مقایسه تجربی اثرمیکروتالک و نانورس بر خواص ساختاری اسفنج‌های پلی‌اتیلن تولیدشده با قالب گیری چرخشی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 ارومیه، دانشگاه ارومیه، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مکانیک، صندوق پستی 57561-15311

2 تورنتو، دانشگاه تورنتو، دانشکده مهندسی صنایع و مکانیک، آزمایشگاه ساخت پلاستیک‌های میکروسلولی

چکیده

فرضیه‌: اسفنج‌های پلیمری به‌دلیل داشتن ساختار سلولی و متخلخل خواص منحصر به‌فردی دارند و این خواص امروزه توجه ویژه‌ای را در جوامع علمی و صنعتی جلب کرده است. تغییرات در ساختار سلولی اسفنج‌ها از جمله نسبت انبساط، چگالی سلول و اندازه سلول باعث تغییر در خواص نهایی آن‌ها می‌شود. بدین دلیل، مطالعه اثر پارامترهای فرایندی بر ساختار سلولی اسفنج‎‌های پلیمری ضروری به‌نظر می‌رسد. از سوی دیگر، روش قالب‌گیری چرخشی به‌دلیل قابلیت زیاد در تولید قطعه‌های بزرگ توخالی با شکل‌های پیچیده در مقایسه با سایر روش‌های فرایندی به‌سرعت در حال توسعه است. پارامترهای فرایندی مختلفی بر خواص ساختاری اسفنج‌های پلیمری اثرگذارند. استفاده از عوامل هسته‌زا به‌عنوان پارامتر موادی می‌تواند به‌طور مؤثری بر خواص ساختاری اسفنج‌های پلیمری در روش‌های  فرآوری مختلف اثرگذار باشد.
روش‌ها: بر همین اساس، در پژوهش حاضر اثر افزودن دو نوع عامل هسته‌زا شامل میکروذرات تالک و نانوذرات رس با اندازه‌های متفاوت بر خواص ساختاری اسفنج‌های پلی‌اتیلن تولیدشده با روش قالب‌گیری چرخشی بررسی شده است. از آزودی‌کربن‌آمید به‌عنوان عامل پف‌زا استفاده شد. %1 وزنی از میکروذرات تالک و نانوذرات رس به پلی‌اتیلن اضافه شده و سپس در فرایند قالب‌گیری چرخشی اسفنج شدند. خواص اسفنج شامل چگالی سلول، اندازه سلول و نسبت انبساط به‌عنوان خواص ساختاری بررسی شدند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد، میکروذرات تالک نسبت به نانوذرات رس اثر بیشتری بر افزایش چگالی سلول و کاهش اندازه سلول دارند. چگالی سلول اسفنج‌های پلی‌اتیلن با افزودن %1 وزنی نانورس و میکروتالک به‌ترتیب به‌مقدار 89 و %96 افزایش یافت. همچنین کاهشی به‌مقدار 17.5 و 20 در اندازه سلول اسفنج‌های پلی‌اتیلن به‌ترتیب با اضافه‌کردن %1 وزنی نانورس و میکروتالک مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental Comparison of the Effect of Microtalc and Nanoclay on the Structural Properties of Polyethylene Foams Fabricated by Rotational Molding

نویسندگان [English]

  • Taher Azdast 1
  • Saeed Karimzadeh 1
  • Rezgar Hasanzadeh 1
  • milad moradian 1
  • Ali Doniavi 1
  • Hamidreza Akrami 2
1 Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Urmia University, P.O. Box 15311-57561, Urmia, Iran
2 Microcellular Plastics Manufacturing Laboratory, Department of Mechanical and Industrial Engineering, University of Toronto, Toronto, Canada
چکیده [English]

