فهرست مطالب

علوم و تکنولوژی پلیمر - سال سی و دوم شماره 1 (پیاپی 159، فروردین و اردیبهشت 1398)
  • سال سی و دوم شماره 1 (پیاپی 159، فروردین و اردیبهشت 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/02/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • وحیده جمالی فیروزآبادی، مهرداد کوکبی* صفحات 3-14
    فرضیه

    حساس کردن سامانه های هیدروژلی نانوکامپوزیتی به محرک چندگانه متضمن افزایش کارایی آن ها از نظر سرعت و دامنه پاسخگویی است. افزودن نانونقره به سامانه هیدروژلی نانوکامپوزیتی کیتوسان-پلی(وینیل الکل)-نانوخاک رس حساس به محرک دوگانه (دما و pH)، موجب افزایش حساسیت سامانه انتخاب شده به محرک سوم یعنی میدان الکتریکی و در نتیجه افزایش سرعت پاسخگویی کلی سامانه می شود.

    روش ها

    در این پژوهش، کاهش نمک نقره به نانونقره با روش سنتز سبز در سامانه هیدروژل نانوکامپوزیتی کیتوسان-پلی(وینیل الکل)-نانوخاک رس و استفاده از کاهنده کیتوسان و پایدارکننده پلی(وینیل الکل) انجام شد. تشکیل نانونقره با آزمون طیف نمایی UV-Vis و نحوه توزیع و پراکنش آن ها در سامانه نانوکامپوزیتی با آزمون میکروسکوپی الکترونی پویشی بررسی شد. بررسی مشخصه های ساختاری نانوکامپوزیت هیدروژلی با آزمون FTIR انجام شد. ولت سنجی چرخه ای برای ارزیابی رسانندگی الکتریکی سامانه به کار گرفته شد.

    یافته ها

    پیک ظاهرشده در طول موج محدوده 410nm به کمک طیف بینی UV-Vis، سنتز نانونقره را تایید کرد. ریزنگار های SEM، توزیع و پراکنش یکنواخت نانونقره را در سامانه نشان داد. نتایج حساسیت سامانه پاسخگو به محرک چندگانه نشان داد، وجود نانونقره، سرعت پاسخگویی سامانه را در محلول های اسیدی و بازی افزایش داده است. بیشینه نسبت تورم سامانه در pH برابر 2 و دمای 55 درجه سلسیوس و کمینه آن در pH برابر 5 و دمای 20 درجه سلسیوس مشاهده شد. وجود نانونقره موجب افزایش سه برابر سرعت پاسخگویی سامانه حساس به محرک دوگانه (دما و pH) و افزایش 1.5 برابر نسبت تورم آن شد. با اعمال میدان الکتریکی در pH برابر 2 زمان پاسخگویی سامانه از چند ساعت به چند دقیقه و نسبت تورم آن به 1.7 برابر افزایش یافت.

    کلیدواژگان: محرک چندگانه، نانونقره، پاسخگو به میدان الکتریکی، پاسخگو به دما و pH، نانوکامپوزیت
  • امیر ارشاد لنگرودی*، نسیم آزادی صفحات 15-29
    فرضیه

    دو نوع پلیمر آکریلی و سیلوکسانی عملکرد خوبی در دفع آب از سطح ماده معدنی مانند سنگ دارند. این خاصیت سبب می شود، آن ها گزینه های مطرح برای حفاظت از سطوح متخلخل معدنی مانند سطح آثار سنگی باشند. مزیت دیگر استفاده از این کوپلیمرها، آب پایه بودن و زیست تخریب پذیری آن هاست.

    روش ها

    در این مطالعه، سنگ های کلسیم کربنات برای بستر استفاده شدند. با اضافه کردن نانوذرات سیلیکا به دو نوع پلیمر آکریلی و سیلوکسانی، تغییر خواص پوشش ها بر سطح ماده معدنی بررسی شد. بدین منظور، نمونه ها با آزمون های مختلف نظیر جذب آب در زمان های مختلف، تغییر رنگ در اثر پیرسازی شتاب یافته، بررسی رفتار آب گریزی با اندازه گیری زاویه تماس، سختی سنجی و گرماوزن سنجی بررسی شدند. شکل شناسی و سطح مقطع پوشش ها با میکروسکوپ الکترونی پویشی (SEM) مطالعه شد. شناسایی این مواد با آزمون های مختلف انجام شد.

