Μηχανικές και θερμικές ιδιότητες ινών πολυπροπυλενίου - τροποποιημένου βολλαστονίτη
Creators: name: Λεοντιάδης, Κωνσταντίνος Ευθυμίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Τανυσμένες ίνες πολυμερούς
Σύνθετα πολυμερή
Πολυπροπυλένιο
Polymer drawn fibers
Composite polymers
Polypropylene

description: Το πολυπροπυλένιο (ΡΡ) βρίσκεται στην κορυφή της λίστας των παραγόμενων πολυμερών. Αυτό είναι αποτέλεσμα της χαμηλής του τιμής σε συνδυασμό με την υψηλή μηχανική και θερμική αντοχή, χημική αδράνεια και ευκολία επεξεργασίας και μορφοποίησης που το χαρακτηρίζουν. Μια διαδεδομένη πρακτική, με σκοπό την βελτίωση των ιδιοτήτων των πολυμερών, είναι η προσθήκη ενισχυτικών και η δημιουργία σύνθετων υλικών. Το πολυπροπυλένιο, ως πολυολεφίνη, δεν εμφανίζει πολικότητα γεγονός που δυσχεραίνει την αλληλεπίδραση με τα πρόσθετα που συνήθως είναι ανόργανα και έχουν πολικό χαρακτήρα. Για την καλύτερη διασπορά του πρόσθετου στην πολυμερική μήτρα, τροποποιείται η επιφάνεια του πρόσθετου, ή η πολυμερική μήτρα, ή και τα δύο. Στην παρούσα εργασία ως πρόσθετο έχει επιλεγεί ο βολλαστονίτης, ένα ανόργανο ινοπυριτικό ορυκτό με βελονοειδή γεωμετρία. Η ύπαρξη ατόμων ασβεστίου στην επιφάνεια του βολλαστονίτη επιτρέπει την τροποποίηση του με οργανικά οξέα. Επίσης, η τροποποίηση της πολυμερικής μήτρας επιτυγχάνεται με τη χρήση συμπολυμερούς πολυπροπυλενίου με μηλεϊνικό ανυδρίτη (PP-g-MA) ενισχύοντας τον πολικό της χαρακτήρα. Επιπρόσθετα, η διεργασία της τάνυσης προκαλεί την ευθυγράμμιση των πολυμερικών αλυσίδων στην κατεύθυνση της τάνυσης με αποτέλεσμα τη σημαντική αύξηση της μηχανικής αντοχής στην κατεύθυνση της τάνυσης. Επιπλέον, είναι γνωστό ότι σωματίδια βελονοειδούς γεωμετρίας μπορούν να ευθυγραμμιστούν στην κατεύθυνση της τάνυσης ενισχύοντας περαιτέρω τη μηχανική αντοχή. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η τροποποίηση της επιφάνειας του βολλαστονίτη με διάφορα οργανικά οξέα. Στα πλαίσια της τροποποίησης της επιφάνειας του βολλαστονίτη μελετήθηκε η επίδραση που έχει η χρήση ενός πολικού (αιθανόλη) και ενός μη πολικού (τετραχλωράνθρακας) διαλύτη στην διεργασία τροποποίησης. Ο μη πολικός διαλύτης εμφάνισε υψηλότερη ικανότητα τροποποίησης συγκριτικά με τον πολικό διαλύτη. Επίσης, μελετήθηκε η επίδραση του συμβατοποιητή και η επίδραση της τροποποίησης με διαφορετικά οξέα της επιφάνειας του βολλαστονίτη στις θερμικές και μηχανικές ιδιότητες των τανυσμένων σύνθετων ινών πολυπροπυλενίου / τροποποιημένου βολλαστονίτη. Η προσθήκη συμβατοποιητή ευνόησε την διασπορά του πρόσθετου στην πολυμερική μήτρα ενώ, τέλος, οι τροποποιήσεις με διαφορετικά οξέα δεν εμφάνισαν σημαντικές διαφορές εκτός από την περίπτωση του μηλονικού οξέος, όπου η προσθήκη του προκάλεσε την δημιουργία β κρυστάλλων.
description: Polypropylene is on the top of the list with the most produced polymers. This is a result of its low price, combined with its high mechanical strength, thermal stability, chemical inertia and its easy processing and manufacturing. A common practice to enhance polymer properties is the development of composite materials by utilizing additives. Polypropylene, as a polyolefin, has no polar groups, while most additives are polar in nature. To overcome this barrier, the surface of the additives is modified, or the polymer matrix is modified, or both of them. In this work, wollastonite was chosen as an inorganic additive, which is an inosilicate clay with needle-like shape. Organic acids can modify the surface of wollastonite by creating bonds with calcium atoms on its surface. In addition, modification of the polymer matrix can be achieved by the incorporation of compatibilizers. Specifically, the use of polypropylene grafted with maleic anhydrite (PP-g-MA) is commonly used to improve the polar nature of the polymer matrix. Drawing process induces the polymer chains to align to the drawing axis, thus significantly improving the tensile strength on this axis. Besides polymer chain alignment, drawing can also induce the alignment of needle like particles to the drawing axis. In this work, the modification of wollastonite’s surface with different organic acids was investigated. In this framework, the type of solvent used to achieve the modification was explored by using ethanol as a polar and carbon tetrachloride as a non-polar solvent. Non-polar solvent presented showed higher modification capability compared to polar solvent. Moreover, the influence of the chosen compatibilizer (PP-g-MA) and the influence of the modification of wollastonite’s surface with different organic acids on the thermal and mechanical properties of the polypropylene / modified wollastonite composite drawn fibers was investigated. Compatibilizer addition led to better filler dispersion. Modification with different organic acids didn’t led to significant differences except for malonic acid which induced b crystals to form.