بهبود قدرت چسبندگی چسب اپوکسی تقویت شده با نانوذرات الاستومری پلی استایرن-بوتیل اکریلات

نانوذرات پلی استایرن- بوتیل اکریلات- اتیلن گلیکول دی متاکریلات (st-ba-egdma) با نسبت مولی 97/03:1:0/ و دمای انتقال شیشه ای c° 17از طریق پلیمریزاسیون مینی امولسیونی تهیه شدند. علت استفاده از اتیلن گلیکول دی متاکریلات بعنوان ایجادکننده اتصالات عرضی اینست که از حل شدن نانوذرات در حلال های مختلف در موقع استفاده کردن جلوگیری نماید و سپس با استفاده از طیف سنجی ft-ir مورد شناسایی قرار گرفتند و اندازه ذرات آنها با استفاده از تکنیک تفرق نوری مورد اندازه گیری قرار گرفت. اندازه ذرات لاتکس تهیه شده nm 114 و اندازه ذرات بعد از دیسپرش شدن مجدد فیلم جامد در dmac nm 130 می باشند. علت این اختلاف بخاطر تفاوت در محیط دیسپرسیون می باشد. رزین اپوکسی از واکنش اپی کلرو هیدرین و بیس فنول a در حضور کاتالیزور بازی سدیم هیدروکسید با وزن مولکولی 370و شاخص اپوکسی (eq/kg) 4/5-2/5 و اکی والان اپوکسی اندازه گیری شده برابر(g/eq). 192 -185 تهیه گردید. و طیف atr-irنمونه رزین اپوکسی پخت نشده و طیف ft-ir نمونه رزین اپوکسی پخت شده تهیه شدند. عدم مشاهده پیک شاخص اپوکسی در 1-cm 915 [3] دال بر اتمام واکنش شبکه ای شدن می باشد. . در مرحله بعد، فیلم این نانو ذرات با استفاده از –n,n دی متیل استامید(dmac) (جهت تهیه ی محلول 10 در صد وزنی – حجمی) متورم شده و توسط امواج پالسی اولتراسونیک به صورت سوسپانسیون شفاف و همگن درآمد. بعد از تهیه پخش شفاف و همگن از نانو ذرات در حلال، آن را داخل بشر ریخته و مقدار مناسب از رزین اپوکسی جهت تهیه ی نانو کامپوزیت هایی با در صدهای متفاوت از نانو ذرات به آن می افزاییم و به صورت مکانیکی هم زده شد تا محلول حاصل یکدست گردید. مخلوط بدست آمده به مدت 24 ساعت در دمای c°75 تحت خلاء خشک گردید و سپس به میزان 6در صد وزنی از رزین اپوکسی به کامپوزیت دارنده ی نانو ذرات پلی استیرن- بوتیل آکریلات، پیپریدین افزوده شد. این نانو کامپوزیت ها با در صدهای مختلف(0%،10%،20% و30%) از نانو ذره در دمای c°102 به مدت 20 ساعت یا c°120 به مدت 16 سا عت تحت پخت حرارتی قرار می گیرد. نانو کامپوزیت ها، با استفاده از طیف ft-ir مورد شناسایی قرار گرفتند. که با افزایش میزان نانو ذرات در ماتریس رزین اپوکسی، شدت پیکها در ناحیه 1-cm 3000-2850 افزایش می یابند. که حاکی از این است که ذرات پلی استایرن – بوتیل اکریلات در ماتریس رزین اپوکسی پخش شده‏اند. تصاویر حاصل از tem، امکان آنالیز مورفولوژی، اندازه ذرات و چگونگی توزیع ذرات در بستر پلیمری را فراهم می کند. تصاویر حاصله نشان می دهند که، ذرات درنانو کامپوزیت 20% با سایز متوسط حدود nm97 به خوبی پخش شده اند. مکانیسم پخش نانوذرات ممکن است به وسیله برهمکنش های شیمیایی و فیزیکی بین نانو ذرات ونیز نانو ذرات با بستر پلیمری متأثر می شود. پایداری حرارتی نانو کامپوزیت ها با استفاده از tga مورد مطالعه قرار می گیرد. دما تخریب اولیه ی نانو کامپوزیت ها افزایش کمی را نسبت به رزین اپوکسی پخت شده نشان می دهند. ترموگرام ها دو