    یافته ها

    کارایی دو پلیمر آکریلی و سیلوکسانی به تنهایی و نیز در مقایسه با هم و پس از افزودن نانوسیلیکا با آزمون های مختلف ارزیابی شد. این مطالعه نشان داد، افزودن ذرات سیلیکا به هر دو پلیمر خواص آب گریزی سطح را بهبود می بخشد. همچنین، نانوذرات سیلیکا، شکل شناسی سطح پوشش را تغییر داده و باعث افزایش زبری سطح می شوند. افزون بر این، نانوذرات سیلیکا پایداری پوشش ها را در برابر شرایط پیرسازی شتاب یافته، بهبود می بخشند و سبب تغییرات رنگ کمتری پس از پیرسازی می شوند. همچنین، افزایش نانوذرات سیلیکا میانگین سختی اندازه گیری شده در هر دو نوع پوشش پلیمری را افزایش داده و سبب افزایش مقاومت گرمایی پوشش ها نیز می شوند.

    کلیدواژگان: سنگ، کوپلیمر آکریلی سیلوکسانی، نانوذرات، سیلیکا، دافع آب
  • نوید فرهادبیگی، پروین احسانی نمین، اسماعیل قاسمی*، مرتضی احسانی صفحات 31-42
    فرضیه

    به دلیل خواص منحصر به فردی از قبیل چگالی کم، قیمت مناسب، تغییرشکل پذیری زیاد و فراوش پذیری آسان، پلیمرهای حافظه شکلی کاربردهای بسیار زیادی را در صنایع مختلف پیدا کرده اند. در این پژوهش، خواص حافظه شکلی نانوکامپوزیت های بر پایه پلی یورتان-نانوصفحه گرافن بررسی شده است. فرضیه اصلی در این پژوهش بهبود عملکرد حافظه شکلی با افزودن نانوصفحه های گرافن بود.  

    روش ها

    ابتدا، دو نمونه پلی یورتان با فرمول بندهای مختلف برای تهیه نمونه ها با قطعه های سخت مختلف سنتز شدند. سپس، نانوکامپوزیت دارای گرافن از آن ها با روش محلولی تهیه شد. دو ساختار متفاوت از پلی یورتان با ترکیب درصدهای متفاوت فاز سخت مختلف (24.4 و %23.9) تهیه شدند. آزمون های طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپی الکترون پویشی (SEM)، گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC)، بازیابی و ثبات شکلی (به عنوان شاخص های عملکرد حافظه شکلی) برای بررسی سنتز و خواص پلی یورتان و رفتار حافظه شکلی نمونه ها به کار گرفته شدند.

    یافته ها

    طیف های FTIR نشان داد، پلی یورتان با موفقیت سنتز شده است. ریزنگارهای SEM پراکنش خوب نانوصفحه های گرافن را در ماتریس پلی یورتان تایید کرد که تقریبا عاری از وجود کلوخه ها و انبوهش ذرات بودند. هیچ پیک مشخصه ای از ذوب و بلورینگی در دمانگاشت های DSC برای نمونه های پلی یورتان بر پایه تولوئن دی ایزوسیانات دیده نشد. بدین معنی که پلی یورتان سنتزشده بدون ساختارهای بلوری و منظم بوده و کاملا بی شکل است. در حالی که نمونه های پلی یورتان بر پایه هگزامتیلن دی ایزوسیانات پیک های مشخصی در هر دو مرحله رفت و برگشت آزمون DSC نشان دادند که می تواند حاکی از جدایی فاز بارز بین نواحی سخت و نرم و تشکیل ساختار بلوری باشد. مقادیر بازیابی و ثبات شکلی نمونه ها در محدوده %90-70 بود. مقایسه این مقادیر  برای نمونه های خالص و نانوکامپوزیت نشان داد، با افزایش نانوصفحه های گرافن قابلیت بازیابی و ثبات شکلی بهبود یافته است.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت پلی یورتان- نانوصفحه گرافن، سنتز، خواص حافظه شکلی، بلورینگی، شکل شناسی
  • مهدی شیوا*، مسعود شایسته، سعیده اختری صفحات 43-53
    فرضیه

