سرویس ترجمه انجمن لوله و اتصالات پی وی سی، پلی وینیل کلراید (pvc)در زمینه های بسیاری استفاده می شود. با این حال pvc سخت دارای مشکلاتی ذاتی از جمله( استحکام ضربه پایین و مقاومت پایین نسبت به انتشار میکرو ترکها ) بوده که مانع کاربرد عملی آن به عنوان یک ماده ساختاری با عملکرد بالا است.

یافتن راهی برای افزایش چقرمگی pvc سخت موضوع مهمی  در توسعه مواد pvc با عملکرد بالاست. در صنعت پلاستیک، اصلاح کننده های پلیمری یا معدنی معمولا به ماتریس pvc مذاب در حین تولید اضافه می شود که راهی برای چقرمه شدن pvc سخت است.

اضافه کردن اصلاح کننده های پلیمری، به طور کلی باعث کاهش سفتی و مقاومت حرارتی pvcاصلاح شده می شود. علاوه بر این، اصلاح کننده های معدنی مانند نانو کربنات کلسیم و مونتموریلونیت منجر به افزایش پراکندگی ناهمگن و سازگاری ضعیف  می شود. در همین حال که مقاومت مکانیکی بسیار بالا و خواص فیزیکی فوق العاده ای نشان می دهد، اخیرا علاقه زیادی ایجاد کرده است. به علت نسبت تصویری بزرگ آن ،گرافن مزایای خاصی (به عنوان مثال،چگالی پایین،سازگاری خوب با پلیمر، پراکندگی آسان و انعطاف پذیری بالا ) در مقایسه با پر کننده های معدنی مرسوم فراهم می آورد.

بنابراین ما از روش جدیدی بهره برده ایم که در آن گرافن به عنوان اصلاح کننده ای نوین، چقرمگی pvc سخت را افزایش می دهد. ساختار میکرو از گرافن چند لایه تجاری (MLG) که در این پروژه استفاده شده در شکل 1(a) و 1(b) نشان داده شده است. در این تصاویر پودر مواد MLG مانند کاغذ نازک مچاله شده است که بسیار متفاوت با مورفولوژی مسطح  دو بعدی از گرافن است.

مورفولوژی مچاله از MLG عمدتا  ناشی از ناحیه جانبی بزرگ آن و ضخامت پایین است که انعطاف پذیری بالا را ایجاد می کند. با مخلوط مذاب متداول و تکنیک پرس داغ،نمونه های کامپوزیت MLG-PVC تهیه شد.

کامپوزیت های MLG-PVC -شکل 1(d)- سطوح درشت شکستگی را از خود نشان می دهد که بر خلاف سطوح شکستگی نرم نمونه های PVC تمیز، هستند همان طور که درشکل 1(c) نشان داده شده است. این مشاهدات نشان می دهد که حضور MLG، چقرمگی شکست PVC سخت را افزایش می دهد. این به خاطر ناحیه سطح بزرگ ویژه و انعطاف پذیری بالای MLG مچاله است.

شکل 1-میکروگراف الکترونی روبشی (a) و (b)گرافن چند لایه((MLG،(c) PVC تمیز و  (d) کامپوزیت MLG-PVC

رفتار کششی کامپوزیت MLG-PVC اندازه گیری شد(شکل 2). از این نتایج  واضح است که 36/0 درصد وزنی نمونه کامپوزیت MLG-PVC بزرگترین ازدیاد طول در نقطه شکست و بالاترین مدول چقرمگی را نشان می دهد(محاسبه شده از ناحیه منحنی تنش-کرنش).

شکل 2- اندازه گیری رفتار کششی نمونه های کامپوزیت MLG-PVC

(a)منحنی تنش-کرنش کششی برای کامپوزیت MLG-PVC با بارگذاری متفاوت از MLG

(b)مدول چقرمگی برای کامپوزیت های متفاوت MLG-PVC

سطح قابل توجهی از تقویت کششی چقرمگی از کامپوزیت MLG-PVC مشاهده شد که ما آن را عمدتا به انعطاف پذیری بالای MLG  مچاله شده نسبت می دهیم. MLG  مچاله شده که در ماتریس PVC وجود دارد به راحتی می تواند در جهت محوری در طول فرایند کشش دفرم و یا متمایل شود.

