استفاده از نانولوله هاي كربني حساس به رامان در ولكانيزاسيون لاستيك طبيعي

[pesare baba 2,250]

مقدمه

 

در حال حاضر كاربرد نانولوله ها در تقويت پليمر ها باعث بهبود خواص گرمايي و الكتريكي مي شود.اگر چه شاخت كامپوزيت هاي لاستيكي همراه با نانولوله هاي كربني تك ديداره هنوز با موانع فني تعددي روبرروست كه بايد حل شود در ميان آنها يكي از اصلي ترين مسائل مورد توجه پراكندگي نانولوله هاي كربني است. امواج صوتي يك از روش هاي پراكندگي موثر است.اگر چه امواج صوتي براي مدت طولاني و با قدرت زياد داراي آثار تخريبي است يكي از روش هاي پراكندگي موثر است. با وجود اين مي توان از يك سطح بهينه از امواج صوتي[1] استفاده كرد. يكي از موانع ديگر گران بودن نانولوله هاي كربني تك ديواره است ككه البته ممكن است بهسازي خصيصه مكانيكي تركيب ارزش اين هزينه كردن را نداشته باشد . نانولوله هاي كربني تك ديواره ارزش استفاده در برخي كاربرد ها نظير حسگر كششي رامان، مواد انباره هيدروژن و تركيبات خازني سطح بالا را دارند. طيف بيني رامان براي اثبات وجود نانولوله هاي كربني ، تعيين قطر نانو لوله ها ، توزيع قطري بسته هاي نانولوله مورد استفاده قرار مي گيرند. نانولوله هاي كربني تك ديواره طيف رامان متمايزي دارند. در اين آزمايش بي نظمي پيك D* رامان تهييج شده مربوط به نانولوله هاي كربني كه در محدوده 2500-2700 Cm-1 قرار دارد، مورد بررسي قرار مي گيرد. از نانو لوله هاي كربني تك ديواره مي توان به عنوان حسگر فشار استفاده نمود. پيك D* براي تشخيص كشش و انتقال در پليمرها مورد استفاده قرار مي گيرد و به وسيله طيف بيني رامان تعيين كميت مي شود. اين نوع از كاربرد ها تنها به ميزان كمي از نانولوله هاي كربني كمتر از 0.5 درصد وزني نياز دارد و حساسيت اندازه گيري مي تواند در مقياس بزرگ ماكرو و ميزان مولكولي باشد. نانولوله هاي كربني همچنين مي تواند در الاستومتر ها براي سنجش فشارهاي بينابيني مورد استفاده قرار گيرد. ويژگي هاي يك الاستومتر ويژه با ماهيت اتصالات عرضي در شبكه مشخص مي شود. در حالي كه هنوز گوگرد به مراتب موثر ترين عامل ولكانش است افزودن ميزان كمي از تسريع كننده ها نه فقط فرآيند ها را تسريع مي كند، بلكه كميت و نوع اتصالات عرضي شكل گرفته در ولكانش را نيز تعيين مي كند. مطالعات مختلف در مورد اثر ساختارهاي اتصالات عرضي در ولكانش لاستيك با استفاده از گوگرد براي چندين مورد بررسي قرار گرفته است. دانسيته تراكم اتصالات عرضي عامل مهمي است كه بر ويژگي فيزيكي شبكه الاستومري ولكانيزه شده تا ثير مي گذارد. دانسيته تراكم يك شبكه اساسا به تعداد زنجيره ها، وزن مولكولي و نسبت گوگرد به شتاب دهنده بستگي دارد. چندين روش براي ارزيابي تراكم اتصالات عرضي وجود دارد. متورم كردن به وسيله يك حلال ارگانيك يكي از متداول ترين روش ها براي توصيف شبكه هاي الاستومر است. اندازه گيري هاي تنش – كرنش يكي از روش هاي غير مستقيم براي اندازه گيري ميزان تراكم اتصالات عرضي اس. هدف اصلي اين روش ساخت كامپوزيت (SWNT/NR) و مقايسه ويژگي هاي مكانيكي كامپوزيت و لاستيك طبيعي خالص است. بعد از آن امكان استفاده از نانوحسگرهاي رامان براي توصيف شرايط ايجاد لاستيك طبيعي با استفاده از ميزان هاي مختلفي از گوگرد بررسي مي شود. داده هاي تنش – كرنش تك محوري براي تحليل تراكم اتصالات عرضي الاستومر هاي ولكانيزه شده استفاده مي شود و سپس از آن با نتيجه تحليل رامان مقايسه مي شود.