    افزایش رسانندگی گرمایی آمیزه های لاستیکی از نظر توزیع یکنواخت خواص در نقاط مختلف قطعه لاستیکی و نیز کاهش زمان پخت حائز اهمیت است که بر کیفیت و قیمت نهایی محصول اثر می گذارد. پودر آلومینای به دست آمده از فناوری پیرولیز افشانه ای دارای شکل شناسی مناسبی است، بنابراین می تواند پرکننده موثری در آمیزه های تایر باشد.

    روش ها

    شکل شناسی، ترکیب و اندازه بلور پودر جدید با استفاده از SEM، وXRD و پخش سنج بررسی شد. پودر به فرمول بندی آمیزه رویه تایر بر پایه SBR/BR اضافه و خواص پخت، مکانیکی و نیز رفتار رسانندگی گرمایی آمیزه تعیین شد. خواص نفوذپذیری گرمایی، با نرم افزار شبیه ساز Abaqus و به کمک نیم رخ دمایی تجربی به دست آمده برای مرکز قطعه لاستیکی محاسبه شد.

    یافته ها

    مشخص شد، رسانندگی گرمایی لاستیک با وجود پرکننده آلومینا تا 3phr بهبود می یابد. افزایش ضریب نفوذپذیری گرمایی به بهبود پدیده انتقال فونون در ماتریس لاستیک با وجود این پرکننده رسانای گرمایی در کنار دوده نسبت داده شد. بهبود شایان توجهی نیز در رشد ترک دی متیا با وجود این پرکننده جدید دیده شد. سایر خواص مکانیکی به جز مقاومت پارگی تغییرات معنی داری نشان نداند. با وجود این، نتایج آزمون رئومتری نشان داد، سرعت پخت آمیزه ها با وجود این پودر کاهش می یابد. این رفتار کاهشی به ماهیت اسیدی سطح و وجود گروه های هیدروکسیدی در آن نسبت داده شد. بنابراین، برای اظهار نظر نهایی درباره قابلیت این پرکننده در کاهش زمان پخت تایر نیاز است تا مطالعه جامعی انجام شود.

    کلیدواژگان: نانومواد، رسانندگی گرمایی، لاستیک، انتقال فونون، ضریب نفوذپذیری گرمایی
  • شبیه سازی عددی و بررسی تجربی اختلاط سیالات پلیمری در اکسترودر دوپیچی بر اساس امتزاج پذیری اجزای آمیخته
    ابراهیم خلج، محمدحسین نویدفامیلی*، فائزه قدرت پور صفحات 55-64
    فرضیه

    شکل شناسی آمیخته های پلیمری، اثر شایان توجهی بر خواص نهایی آمیخته دارد. تلاش های بسیاری برای شبیه سازی تغییرات شکل شناسی با استفاده از چند مدل ریاضی و شبیه سازی های عددی انجام شده است. در این مطالعه، اختلاط سیالات غیرنیوتنی، با استفاده از مدل رئولوژی قانون توانی، در اکسترودر دوپیچی به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. برای شبیه سازی از روش نشانگر و سلول اصلاح شده استفاده شد. در اصلاح روش نشانگر و سلول برای شبیه سازی جریان سیالات پلیمری از قانون توانی برای تعمیم معادلات سرعت به سیالات غیرنیوتنی و از تنش بین سطحی و نسبت گرانروی ها برای واردکردن اثر پارامتر امتزاج پذیری استفاده شد.