این منجر به کشیدگی های بزرگ در نقطه شکست و چگالی انرژی-تنش بالا (به عنوان مثال مدول چقرمگی) در کامپوزیت MLG-PVC می شود. در مقابل تمام  نمونه های کامپوزیت های MLG-PVC، استحکام کششی و  مقادیر مدول الاستیک پایین را نسبت به نمونه های PVC تمیز نشان می دهد. ما این رفتار را به مدول پایین MLG مچاله و برهمکنش ضعیف MLG-PVC نسبت می دهیم. ما استحکام ضربه ناچدار را در کامپوزیت های MLG-PVC با یک تست ضربه چارپی اندازه گیری کردیم. شکل 3(a) را ببینید.نتایج ما نشان داد که 36/0 درصد وزنی از کامپوزیت MLG-PVC بالاترین استحکام کششی (kJ/m2 12) را نشان می دهد که 1/12 درصد  بالاتر از PVC تمیز است.

چنین استحکام ضربه بالایی برای کامپوزیت های MLG-PVC نشان می دهد که مقادیر کوچکی از بارگذاری MLG تا حد زیادی میتواند چقرمگی ضربه مواد نانو کامپوزیتی را بهبود دهد ( و این ارتباط نزدیکی با انعطاف پذیری بالای MLG مچاله دارد).

پیشنهاد ما برای مکانیسم چقرمگی کامپوزیت های MLG-PVC در شکل 3(b) نشان داده شده است. زمانی که  بارگذاری مقدار کوچکی از MLG (36/0%وزنی) به ماتریسPVC تمیز اضافه می شود،MLG به آسانی در سراسر ماتریس PVC پراکنده می شود.تکه های MLG خوب توزیع یافته، انعطاف پذیری بالا، مچاله شدگی را به همراه خواهد داشت.علاوه براین آنها می توانند به راحتی تحت اعمال ضربه تغییر شکل یابند و بنابراین میتوانند سطوح انرژی با اثر بالا را مصرف کنند. وقتی که بارگذاری MLG افزایش می یابد، تکه های MLG مچاله شروع به انقباض و فشار آوردن به هم می کنند این منجر به انعطاف پذیری پایین و استحکام ضربه پایین کامپوزیت های PVC-MLG می شود.

شکل 3-(a)چقرمگی ضربه ناچدار نمونه های کامپوزیت PVC-MLG (b)تصویر مکانیسم چقرمگی کامپوزیت های PVC-MLG

ما همچنین اثر MLG را در جنبش سگمنتال به عنوان مثال دمای انتقال شیشه ای(Tg) زنجیره های pvc را مشاهده کردیم(شکل 4).مقادیر Tg کامپوزیت های  MLG-PVCبا بارگذاری پایین از MLG (36/0-08/1% وزنی)نسبت به PVC تمیز کمتر است.بنابراین حضور MLG میتواند تا حد زیادی جنبش سیگمنتال زنجیره های PVC را افزایش دهد.این بخاطر برهم کنش های ضعیف بین PVC و MLG  و به دلیل فاصله بین مولکولی بزرگ زنجیره های PVC است.در نتیجه انرژی به سرعت از بین میرود و چقرمگی بالای کامپوزیت های PVC-MLG را منجر می شود.

شکل 4-اندازه گیری دمای انتقال شیشه ای(Tg) برای نمونه های مختلف کامپوزیت MLG-PVC

از مزایای پراکندگی آسان و ویژگی های انعطاف پذیری بالای MLG مچاله استفاده شد. نتایج نشان داد که مقدار کمی از MLG می تواند به طور قابل ملاحظه ای چقرمگی شکست کششی و استحکام ضربه ناچدار نمونه ها را بهبود دهد.

به طور عمده این ویژگی به انعطاف پذیری بالای MLG مچاله در ماتریس PVC نسبت داده می شود. چقرمگی افزایش یافته و ساخت آسان کامپوزیت های MLG-PVC به این معنی است که آنها دارای چندین کاربرد بالقوه برای مواد با عملکرد بالا (به عنوان مثال در زمینه های ساخت و ساز ساختمان و حمل و نقل )هستند.در حال حاضر برای بهبود خصوصیات مکانیکی کامپوزیت های MLG-PVC با افزایش پیوند سطحی بین گرافن و PVC برنامه ریزی شده است.

نتیجه:

ما یک رویکرد جدید از بهبود چقرمگی PVC سخت را ارائه دادیم با استفاده از روش مخلوط مذاب متدوال کامپوزیت های PVC-MLG آماده شد(با بارگذاری متفاوت از MLG)