پیش‌بینی مدول یانگ پلی‌یورتان تقویت شده به کمک آکریلونیتریل بوتادین استایرن بر مبنای مورفولوژی فاز

معماریان, فرزانه; فریدون, عبدالحسین; قربانزاده آهنگری, مرتضی

doi:10.22075/jme.2018.2909

اداره چاپ و انتشارات دانشگاه سمنان

تعداد نشریات	22
تعداد شماره‌ها	709
تعداد مقالات	10,211
تعداد مشاهده مقاله	71,672,405
تعداد دریافت فایل اصل مقاله	63,477,015

	پیش‌بینی مدول یانگ پلی‌یورتان تقویت شده به کمک آکریلونیتریل بوتادین استایرن بر مبنای مورفولوژی فاز
مدل سازی در مهندسی
مقاله 1، دوره 16، شماره 52، فروردین 1397، صفحه 1-13 اصل مقاله (2.55 M)
نوع مقاله: پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22075/jme.2018.2909
نویسندگان
فرزانه معماریان^* ¹؛ عبدالحسین فریدون¹؛ مرتضی قربانزاده آهنگری²
¹دانشگاه سمنان
²دانشگاه مازندران
تاریخ دریافت: 12 خرداد 1395، تاریخ بازنگری: 12 مرداد 1395، تاریخ پذیرش: 17 شهریور 1395
چکیده
مدول یانگ ترکیب پلییورتان ترموپلاستیک و آکریلونیتریل بوتادین استایرن با درصد وزنیهای مختلف محاسبه شد. مقایسه و ارزیابی بین نتایج تجربی و پیش بینی های تئوری بر اساس مدل های مختلف میکرومکانیک برای مدول یانگ بر اساس هر دو مورفولوژی قطره / ماتریس و هردوفاز پیوسته ارائه شده است. هر دومدل دوبعدی (موازی، سری، ماکسول، هالپین تسای، تاکایاناگی ، دیویس و کران-پاتل ) و سه بعدی (کلاریک، برنتسن و نیجهوف ) برای پیش بینی مدول یانگ ترکیب پلیمری انتخاب شدند. در این کار بر اثر درصد وزنی ترکیب بر مورفولوژی و خواص مکانیکی تاکید شده است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی نشان داد که با حضور کمتر از 20 درصد وزنی آکریلونیتریل بوتادین استایرن در ماتریس پلی یورتان مورفولوژی قطره ماتریس به وجود میآید ولی در درصد وزنی 30 درصد ذرات آکریلونیتریل بوتادین استایرن به صورت بیضوی کشیده شده در ماتریس پخش شدند و وارونگی فاز اتفاق افتاد. در ترکیبات 5، 10 و 20 درصد وزنی آکریلونیتریل بوتادین استایرن، که ذرات فاز پراکنده به صورت قطرات کاملا یکنواخت در ماتریس پلی یورتان پخش شدند، مدل تاکایاناگی موازی و مدل سری اجزا موازی برنتسن با دقت خوبی توانستند مدول را پیش بینی کنند. درصد وزنی 30 درصد که پدیده وارونگی فاز مشاهده شد و ترکیب تقریبا به صورت هر دو فاز پیوسته بود، مدل های کران و پاتل، سری نیجهف و کلاریک که بر پایه مورفولوژی هر دو فاز پیوسته اند، از دقت بالایی برخوردار بودند.
کلیدواژه‌ها
پلی‌یورتان؛ آکریلونیتریل بوتادین استایرن؛ مدل های میکرومکانیک؛ مدول یانگ؛ پلیمر ترکیبی
عنوان مقاله [English]
Young's Modulus prediction of polyurethane and acrylonitrile butadiene styrene polymer blend based on phase morphology
نویسندگان [English]
Farzaneh Memarian¹؛ Abdolhossein Fereidoon¹؛ Morteza Ghorbanzadeh Ahangari²