    روش ها

    در این روش، معادلات اندازه حرکت حل و سپس با استفاده از روش حجم محدود گسسته سازی شد. معادلات جبری خطی هم زمان برای تمام نقاط شبکه حل شد و ضرایب مربوط به هر نقطه شبکه به دست آمد. سپس با واردکردن پارامترهای رئولوژی و تنش بین سطحی مربوط به جفت پلیمرهای مدنظر، مقادیر سرعت در سه بعد برای هر حجم کنترل، با استفاده از مدل رئولوژی توانی، به دست آمد و با درنظرگرفتن بازه های زمانی مناسب و مکان اولیه دو فاز، حرکت ذرات دو فاز ردیابی شد. از ضرایب زیرآسایش در برنامه رایانه ای برای سرعت ها در سه بعد و همگرایی سریع تر استفاده شد. هندسه پیچ ها در اکسترودر دوپیچی با استفاده از فرض فضای موهومی ایجاد شد.

    یافته ها

    اختلاط دو فاز با طراحی و ساخت اکسترودر دوپیچی با دیواره شیشه ای و تصویربرداری از مراحل اختلاط به صورت دیداری بررسی شد. تصاویر تجربی با نتایج شبیه سازی مقایسه شدند. بین نتایج شبیه سازی عددی و تصاویر تجربی مطابقت بسیار خوبی در سیالات امتزاج پذیر و امتزاج ناپذیر دیده شد. بررسی سطح جدایی در تصاویر نظری و تجربی نیز این انطباق را تایید کرد. بنابراین روش نشانگر و سلول اصلاح شده ابزار خوبی برای شبیه سازی اختلاط آمیخته های پلیمری است.

    کلیدواژگان: آمیخته پلیمری، شبیه سازی عددی، سیال غیرنیوتنی، اکسترودر دوپیچی، بررسی دیداری
  • صدیقه سمایی، میرحمیدرضا قریشی*، قاسم نادری صفحات 65-78
    فرضیه

    کاهش مقاومت غلتشی تایر نقش بسیار مهمی در دستیابی به کاهش CO2 و گرمایش جهانی دارد. از این رو، توجه ویژه ای برای پیش بینی اتلاف انرژی در آمیزه رویه توسط سازندگان تایر شده تا آمیزه هایی با اتلاف انرژی پایین طراحی و به کار گرفته شوند. در این پژوهش، مدل مکانیکی سه گانه متشکل از مدل ابرکشسان سه جمله ای Ogden، مدل گرانروکشسان غیرخطی Bergstrom-Boyce همراه با مدل نرم شدگی تنش Ogden-Rouxbrgh برای بیان رفتار مکانیکی نیرو-تغییر مکان لاستیک پیشنهاد شد.

    روش ها

    ابتدا دو مجموعه آمیزه لاستیکی بر پایه آمیخته کائوچوهای SBR/BR محلولی و امولسیونی تقویت شده با دو  نوع دوده و سیلیکای اصلاح شده سطحی ساخته شدند. مقدار کل پرکننده ثابت و برابر 80phr  درنظر گرفته شد. هر مجموعه شامل سه آمیزه با مقادیر مختلف از پرکننده ها بود. بدین ترتیب که در آمیزه اول 80phr  دوده بدون سیلیکا و در آمیزه های دوم و سوم به ترتیب 20 و   40phr سیلیکا به جای دوده جایگزین شدند. رفتار مکانیکی کششی آمیزه های پخت شده روی نمونه نواری شکل با عرض  2cm که زیر بار رفت و برگشتی قرارگرفته بود و نیز آزمون کشش با استاندارد ASTM  D-412 C تعیین شدند. الگوریتم چرخه ای بهینه سازی شده بر اساس مدل اجزای محدود نمونه نواری شکل ساخته شده در نرم افزار Abaqus به همراه دو جزء انطباق نتایج و بهینه سازی (Nelder-Mead) در نرم افزار Isight طراحی شد. از این الگوریتم برای تعیین پارامترهای مدل مکانیکی استفاده شد.

    یافته ها

    نتایج به دست آمده از شبیه سازی با داده های تجربی حاکی از دقت زیاد مدل پیشنهادی است. پیش بینی اثر نوع کائوچوی SBR (محلولی یا امولسیونی) و نوع و مقدار پرکننده (دوده و سیلیکا) به کمک پارامترهای پیش بینی شده مدل مطالعه شد. نشان داده شد، ارتباط بسیار خوبی بین تغییرات این پارامترها با ساختار کائوچو و نحوه عملکرد پرکننده ها وجود دارد. همچنین مشخص شد، کائوچوی  SBR محلولی نسبت به نوع امولسیونی %50 عملکرد بهتری دارد و نیز افزودن سیلیکا موجب کاهش %25 تا %35 اتلاف انرژی می شود.

    کلیدواژگان: کائوچوی SBR، کائوچوی BR، سیلیکا، ابرگرانروکشسان، رویه تایر، روش اجزای محدود
  • مرتضی رضوی، محمد طباطبایی قمی*، فتح اله طاهری بهروز، غلام حسین لیاقت صفحات 79-92
    فرضیه

    هدف از این پژوهش بررسی اثر بار خمشی بر رسانندگی الکتریکی کامپوزیت های کربن-اپوکسی دارای انواع نانوذرات مختلف بود. نمونه های توسعه یافته باید ضمن داشتن استحکام خمشی کافی، رسانندگی الکتریکی پیشنهادشده در استاندارد موسسه انرژی آمریکا را داشته باشند تا در ساخت الکترودها استفاده شوند.

    روش ها

    بدین منظور، از نانو ذرات دوده، نانولوله های کربن و گرافیت انبساط یافته همراه با الیاف کربن و رزین اپوکسی برای ساخت نمونه ها استفاده شد. ذرات دوده، نانولوله کربن و گرافیت انبساط یافته با مقادیر وزنی بهینه (25، 10 و %15) به کامپوزیت کربن-اپوکسی اضافه شده و آستانه رسانندگی الکتریکی نمونه ها مطابق روش استحکام چهارنقطه ای اندازه گیری شد. متوسط آستانه تراوایی رسانندگی الکتریکی برای کامپوزیت های دارای دوده، گرافیت انبساط یافته و نانولوله کربن به ترتیب 23.2، 27.3 و %24.7 به دست آمد. سپس، نمونه های مزبور زیر بار خمش قرار گرفته و به ازای 0.5، 1، 1.5، 2 و 2.5mm جابه جایی عرضی، مقدار رسانندگی الکتریکی حین بارگذاری و پس از باربرداری اندازه گیری شد.

    یافته ها

    نتایج این پژوهش نشان داد، مقدار کاهش رسانندگی الکتریکی در نمونه های کربن-اپوکسی دارای نانو لوله های کربنی ناشی از خمش کمترین مقدار و در نمونه های کربن-اپوکسی دارای دوده بیشترین مقدار بود. در ادامه، نمونه ها مطابق استاندارد خمش سه نقطه ای زیر بار خمشی قرار گرفتند و مقدار استحکام خمشی نمونه ها به دست آمد. با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی پویشی کیفیت توزیع نانوذرات در نمونه ها مطالعه شد. یافته های این پژوهش می تواند در ساخت الکترودهای کامپوزیتی رسانایی استفاده شود که زیر بار خمشی (مخازن الکتروستاتیک نمک زدایی نفت خام) قرار می گیرند.

    کلیدواژگان: ذرات دوده، ذرات گرافیت انبساط یافته، ذرات نانولوله کربن، آستانه رسانندگی الکتریکی، بار خمشی
|
  • Vahide Jamali Firouzabadi, Mehrdad Kokabi * Pages 3-14
    Hypothesis

    Sensitizing the nanocomposite hydrogel systems to multiple stimuli ensures increasing their efficiency from the viewpoint of the magnitude and rate of response of the system. Adding nanosilver to dual stimuli (pH and temperature) responsive chitosan/poly(vinyl alcohol)/nanoclay nanocomposite hydrogel system increases the sensitivity of the chosen system to the third stimulus, i.e. the electric field, and enhances the overall rate of response of the system.

