اثر نانوذرات آلومینا بر رفتار رئولوژیکی مخلوط های پودر آلومینیم و محمل پلیمری برای قالب‌گیری تزریقی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، دانشکده مهندسی و علم مواد، صندوق پستی 1999-19395

2 تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده فرایند، گروه پلاستیک، صندوق پستی 112-14975

چکیده

تهیه مخلوط ­های پودر- محمل پلیمری و بررسی عوامل مؤثر بر رفتار رئولوژیکی آنها از مهم‌ترین چالش ­های پیش‌ رو برای تولید قطعات سالم و بدون نقص به روش قالب‌گیری تزریقی پودر به‌شمار می‌آید. امروزه استفاده از نانوذرات با هدف بهبود خواص و افزایش دقت ابعادی در قالب‌گیری تزریقی اهمیت شایانی یافته است. از طرفی، ویژگی ذاتی آنها می­تواند مشکلاتی را از قبیل تشکیل کلوخه، تضعیف خواص رئولوژیکی و کاهش همگنی در مخلوط ­های پودر- پلیمر به همراه داشته باشد. در مطالعه حاضر، رئولوژی این مخلوط­ ها برای پودر آلومینیم با تأکید بر اثر وجود نانوذرات آلومینا بحث و بررسی شده است. بدین منظور، ابتدا خوراک با بارگذاری کل پودر 54 و %60 حجمی محتوی 0، 3، 6 و %9 وزنی نانوذرات آلومینا در سامانه محمل مناسب تهیه شد. طبق نتایج آزمون‌های رئولوژیکی، همه خوراک‌ها رفتار شبه‌پلاستیک، یعنی کاهش گرانروی در ازای افزایش سرعت برش نشان می ­دهند. همچنین، وجود نانوذرات در مخلوط­ های پودر- محمل پلیمری، افزایش گرانروی را به همراه دارد. در سرعت‌­های برش زیاد، گرانروی مخلوط ­ها، به دلیل غلبه نیروهای هیدرودینامیکی بر نیروی چسبندگی بین ذرات در کلوخه ­ها و افزایش چگالی فشردگی، کاهش می­ یابد. انجام آزمون چگالی ­سنجی ارتعاشی، بهبود قابلیت فشردگی را در مخلوط ­های محتوی نانوذرات تأیید می­ کند. با وجود نانوذرات می­ توان به کاهش عامل حساسیت به سرعت برش اشاره کرد که تزریق‌پذیری را با کاهش بیشتر گرانروی در اثر اعمال تنش برشی بهبود می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Alumina Nanoparticles on the Rheological Behavior of Aluminum-Binder Mixtures for Powder Injection Molding

نویسندگان [English]

  • Hassan Abdoos 1
  • Hamid Khorsand 1
  • Ali Akbar Yousefi 2
1 Faculty of Material Science and Engineering, Khajeh Nasir Toosi University of Technology, P.O. Box: 19395-1999, Tehran, Iran
2 Department of Plastics, Faculty of Polymer Processing, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

Preparation of appropriate powder-binder mixtures is the crucial step of powder injection molding process. Hence, the rheological properties of powder-binder mixture are important factors in production of sound parts using powder injection molding. Nowadays, the use of nanoparticles in powder injection molding is increasing due to the improved properties and dimensional precision of the final parts. On the other hand, nanoparticles can initiate problems such as agglomeration and loss of rheological properties and homogeneity. In the present study, the rheological behavior of aluminum mixtures containing nanoalumina particles was investigated. Two powder loadings of aluminum powder (54 vol% and 60 vol%), in which 0, 3, 6 and 9 wt% of aluminum was replaced with nanoalumina, were used. The powder systems were blended with the molten binder system in a banbury internal mixer and the rheological properties of the resulting mixtures were evaluated. All feedstocks showed pseudo-plastic behavior. The presence of nanoparticles increased the viscosity of feedstocks. Due to overwhelming particles cohesion by hydrodynamic forces, the viscosity of the mixtures decreased at high shear rates. Tap density results confirmed an improvement in packing compressibility of the mentioned powders. Shear rate sensitivity decreased with incorporation of nanoparticles into the mixtures. This phenomenon improved the injection capability through further reduction in viscosity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • powder injection molding
  • feedstock
  • polymeric binder
  • alumina nanoparticles
  • Rheology