اثر پلی‌اولفین الاستومر و نانورس بر خواص پلی‌اتیلن‌ سبک به عنوان ماده پایه برای کاربردهای اسفنجی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

بابلسر، داﻧﺸﮕﺎه ﻣﺎزﻧﺪران، داﻧﺸﮑﺪه ﻓﻨﯽ و فناوری، ﮔﺮوه ﻣهندسی ﺷﯿمی

10.22063/jipst.2026.35862.2457

چکیده

فرضیه: پلی‌الفین الاستومر با افزایش حجم آزاد و تحرک زنجیرهای پلیمری، اگرچه باعث بهبود انعطاف‌پذیری می‌شود، اما همزمان منجر به کاهش گران‌روی و استحکام مذاب می‌شود که می‌تواند پایداری سلول‌ها را در فرایند اسفنجی‌شدن مختل کند. در مقابل، فرض می‌شود نانورس می‌تواند با سازوکار هسته‌زایی مراکز متعددی برای تشکیل سلول‌ها ایجاد کرده و با ایجاد سد فیزیکی و محدود کردن تحرک زنجیرها، گران‌روی مذاب را در نواحی بین‌سطحی افزایش ‌دهد. این پژوهش با هدف توسعه و بهینه‌سازی فرمو‌ل‌بندی پایه پلی‌اتیلن سبک به‌عنوان ماده اولیه مناسب برای کاربردهای اسفنجی انجام شده است و تمرکز آن بر طراحی آمیزه مناسب پیش از فرایند تولید اسفنج است.
روش‌ها: برای بررسی اثر هم‌زمان نانورس و پلی‌اولفین الاستومر، ابتدا پلی‌اتیلن سبک با مقادیر مختلف نانورس و پلی‌الفین الاستومر مخلوط شد. در این راستا، باتوجه به بازه قابل تغییر برای پلی‌اولفین الاستومر و نانورس بر اساس مقالات، از نرم‌افزار طراحی آزمون بهره‌گیری شد. نمونه‌ها با نسبت‌های مختلف مواد با استفاده از اکسترودر دو مارییچ باهم مخلوط و در ادامه با استفاده از دستگاه تزریق به شکل دمبلی، شکل‌دهی شدند. آزمون‌های شاخص جریان مذاب، گرماسنجی پویشی-تفاضلی و کشش روی آن‌ها انجام گرفت. سپس با رسم منحنی‌های سه بعدی با نرم‌افزار طراحی آزمون، اثر متقابل غلظت پلی‌اولفین الاستومر و نانورس بر شاخص جریان مذاب، دمای ذوب، مدول و نیروی استحکامی پلی‌اتیلن سبک بررسی شد.
یافته‌ها: نتایج حاکی از آن است که در دامنه غلظتی بررسی‌شده، اثر غلظت پلی‌اولفین الاستومر بر شاخص جریان مذاب پلی‌اتیلن سبک، مستقل از وجود نانورس بوده است. به‌طوریکه افزایش پلی‌اولفین الاستومر در غلظت کم و زیاد نانورس باعث افزایش شاخص جریان مذاب می‌شود. همچنین پلی‌اتیلن سبک دارای 0.2phr نانورس و 5phr پلی‌اولفین الاستومر بیشترین دمای ذوب ( 117)، مدول (19.3MPa ) و نیروی استحکامی کششی (151N) را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Polyolefin Elastomer and Nanoclay on the Properties of LDPE as a Base Material for Foam Applications

نویسندگان [English]

  • Sayed Morteza Mozaffari
  • Alireza Enayati Kafshgari
Department of Engineering and Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.
چکیده [English]

Hypothesis: Polyolefin elastomer (POE) improves flexibility by increasing free volume and chain mobility; however, it simultaneously reduces melt viscosity and strength, which can impair cell stability during the foaming process. Conversely, nanoclay is hypothesized to create numerous nucleation sites through a nucleating mechanism and increase interfacial melt viscosity by acting as a physical barrier and restricting chain mobility. The present study focuses on developing an optimized base formulation of LDPE suitable for foam applications rather than the direct fabrication of foam structures.
Methods: To investigate the synergistic effects of nanoclay and polyolefin elastomer, low-density polyethylene was mixed with varying concentrations of both components. In this regard, the Design of Experiments software was employed by considering the adjustable ranges of polyolefin elastomer and nanoclay based on the literature. Samples with different material compositions were compounded using a twin-screw extruder and then injection-molded into dumbbell-shaped specimens. Melt flow index, differential scanning calorimetry, and tensile tests were subsequently carried out. The interaction effects of polyolefin elastomer and nanoclay concentrations on the melt flow index, melting temperature, modulus, and tensile strength of low-density polyethylene were further analyzed using three-dimensional plots generated by Design of Experiments software.
Findings: The results indicate that within the investigated concentration range, the effect of polyolefin elastomer concentration on the melt flow index of low-density polyethylene was independent of the presence of nanoclay. In other words, increasing the polyolefin elastomer level increased the melt flow index at both low and high nanoclay loadings. Also, the maximum melting temperature (117 °C), modulus (19.3 MPa), and tensile force at break (151 N) of low-density polyethylene were achieved at the highest nanoclay (0.2 phr) and polyolefin elastomer (5 phr) concentrations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low-density polyethylene
  • Nanoclay
  • Polyolefin elastomer
  • Foam
  • Design of experiment software