    Methods

    The reduction of a silver salt to silver nanoparticles was performed by a green synthesis method within the nanocomposite hydrogel system using chitosan as a reducing agent and polyvinyl alcohol as a stabilizer. Silver nanoparticle formation was investigated by UV-vis spectroscopy. SEM was used to study the distribution of silver nanoparticles in the nanocomposite system. The structural characterization of nanocomposite hydrogel was carried out by FTIR. Cyclic voltammetry was employed to evaluate the conductivity of the system.

    Findings

    The peak observed at the wavelength of 410 nm confirmed the synthesis of nanosilver. The SEM micrograph showed the uniform distribution of nanosilver in the system. The results of the sensitivity of the responsive system to multiple stimuli indicated that the nanosilver increased the rate of response of the system in acidic and alkaline solutions. The maximum swelling rate of the system was at pH 2 and the temperature of 55°C, while the minimum rate was at pH 5 and the temperature of 20°C. The presence of nanosilver increased the rate of response of dual stimuli (pH and temperature) responsive system up to three times and its swelling rate to 1.5 times. By applying an electric field at pH 2, the time of response of system decreased from hours to minutes and its swelling ratio increased up to 1.7 times.

    Keywords: multi-stimuli, nanosilver, electrical field responsive, temperature, pH responsive, Nanocomposite
  • Amir Ershad, Langroudi *, Nasim Azadi Pages 15-29
    Hypothesis

    Both acrylic and siloxane polymers show good water-repellency when applied on the surface of mineral materials, such as bricks and stones. This property makes them an option to protect the porous surfaces of mineral, such as stone artworks. Another advantage of using these polymers is their water-based feature and biodegradability.

    Methods

    In this study, substrate was selected from calcium carbonate rocks of the stone artworks of Persepolis. By adding silica nanoparticles to acrylic and siloxane polymers, changes in the properties of coatings, applied on the surface of the mineral substrate, were investigated. For this purpose, the samples were subjected to various experimental tests, such as water absorption at different time intervals, color changes resulted from accelerated aging, hydrophobic behavior study using contact angle measurement, hardness test and TGA. Morphology and surface area of coatings were studied by scanning electron microscopy (SEM). Characterization of these materials was done by various analysis methods.

    Findings

    The effectiveness of acrylic and siloxane polymers alone and also in comparison with each other and after adding nanosilica was evaluated by different tests. This study showed that the addition of silica particles to both polymers improved surface hydrophobic properties. In addition, the silica nanoparticles altered the surface morphology of the coating and increased surface roughness. In addition, silica nanoparticles improved the stability of coatings against accelerated aging conditions, resulting in less color changes after aging. The increase in nanosilica content also increased the average hardness and the thermal resistance of both polymer coatings.

    Keywords: stone, acrylic copolymer, siloxane, nanoparticles, silica, water repellent
  • Navid Farhadbeigi, Parvin Ehsani Namin, Ismaeil Ghasemi *, Morteza Ehsani Pages 31-42
    Hypothesis

    Due to the unique properties of shape memory polymers (SMPs) including low density, good price, high deformability, reproducibility, molecular tailoring and good processing many applications have found for these materials in different fields. Shape memory properties of the nanocomposite samples based on polyurethane/graphene nanoplatelet (GNp) were investigated. The improvement in performance of SMPs by adding graphene nanoplatelet is the main hypothesis of this study.

    Methods

    At first, two types of polyurethane were synthesized using different formulations (for obtaining the samples with different hard segments) and then nanocomposites samples including GNp were produced through solution method.  Two different polyurethanes with hard segment contents of 23.9% and 24.4% were synthesized. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), shape fixity and shape recover values of the samples (as indices of shape memory properties) were employed to characterize the synthesis of polyurethane and performance of shape memory behavior of the nanocomposites.   

