مروری بر میکروساختار و خواص فیزیکی مکانیکی نانوکامپوزیت های پلی‌پروپیلن-اتیلن پروپیلن دی‌ان مونومر (PP/EPDM)

نوع مقاله : سایر

نویسندگان

1 پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، صندوق پستی 115 - 149

2 پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

10.22063/basparesh.2024.3614.1691

چکیده

در سال­ های اخیر، یکی از پیشرفت ­های انجام ­گرفته در صنعت پلاستیک و کامپوزیت­ ها توسعه و تجاری­ سازی نانوکامپوزیت­ های پایه­ پلیمری است. نانوکامپوزیت­ های پلیمری برپایه گرمانرم ­های پلی­ اولفینی، الاستومری و پرکننده‌های معدنی و غیرمعدنی در کاربردهای مهندسی از جمله صنایع خودروسازی، هوافضا، ساختمان و تجهیزات پزشکی مورد توجه قرار گرفته است. نانوکامپوزیت­ های برپایه PP/EPDM به­ عنوان آمیخته پرکاربرد در صنایع تولیدی گوناگون از اهمیت زیادی برخوردارند. پلی­ پروپیلن به ­دلیل چگالی کم، پایداری گرمایی زیاد، کارایی و فراورش‌پذیری زیاد از کاربردی‌ترین گرمانرم‌هاست. استحکام ضربه‌ای کم در دماهای کم و سرعت کرنش زیاد، باعث محدودیت استفاده از پلی­ پروپیلن شده است. در این مقاله، پژوهش­ های انجام ­شده دربارة بهبود خواص آمیخته‌های PP/EPDM با نانوذرات مختلف پرداخته شده است. اگرچه آمیخته‌سازی پلی ­پروپیلن با لاستیک باعث بهبود ضربه ­پذیری این ماده می­ شود، ولی برخی خواص مکانیکی مانند مدول و سختی را کاهش می ­دهد. افزودن درصد بسیار کمی تقویت ­کننه­ هایی چون نانوذرات رس، می‌تواند خواص مکانیکی و گرمایی را به­ طور درخور توجهی بهبود دهد. نانوذرات استفاه ­شده در فرایند تولید نانوکامپوزیت‌ها اغلب شامل رس، ترکیبات سیلیکا و ترکیبات کربنی و گرافیتی به­ منظور تولید نانوکامپوزیت‌هایی با کاربرد ویژه هستند. از مهم­ ترین پارامترهای مؤثر بر فرایند تولید نانوکامپوزیت‌های PP/EPDM، مقدار پراکنش، وجود گروه‌های عاملی در سطح نانوذرات و نیز روش تولید هستند. همچنین پژوهش‌ها نشان می‌دهد، خواص نانوکامپوزیت‌ها در مقایسه با آمیخته خالص به ­دلیل تغییر در ویژگی‌های فصل مشترک و ایجاد محدودیت در حرکت و جابه‌جایی زنجیر‌های پلیمری، بهبود می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Review of Microstructure and Physical Mechanical Properties of Polypropylene/Etylene-propylene Diene Monomer (PP/EPDM) Nanocomposites

نویسندگان [English]

  • Ghasem Naderi 1
  • hossein bazgir 2
1 ippi
2 iran polymer and petrochemical inistitue
چکیده [English]

In recent years, one of the advances made in the plastics and composites industry is the development and commercialization of polymer-based nanocomposites. Polymer nanocomposites based on polyolefin thermoplastics and elastomers, and mineral and non-mineral fillers have attracted attention in engineering applications, including the automotive, aerospace, construction, and medical equipment industries. PP/EPDM-based nanocomposites are of great importance as widely used blends in various manufacturing industries. Polypropylene is one of the most widely used thermoplastics due to its low density, high thermal stability, high efficiency, and processability. Low impact strength at low temperatures and high strain rate have limited the use of polypropylene. In this article, research on improving the properties of PP/EPDM blends with various nanoparticles is discussed. Although blending polypropylene with rubber improves the impact strength of the material, it reduces some mechanical properties such as modulus and hardness. Adding a very small percentage of reinforcements such as clay nanoparticles can significantly improve the mechanical and thermal properties. Nanoparticles used in the production process of nanocomposites often include clay, silica compounds, and carbon and graphite compounds in order to produce nanocomposites with special applications. The most important parameters affecting the production process of PP/EPDM nanocomposites are the uniformity of dispersion, the presence of functional groups on the surface of the nanoparticles, and the production method. Research also shows that the properties of nanocomposites are improved compared to the pure blend due to changes in the interface properties and restrictions on the movement and displacement of polymer chains.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nanocomposites
  • nanoparticles
  • polypropylene
  • EPDM
  • thermoplastic

