مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بررسی اثر عوامل فوم‌زای فیزیکی دی‌اکسیدکربن و نیتروژن بر روی خواص ساختاری فوم‌های پلیمری پلی‌اتیلن تولید شده به روش اکستروژن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران
4 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
فوم‌های پلیمری یکی از راهکارهای دستیابی به بهبود خواص پلیمر‌ها می‌باشند. محققان نشان داده‌اند که معمولاً با افزایش چگالی سلولی و کاهش چگالی فوم و اندازه سلولی می‌توان به خواص بهتری دست‌ یافت. شرایط فرایندی بر روی تغییر خواص مؤثر هستند که یکی از آن‌ها عامل فوم‌زا می‌باشد. بنابراین در تحقیق حاضر با حفظ شرایط موادی و فرایندی، از گرانول پلی‌اتیلن سنگین با چگالی بالا گرید 54404 به عنـوان ماده فاز زمینه استفاده شده، به منظور آماده‌سازی نمونـه‌ها، تولید نمونه‌ها در دو مرحله انجام می‌گیرد، در مرحله اول با عامل فوم‌زا دی‌اکسیدکربن و در مرحله دوم با عامل فوم‌زا نیتروژن، نمونه‌‌های مرحله اول و دوم تولید می‌گردد، تأثیر نوع عامل فوم‌زای فیزیکی، شامل گاز دی‌اکسیدکربن و نیتروژن بر ساختار فوم‌های پلیمری تولید شده به روش اکستروژن بررسی می‌شود. بررسی نتایج چگالی و تصاویر ساختاری نمونه‌ها نشان داد که در تولید نمونه با عامل فوم‌زای فیزیکی گاز دی‌اکسیدکربن، چگالی فوم 0.420 g/cm3 و نسبت انبساط 2.17 برابری و چگالی سلولی   به‌دست آمد. در ادامه، بررسی نمونه تولید‌ شده با عامل فوم‌زای فیزیکی گاز نیتروژن نشان داد که چگالی فوم 0.628 g/cm3 و نسبت انبساط 1.45 برابری و همچنین چگالی سلولی  حاصل شده است. در تولید نمونه با گاز دی‌اکسیدکربن به‌دلیل خاصیت حلالیت بالاتر گاز دی‌اکسیدکربن نسبت نیتروژن در ماتریس پلیمری، باعث تولید فوم‌ با چگالی فوم پایین و نسبت انبساط بیشتر گردیده، همچنین در تولید نمونه با گاز نیتروژن به‌دلیل خاصیت هسته‌زایی بالای نیتروژن نسبت به دی‌اکسیدکربن، منجر به تولید نمونه‌ای با چگالی سلولی بیشتر شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigating the effect of carbon dioxide and nitrogen physical foaming agents on the structural properties of extruded polyethylene polymeric foams

نویسندگان English

Nima Feizlou 1
Taher Azdast 2
Rezgar Hasanzadeh 3
Milad Rostami 4
1 MSc Graduate, Faculty of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
2 Professor, Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
3 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Kermanshah University of Technology, Kermanshah, Iran
4 PhD Student, Faculty of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده English

Polymeric foams are one of the solutions to improve the properties of polymers. Researchers have shown that by increasing cell density and decreasing foam density and cell size, better properties can be achieved. Process conditions are effective in changing the properties, one of which is the foaming agent. Therefore, in the present research, while maintaining the material and process conditions, high-density polyethylene granule grade 54404 was used as the background phase material. The production of the samples is done in two stages; with the carbon dioxide foaming agent and nitrogen foaming agent. The effect of the type of physical foaming agent on the structure of extruded polymeric foams is investigated. Results showed that in the production of the sample with the physical foaming agent of carbon dioxide gas, the foam density was 0.420 g/cm3 and the expansion ratio was 2.17 times and the cell density was 2.78×104 cells/cm3. Furthermore, the results of physical foaming agent of nitrogen gas showed that the foam density was 0.628 g/cm3 the expansion ratio was 1.45 times, as well as the cell density was 4.32×104 cells/cm3. In the sample production with carbon dioxide gas, the higher solubility property of carbon dioxide gas compared to nitrogen in the polymer matrix caused the production of foam with low foam density and higher expansion ratio. Also, in the sample production with nitrogen gas, due to the high nucleation property of nitrogen compared to carbon dioxide, it led to the production of samples with increased cell density.

کلیدواژه‌ها English

Extrusion Foam
Physical Foaming Agent
Polymeric Foams
Structural Properties
[1] Sarkhosh R, Arabqomi H, Farrokhabadi A. Experimental investigation of mechanical and electrical properties of semi-biodegradable polypropylene/hemp woven thermoplastic composite. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2023 Jun 22;10(4):62-77. doi: 10.22034/ijme.2023.412380.1820 [In Persian]
[2] 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]
[3] Karevan M, Zeinali M, Abbasi Dareh Bidi H. High energy absorbent Polyester/Natural Kenaf based polymer micro-composites. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2023 May 22;10(3):54-61. doi: 10.22034/ijme.2023.420948.1860 [In Persian]
[4] Ali Askari K, Etemadi Haghighi S, Maghsoudpour A. Simulation and optimization of molding process parameters of ployetherimide parts by Taguchi-grey relational analysis combined method. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2023 Jul 23;10(5):19-43. doi: 10.22034/ijme.2023.399399.1801 [In Persian]
[5] 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
[6] Zal V, Talebi-Ghadikolaee H, Mirzamohammadi S. Investigating the effect of polyurethane foam filling on the energy absorption of hybrid tubes with different thickness of composite layer. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2024 Apr 20;11(2):58-68. doi: 10.22034/ijme.2024.433178.1893 [In Persian]
[7] Wong A, Mark LH, Hasan MM, Park CB. The synergy of supercritical CO2 and supercritical N2 in foaming of polystyrene for cell nucleation. The Journal of Supercritical Fluids. 2014 Jun 1;90:35-43. doi: 10.1016/j.supflu.2014.03.001
[8] Feizlou N, Azdast T, Hasanzadeh R, Rostami M, Ashrafi N. Investigation of the effect of die diameter on the structural properties of extruded polyethylene foams. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2023 Sep 23;10(7):10-6. doi: 10.22034/ijme.2024.433989.1907 [In Persian]
[9] Chen Y, Das R. A review on manufacture of polymeric foam cores for sandwich structures of complex shape in automotive applications. Journal of Sandwich Structures & Materials. 2022 Jan;24(1):789-819. doi: 10.1177/10996362211030564
[10] Nofar M, Park CB. Poly (lactic acid) foaming. Progress in Polymer Science. 2014 Oct 1;39(10):1721-41. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2014.04.001
[11] 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
[12] Hasanzadeh R, Azdast T, Doniavi A, Lee RE. Multi-objective optimization of heat transfer mechanisms of microcellular polymeric foams from thermal-insulation point of view. Thermal Science and Engineering Progress. 2019 Mar 1;9:21-9. doi: 10.1016/j.tsep.2018.11.002
[13] 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