ساخت و شناسایی فیلترهای تف‌جوش میکرومتخلخل پلیمری

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی و علم مواد، گروه تحقیقاتی مواد پلیمری، صندوق پستی 9466-11365

چکیده

امروزه فرایند فیلترکردن در کاربردهای مختلف از تصفیه‌ آب و هوا، صنایع باطری‌سازی تا کاربردهای منحصربه‌فرد پزشکی به سرعت در حال گسترش است. در پژوهش حاضر، فیلترهای متخلخل پلیمری به‌عنوان دریچه‌های خروج هوا از پلی‌اتیلن سنگین  (HDPE)با روش تف‌جوشی در شرایط فشاری، و زمانی متفاوت ساخته و بررسی ­شد. می‌توان انتظار داشت، ریزساختار و خواص مکانیکی نمونه‌های تولید شده با تغییر عوامل فرایندی نظیر فشار، دما، زمان فرایند و نیز خواص رزین بررسی شده شامل شکل پودر، دانه‌بندی و خواص رئولوژی کنترل‌شدنی باشد. در گام نخست با استفاده از اندازه‌گیری‌های شاخص جریان مذاب، گرماسنجی پویشی تفاضلی(DSC)  و میکروسکوپی نوری پودر پلیمری مناسب برای ساخت نمونه‌ها انتخاب شد. با توجه به نتایج DSC دمای فرایند تف‌جوشی در مجاورت تقریبی دمای ذوب پلیمر، ثابت درنظر گرفته شد و اثر زمان و فشار فرایند تف‌جوشی بررسی شد. سپس از نتایج  آزمون پانچ برشی برای بررسی خواص مکانیکی و نیز نتایج آزمون عبورپذیری گاز، عبورپذیری قطره، میکروسکوپی نوری عبوری و پویشی الکترونی (SEM) برای سنجش مقدار و نوع تخلخل، استفاده شد. در نهایت مشاهده شد، با استفاده از روش تف‌جوشی می‌توان فیلترهای میکرومتخلخل با خواص مکانیکی مناسب تولید کرد و پس از آن، اثرهای فشار و زمان فرایند بر خواص نمونه‌ تولید شده بحث شد که سرانجام مشاهده شد، با افزایش این متغیرها، از یک سو چگالی فیلترهای تولید شده و خواص مکانیکی آن‌ها افزایش یافته و از سوی دیگر از مقدار تخلخل و قابلیت گازتراوایی از نمونه‌های ساخته شده به روش تف‌جوشی کاسته می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation and Characterization of Sintered Microporous Polymeric Filters

نویسندگان [English]

  • Meysam Salari
  • Gholamreza Pircheraghi
Polymeric Materials Research Group (PMRG), Department of Materials Science and Engineering, Sharif University of Technology, P.O. Box: 11365-9466, Tehran, Iran
چکیده [English]

Nowadays filtration process is increasingly used in various areas such as water purification, food industries, filtering the air dust and other separation applications. In this work, the HDPE microporous filters have been fabricated at different pressure and time conditions via sintering process and then were characterized by different techniques. It can be expected that microstructure and mechanical properties of the samples could be controlled by changing the fabrication parameters like temperature, pressure, time of the process and also by changing the properties of the resin such as powder shape, particle size and rheological properties. In the first step, by using DSC, MFI, rheology test and optical microscope, the most suitable polymeric powder for sintering process was chosen. The sintering temperature was fixed in the vicinity of melting temperature of the used HDPE powder, based on DSC result. In order to evaluate mechanical properties and porosity of the samples, the results obtained from the shear punch test, acetone drop permeability, gas permeability, transition optical microscopy and SEM, have been used; then the effect of pressure and time parameters on the characteristics of the product has been studied. Finally, it was concluded that it is possible to make microporous filters with suitable mechanical properties, using sintering process at controlled pressure and temperature conditions.It can be seen that by increasing time and pressure, on the one hand the mechanical properties of the products increase, and on the other hand, their porosity and the gas permeability of the vents decrease.

کلیدواژه‌ها [English]

  • HDPE
  • sintering process
  • filtration
  • porous polymer
  • permeation

Baker R.W., Membrane Technology and Application, John Wiley and Sons, California, Chapt. 1, 2004.
Silverstein M.S., Cameron N.R., and Hillmyer M.A., Porous Polymers, John Wiley and Sons, New Jersey, Chapt. 8, 2011.
Jafarzadeh Y., Yegani R., and Sedaghat M., Effects of TiO2 and ZnO Nanoparticles on the Structure and Fouling Behavior of Polyethylene Membranes, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 28, 477-493, 2016.
Sperling L.H., Introduction to Physical Polymer Science, John Wiley and Sons, New Jersey, Chapt. 14, 2005.
Shoeyb Z., Yegani R., and Shokri E., Preparation and Characterization of HDPE/EVA Flat Sheet Membranes by Thermally Induced Phase Separation Method, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 28, 149-159, 2015.
Bellehumeur C.T., Bisaria M.K., and Vlachopoulos J., An experimental Study and Model Assessment of Polymer Sintering, Polym. Eng. Sci., 36, 2198-2207, 1996.
Bellehumeur C.T., Kontopoulou M., and Vlachopoulos J., The Role of Viscoelasticity in Polymer Sintering, Rheol. Acta., 37, 270-278, 1998.
Scribben E., Eberle A.P.R., and Baird D.G., Viscoelastic Coalescence of Thermotropic Liquid Crystalline Polymers: The Role of Transient Rheology, J. Rheol., 49, 1159-1175, 2005.
Hornsby P.R. and Maxwell A.S., Mechanism of Sintering Between Polypropylene Beads, J. Mater. Sci., 27, 2525-2533, 1992.
Rosenzweig N. and Narkis M., Sintering Rheology of Amorphous Polymers, Polym. Eng. Sci., 21, 1167-1170. 1981.
Jayaraman G.S., Wallace J.F., Geil P.H., and Baer E., Cold Compaction Molding and Sintering of Polystyrene, Polym. Eng. Sci., 16, 529-536, 1976.
Jauffrès D., Lame O., Vigier G., Doré F., and Douillard T., Sintering Mechanisms Involved in High-Velocity Compaction of Nascent Semicrystalline Polymer Powders, Acta Mater., 57, 2550-2559, 2009.
Deplancke T., Lame O., Rousset F., Aguili I., Seguela R., and Vigier G., Diffusion Versus Cocrystallization of Very Long Polymer Chains at Interfaces: Experimental Study of Sintering of UHMWPE Nascent Powder, Macromolecules, 47, 197-207, 2014.
Deplancke T., Lame O., Rousset F., Seguela R., and Vigier G., Mechanisms of Chain Reentanglement during the Sintering of UHMWPE Nascent Powder: Effect of Molecular Weight, Macromolecules, 48, 5328-5338, 2015.
Truss R.W., Han K.S., Wallace J.F., and Geil P.H., Cold Compaction Molding and Sintering of Ultra High Molecular Weight Polyethylene, Polym. Eng. Sci., 20, 747-755. 1980.
Doucet N., Lame O., Vigier G., Dore F., and Seguela R., Sintering Kinetics of UHMWPE Nascent Powders by High Velocity Compaction: Influence of Molecular Weight, Eur. Polym. J., 49, 1654-1661, 2013.
Osswald T. and Rudolph N., Polymer Rheology, Carl Hanser, München, Chapt. 3, 2015.
Uhlhorn R.J.R., Keizer K., and Burggraaf A.J., Gas and Surface Diffusion in Modified γ-Alumina Systems, J. Member. Sci., 46, 225-241, 1989.
Keizer K., Uhlhorn R.J.R., and Burggraaf A.J., Gas Separation Mechanisms in Microporous Modified γ-Al2O3 Membranes, J. Member. Sci., 39, 285-300, 1988.
Yasuda H. and Tsai J.T., Pore Size of Microporous Polymer Membranes, J. Appl. Polym. Sci., 18, 805–819, 1974.
Chakrabarty B., Ghoshal A.K., and Purkait M.K., SEM Analysis and Gas Permeability Test to Characterize Polysulfone Membrane Prepared with Polyethylene Glycol as Additive, J. Colloid Interface Sci., 320, 245-253, 2008.
Guduru R.K., Darling K.A., Kishore R., Scattergood R.O., Koch C.C., and Murty K.L., Evaluation of Mechanical Properties Using Shear-Punch Testing, Mater. Sci. Eng. A., 395, 307–314, 2005.
Karthik V., Visweswaran P., Vijayraghavan A., Kasiviswanathan K.V., and Raj B., Tensile-Shear Correlations Obtained from Shear Punch Test Technique Using a Modified Experimental Approach, J. Nucl. Mater., 393, 425-432, 2009.
Azhdar B., Stenberg B., and Kari L., Development of a High-Velocity Compaction Process for Polymer Powders, Polym. Test., 24, 909-919, 2005.