چکیده [English]
Young's modulus of blends of thermoplastic polyurethane (TPU) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) are measured with different weight percentage (blend ratio). The results of the different micromechanical models prediction of Young's modulus, based on both droplet matrix and co-continuous morphology, are compared with experimental results. Both two-dimentisional models like series, parallel, Maxwell, Halpin-Tsai, Takayanagi, Davis, Coran and Patel, and three-dimensional models like Kolarik, Barentson and Nijhof are used for Young's modulus prediction of polymer blends. In this work, an emphasis was given to the effect of weight percentage on morphology and mechanical properties of the blend. Scanning electronic microscopy shows droplet matrix morphology in the presence of less than 20 wg% ABS in TPU matrix but in 70/30 TPU/ABS blend ratio, ABS phase dispersed like elongated elliptical and phase inversion happened. In the 95/5, 90/10 and 80/20 blend ratio which ABS droplets dispersed uniformly throughout the TPU matrix, Parallel Takayanagi and Barentson series model of parallel parts, could predict Young's modulus with good accuracy. In the 70/30 blend ratio which phase inversion was observed and both phases are somehow continuous, Coran-Patel, series Nijhof and Kolarik models were accurate.
کلیدواژه‌ها [English]
Polyurethane, Acrylonitrile Butadiene Styrene, Micromechanical models, Young's Modulus, Polymer Blend

