مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بررسی اثر قطر قالب بر روی خواص ساختاری فوم‌های پلی‌اتیلن تولید شده به روش اکستروژن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
نیما فیض‌لو 1
طاهر ازدست 2
رزگار حسن‌زاده 3
میلاد رستمی 4
نیما اشرفی 5
1 فارغ‌التحصیل کارشناسی‌ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
3 پژوهشگر پسادکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
4 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
5 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
10.22034/ijme.2024.433989.1907
چکیده
فوم‌­های پلیمری به دلیل ویژگی‌­های خاص خود مانند وزن سبک، خاصیت عایق حرارتی و عایق صوتی از اهمیت بالایی برخوردار هستند. همچنین در تولید فوم‌های پلیمری به دلیل استفاده از مواد کمتر، باعث صرفه‌جویی در مصرف مواد اولیه گردیده، در نتیجه کاهش آلودگی در محیط‌زیست را به همراه دارد. محققان نشان داده­‌اند که با افزایش چگالی سلولی و کاهش اندازه سلولی از طریق افزایش نرخ افت فشار سیستم با تغییرات در هندسه قالب خروجی اکستروژن می‌­توان به خواص ساختاری بهتر فوم‌­های پلیمری دست ‌یافت. در این تحقیق، اثر هندسه قالب شامل قطر قالب بر خواص ساختاری فـوم‌­های پلی‌­اتیلـن تولید شده به روش فوم فیزیکی اکسـتروژن با عامل فوم‌زای گاز دی‌­اکسیدکربن و در دمای فرآیندی 130 درجه سانتی­‌گراد و عامل هسته­‌زا تالک در ­2 درصد وزنی با قالب­‌هایی به قطرهای 1، 2 و 3 میلی‌متر برای ایجاد نرخ افت فشارهای متفاوت بررسی‌ شده است. بررسی نتایج چگالی و تصاویر ساختاری نمونه­‌ها نشان داد که کاهش قطر نازل خروجی باعث افزایش فشار سیستم شده که این افزایش در قالب 1 میلی­‌متری، غلبه فشار سیستم به فشار تزریق گاز را در پی داشته و باعث عدم ورود گاز به میزان کافی به داخـل سیسـتم شده است. در نمونه با قالب 2 میلی­‌متری فشار گاز ورودی به سیستم فراتر بوده و انبساط حدود 25/2 برابر حاصل ‌شده است که این مقدار نسبت به قالب 1 و 3 میلی­متری بیشتر است.
کلیدواژه‌ها
فوم اکستروژن
هندسه قالب
فوم‌های پلیمری
خواص ساختاری

عنوان مقاله English

Investigation of the effect of die diameter on the structural properties of extruded polyethylene foams

نویسندگان English

Nima Feizlou 1
Taher Azdast 2
Rezgar Hasanzadeh 3
Milad Rostami 4
nima ashrafi 5
1 MSc Graduate, Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
2 Professor, Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
3 Postdoctoral Researcher, Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
4 PhD Student, Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
5 MSc Graduate, Faculty of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده English

Polymeric foams are of great importance due to their special features such as lightweight, heat, and sound insulation properties. Also, production of polymeric foams saves the consumption of materials due to the use of less raw materials. As a result, it reduces the pollution in the environment. Researchers have shown that by increasing the cell density and decreasing the cell size, better properties of polymeric foams can be achieved. It is accessible by increasing the pressure drop rate of the system with changes in the geometry of the extrusion mold. In this research, the effect of mold geometry, including mold diameter, was assessed on the structural properties of polyethylene foams produced by the physical foam extrusion method with carbon dioxide foaming agent at a process temperature of 130 °C and 2 wt% of nucleating agent. The diameter of the mold was set at 1, 2, and 3 mm to create different pressure drop rates. The results showed that the decrease in the diameter of the nozzle caused an increase in the system pressure. This increase of 1 mm resulted in the system pressure prevailing over the gas injection pressure and caused insufficient gas to enter the system. In the sample with a 2 mm, the pressure of the gas entering the system was higher and the expansion was about 2.25 times, which is more than the 1 and 3 mm molds.

کلیدواژه‌ها English

Extrusion Foam
Mold Geometry
Polymeric Foams
Structural Properties
[1] Sohi MJ, Ali M. Fabrication and numerical analysis of glass fiber reinforced composite air manifold under vibration loading. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2021 Feb 19;7(12):64-75. [In Persian]
[2] Ansari MJ, Jabbaripour B. Manufacture and comparison of mechanical properties of reinforced polypropylene nanocomposite with carbon fibers and calcium carbonate nanoparticles.  Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2019 Oct ;6(5):1-12. [In Persian]
[3] Goodarzi A, Shahrjabian H. Fabrication of polylactic acid/polyethylene glycol/ hydroxyapatite nanoparticles nanocomposite foam by mass porosity method. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2022 Nov;8(9):37-49. [In Persian]
[4] Eungkee Lee R, Hasanzadeh R, Azdast T. A multi-criteria decision analysis on injection moulding of polymeric microcellular nanocomposite foams containing multi-walled carbon nanotubes. Plastics, Rubber and Composites. 2017 Apr 21;46(4):155-62.  doi: 10.1080/14658011.2017.1300210
[5] Chen L, Sheth H, Wang X. Effects of shear stress and pressure drop rate on microcellular foaming process. Journal of cellular plastics. 2001 Jul;37(4):353-63. doi: 10.1106/VHC8-33K7-M1C7-0M2H
[6] Rostami M, Azdast T, Hasanzadeh R, Moradian M. A study on fabrication of nanocomposite polyethylene foam through extrusion foaming procedure. Cellular Polymers. 2021 Nov;40(6):231-43. doi: 10.1177/02624893211040949
[7] Demirtaş E, Özkan H, Nofar M. Continuous foam extrusion of high impact polystyrene (HIPS): Effects of processing parameters and blowing agent type and content. InAIP Conference Proceedings 2019 Jan 22 (Vol. 2055, No. 1). AIP Publishing. doi: 10.1063/1.5084843
[8] Nofar M. Effects of nano-/micro-sized additives and the corresponding induced crystallinity on the extrusion foaming behavior of PLA using supercritical CO2. Materials & design. 2016 Jul 5; 101:24-34. doi: 10.1016/j.matdes.2016.03.147
[9] Azdast T, Hasanzadeh R. Increasing cell density/decreasing cell size to produce microcellular and nanocellular thermoplastic foams: A review. Journal of Cellular Plastics. 2021 Sep;57(5):769-97. doi: 10.1177/0021955X20959301
[10] Hasanzadeh R, Azdast T, Doniavi A, Esmaili P, Mamaghani S, Eungkee Lee R. Experimental investigation of properties of polymeric nanocomposite foams containing multi-walled carbon nanotubes using Taguchi method. Journal of Science and Technology of Composites. 2016 Mar 1;2(4):37-44.
[11] Ameli A, Jahani D, Nofar M, Jung PU, Park CB. Development of high void fraction polylactide composite foams using injection molding: Mechanical and thermal insulation properties. Composites Science and Technology. 2014 Jan 10; 90:88-95. doi: 10.1016/j.compscitech.2013.10.019
[12] Ashby MF, Messler RW, Asthana R, Furlani EP, Smallman RE, Ngan AH, Crawford RJ, Mills N. Engineering materials and processes desk reference. Butterworth-Heinemann; 2009 Jan 6.
[13] Altan M. Thermoplastic foams: Processing, manufacturing, and characterization. Polymerization. London: IntechOpen. 2018 Jan 17; 6:117-37. doi: 10.5772/intechopen.71083