بررسی خواص مکانیکی و مقاومت نوری الیاف پلی پروپیلن حاوی نانوذرات اکسید روی
چکیده
در این تحقیق تاثیر حضور نانوذرات اکسید روی در الیاف پلی پروپیلن بر روی خواص این لیف از جمله مقاومت نوری آن مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا با استفاده از روش اختلاط مذاب چیپس های پلی پروپیلن حاوی نانوذرات اکسید روی تهیه شدند. درصدهای وزنی نانوذرات درون پلی پروپیلن 0، 1 و 2 درصد و نسبت سازگارکننده به نانوذرات 3 به 1 استفاده شد. به منظور بررسی اثر سازگارکننده یک نمونه حاوی یک درصد وزنی نانوذره و بدون سازگارکننده نیز تهیه شد. سپس از نمونه های فوق به روش ذوب ریسی الیاف تولید شد. در مرحله تولید الیاف از اختلاط نمونه های یک درصد وزنی با گرانول پلی پروپیلن خالص نمونه های 5/0 درصد وزنی نانوذره نیز تهیه گردید. الیاف تولید شده با نسبت کشش 8/3 کشیده شدند. به منظور بررسی اثر نسبت کشش بر روی نمونه حاوی یک درصد وزنی نانوذره و سه درصد وزنی سازگارکننده سه نسبت کشش 2، 3 و 8/3 اعمال شد. الیاف مذکور به همراه الیاف پلی پروپیلن خالص در معرض تابش اشعه ماوراءبنفش قرار گرفتند. قبل و پس از پرتودهی ساختار و خواص نمونه ها از طریق اندازه گیری خواص مکانیکی ( استحکام، مدول و ... )، ضریب شکست مضاعف، مشاهدات میکروسکوپی، پراش پرتو ایکس، طیف سنجی مادون قرمز و خواص حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از مشاهدات میکروسکوپی که توسط fesem انجام شد نشان داد که در مورد نمونه حاوی یک درصد نانوذره و بدون سازگارکننده توزیع نانوذرات اکسید روی درون الیاف پلی پروپیلن تقریبا یکنواخت است و در این نمونه اثری از تجمع مشاهده نشد. اما در مورد نمونه های حاوی سازگارکننده در بعضی از نواحی ذراتی با ابعاد بزرگتر از ابعاد نانوذرات مشاهده شد که به نظر می رسد مربوط به تجمع نانوذرات یا گروه های مالئیک انیدرید واکنش نداده، باشد. با انجام تحلیل وزن سنجی حرارتی بر روی نمونه های حاوی سازگارکننده مشخص شد که نانوذرات اکسید روی تا غلظت یک درصد وزنی می توانند سبب بهبود پایداری حرارتی در شروع تخریب شوند. به طور کلی نتایج حاصل از بررسی خواص نشان داد که در مورد نمونه های بدون سازگارکننده افزایش غلظت نانوذرات اکسید روی از صفر به یک درصد وزنی سبب افزایش درصد تبلور از 5/62 به 5/64 و بهبود خواص مکانیکی می شود. با افزایش غلظت نانوذرات اکسید روی از 0 به 1 درصد وزنی استحکام و مدول الیاف کشیده شده به ترتیب 5 و 3/12 درصد افزایش نشان دادند. اندازه گیری خواص مکانیکی نمونه های حاوی سازگارکننده نشان داد که در مورد این نمونه ها افزایش غلظت نانوذرات اکسید روی و در نتیجه افزایش میزان سازگارکننده سبب افت خواص می شود به گونه ای که با افزایش غلظت نانوذرات از 0 به 2 درصد وزنی استحکام و مدول الیاف کشیده شده به ترتیب 6/22 و 1/18 درصد کاهش نشان دادند. بنابراین با توجه به نتایج احتمال آن می رود که مقدار سازگارکننده بیشتر از مقدار بهینه بوده است. با افزایش نسبت کشش از 0 به 8/3 بر روی نمونه حاوی یک درصد وزنی نانوذره و سه درصد وزنی سازگارکننده درصد افزایش استحکام، مدول، ضریب شکست مضاعف و تبلور به ترتیب 1/79، 9/50، 4/62 و 7/25 درصد بود. نتایج حاصل از بررسی تخریب نوری حاکی از آن است که به طور کلی نانوذرات اکسید روی سبب بهبود مقاومت نوری الیاف پلی پروپیلن می شوند و درصد کاهش خواص مکانیکی، تغییرات ضریب شکست مضاعف، میزان ترک های سطحی ایجاد شده و گروه های کربونیل تشکیل شده در اثر پرتودهی با حضور نانوذرات اکسید روی درون الیاف پلی پروپیلن کاهش می یابد، اما اختلاف معناداری بین نمونه های با 5/0 و 1 درصد وزنی نانوذره مشاهده نشد. هم چنین فرض وجود اختلاف بین نمونه های با سازگارکننده و بدون سازگارکننده نیز رد شد. با افزایش نسبت کشش نیز مقاومت نوری نمونه حاوی یک درصد وزنی نانوذره و سه درصد وزنی سازگارکننده بهبود پیدا کرد.