چکیده:

در این پژوهش نانوکامپوزیت لاستیک هایپالون/نانورس اصلاح شده به روش اختلاط مذاب در مخلوط کن داخلی تهیه شد. اثر نانورس اصلاح شده بر مورفولوژي و خواص حرارتی نانوکامپوزیت­های تولیدی بر اساس آزمون­های پراش پرتوی ایکس، میکروسکوپ الکترونی و آنالیز گرما وزن سنجی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین اثر لاستیک طبیعی اپوکسید شده به عنوان سازگار کننده بر ریزساختار و همچنین پایداری حرارتی نانوکامپوزیت لاستیک هایپالون بررسی شد. در این پژوهش از 3، 6 و phr 9 نانورس اصلاح شده و همچنین از  نسبت 2 به 1 از سازگارکننده به نانورس استفاده شد. بررسی­های مورفولوژیکی نشان می­دهد که زنجیرهای هایپالون در بین لایه­های نانورس قرار می­گیرند و نانوکامپوزیت­هایی با ساختار لایه­ای متناوب تشکیل می­شود. این درحالیست که استفاده از عامل سازگارکننده کمک شایانی به قرارگیری زنجیرهای هایپالون در بین لایه­های نانورس می­کند. همچنین استفاده از عامل سازگارکننده پراکندگی نانورس را در ماتریس لاستیک هایپالون بسیار بهبود می­دهد. به منظور بررسی اثر نانورس و عامل سازگارکننده در پایداری حرارتی لاستیک هایپالون، آزمون گرما وزن سنجی در محیط نیتروژن با سه نرخ حرارت دهی متفاوت (5، 10 و 20 درجه سانتیگراد بر دقیقه) به انجام رسید. بر اساس نمودارهای به دست آمده از این آزمون، برای لاستیک خالص و نانوکامپوزیت های تولیدی تخریب دومرحله ای به وقوع می پیوندد. نتایج نشان می­دهد که نانورس سبب بهبود پایداری حرارتی لاستیک هایپالون می­شود که این بهبود در حضور عامل سازگارکننده چشمگیرتر می­باشد. به منظور بررسی دقیق­تر، از مدل­های تئوری نیز استفاده شد تا بتوان رفتار تخریب حرارتی لاستیک هایپالون مورد ارزیابی قرار گیرد. در این راستا از مدل هایی بر پایه تک نرخ حرارت دهی همچون مدل فریدمن ، فریمن-کارول و چانگ و روش­هاي بر پایه چند نرخ حرارت دهی همچون کیسینجر- اکاهیرا – سانوز و فلاین – وال – ازوا استفاده شد و پارامترهای مرتبط واکنش تخریب و انرژی فعال سازی تخریب محاسبه گردید تا از این طریق بتوان فرایند تخریب حرارتی لاستیک را در حضور نانورس و عامل سازگارکننده به نحو شایسته­تری دنبال کرد. سامانه های حاوی نانورس به همراه سازگارکننده از انرژی فعالسازی بالاتری برخوردار می­باشند که نشان از ایجاد ارتباط قوی میان نتایج مورفولوژیکی و خواص حرارتی (از طریق پارامترهای سینتیکی محاسبه شده) در نانوکامپوزیت­های تولیدی دارد.
کلمات کلیدي: لاستیک هایپالون، نانورس اصلاح شده، نانوکامپوزیت، ریزساختار، رفتار حرارتی

مقدمه:

تخريب پليمر زمينه­‌اي با اهميت از علوم و تکنولوژی پليمر است که از دو دهۀ گذشته به طور فزاينده­اي مورد توجه قرار گرفته است. کسب اطلاعات دقيق پيرامون مکانيسم­ها در تخريب پليمرها به تعیین شرايط مناسب برای توليد، شکل­دهی و بهره­برداری از اين مواد و همچنین یافتن راه­کارهایی برای طولانی­تر کردن عمر مفيد پليمرها کمک می­کند و اينکه از فرايندهای تخريبی استفاده­های مثبتی به عمل آورده می­شود. تخريب پليمرها از دير زمان مورد شناخت بوده است، از بين رفتن سلولز در چوب، لاستيک در تاير ماشين، ترک­خوردن و زرد­شدن فيلم­های نقاشی از محدود مثال­های هستند که می­توان نام برد. لاستيک هایپالون به عنوان کی از لاستیک های مهندسی قابلیت کاربرد در تکنولوژی های پیشرفته را داراست و با ورود اینگونه پلیمرهای مصنوعی جدید به عرصه رقابت، مسائل جديد بسياری در ارتباط با شناسایی هر چه بیشتر و خواص و کارایی آنها و همچنین بهبود برخی نواقص از اهمیت بسزایی برخوردار است.
نانوکامپوزيت­هاي پليمري به عنوان يکي از جالب­ترين زمينه­هاي پژوهشي علم پليمر در قرن 21 به شمار مي­روند. بازار روبه رشد نانوکامپوزيت­هاي پليمري با سرعت رشد سالانه 4/18% تا پايان سال 2008 به ارزش 211 ميليون دلار رسيده است. تقويت پليمرها توسط ذرات نانو مقياس يکي از اميدبخش ترين شيوه­هايي است که قابليت توليد مواد با کارايي بالا را ممکن مي سازد. در سالهاي اخير پژوهشگران تحقيقات خود را بر زمينه نانوکامپوزيت­هاي لاستيک – ­­نانورس متمرکز ساخته­اند که علت اين امر بهبود قابل توجه خواص فيزيکي-مکانيکي، پايداري حرارتي، مقاومت بالاتر در برابر فرسودگي، مقاومت در برابر عبور سيالات، اشتعال­پذيري کمتر و غيره مي­باشد. چنين بهبودي را مي­توان تنها با افزودن ميزان اندکي نانو­رس (phr5-1) به لاستيک به دست آورد.. لاستيک هایپالون نيز به عنوان پرمصرف­ترين لاستيک در بسياري از کاربردهاي مهندسي مورد استفاده قرار مي­گيرد. از اينرو تقويت آن به ويژه با استفاده از پرکننده­هاي نانومقياس مي­تواند منجر به وسعت دامنه کاربردي اين لاستيک شود. از گذشته تا به حال دوده به عنوان مهمترين و پرمصرف­ترين پرکننده تقويتي در صنعت لاستيک شناخته مي­شود. با توجه به مشکلات مربوط به آن همچون آلودگي و سياه رنگ بودن، محققين به دنبال يافتن جايگزيني مناسب براي آن بوده­اند. تلاش­ها براي بهبود هر چه بيشتر خواص لاستيک­ها با استفاده از نانورس همچنان ادامه دارد. بر اساس نتايج حاصله مي­توان پي برد که کارايي يک تقويت­کننده جهت بهبود خواص فيزيکي-مکانيکي سامانه­هاي الاستومري به درجه پراکندگي پرکننده در ماتريس بسيار حساس است. در اين ميان ميزان پراکندگي لايه­هاي خاک­رس در ماتريس وابسته به طبيعت ماتريس، طبيعت رس، عامل اصلاح­کننده، ساختمان فازي هردو فاز و ميزان برهمکنش بين ماتريس و رس مي­باشد. استفاده از عامل سازگارکننده می تواند سبب بهبود پراکنش لایه های سیلیکاتی در ماتریس گردد و از اینرو می تواند در بهبود خواص و کارایی لاستیک اثر قابل توجهی ایفا نماید.
در اين پژوهش مبانی تخریب حرارتی لاستیک هایپالون بر اساس بررسی مکانیسم تخریب در حضور عامل تقویت کننده و عامل سازگارکننده و همچنین مدل­ سازی این رفتار می تواند درک عمیق تری از رفتار حرارتی این لاستیک و همچنین نانوکامپوزیت های آن در اختیار قرار دهد و در کاربردهای مهندسی و پیشرفته راهگشا باشد. در این راستا، نانوکامپوزیت لاستیک هایپالون/ نانورس اصلاح شده به روش اختلاط مذاب تهیه شده است. اثر لاستیک طبیعی اپوکسید شده به عنوان سازگار کننده بر ریزساختار و همچنین پایداری حرارتی نانوکامپوزیت لاستیک هایپالون بررسی خواهد شد. به منظور بررسی اثر نانورس و عامل سازگارکننده در پایداری حرارتی لاستیک هایپالون، آزمون گرما وزن سنجی در محیط نیتروژن با نرخ های حرارت دهی متفاوت به انجام رسید. به منظور بررسی دقیق­تر، از مدل­های تئوری نیز استفاده شد تا بتوان رفتار تخریب حرارتی لاستیک هایپالون مورد ارزیابی قرار گیرد. در این راستا از مدل هایی بر پایه تک نرخ حرارت دهی و چند نرخ حرارت دهی استفاده شد و پارامترهای مرتبط واکنش تخریب و انرژی فعال سازی تخریب محاسبه گردید تا از این طریق بتوان فرایند تخریب حرارتی لاستیک را در حضور نانورس و عامل سازگارکننده به نحو شایسته­تری دنبال کرد.