مرحله تخریب را نشان می دهند که مرحله ی اول مربوط به تخریب کربن های آلیفاتیک زنجیر های پلیمری و قسمت دوم تخریب بخش آروماتیک زنجیر ها را نشان می دهد. دمایی که در آن ماکزیمم کاهش وزن مشاهده می شود (tmax) با افزایش نانو ذره نسبت به رزین اپوکسی اصلاح نشده کاهش می یابد که به نظر می رسد نانو ذرات نقش قربانی شونده را دارند و پیش از تخریب رزین اپوکسی پخت شده ی فاقد نانو ذره که در دمای حدود c°381 حداکثر تخریب خود را نشان می دهد، تخریب و لذا پایداری حرارتی به علت حضور این نانو ذرات کاهش می یابد. در نانو کامپوزیت دارای 30% وزنی نانو ذره به علت عدم توزیع مناسب نانوذرات و جدایی فاز کنترل نشده کاهش در سرعت تخریب را می بینیم. دمایی که تخریب خاتمه می یابد با افزایش میزان نانو ذره افزایش می یابد. چون tg و انعطاف پذیری آنها فاکتور بسیار مهمی در چسبندگی می باشد، بنابراین با استفاده از dsc، tg آنها تعیین شد. درنانوکامپوزیت های دارای حداکثر 20% نانو ذره پلی استیرن – بوتیل آکریلات به علت برهمکنش هیدروژنی بین گروه های c=o در بوتیل آکریلات و اتیلن گلیکول دی متاکریلات با –oh در زنجیر رزین اپوکسی حرکات زنجیر های پلیمری کاهش یافته ولذا افزایش tg را تا c° 3/277 خواهیم داشت. با افزایش نانو ذره به بالای 20% وزنی رزین دارای tg کمتری در مقایسه با نانوکامپوزیت ها و tg بالاتری نسبت به رزین اصلاح نشده هستیم. از تست lap shear strength (lss) برای مطالعه ی خواص چسبندگی نانو کامپوزیت های حاصل و اثر میزان نانو ذرات بر چسبندگی روی سطوح فلزی مختلف شامل آلومینیم، مس و استیل استفاده شد ودر نهایت به منظور بررسی مکانیسم چقرمگی نانو ذرات در رزین اپوکسی، سطوح قطعات فلزی جدا شده با استفاده از sem مورد مطالعه قرار گرفتند. در ابتدا، رزین اپوکسی خالص تهیه شد و آزمون lss بر روی سطوح فلزی مختلف انجام گرفت، ملاحظه شد که قدرت کششی به ترتیب روی سطوح آلومینیم، مس واستیل عبارت است از 60/33، 30/35 و84/36 مگاپاسکال. این آزمون سپس بر روی رزین های اپوکسی حاوی مقادیرمختلفی از نانو ذرات انجام گرفت و نتیجه جالبی حاصل شد. در ابتدا با افزایش میزان نانو ذرات در ماتریس رزین اپوکسی، میزان lss هم افزایش می یابد و این افزایش تا میزان 20% ازنانو ذرات رخ می دهد، اما این روند افزایشی بعد از آن، دوباره شروع به کاهش می گذارد. با این وجود کلیه ی چسب های نانو کامپوزیتی lss بیشتری را در مقایسه با چسب اپوکسی فاقد نانو ذره نشان می دهند. سطح شکست اپوکسی اصلاح نشده مسطح می باشد و مدل شکست به علت بر جای ماندن قسمت هایی از چسب و کنده شدن آنها از سطح دیگر بیشتر متمایل به شکستگی چسبندگی می باشد که می توان گفت چسب اپوکسی خالص دارای بر همکنش ضعیفی با سطوح فلزی مختلف است. با افزایش نانو ذرات الاستومری (st-ba-egdma) به مقدار20% ، سفید شدگی ناشی از شکست که بیانگر تغییر شکل پلاستیک، افزایش رشد ترک و زبری بیشتر سطوح شکست را که موید داده های حاصل از آزمون lss می باشد و نیز خیس کنندگی بهتر سطوح به علت تغییر رفتار ویسکوالاستیک چسب ( پیش از پخت و ایجاد برهمکنش های هیدروژنی) حاصل می گردد.