مراجع

  1. Praveen K.M., Pillin I., Kervoelen A., Grohens Y., and Thomas S., Investigations on the Effect of Sol-Gel Coated Coir Fiber Reinforcement in PP/EPDM Composites, Polym. J., 212, 113081, 2024.
  2. Hossain M.T., Shahid M.A., Mahmud N., Habib A., Rana M., Ahmed Khan S. et. al., Research and Application of Polypropylene: A Review, Discov Nano., 19, 1–21, 2024.
  3. Sharshir S.W., El-Attar H., Basem A., El-Naggar A.A., Alaraj A.M., Attia A. et al., An Overview of the Progress in the Synthesis of Nanocomposites for Industrial Applications: Techniques Preparation, Definitions, and Characterization, Synthetic Met., 307, 117665, 2024.
  4. Sharip M.R.M., Yiew L.K., Piah M.A.M., Zaidel D.N.A., Ghani A.B.A., and Ariffin N.A.N., Effect of Ethylene-Propylene-Diene Monomer Blending on the Dielectric Properties of Polypropylene for Power Cable Insulation, J. Electr. Eng., 23, 31–36, 2024.
  5. Uzunbayır B., Uyulgan B., Saf O., and Pamukoğulları B., Recycled EPDM in Automotive TPVs: Evaluating Mechanical Properties for Industry Requirements, Mühendislik, Fen ve Sağlık Bilim Ar-Ge ve İnovasyon Çalışmaları, 29, 2024.
  6. Taher F., Afshari M., Houmani A., Samadi M.R., Bakhshi S., and Afshari H., Simultaneous Enhancement of the Impact Strength and Tensile Modulus of PP/EPDM/TiO2 Nanocomposite Fabricated by Fused Filament Fabrication, Colloid Polym. Sci., 302, 393–407, 2024.
  7. Badr M.M., Abdel-Raouf M., Abdelaziz A.I., Hasan A.M., and Abdeen Z., Preparation and Properties of Montmorillonite Incorporated Natural Rubber/Ethylene Propylene Diene Monomer Rubber Blends, Prog. Rubber, Plast. Recycl. Technol., 40, 2024.
  8. Panigrahi H. and Kotnees D.K., Polypropylene-Based Thermoplastic Elastomers: Fundamental Blending Issues, Adv. Thermoplast. Elastom., 177–216, 2024.
  9. Naderi G., Lafleur P. G., Dubois C., Microstructure‐Properties Correlations in Dynamically Vulcanized Nanocomposite Thermoplastic Elastomers Based on PP/EPDM, Polym. Eng. Sci., 47, 3, 207–217, 2007.
  10. Khosroukhavar R., Naderi G., Bakhshandeh G.H.R., Ghoreyshi M.H.R., Effect of Processing Parameters on PP/EPDM/Organoclay Nanocomposites Using Taguchi Analysis Method, Iran. Polym. J., 20, 41-53, 2011.
  11. Ahmadi A., Arab N.B.M., Naderi G., Nakhaei M.R., Multi-Response Optimization of Mechanical Properties of Laser Welds of PP/EPDM/Clay Nanocomposite Using Response Surface Methodology Based on desirability Approach Analysis, J. Elast. Plast., 53, 323–346, 2021.
  12. Nakhaei M.R., Mostafapour A., Dubois C., Naderi G., and Ghoreishy M.H.R., Study of Morphology and Mechanical Properties of PP/EPDM/Clay Nanocomposites Prepared Using Twin‐Screw Extruder and Friction Stir Process, Polym. Compos., 40, 3306-3314, 2019.
  13. Hidayah I.N., Mariatti M., Ismail H., and Kamarol M., Evaluation of PP/EPDM Nanocomposites Filled with SiO2, TiO2 and ZnO Nanofillers as Thermoplastic Elastomeric Insulators, Plast. Rubber Compos., 44, 259-264, 2015.
  14. Hajibabazadeh S., Palahang M., and Aghjeh M.K.R., Effect of Morphology Development on Mechanical Properties and Fracture Behavior of PP/EPDM/SiO2 Blend-Nanocomposites, Polym. Test., 73, 124-134, 2019.