    Finding

    The FTIR spectra showed that the formation of polyurethane was successfully accomplished. The SEM micrographs confirmed the good dispersion of nanoparticles in the matrix and there were no agglomerations and aggregation of particles. No characteristics peaks (crystallization and melting peaks) were observed in DSC thermograms for samples based on toluene di-isocyanate which means the synthesized polyurethane was fully amorphous without crystalline and regular regions. While the samples based on hexamethylene di-isocyanate showed the regular and crystalline regions. Shape fixity and shape recover values of the samples were in the range of 70-90%. These indices were increased by GNp addition.

    Keywords: polyurethane, graphene nanoplatelet nanocompasite, synthesis, shape memory properties, crystallization, morphology
  • Mehdi Shiva *, Saeede Akhtari, Massod Shayesteh Pages 43-53
    Hypothesis

    Increasing the heat conductivity of rubber compounds is important from viewpoint of properties of uniform distribution in different points of rubber parts and reducing the curing time that affects the quality and the final price of the product. Morphology of alumina powder obtained from spray pyrolysis technology is suitable, so it could be considered as an efficient filler for tyre compounds.

    Methods

    Morphology, composition and crystal size of a novel powder were investigated using SEM and XRD and dispergrader, respectively. The powder was added to a SBR/BR- based tyre tread formulation and the curing and mechanical properties as well as heat conductivity behavior were determined. Heat diffusivity properties were calculated by Abaqus simulation software with the aid of an experimental temperature profile in the center of the rubber part

    Findings

    It was observed that the heat conductivity of the rubber was improved at 3 phr alumina, which was attributed to the improvement of phonon transport phenomena in rubber matrix in the presence of heat conductive filler besides carbon black. A considerable improvement in DeMatia crack growth behavior of the compound was also observed in the presence of the new filler. The other mechanical properties experienced no significant changes, except tear resistance. The rheometry results showed that the curing rate of the compounds decreased in the presence of powder, which was attributed to the surface acidic nature and the presence of surface hydroxide groups. So, it is necessary to do a comprehensive study to investigate the potential of this filler in reducing tyre curing time.

    Keywords: nanomaterials, heat conductivity, rubber, phonon transfer, heat diffusivity coefficient
  • Numerical Simulation and Visual Evaluation of the Mixing of Polymer Fluids in Twin Screw Extruder Based on Components Miscibility
    Ebrahim Khalaj, Mohamad Hossein Navid Famili *, Faezeh Ghodratpour Pages 55-64
    Hypothesis

    The morphological attributes of polymer blends have a significant influence on the final properties of the blend. Many attempts have been made to simulate morphological changes of a blend in various equipments, using several mathematical models and numerical simulations. In this study, mixing of non-Newtonian fluids was simulated using a power-law rheological model in a typical twin screw extruder in three dimensions. Modified marker and cell (MAC) method was used for simulation. In modified MAC, for simulation of polymeric fluids flow, power law rheological model was used to generalize velocity equations to non-Newtonian fluids. Interfacial tension and viscosity ratios were used to introduce the effect of miscibility parameter.

    Methods

    In this method, momentum equations were solved and discredited using finite volume method. The linear algebraic equations were solved using three diagonal matrix and the coefficients of network’s points were obtained. Then, velocity values were obtained for any control volume in three dimensions by introducing typical rheological and interfacial tension parameters for a pair of polymers. The under relaxation factors (URFs) were used for velocities in three dimensions and pressure for faster convergence. Then, new spatial peculiarities of particles of two phases were traced by taking appropriate time intervals. The geometry of screws in twin screw extruder was achieved using hypothesis of imaginary domain of screws tips.

    Findings

    A twin screw extruder with glass barrel was designed and constructed for intuitive investigation of mixing development. Mixing of polymer pairs of different miscibility was performed in equal time intervals. The experimental pictures were compared with the simulation results. A very good agreement was observed between the results of numerical simulation and experimental images in both miscible and immiscible fluids. The determined separation areas for theoretical and experimental images also confirmed the accuracy of the simulation. Therefore, modified marker and cell (MAC) method could be used to simulate the mixing of polymer blends in twin screw extruder, as the most common blending equipment.