 

 

روش تجربي

 

تركيبات لاستيك طبيعي و كامپوزيت در دماي اتاق و در حلال تولوئن تهيه مي شود. مخلوط لاستيك طبيعي و تولوئن ابتدا تخت تاثير امواج صوتي قرار مي گيرد تا لاستيك طبيعي كاملا حل شود . نانولوله هاي كربني تك ديواره در تولوئن را امواج صوتي پخش مي كنند. محلول نانولوله هاي كربني / تولوئن به همراه اكسيد روي و استثاريك اسيد و سيكلوهگزيل بنزو تيازول سولفوناميد (CBS) به محلول لاستيك طبيعي – تولوئن اضافه مي شود و تحت تاثير امواج صوتي قرار مي گيرد تا به صورت محلول همگن در آيد، سپس محلول حاصل به 15 قسمت مساوي تقسيم مي مشود و مقادير مختلف گوگرد از صفر تا 60 ميلي گرم به اين قسمت ها اضافه مي شود. تمام مخلوط ها به خوبي تكان داده مي شود تا زماني كه گوگرد به خوبي در محلول پراكنده شود، پس از آن براي مدت يك شبانه روز در زير هود باقي مي ماند. بعد از تبخير كامل تولوئن نمونه هاي كامپوزيت در زير پرس گرم در دماي 160 درجه سانتي گراد براي مدت زمان 15 دقيقه تحت فشار 500 كيلو پاسكال قرار گرفته و فيلم نازكي از كامپوزيت با ضخامت حدود 0.3 ميلي متر به دست مي آيد. نمومه هاي لاستيك طبيعي نيز طبق روش بالا به طور دقيق و بدون افزودن نانولوله هاي كربني آماده مي شود. تمام نمونه ها به صورت نوار هاي باريكي با عرض 4 ميلي متر وطول 15 ميلي متر و ضخامت 0.3 ميلي متر براي تست كشش برش داده مي شود. خصوصيات مكانيكي نمونه هاي لاستيك طبيعي و نانولوله هاي كربني تك ديواره در دماي اتاق را دستگاه مكانيكي ديناميك آناليزي در خالت استاتيك و با سرعت تخريب 6 ميلي متر بر دقيقه اندازه گيري مي كند و در پايان سه نمونه براي هر مورد آماده و مورد آزمايش قرار مي گيرد. منحني تنش – كرنش و مدول كشساني مطابق با نسبت 50 درصد افزايش طول به حالت اوليه براي نمونه ها مورد محاسبه قرار مي گيرد. در اين آزمايش نور ليزر 785 نانومتر به عنوان نقطه نوراني بر سطح نمونه به ضخامت 2 ميكرومتر تابيده مي شود.

 

نتايج و بررسي

 

با وجود اين كه 25 درصد وزني از شبكه لاستيك طبيعي در اين آزمايش را نانولوله هاي كربني تك ديواره تشكيل مي دهند، ضخامت كم نانولوله هاي كربني تك ديواره در سيستم باعث افزايش تعداد نانولوله ها در سيستم مي شود. تمام نمونه هاي كامپوزيت نسبت به نمونه هاي لاستيك طبيعي رنگ تيره تري دارند. در ابتداي مطالعه حضور نانولوله هاي كربني تك ديواره باعث تغيير در خصوصيات مكانيكي لاستيك طبيعي مي شود. با وجود جهت يابي تصادفي نانولوله هاي كربني تك ديواره در فيلم به دست آمده ، جهت يابي نمونه نوار ها در اندازه گيري هاي مكانيكي هيچ گونه تفاوتي در نتايج به دست نمي دهند.