  15. Hejazi I., Sharif F., and Garmabi H., Effect of Material and Processing Parameters on Mechanical Properties of Polypropylene/Ethylene–Propylene–Diene–Monomer/Clay Nanocomposites, Mater. Des., 32, 3803-3809, 2011.
  16. Hejazi I., Seyfi J., Sadeghi G.M.M., and Davachi S.M., Assessment of Rheological and Mechanical Properties of Nanostructured Materials Based on Thermoplastic Olefin Blend and Organoclay, Mater. Des., 32, 649–655, 2011.
  17. Khosroukhavar R., Naderi G., Bakhshandeh G.H.R., Ghoreyshi M.H.R., Effect of Processing Parameters on PP/EPDM/Organoclay Nanocomposites Using Taguchi Analysis Method, Iran. Polym. J., 20, 41-53, 2011.
  18. Rane A.V and Abitha V.K., Study of Mechanical, Thermal and Micro Structural Properties of EPDM/Polypropylene/Nano Clay Composites with Variable Compatibilizer Dosage, J. Mater. Environ. Sci., 6, 60-69, 2015.
  19. Yang H., Zhang Q., Guo M., Wang C., Du R., and Fu Q., Study on the Phase Structures and Toughening Mechanism in PP/EPDM/SiO2 Ternary Composites, Polymer, 47, 2106–2115, 2006.
  20. Louizi M., Massardier V., Mélis F., Alcouffe P., and Cassagnau P., High Shear Processing of (PP/EPR)/Silica Nanocomposites: Improvement of Morphology and Properties, Int. Polym. Process., 29, 118-127, 2014.
  21. Wang W. and Liu T., Mechanical Properties and Morphologies of Polypropylene Composites Synergistically Filled by Styrene‐butadiene Rubber and Silica Nanoparticles, J. Appl. Polym. Sci., 109, 1654-1660, 2008.
  22. Tekay E., Nugay N., Nugay T., and Şen S., Revolution/Rotation‐Type Mixing‐Assisted Masterbatch Process for Polypropylene‐Based High‐Impact Ternary Nanocomposites, Polym. Compos., 40, 24-36, 2019.
  23. Louizi M., Massardier V., Mélis F., Alcouffe P., and Cassagnau P., High Shear Processing of (PP/EPR)/silica Nanocomposites: Improvement of Morphology and Properties, Int. Polym. Process., 29, 118-127, 2014.
  24. Hejazi I., Sharif F., and Garmabi H., Effect of Material and Processing Parameters on Mechanical Properties of Polypropylene/Ethylene–Propylene–Diene–Monomer/Clay Nanocomposites, Mater. Des., 32, 3803–3809, 2011.
  25. Gong L., Yin B., Li L.-P., and Yang M.-B., The Effects of Different Processing Methods on the Morphology and Properties of PP/EPDM/Nano-CaCO3 Ternary Blend, J. Macromol. Sci. Part B: Phys., 50, 806-820, 2011.
  26. Yang C., Huang T., Yang J., Zhang N., Wang Y., and Zhou Z., Carbon Nanotubes Induced Brittle-Ductile Transition Behavior of the Polypropylene/Ethylene-Propylene-Diene Terpolymer Blends, Compos. Sci. Technol., 139, 109–116, 2017.
  27. Tekay E., Nugay N., Nugay T., and Şen S., Revolution/Rotation‐Type Mixing‐Assisted Masterbatch Process for Polypropylene‐Based High‐Impact Ternary Nanocomposites, Polym. Compos., 40, 24-36, 2019.
  28. Zheng H., Zhang Y., Peng Z., and Zhang Y., Influence of Clay Modification on the Structure and Mechanical Properties of EPDM/Montmorillonite Nanocomposites, Polym. Test., 23, 217-223, 2004.

 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار