, “Effect of carbon black on rate constant and activation energy of vulcanization in EPDM/BR and EPDM/NR blends”, (2005).
[22] Z.H. Li, J. Zhang, S.J. Chen, “Effects of carbon blacks with various structures on vulcanization and reinforcement of filled ethylene-propylene-diene rubber”, Express Polymer Letters. 2, 695–704, 2008.
[23] A. Allahbakhsh, S. Mazinani, M.R. Kalaee, F. Sharif, “Cure kinetics and chemorheology of EPDM/graphene oxide nanocomposites”, Thermochimica Acta. 563, 22–32, 2013.
[24] J. Ma, Y. Wang, L. Zhang, Y. Wu, “Improvement of cutting and chipping resistance of carbon black‐filled styrene butadiene rubber by addition of nanodispersed clay”, Journal of Applied Polymer Science. 125, 3484–3489, 2012.
[25] S. Chakraborty, S. Kar, S. Dasgupta, R. Mukhopadhyay, S. Bandyopadhyay, M. Joshi, S.C. Ameta, “Effect of treatment of Bis (3‐triethoxysilyl propyl) tetrasulfane on physical property of in situ sodium activated and organomodified bentonite clay–SBR rubber nanocomposite”, Journal of Applied Polymer Science. 116, 1660–1670, 2010.
[26] Y. Sun, Y. Luo, D. Jia, “Preparation and properties of natural rubber nanocomposites with solid‐state organomodified montmorillonite”, Journal of Applied Polymer Science. 107, 2786–2792, 2008.
[27] M. Karimtehrani, P.E. Namin, I. Ghasemi, “Functionalization of Graphene Nanoplatelet and the Shape Memory Properties of Nanocomposite Based on Thermoplastic Elastomer Polyurethane/Poly (vinyl chloride)/Graphene Nanoplateletes”, Iran. J. Polym. Sci. Technol. 30, 287–297, 2017.
[28] S.M.R. Paran, G. Naderi, M.H.R. Ghoreishy, “Microstructure and mechanical properties of thermoplastic elastomer nanocomposites based on PA6/NBR/HNT”, Polymer Composites. 38, 2017.
[29] J.A. Gopi, S.K. Patel, A.K. Chandra, D.K. Tripathy, “SBR-clay-carbon black hybrid nanocomposites for tire tread application”, Journal of Polymer Research. 18, 1625–1634, 2011.
[30] S. Ahmadi-Shooli, M. Tavakoli, “The Properties of SBR/ENR50 Blend Containing Nanoclay/Carbon Black Dual Filler System Cured by Electron Beam”, Iranian Journal of Polymer Science and Technology. 30, 127–137, 2017.
[31] M. Maiti, S. Sadhu, A.K. Bhowmick, “Effect of carbon black on properties of rubber nanocomposites”, Journal of Applied Polymer Science. 96, 443–451, 2005.
[32] S.-J. He, Y.-Q. Wang, M.-M. Xi, J. Lin, Y. Xue, L.-Q. Zhang, “Prevention of oxide aging acceleration by nano-dispersed clay in styrene-butadiene rubber matrix”, Polymer Degradation and Stability. 98, 1773–1779, 2013.
[33] Y. Liu, L. Li, Q. Wang, X. Zhang, “Fracture properties of natural rubber filled with hybrid carbon black/nanoclay”, Journal of Polymer Research. 18, 859–867, 2011.
[34] S. Praveen, P.K. Chattopadhyay, P. Albert, V.G. Dalvi, B.C. Chakraborty, S. Chattopadhyay, “Synergistic effect of carbon black and nanoclay fillers in styrene butadiene rubber matrix: Development of dual structure”, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 40, 309–316, 2009.
[35] R. Singh, M. D. Shah, S. K. Jain, S. C. Shit, R. Giri, “Elastomeric composite: mechanical and thermal properties of styrene butadiene rubber (SBR) based on carbon black and nanoclay”, Journal of information knowledge and research in mechanical engineering. 2, 515-521, 2013.
[36] Q. Guo, F. Zaïri, H. Baraket, M. Chaabane, X. Guo, “Pre-stretch dependency of the cyclic dissipation in carbon-filled SBR”, European Polymer Journal. 96, 145–158, 2017.
[37] S. Sadhu, A.K. Bhowmick, “Effect of Chain Length of Amine and Nature and Loading of Clay on Styrene-Butadiene Rubber-Clay Nanocomposites”, Rubber Chemistry and Technology. 76, 860–875, 2003.