به همت پژوهشگران دانشگاه صنعتی قم انجام شد؛

بهبود خواص مکانیکی لاستیک به کمک نانو‌کامپوزیت‌ها

پژوهشگران دانشگاه صنعتی قم توانستند در پی استفاده از نانوذرات اکسید روی در سیستم پخت لاستیک اتیلن پروپیلن دی ان (EPDM)، به افزایش مقاومت حرارتی (طول عمر) قطعه نهایی و بهبود خواص مکانیکی آن دست یابند.

کد خبر: ۱۱۶۸۸۲۷

تاریخ: ۲۷ بهمن ۱۳۹۲ - ۱۰:۳۰

به گزارش گروه دانش خبرگزاری دانا (دانا خبر) و به نقل از ستاد ویژه فناوری نانو، محققان دانشگاه صنعتی قم توانستند در پی استفاده از نانوذرات اکسید روی در سیستم پخت لاستیک اتیلن پروپیلن دی ان (EPDM)، به افزایش مقاومت حرارتی (طول عمر) قطعه نهایی و بهبود خواص مکانیکی آن دست یابند. با توجه به استفاده لاستیک در صنایع مختلفی نظیر خودرو سازی و سیم و کابل و نیاز آن‌ها به دوام و استحکام محصول نهایی این صنایع از فواید این نتایج بهره‌مند خواهند شد.

خواص ویژه نانوذرات اکسید روی نظیر، مقاومت حرارتی بالا، ثابت دی الکتریک پایین و فعالیت کاتالیستی ویژه سبب شده است دانشمندان کاربردهای آن‌ها را در زمینه‌های مختلف مورد مطالعه و بررسی قرار دهند. علاوه بر موارد ذکر شده، به دلیل اندازه بسیار کوچک و مساحت سطح بالای نانوذرات اکسید روی می‌توان از آن به عنوان جایگزین ذرات اکسید روی متداول در پخت الاستومرها به کار برد؛ چراکه فرایند پخت و در نتیجه خواص محصول نهایی وابسته به سطح تماس بین ذرات اکسید روی و سایر مواد موجود در فرایند است. اگرچه تا کنون مطالعات بسیاری بر عملکرد این نانوذرات در سیستم تولید لاستیک صورت گرفته است اما هنوز جنبه‌های زیادی از آن نامشخص باقی مانده و نیازمند بررسی‌های بیشتری است. از این رو در این پژوهش تأثیر استفاده از نانوذرات اکسید روی در سیستم پخت EPDM بر طول عمر لاستیک مصرفی و میزان تغییرات خواص مکانیکی الاستومر مطالعه شد.

این محققان با استفاده از بررسی دقیق مورفولوژی، توزیع مناسب نانوذرات اکسید روی برای کنترل سیستم پخت مناسب را به دست آورده و در ادامه با استفاده از مدل‌های سینتیکی Friedman و Kissinger بر پایه آزمون‌های حرارتی TGA-DTA چند نرخی به بررسی دقیق بهبود مقاومت حرارتی که شامل انرژی اکتیواسیون و درجه واکنش تخریب بود پرداختند. در آخر نیز خواص مکانیکی نانوکامپوزیت شامل سختی، جهندگی و آزمون‌های دینامیکی- مکانیکی با سیستم‌های رایج پخت مورد مقایسه قرار گرفت.

محمدرضا کلایی، عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی قم، در رابطه با این کار تحقیقاتی عنوان کرد: «در راستای مطالعه رفتار سینتیک پخت و تخریب سیستم‌های رزینی در حضور نانو‌ذرات، در این کار نانوذرات اکسید روی را جایگزین ذرات اکسید روی رایج در سیستم پخت لاستیک EPDM نمودیم. نتایج ما حاکی از این بود مقاومت حرارتی در برابر تخریب و افزایش طول عمر با افزایش حدود 200% در انرژی فعالسازی واکنش تخریب EPDM اتفاق می‌افتد. افزایش طول عمر نتیجه یکنواخت سازی سیستم پخت الاستومری در حضور نانو ذرات اکسید روی با سطح ویژه مناسب است. همچنین مقاومت سایشی، جهندگی و میزان سختی نیز افزایشی بین 10 تا 30 % بسته به درصد حجمی نانوذرات اکسید روی مصرفی در آمیزه نشان داد.»

با معرفی این سیستم جدید پخت بهبود یافته در مقیاس نانو که برپایه طراحی نانوکامپوزیتی پلیمری است، طول عمر بازه مصرفی یک الاستومر پرمصرف افزایش یافته و در پی عدم نیاز به جایگزینی سریع یک قطعه تخریب‌ناپذیر در محیط، کاهش آلودگی‌های محیط زیستی را به همراه دارد.

به گفته دکتر کلایی، این کار تحقیقاتی دارای گواهی ثبت اختراع با کد (30) الف (1-85) ت، است. با توجه به دردسترس بودن نانو ذرات اکسید روی و استفاده در ترکیب درصدهای پایین‌تر نسبت به ذرات اکسید روی مرسوم امید است در بسیاری از قطعات بعنوان آن را به عنوان یک گرید تجاری جدید با دوام و استحکام بالاتر جایگزین نمود.

این محققان همچنین به دنبال استفاده از این نانوذرات اکسید روی به همراه سایر نانوذرات برای طراحی یک سیستم پخت بهینه و بالطبع خواص نهایی بهبود یافته برای الاستومرهایی پرکاربرد هستند.

نتایج این کار تحقیقاتی که به دست دکتر محمدرضا کلایی و دکتر سعیده مزینانی( عضو هیأت علمی پژوهشکده نانوفناوری دانشگاه صنعتی امیرکبیر)، دکتر علیرضا شریف (دانشگاه تربیت مدرس) و دکتر مهرزاد مرتضایی (عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر) صورت گرفته است در مجله Journal of Analysis and Calorimetry ( جلد 110، شماره 3، ماه دسامبر سال 2012، صفحات 1407 تا 1414) منتشر شده است.