DEVELOPMENT AND CHARACTERIZATION OF EPOXY-CLAY ANOCOMPOSITES. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (PhD dissertation) Development_and_Characterization_of_Epoxy-Clay_Nanocomposites.pdf Download (11MB) | Preview

Arabic Abstract

فى هذة الرسالة تم تصنيع مركبات إيبوكسية ذات طابع نانو سيليكاتى تحتوى على انواع وكميات مختلفة من الحشوات النانوطينية بإستخدام تقنيات مزج مختلفة. بدأت الرسالة بتحديد افضل ظروف المعالجة للراتنج الايبوكسى المستخدمة فى هذه الدراسة. وبعد ذلك تم تصنيع المركبات الايبوكسية ذات الطابع النانو سيليكاتى بإستخدام طرق خلط مختلفة، الخلط بالقص العالى، الخلط بالصوتنة، والخلط اليدوى. تأثير سرعة الخلط بالقص العالى ومدة الخلط على درجة توزيع الحشوات النانوطينية تم دراستها لتحديد افضل ظروف الخلط. بنية المركبات الايبوكسية التى تم انتاجها فحصت بإستخدام الميكرسكوب البصرى والميكرسكوب الالكترنى الماسح والميكرسكوب الالكترنى العابر واشعة إكس وDSC، كما تم تحديد الخصائص الميكانيكية بإستخدام اختبار الشد. بعد ذلك تم تحديد مدى فعالية الحشوات النانوطينية كحاجز لإعاقة إمتصاص السوائل. النتائج أظهرت أن أفضل ظروف المعالج للإيبوكسى المستخدم فى هذا الدراسة كانت عند 100 درجة مئوية لمدة ساعة ثم عند 170 درجة مئوية لمدة ساعة اخرى. درجة توزيع الحشوات النانوطينة تحسنت مع زيادة سرعة ومدة الخلط بإستخدام القص العالى وافضل درجة توزيع للحشوات كانت عند سرعة 6000 دورة فى الدقيقة لمدة ساعة واحدة. نتائج التحليل بإستخدام الميكرسكوب الالكترنى العابرواشعة إكس أظهرت أن درجة توزيع الحشوات النانوطينية كانت مختلطة بين تشتت عالى ومتوسط. تم ملاحظة أن قوة الشد والصلابة للمركبات الايبوكسية تحسنت عند اضافة نسبة بسيطة من الحشوات النانوطينية، ولكن عند زيادة نسبة الحشوات النانوطينية اكثر من 2 فى المئة فأن قوة الشد نقصت نتيجة لزيادة حجم وعدد الفجوات والتجمعات الطينية.أربعة انواع من الحشوات النانوطينية استخدمت فى هذة الدراسة واظهرت النتائج ان افضل درجة توزع للحشوات النانوطينية كانت عند استخدام I.30E. الدراسة اظهرت ان الخلط بإستخدام القص العالى اكثر فعالية من الخلط بالصوتنة، كما ان الخلط بالصوتنة بعد الخلط بإستخدام القص العالى لم تظهر تحسن فى البنية أو الخصائص الميكانيكية للمركبات المصنعة. أظهرت النتائج أن إضافة الحشوات النانوطينية حسنت خصائص المركب الايبوكسى فى حجزواعاقة امتصاص الماء والنفط الخام، كما ان كمية أمتصاص الايبوكسى النقية والمركب الايبوكسى ذى الطابع النانوسيليكاتى للنفط الخام كانت اقل من كمية امتصاصها للماء. الدراسة أظهرت ان إنتشار الماء فى الإيبوكسى النقية يتبع نموذج Fikian ولكن إنتشار الماء فى المركب الايبوكسى ذى الطابع النانو سيليكاتى تم محاكاته بإستخدام نموذج اكثر تطورا (LMD).

English Abstract

Name : Muneer AbdulRahman Al-Qadhi Dissertation Title : Development and Characterization of Epoxy-Clay Nanocomposites Major Field : Mechanical Engineering Date : May 2012 Epoxy-clay nanocomposites containing different clay types and loadings were fabricated using different mixing techniques. The optimum curing conditions for DGEBA epoxy cured with IPDA hardener were first determined. In situ polymerization was then employed to fabricate nanocomposites using different mixing techniques and their combination; high shear mixing (HSM), ultrasonication and hand mixing were explored. The effect of high shear mixing speed and mixing time on nanoclay dispersion within epoxy matrix was investigated to find the optimum mixing parameters. The morphology of the resultant nanocomposites was characterized using optical microscope, DSC, SEM, TEM and XRD and the mechanical properties were determined using tensile testing. Following the optimization of curing and synthesis parameters the effectiveness of nanoclay as a barrier for liquid uptake was studied. The results showed that optimum curing of DGEBA epoxy was obtained through pre-curing at 100oC and post-curing at 170oC for one hour each. The degree of clay dispersion was found to improve with increasing high shear mixing speed and mixing time with 6000 rpm as the optimum mixing speed and 60 min as the optimum mixing time. Analysis of the XRD and TEM results showed that the morphology of the resultant nanocomposite was disordered intercalation and exfoliation. Improvement in tensile strength and stiffness of epoxy was observed especially at low clay loading. However raising clay loading above 2% decreased the tensile strength due to increase in voids and clay aggregates. From the clay types investigated in this work the highest degree of clay dispersion was achieved for nanocomposite prepared with I.30E nanoclay. The results showed that HSM was more effective in clay dispersion than sonication. Combined HSM and sonication did not lead to any improvement in nanocomposites mechanical properties. The addition of nanoclay enhanced the barrier properties of epoxy for water uptake. The diffusion of water into neat epoxy matrix was found to follow Fikian model, however, the diffusion of water within nanocomposites was better simulated using Langmuir Model of Diffusion (LMD). Nanoclay addition to epoxy also reduced crude oil ingress in the epoxy matrix and crude oil uptake of epoxy and its nanocomposites was found to be lower than that of water.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Merah, Nesar
Committee Members:	Abu-Dheir, Numan and Khan, Zafarullah and Laoui, Tahar and Gasem, Zuhair and Boukhili, Rachid
Depositing User:	MUNEER ABD AL-QADHI (g200403180)
Date Deposited:	24 Jul 2012 07:54
Last Modified:	01 Nov 2019 15:36
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138731