چکیده

در این پژوهش نوار تیپ پلی اتیلن سیاه با استفاده از پلی اتیلن سنگین با توزیع وزن مولکولی دوقله ای به عنوان رزین پایه و مستربچ کربن سیاه با استفاده از درجات مختلف پلی اتیلن به عنوان حامل ماده ی موثره ی مستربچ به کمک یک دستگاه اکسترودر آزمایشگاهی تهیه شدند.

با توجه به این که نوع حامل مستربچ کربن سیاه بر خواص مکانیکی بلندمدت به خصوص پدیده ی رشد آهست هی ترک تاثیرگذار است از رزین پلی اتیلن سنگین، پلی اتیلن سبک و پلی ایتلن سبک خطی به عنوان حامل مستربچ استفاده شد. چندین تکنیک تحلیلی، از جمله آزمون کرنش سخت شونده، بار ثابت نمونه ی شکاف دار، گرما سنجی روبشی تفاضلی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی پراش اشعه ایکس برای آشکار کردن تغییرات ساختاری، ویژگی های مکانیکی و مورفولوژیکی ترکیبات استفاده گردید. به این نظریه رسیدیم که مقاومت در برابر رشد آهستهی ترک ارتباط مستقیمی با چگالی گره خوردگی ها در ساختار رزین دارد بدین گونه که هرچه این چگالی بیشتر باشد میتوان خواص مکانیکی بلندمدت خصوصا مقاومت در برابر رشد آهسته ی ترک مطلوبتری را از پلیمرانتظار داشت. همچنین شیب ناحی هی کرنش سخت شونده به عنوان معیاری برای ارزیابی چگالی گره خوردگی ها مطرح شد. نتایج بدست آمده از آزمون مکانیکی کشش و آزمون کرنش سختشونده نشان داد که LL اصالا گزین هی مناسبی برای استفاده به عنوان حامل مستربچ نیست چرا که این نمونه در آزمون کشش اصال رفتار کرنش سخت شونده از خود نشان نداد. همچنین در آزمون دوم نیز کمترین شیب ناحی هی کرنش سخت شونده را در مقایسه با گزینه های دیگر داشت. از طرفی در آزمون بار ثابت نمونهی شکافدار هم کمترین طول عمر را از خود نشان داد. علت این رفتار را جرم مولکولی پایین زنجیرههای این ماده و عملکرد آنها بهعنوان نوعی روان کننده در هنگام خزش زنجیرههای بلند HD تحت بار توجیه کرد. در مقابل نمونهی با حامل LD بیشترین شیب ناحیه ی کرنش سخت شونده و هم بیشترین طول عمر را از خود نشان داد. با انجام ارزیابی پراش اشع هی ایکس پارامتر درصد کرنش شبکه برای این ترکیبات بدست آمد. نتایج گویای آن بود که بیشترین درصد کرنش شبکه مربوط به رزین حاوی مستربچ با حامل LD بود که گویای چگالی گره خوردگی بیشتر در این رزین میباشد. همچنین نرخ کشش طبیعی (NDR ) که از آزمون کشش بدست آمد نیز به عنوان معیاری برای ارزیابی چگالی گره خوردگی های رزین معرفی شد. این پارامتر در یک ارتباط برعکس با مقاومت در برابر رشد آهستهی ترک قرار دارد. به گونه ای که کمترین مقدار آن مربوط به رزین با حامل LD و بیشترین آن مربوط به رزین با حامل LL بود. در مقایسه با نمونه ی خالص پلی اتیلن دوقله های، ترکیبات سیاه رنگ به دلیل وجود ذرات کربن سیاه، زمان شکست کمتری در رویداد رشد آهسته ترک دارند. علت این افت مکانیکی :

(1) ایفای نقش ذرات کربن سیاه به عنوان مناطق تمرکز تنش و (2) جلوگیری ذرات کربن از ورود زنجیره های بلند شاخه دار به درون کریستال ها و ایجاد مولکول های پیوندی کراواتی می باشد. بنابراین نتیجه گیری شد ترکیباتی که در آنها از LD به عنوان حامل مستربچ استفاده شد، مقاومت در برابر رشد آهسته ی ترک بیشتر از ترکیباتی است که در آنها از HD و LL استفاده می شود. دلیل این پدیده انشعاب های جانبی بلند LD و مقدار انرژی فعال سازی بیشتر برای این پلی اتیلن شاخه دار و درنتیجه حرکت دشوارتر زنجیره های آن است. این یعنی نواحی رباطی مقاوم تر و درنتیجه مقاومت بیشتر در برابر فیبریالسیون و رشد نواحی مجنون که منجر به رویداد نهایی ترک می شود. اگرچه نتایج آزمایش های مکانیکی نشان دهنده ی عملکرد بهتر مستربچ دارای حامل LD بود، اندازه گیری های رئولوژیکی برخی از محققین به احتمال اختالط ناپذیری مذاب LD/HD در دمای بالا اشاره دارد که منجر به ناپایداری سطح می شود. بنابراین هر دوی این موارد باید در انتخاب مستربچ مناسب در نظر گرفته شود.

کلید واژهها: پلی اتیلن دوقله ای درجه ی لوله، مقاومت در برابر ترک زایی محیطی، پدیده ی رشد آهسته ی ترک، حامل مستربچ کربن سیاه