Hypothesis: Polymeric foams have fascinating specific properties due to their cellular and porous structure and these properties have attracted much attention in industrial and scientific societies nowadays. The variations in cellular structure of polymeric foams including expansion ratio, cell density, and cell size may affect their final properties. For this reason, it seems necessary to study the effect of process parameters on the cellular structure of polymeric foams. On the other hand, the rotational molding method is developing rapidly compared to other processing methods due to its ability to fabricate large complex hollow parts Different process parameters can affect the structural properties of polymeric foams Utilizing nucleation agents as a material parameter improves the structural properties of polymeric foams significantly in different processing methods.
Methods: The effect of adding two types of nucleating agents including talc microparticles and clay nanoparticles in different sizes on the structural properties of polyethylene foams made by rotational molding process was investigated
Azodicarbonamide was used as the chemical blowing agent. Talc microparticles (1% by weight) and clay nanoparticles were added to polyethylene and foamed using rotational molding process. Cell density, cell size, and expansion ratio were investigated as structural properties.
Findings: The findings revealed that the effect of talc microparticles on increasing cell density and decreasing cell size was more significant than the effect of clay nanoparticles. Cell density of polyethylene foam was improved by 96% and 89% by adding 1% (by weight) of talc microparticles and clay nanoparticles, respectively. A 20% and 17.5% decrease in the cell size of polyethylene foam was also observed with the addition of 1% (by weight) of talc microparticles and clay nanoparticles respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rotational molding
  • Foam
  • Talc
  • Nano clay
  • Structural properties

