Alsebeai, Sultan (2026) A Study on the Thermal, Mechanical, and Morphological Properties of Polycarbonate/polyolefin Elastomer Blends. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS_Thesis_Alsebeai.pdf Restricted to Repository staff only until 22 July 2027. Download (6MB)

Arabic Abstract

في هذا البحث، دُرست الخواص الشكلية والميكانيكية والحرارية لخلائط البولي كربونات/إيلاستومر البولي أوليفين. ويهدف البحث إلى تحسين التوازن بين الصلابة والمتانة من خلال التوافقية والتحكم في نسبة اللزوجة. تم تحضير خلائط البولي كربونات/إيلاستومر البولي أوليفين الثنائية وأنظمة البولي كربونات/إيلاستومر البولي أوليفين/المتوافقات الثلاثية باستخدام البثق ثنائي اللولب. وقد وُجد أن درجة حرارة المعالجة المناسبة للخلائط تقع ضمن مدى 240–250 درجة مئوية، بينما أدت درجات الحرارة الأعلى إلى عدم استقرار في عملية المعالجة. أظهرت خلائط البولي كربونات/إيلاستومر البولي أوليفين 1 المحتوية على 3–15% وزناً من إيلاستومر البولي أوليفين 1 وجود قطرات مشتتة من إيلاستومر البولي أوليفين داخل مصفوفة البولي كربونات. وعند زيادة محتوى إيلاستومر البولي أوليفين إلى 21% وزناً، تغيرت البنية الشكلية إلى مجالات ممدودة من إيلاستومر البولي أوليفين. كما أظهرت الخلائط غير المتوافقة ضعفاً في الالتصاق البيني، كما يتضح من وجود فراغات بينية وتجويفات ناتجة عن انسحاب طور إيلاستومر البولي أوليفين. وأظهرت الاختبارات الميكانيكية انخفاضاً عاماً في خواص الشد والانحناء. كما انخفضت مقاومة الصدم في الخلائط المحتوية على 3–15% وزناً من إيلاستومر البولي أوليفين، لكنها ازدادت عند 21% وزناً، وذلك بسبب التغير في البنية الشكلية. ودعمت نتائج التحليل الحراري التفاضلي بالمسح عدم امتزاج البولي كربونات وإيلاستومر البولي أوليفين، إذ لم يُلاحظ أي تغير ملحوظ في درجة الانتقال الزجاجي للبولي كربونات. تم تقييم POE-g-MAH وPOE-g-GMA وE-MA-GMA كمتوافقات .أظهرت الخلائط المتوافقة بنية شكلية أكثر دقة وتحسناً في التلامس بين مصفوفة البولي كربونات وطور إيلاستومر البولي أوليفين. ومن بين المتوافقات التي تم اختبارها، أظهر 5 جزء لكل مئة من E-MA-GMA أفضل أداء عام، حيث حقق مقاومة صدم بلغت 806 جول/متر، مع تحسن في مقاومة الصدم عند درجات الحرارة المنخفضة، وانخفاض أقل في الصلابة، واستطالة أعلى عند الكسر. تم تقييم تأثير نسبة اللزوجة باستخدام درجتين من إيلاستومر البولي أوليفين. أظهر إيلاستومر البولي أوليفين 1 لزوجة معقدة أعلى من البولي كربونات، مما أعطى نسبة لزوجة قدرها 2.33 عند 100 راديان/ثانية، بينما أظهر إيلاستومر البولي أوليفين 2 لزوجة أقل من البولي كربونات، بنسبة لزوجة قدرها 0.25. وقد كوّن الخليط ذو نسبة اللزوجة المنخفضة بنية شكلية شديدة التشوه بفعل القص، مع مجالات ممدودة ومتصلة جزئياً من إيلاستومر البولي أوليفين، وحقق مقاومة صدم بلغت 785 جول/متر. كما أدت إضافة 5% وزناً من E-MA-GMA إلى زيادة مقاومة الصدم إلى 930 جول/متر، إلا أن ذلك كان مصحوباً بانخفاض في الصلابة. وبشكل عام، تُظهر النتائج أن التوافقية والتحكم في نسبة اللزوجة يمثلان نهجين مفيدين للتحكم في البنية الشكلية لخلائط البولي كربونات/إيلاستومر البولي أوليفين وتحسين المتانة مع الحد من فقدان الصلابة.

English Abstract

In this research, the morphology, mechanical, and thermal properties of polycarbonate/polyolefin elastomer (PC/POE) blends were investigated. The goal is to improve the balance between stiffness and toughness through compatibilization and viscosity-ratio control. Binary PC/POE blends and ternary PC/POE/compatibilizer systems were prepared using twin-screw extrusion. The suitable processing temperature for blends was found to be 240–250 °C, whereas higher temperatures led to unstable processing. PC/POE1 blends containing 3–15 wt% POE1 showed dispersed POE droplets within the PC matrix. When the POE content increased to 21 wt.%, the morphology changed to elongated POE domains. The uncompatibilized blends showed weak interfacial adhesion, as indicated by interfacial voids and POE pull-out cavities. Mechanical testing showed a general reduction in tensile and flexural properties. The impact strength decreased for blends containing 3–15 wt% POE but increased at 21 wt% POE, which is related to changes in morphology. DSC results supported the immiscibility of PC and POE, as no significant shift in the PC glass-transition temperature was observed. POE-g-MAH, POE-g-GMA, and E-MA-GMA were evaluated as compatibilizers. The compatibilized blends showed more refined morphology and improved contact between the PC matrix and POE phase. Among the tested compatibilizers, 5 phr of E-MA-GMA showed the best overall performance, giving an impact strength of 806 J/m, improved low-temperature impact resistance, lower stiffness loss, and higher elongation at break. The effect of the viscosity ratio was evaluated using two POE grades. POE1 showed higher complex viscosity than PC, giving a viscosity ratio of 2.33 at 100 rad/s, while POE2 showed lower viscosity than PC, with a ratio of 0.25. The low-viscosity-ratio blend developed a strongly shear-deformed morphology, with elongated, partially interconnected POE domains, and achieved an impact strength of 785 J/m. Adding 5 wt% E-MA-GMA increased the impact strength to 930 J/m, but this was accompanied by a reduction in stiffness. Overall, the results show that compatibilization and viscosity-ratio control are useful approaches for controlling PC/POE morphology and improving toughness while limiting stiffness loss.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Research > Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Materials Science and Engineering
Thesis Advisor:	Wail Falath,
Thesis Committee Members:	Turki Baroud, Fahad Alam,
Depositing User:	SULTAN ALSEBEAI
Date Deposited:	23 Jul 2026 10:27
Last Modified:	23 Jul 2026 10:27
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144674