    Keywords: polymer blend, numerical simulation, non-Newtonian fluid, twin screw extruder, visual evaluation
  • Sedigheh Samaei, Mir Hamid Reza Ghoreishy *, Ghasem Naderi Pages 65-78
    Hypothesis

    Reduction of rolling resistance in tyres plays a crucial role in reducing global warming and CO2 emissions. Consequently, the prediction of energy dissipation in tyre tread compounds has received increasing interest from tyre manufacturers to design low dissipative compounds. In the present work, a triple model based on the Ogden hyperelastic equation, Bergstrom-Boyce nonlinear viscoelastic relationship in conjunction with a stress softening equation was proposed for the prediction of the force-displacement behavior of tread compounds.

    Methods

    Two series of rubber blends compounds based on SBR/BR solution and SBR/BR emulation reinforced by two carbon black (CB) grades and a surface-modified silica were prepared. Each series was comprised of three blends with different filler contents. The total part of filler in each compound was kept constant as 80 phr.  The first compound contained 80 phr of CB without any silica, while the second and third compounds were prepared using 20 and 40 phr silica as replacement. The mechanical behavior of the cured compounds was determined using a tensile test carried out on a ribbon type sample with 2X11 cm dimension and ATM D-412 C test specimens. An optimization loop was designed in Isight code using three Abaqus, data matching and optimization components. The developed algorithm was used for the determination of the parameters of the mentioned model.

    Findings

    It is shown that the proposed material model and the developed numerical algorithm can predict the mechanical behavior of the compounds during a loading/unloading cycle. The trends of the variations of the predicted parameters are in reasonable agreement with macro- and micro- structure of the SBR and filler type (CB or silica). It is also found that the addition of silica to rubber compound has 25-35% decreasing effect on energy dissipation. Moreover, solution SBR has approximately 50% more reduction effect on energy dissipation compared to emulsion SBR at equal filler type and content.

    Keywords: SBR, BR, silica, hyper-viscoelastic, tyre tread, finite element method
  • Morteza Razavi, Mohammad Tabatabaee Ghomi *, Fatollah Taheri, Behrooz, Golamhossein Liaghat Pages 79-92
    HypothesisThe

    purpose of this study was to investigate the effect of bending load on the electrical conductivity of carbon-epoxy composites containing various nanoparticles. The developed samples, while having sufficient flexural strength, must have the electrical conductivity proposed by the U.S Energy Institute to be used in the manufacturing of electrodes.

    Methods

    For this purpose, carbon black nanoparticles, carbon nanotubes and expanded graphite with unidirectional carbon fabrics and epoxy resin were used to make the samples. Carbon black particles, carbon nanotube and expanded graphite with optimum weight percentages (25, 10 and 15%) were added to carbon/epoxy composite and the electrical conductivity threshold of the samples was measured according to the four-point strength method. The average electrical conductivity permeability threshold for composites containing carbon black, expanded graphite and carbon nanotubes was 23.2, 27.3 and 24.7%, respectively. The samples were then subjected to bending load and for the 0.5, 1, 1.5, 2 and 2.5 mm transverse displacement, the electrical conductivity value was measured during loading and unloading.

    Findings

    The results showed that the value of electrical conductivity loss in carbon/epoxy samples containing carbon nanotubes caused by bending was at lowest and in the carbon/ epoxy containing carbon black samples displayed the highest value. Then, the flexural strength of the specimens was measured using a three-point bending test method. The pattern of nanoparticle distribution in the samples was studied on images acquired by scanning electron microscope images. The result of this research could be used in manufacturing of composite electrodes which are subjected to flexural loading (electrostatic desalting crude oil tanks) in services.

    Keywords: carbon black particles, expanded graphite particles, carbon nanotube particles, electrical conductivity threshold, bending load