مراجع
[1] J. A. Gopi, and G.B. Nando, "Modeling of Young’s Modulus of Thermoplastic Polyurethane and Polydimethylsiloxane Rubber Blends Based on Phase Morphology", Advances in Polymer Science and Technology: An International Journal, 2014, pp. 43-51. [2] S. Joseph, and S. Thomas, " Modeling of tensile moduli in polystyrene/polybutadiene blends", Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, Vol. 40, NO. 8, April 2002, pp. 755-764. [3] R. Willemse, A. Speijer, A. E. Langerar, and A. P. De Boer, "Tensile moduli of co-continuous polymer blends", Polymer, Vol. 40, No. 24, November 1999, pp. 6645-6650. [4] H. Veenstra, B. J. Vanlent, J. Van Dam, and A. P. De Boer, "Co-continuous morphologies in polymer blends with SEBS block copolymers", Polymer, Vol. 40, No. 24, November 1999, pp. 6661-6672. [5] C. Hepburn, "Polyurethane elastomers", Springer Science & Business Media, December 2012. [6] D. Dieterich, E. Grigat, and W. Hahn, "Polyurethane Handbook (G. Oertel, Ed.)", Hanser, Munich, 1985. [7] H. M. Jeong, B.K. Ahn, and B.K. Kim, "Miscibility and shape memory effect of thermoplastic polyurethane blends with phenoxy resin" European Polymer Journal, Vol. 37, No. 11, November 2001, pp. 2245-2252. [8] H. M. Jeong, J. H. Song, S. Y. Lee, and B. K. Kim, "Miscibility and shape memory property of poly (vinyl chloride)/thermoplastic polyurethane blends", Journal of materials science, Vol. 36, No. 22 Novembr 2001, pp. 5457-5463. [9] S. H. Ajili, N.G. Ebrahimi, and M. Soleimani, "Polyurethane/polycaprolactane blend with shape memory effect as a proposed material for cardiovascular implants", Acta biomaterialia, Vol. 5, No. 5, June 2009, pp. 1519-1530. [10] M. Behl, U. Ridder, Y. Feng, S. Kelch, and A. Lendlein, "Shape-memory capability of binary multiblock copolymer blends with hard and switching domains provided by different components", Soft Matter, Vol.5 No. 3, 2009, pp. 676-684. [11] E. Kurahashi, H. Sugimoto, E. Nakanishi, K. Nagata, and K. Inomata, "Shape memory properties of polyurethane/poly(oxyethylene) blends", Soft Matter, Vol. 8, No. 2, 2012, pp. 496-503. [12] S.M. Lai, and Y. C. Lan, "Shape memory properties of melt-blended polylactic acid (PLA)/thermoplastic polyurethane (TPU) bio-based blends" Journal of Polymer Research, Vol. 20, No. 5, May 2013, pp. 1-8. [13] K. Wallheinke, P. Pötschke, C.W. Macosko, and H. Stutz, "Coalescence in blends of thermoplastic polyurethane with polyolefins". Polymer Engineering & Science, Vol. 39, No.6, June 1999, pp. 1022-1034. [14] Q.W. Lu, C.W. Macosko, and J. Horrion., "Compatibilized blends of thermoplastic polyurethane (TPU) and polypropylene". in Macromolecular Symposia. Augest 2003. Wiley Online Library. [15] M. Raja, S.H. Ryu, and A. Shanmugharaj, " Influence of surface modified multiwalled carbon nanotubes on the mechanical and electroactive shape memory properties of polyurethane (PU)/poly (vinylidene diflouride) (PVDF) composites." Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Vol. 450, May 2014, pp. 59-66. [16] G. Demma, E. Martuscelli, A. Zanetti, and M. Zorzetto, "Morphology and properties of polyurethane-based blends." Journal of Materials Science, Vol. 18, No. 1, January 1983, pp. 89-102. [17] X. Wang, and X. Luo, "A polymer network based on thermoplastic polyurethane and ethylene–propylene–diene elastomer via melt blending: morphology, mechanical properties, and rheology." European Polymer Journal, Vol. 40, No.10, pp. 2391-2399. [18] B. John, K. T. Varughese, Z. Oommen, P. Pötschke, and S. Thomas, " Dynamic mechanical behavior of high‐density polyethylene/ethylene vinyl acetate copolymer blends: The effects of the blend ratio, reactive compatibilization, and dynamic vulcanization. " Journal of Applied Polymer Science, Vol. 87, No. 13, March2003, pp. 2083-2099. [19] N. Tomar, and S. Maiti, "Mechanical properties and morphology of PBT/FE blends." Journal of Polymer Research, Vol. 15, No. 1, February 2008, pp. 37-45. [20] V.T. Phuong, M. B. Coltelli, P. Cinelli, M. Cifelli, S. Verstichel, and A. Lazzeri, " Compatibilization and property enhancement of poly (lactic acid)/polycarbonate blends through triacetin-mediated interchange reactions in the melt." Polymer, Vol. 55, No. 17, August 2014, pp. 4498-4513. [21] I. Ward, and P. Pinnock, " The mechanical properties of solid polymers." British Journal of Applied Physics, Vol. 17, No. 1, 1966, pp. 3-32. [22] S. George, S., N. R. Neelakantan, K. T. Varughese, S. Thomas, "Dynamic mechanical properties of isotactic polypropylene/nitrile rubber blends: effects of blend ratio, reactive compatibilization, and dynamic vulcanization." Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, Vol. 35, No.14, October1997, pp. 2309-2327. [23] S. Mortazavi, I. Ghasemi, and A. Oromiehie, " Prediction of tensile modulus of nanocomposites based on polymeric blends." Iranian Polymer Journal, Vol. 22, No. 6, June 2013, pp. 437-445. [24] C. Komalan, K. E. George, C., P. A. S. Kumar, K. T. Varughese, and S. Thomas, " Dynamic mechanical analysis of binary and ternary polymer blends based on nylon copolymer/EPDM rubber and EPM grafted maleic anhydride compatibilizer." Express Polym Lett, Vol. 1, No. 10 ,2007, pp. 641-653. [25] E. Roumeli, E. Pavlidou, D. Bikiaris, K. Chrissafis, "Microscopic observation and micromechanical modeling to predict the enhanced mechanical properties of multi-walled carbon nanotubes reinforced crosslinked high density polyethylene." Carbon, Vol.67, February 2014, pp. 475-487. [26] H. Ebadi-Dehaghani, H. A. Khonakdar, M. Barkani, and S.H. Jafari, "Experimental and theoretical analyses of mechanical properties of PP/PLA/clay nanocomposites", Composites Part B: Engineering, Vol. 69, February 2015, pp. 133-144. [27] H. Veenstra, P.C. Verkooijen, B.J. van Lent, J. van Dam, A.P. de Boer, and A. P. H. Nijhof " On the mechanical properties of co-continuous polymer blends: experimental and modelling" Polymer, Vol. 41, No. 5, March 2000, pp. 1817-182. [28] Z. Xie, J. Sheng, and Z. Wan, "Mechanical properties and morphology of polypropylene/polystyrene blends" Journal of Macromolecular Science, Part B, Vol. 40, No. 2, February 2001, pp. 251-261. [29] PC, V., et al., Mechanical Properties and Morphology of ER/PS Blends. RESEARCH AND REVIEWS: JOURNAL OF MATERIAL SCIENCES 2014. 2(2): p. 9-16. [30] W. Davies, "The theory of elastic composite materials", Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 4, No. 9, September 1971, pp. 1325. [31] A. Coran, and R. Patel, " Predicting elastic moduli of heterogeneous polymer compositions" Journal of Applied Polymer Science, Vol. 20, No. 11, November 1976, pp. 3005-3016. [32] A. Coran, and R. Patel, "Rubber-thermoplastic compositions. Part VII. Chlorinated polyethylene rubber-nylon compositions", Rubber chemistry and technology,. Vol. 5, No .1 March 1983, pp. 210-225.
آمار تعداد مشاهده مقاله: 2,222 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 843

سامانه مدیریت نشریات علمی. قدرت گرفته از سیناوب

پیوندهای مفید

پیوندهای مفید

آمار

پیش‌بینی مدول یانگ پلی‌یورتان تقویت شده به کمک آکریلونیتریل بوتادین استایرن بر مبنای مورفولوژی فاز