مراجع

  1. Azdast and Hasanzadeh R., Increasing Cell Density/ Decreasing Cell Size to Produce Microcellular and Nanocellular Thermoplastic Foams: A Review, J. Cell Plast., 57, 769-797, 2021.
  2. Azdast , Lee R.E., Hasanzadeh R., Moradian M., and Shishavan S.M., Investigation of Mechanical and Morphological Properties of Acrylonitrile Butadiene Styrene Nanocomposite Foams from Analytical Hierarchy Process Point of View, Polym. Bull., 76, 2579-2599, 2019.
  3. Pikhurov V., Sakhatskii A.S., and Zuev V.V., Rigid Polyurethane Foams with Infused Hydrophilic/Hydrophobic Nanoparticles: Relationship between Cellular Structure and Physical Properties, Eur. Polym. J., 99, 403-414, 2018.
  4. Cherukupally P., Acosta E.J., Hinestroza J.P., Bilton A.M., and Park C.B., Acid–Base Polymeric Foams for the Adsorption of Micro-Oil Droplets from Industrial Effluents, Sci. Technol., 51, 8552-8560, 2017.
  5. Moradian , Azdast T., and Doniavi A., Investigating the Effect of Foam Properties on the Attenuation of Coaxial Cables with Foamed Polyethylene Dielectric, Polym. Adv. Technol., 31, 3328-3340, 2020.
  6. Wang G., Zhao G., Dong G., Mu Y., Park C.B., and Wang G., Lightweight, Super-Elastic, and Thermal-Sound Insulation Bio-Based PEBA Foams Fabricated by High-Pressure Foam Injection Molding with Mold-Opening, Polym. J., 103, 68- 79, 2018.
  7. Hasanzadeh R., Azdast T., Doniavi A., and Lee R.E., Multi- Objective Optimization of Heat Transfer Mechanisms of Microcellular Polymeric Foams from Thermal-Insulation Point of View, Sci. Eng. Prog., 9, 21-29, 2019.
  8. Liu , Park C.B., and Lefas J.A., Production of Low-Density LLDPE Foams in Rotational Molding, Polym. Eng. Sci., 38, 1997-2009, 1998.
  9. Park B., Liu G., Liu F., Pop-Iliev R., D’uva S., and Zhang B., Production of Foamed Low-Density Polypropylene by Rotational Molding, Google Patents, 2000.
  10. Chu K., Naguib H.E., and Atalla N., Synthesis and Characterization of Open-Cell Foams for Sound Absorption with Rotational Molding Method, Polym. Eng. Sci., 49, 1744- 1754, 2009.
  11. Raymond A. and Rodrigue D., Foams and Wood Composite Foams Produced by Rotomolding, Cell Polym., 32, 199-212,
  12. Ramkumar , Kulkarni D., Abhijit V., and Cherukumudi A., Investigation of Melt Flow Index and Impact Strength of Foamed LLDPE for Rotational Moulding Process, Procedia Manuf., 6, 361-367, 2014.
  13. Moscoso-Sánchez J., Mendizábal E., Jasso-Gastinel C.F., Ortega-Gudiño P., Robledo-Ortíz J.R., González-Núñez R., and Rodrigue D., Morphological and Mechanical Characterization of Foamed Polyethylene via Biaxial Rotational Molding, J. Cell Plast., 51, 489-503, 2015.
  14. Vázquez Fletes R.C., Cisneros López E.O., Moscoso Sánchez J., Mendizábal E., González Núñez R., Rodrigue D., and Gudiño P.O., Morphological and Mechanical Properties of Bilayers Wood-Plastic Composites and Foams Obtained by Rotational Molding, Polymer, 12, 503, 2020.
  15. Wong A., Guo Y., and Park C.B., Fundamental Mechanisms of Cell Nucleation in Polypropylene Foaming with Supercritical Carbon Dioxide-Effects of Extensional Stresses and Crystals, Supercrit. Fluids, 79, 142-151, 2013.
  16. Wong , Wijnands S.F., Kuboki T., and Park C.B., Mechanisms of Nanoclay-Enhanced Plastic Foaming Processes: Effects of Nanoclay Intercalation and Exfoliation, J. Nanopart. Res., 15, 1-15, 2013.
  17. Azdast T. and Hasanzadeh R., A Review on Principles and Fundamentals of Fabrication of Polymeric Foams in Regards to Increasing Cell Density/Reducing Cell Size, Modares Mech. Eng., 19, 211-222, 2019.
  18. Hasanzadeh , Azdast T., and Doniavi A., Thermal Conductivity of Low-Density Polyethylene Foams Part II: Deep Investigation Using Response Surface Methodology, J. Therm. Sci., 29, 159- 168, 2020.
  19. Wei , Zhang J., Yu F., Zhang W., Meng X., Yang N., and Liu Sh., A Novel Fabrication of Yttria-Stabilized-Zirconia Dense Electrolyte for Solid Oxide Fuel Cells by 3D Printing Technique, Int. J. Hydrog Energy, 44, 6182-6191, 2019.
  20. Hasanzadeh , Darvishi M.M., and Azdast T., Synergetic Effect of MWCNT/Nanoclays on Microcellular Polystyrene Hybrid Nanocomposite Foams, Carbon Lett., 30, 367-371, 2020.
  21. Rostami M., Azdast T., Hasanzadeh R., and Moradian M., A Study on Fabrication of Nanocomposite Polyethylene Foam Through Extrusion Foaming Procedure, Cell Polym., 40, 231- 243, 2021.
  22. Suethao , Shah D.U., and Smitthipong W., Recent Progress in Processing Functionally Graded Polymer Foams, Materials, 13, 4060, 2020.
  23. Chen , Weng C., Wang Z., Maertens T., Fan P., Chen F., Zhong M., Tan J., and Yanga J., Preparation of Polymeric Foams with Bimodal Cell Size: An Application of Heterogeneous Nucleation Effect of Nanofillers, J. Supercrit Fluids, 147, 107-115, 2019.
  24. Zhao , Qiao Y., Wang G., Wang C., and Park C.B., Lightweight and Tough PP/Talc Composite Foam with Bimodal Nanoporous Structure Achieved by Microcellular Injection Molding, Mater. Des., 195, 109051, 2020.
  25. Wong A. and Park C.B., The Effects of Extensional Stresses on the Foamability of Polystyrene–Talc Composites Blown with carbon Dioxide, Eng. Sci., 75, 49-62, 2012.
  26. Leung N., Wong A., Guo Q., Park C.B., and Zong J.H., Change in the Critical Nucleation Radius and Its Impact on Cell Stability During Polymeric Foaming Processes, Chem. Eng. Sci., 64, 4899-4907, 2009.
  27. Shi , Ma X., Zhao G., Wang G., Zhang L., and Li B., Fabrication of High Porosity Nanocellular Polymer Foams Based on PMMA/PVDF Blends, Mater. Des., 195, 109002, 2020.
مجله علوم و تکنولوژی پلیمر
دوره 35، شماره 1 - شماره پیاپی 177
فروردین و اردیبهشت 1401
صفحه 81-90

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار