مشخصه‌های سطح و عملکرد مکانیکی کامپوزیت‌های EPDM-گرافن اکسید

نوع مقاله : پژوهشی

نویسنده

سبزوار، دانشگاه حکیم سبزواری، گروه مهندسی پلیمر، کد پستی 9617976487

چکیده

فرضیه: با توجه به قابلیت زیاد کاربرد گرافن اکسید (GO) در صنایع مختلف، از جمله هوافضا، ساخت‌و‌ساز و الکترونیک، استفاده از  آن در کامپوزیت‌های پلیمری توجه فراوانی را جلب کرده است. این توجه تا حد زیادی به‌دلیل قابلیت تأیید‌شده گرافن اکسید در افزایش خواص مکانیکی، عملکردی و الکتریکی مواد کامپوزیتی بر پایه پلیمرهاست. از سوی دیگر، مشخصه‌های سطح کامپوزیت‌های پلیمری به‌طور مستقیم متأثر از خواص ساختاری و مکانیکی این مواد است.
روش‌ها: در این مطالعه، عملکرد مکانیکی و رفتار سطحی کامپوزیت‌های اتیلن پروپیلن دی‌ان مونومر-گرافن اکسید (EPDM/GO) بررسی شده است. ذرات گرافن اکسید در حالت پودری تهیه شده و سپس با مخلوط‌کن دوغلتکی، در مقادیر 1، 3 و 5phr با EPDM مخلوط شدند. آزمون‌های بررسی مشخصه‌های سطح و خواص مکانیکی این کامپوزیت‌ها برای ارزیابی اثر مقدار گرافن اکسید افزوده‌شده بر مقاومت پارگی و زبری سطح به‌عنوان هدف اصلی در این مطالعه انتخاب شدند.
یافته‌ها: نتایج حاکی از آن است، افزودن گرافن اکسید با مقدار 3phr به کامپوزیت‌های EPDM/GO به بهبود شایان ‌توجهی در خواص مکانیکی منجر می‌شود. به‌طور ویژه، افزایش بیش از %75 در استحکام کششی، افزایش %5 کشش در نقطه شکست و افزایش بیش از %16 مقاومت پارگی در این آمیزه مشاهده شده است. این اثر مثبت به بهبود خواص کششی ماتریس لاستیکی محدود نشده و موجب افزایش جزئی مدول کشسانی ماتریس نیز شده است. براساس نتایج میکروسکوپی نیروی اتمی و آزمون کشش ارائه‌شده در این پژوهش، ارتباط معنا‌داری بین رفتار سطحی و عملکرد مکانیکی کامپوزیت‌های EPDM/GO مشاهده شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Surface Characteristics and Mechanical Performance of EPDM/Graphene Oxide Composites

نویسنده [English]

  • Ahmad Allahbakhsh
Department of Polymer Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: The employment of graphene oxide (GO) in polymer composites has garnered significant interest due to its potential applications in the aerospace construction, and electronics industries. This is due to the proven potential of graphene oxide to enhance the mechanical, functional, and electrical properties of polymer-based composite materials. Additionally, the surface properties of polymer composites are directly influenced by the structural and mechanical properties of these materials.
Methods: The mechanical and surface properties of ethylene propylene diene monomer (EPDM)/GO composites are investigated. graphene oxide , prepared in powder form, was mixed with EPDM at loading contents of 1, 3, and 5 phr using a two-roll mill. The main objective was to investigate the effect of graphene oxide loading content on the tear strength and surface roughness of EPDM/GO composites through surface and mechanical analyses.
Findings: Results indicate that the incorporation of graphene oxide in a loading content of 3 phr leads to a significant improvement in mechanical properties. More than 75% increase in tensile strength, 5% increase in the elongation-at-break, and more than 16% rise in the tear strength are achieved when 3 phr GO is loaded into the structure of EPDM. The incorporation of graphene oxide also results in a slight improvement in the modulus of the system. Based on the atomic force microscopy and tensile test results presented in this work, a direct relationship between surface behavior and mechanical properties of EPDM/GO composites is observed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite
  • EPDM
  • Graphene oxide
  • Mechanical properties
  • Surface properties

مراجع

  1. Fu X., Lin J., Liang Z., Yao R., Wu W., Fang Z., Zou W., Wu Z., Ning H., and Peng J., Graphene Oxide as a Promising Nanofiller for Polymer Composite, Surf. Interfaces, 37, 102747, 2023.
  2. Vickery W.M., Lee K., Lee S.M., Orlando J.D., and Sydlik S.A., Plastic Composites from Repurposed Poly(ethylene terephthalate) Wasted Functionalized Graphene Oxide through Dynamic Depolymerization, ACS Appl. Nano Mater., 7, 3691-3701, 2024.
  3. Pinto G.M., Cremonezzi J.M.O., Ribeiro H., Andrade R.J.E., Demarquette N.R., and Fechine G.J.M., From Two-Dimensional Materials to Polymer Nanocomposites with Emerging Multifunctional Applications: A Critical Review, Polym. Compos., 44, 1438-1470, 2023.
  4. Allahbakhsh A. and Mazinani S., Influences of Sodium Dodecyl Sulfate on Vulcanization Kinetics and Mechanical Performance of EPDM/Graphene Oxide Nanocomposites, RSC Adv., 5, 46694-46704, 2015.
  5. Gadtya A.S., Tripathy D., Rout L., and Moharana S., Graphene Oxide, It’s Surface Functionalisation, Preparation and Properties of Polymer-Based Composites: A Review, Compos. Interfaces, 31, 29-76, 2023.
  6. Allahbakhsh A., Yari S., Safari M., and Dubal D.P., Poly(ethylene disulfide)/Graphene Oxide Nanocomposites: Dynamic-Mechanical and Electrochemical Properties, Eur. Polym. J., 130, 109694, 2020.
  7. Sun X., Huang C., Wang L., Liang L., Cheng Y., Fei W., and Li Y., Recent Progress in Graphene/Polymer Nanocomposites, Adv. Mater., 33, 2001105, 2020.
  8. Allahbakhsh A., Sharif F., Mazinani S., and Kalaee M.R., Synthesis and Characterization of Graphene Oxide in Suspension and Powder Forms by Chemical Exfoliation Method, Int. J. Nano Dimens., 5, 11-20, 2014.
  9. Allahbakhsh A., Sharif F., and Mazinani S., The Influence of Oxygen-Containing Functional Groups on the Surface Behavior and Roughness Characteristics of Graphene Oxide, Nano, 08, 1350045, 2013.
  10. Farahani A., Jamshidi M., and Foroutan M., Effects of Functionalization and Silane Modification of Hexagonal Boron Nitride on Thermal/Mechanical/Morphological Properties of Silicon Rubber Nanocomposite, Sci. Rep., 13, 11915, 2023.
  11. Yang B., Ginsburg S., Li W., Vilela M.M., Shahmohammadi M., Takoudis C.G., and Wu C.D., Effect of Nano-Ceramic Coating on Surface Property and Microbial Adhesion to Poly(methyl methacrylate), J. Biomed. Mater. Res. B, 111, 1480-1487, 2023.
  12. Zhang K., Liu K., Gao T., Liu X., and Ye J., The Effects of Initial and In-Situ Generated Roughness on Polymer Wear: Voluntary vs. Involuntary, Wear, 544-545, 205299, 2024.
  13. Allahbakhsh A., Mazinani S., Kalaee M.R., and Sharif F., Cure Kinetics and Chemorheology of EPDM/Graphene Oxide Nanocomposites, Thermochim. Acta, 563, 22-32, 2013.
  14. Sundaravadivel G., Venkataraman S.R., Vishvanathperumal S., and Navaneethakrishnan V., Influence of APTES Modified HNTs on Properties of NR/EPDM Nanocomposites, Silicon, 15, 6715-6727, 2023.
  15. Allahbakhsh A., Jarrahi Z., Farzi G., and Shavandi A., Solar-Powered and Antibacterial Water Purification via Cu-BTC-Embedded Reduced Graphene Oxide Nanocomposite Aerogels, Chem. Eng. J., 467, 143472, 2023.
  16. Allahbakhsh A., Jarrahi Z., Farzi G., and Shavandi A., Three-Dimensional Nanoporous Cu-BTC/Graphene Oxide Nanocomposites with Engineered Antibacterial Properties Synthesized via a One-Pot Solvosonication Process, Mater. Chem. Phys., 277, 125502, 2022.
  17. Nazari N., Allahbakhsh A., and Bahramian A.R., Analytical Effective Thermal Conductivity Model for Colloidal Porous Composites and Nanocomposites Based on Novolac/Graphene Oxide Aerogels, Int. J. Energy Res., 46, 16608-16628, 2022.
  18. Ahmadi S.J., Huang Y., and Li W., Fabrication and Physical Properties of EPDM-Organoclay Nanocomposites, Compos. Sci. Technol., 65, 1069-1076, 2005.
  19. Chang Y.W., Yang Y., Ryu S., and Nah C., Preparation and Properties of EPDM/Organomontmorillonite Hybrid Nanocomposites, Polym. Int., 51, 319-324, 2002.
مجله علوم و تکنولوژی پلیمر
دوره 37، شماره 1 - شماره پیاپی 189
فروردین و اردیبهشت 1403
صفحه 72-84

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار