اثر نانوذرات و سرعت برش بر تولید اکستروژنی اسفنج پلی‌استیرن در مجاورت گاز نیتروژن

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی پلیمر، صندوق پستی ۱۱۴-۱۴۱۱۵

چکیده

این مطالعه تلاشی برای کنترل ساختار اسفنج پلیمری با استفاده از کنترل سرعت برش در حدیده مسطح مستطیلی و نانوسیلیکا در یک فرایند اکستروژنی است. در این پژوهش، از پلی‌استیرن با مصرف معمولی به عنوان زمینه پلیمری، نانوذرات سیلیکا به عنوان عامل هسته­‌زا، گاز نیتروژن به عنوان عامل دمش و تولوئن نیز استفاده شده است. برای پراکنش بهتر نانوذرات در سطح زمینه ترکیبی از روش­‌های محلولی و مذاب و برای تولید اسفنج از اکسترودر دوپیچی همسانگرد استفاده شد. اثر سرعت برش در حدیده مسطح مستطیلی، اندازه نانوسیلیکا و درصد وزنی نانوسیلیکا بر چگالی  اسفنج، چگالی سلول و متوسط اندازه سلول­ مطالعه شد. برای شناسایی پارامترهای اساسی اسفنج (چگالی سلول و اندازه سلول) میکروسکوپ الکترون پویشی استفاده شد. نتایج نشان داد، افزایش سرعت برش حدیده از min-1 8 به min-1 12 با شکستن سلول­‌های بزرگ به چند سلول کوچک‌تر، باعث افزایش %۶۱ چگالی سلول و کاهش %۱۸ درصد اندازه متوسط سلول­‌ها شده است. با کوچک‌ ترشدن اندازه نانوسیلیکا از nm40 بهnm  12، چگالی سلول ازcell/cm3  108×24/1 بهcell/cm3  108×73/1 افزایش و متوسط اندازه سلول از mm 5/11 به mm  9 کاهش یافته است. همچنین، در بین مقادیر مختلف نانوسیلکا (۰/۱، ۲ و %۴ وزنی) اسفنج حاوی %۲ وزنی از نانوسیلکا دارای بیشترین چگالی سلول شده است. دلیل این موضوع نیز وجود نانوذرات سیلیکا به عنوان مراکز هسته­ گذاری و تسهیل در ایجاد هسته بوده است. در کل نانوکامپوزیت حاصل از %۲ وزنی نانوسیلیکا ۱۲ نانومتری در سرعت برش min-1   ۱۲ بیشترین چگالی سلول و کوچک‌ترین اندازه سلول را نشان داده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Shear Rate and Nanoparticles in Extrusion Foaming of Polystyrene in the Presence of Nitrogen Gas

نویسندگان [English]

  • Hosein Sharifpour
  • M. Hossein Navid Famili
  • Mohammad Ako
  • S. Esmaeil Zakiyan
Polymer Engineering Group, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, P.O. Box: 14115-114, Tehran, Iran
چکیده [English]

This study was an effort to control foam structure with controlled shear rate in a slit die with addition of nanosilica in the extrusion process. We used general purpose polystyrene as the matrix, nanosilica as a nucleating agent and nitrogen gas as the blowing agent. For better dispersion of nanoparticles in the matrix, a combination of solution and melt methods were employed. The foams were produced in a twin screw extruder by studying the effects of shear rate on the slit die, size and weight percentage of nanosilica on foam density, cell density and average cell size. Scanning electron microscopicy (SEM) pictures were used to obtain the main characterizing parameters of the foams i.e., cell density and cell size. The results showed that when the shear rate of 8 min-1 on the slit die was increased to 12 min-1, due to the breakage of the large cells into several smaller cells, there were observed 61% enhancement in cell density and 18% reduction in average cell size. When the size of nanosilica was decreased from 40 to 12 nm, the cell density was increased from 1.24×108 to 1.73×108 cells/cm3 and average cell size was decreased from 11.5 to 9 micrometer. By changing the nanosilica content from 0.1 to 4% (by weight), it was observed that at 2% (by weight) of nanosilica, the maximum cell density was obtained. In conclusion it was observed that the nanocomposite was produced by 2% (by weight) of 12 nm silica nanoparticles at 12 min-1 shear rate shows the maximum cell density and minimum cell size.

کلیدواژه‌ها [English]

  • extrusion foaming
  • Nanocomposite
  • shear rate
  • nanosilica
  • Polystyrene