علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1389 | دوره:23 | شماره:3 (پیاپی 107) |تعداد مقالات:8

اثر آمیخته سازی با کائوچوی طبیعی و کائوچوی بوتادی ان و آمیخته سازی با دوده N330 بر رفتار پخت و خواص فیزیکی-مکانیکی آمیزه رویه تایر بر پایه کائوچوی SBR و دوده N234 بررسی شده است. هم چنین، اثر مقدار گوگرد و شتاب دهنده بر خواص مختلف آمیزه لاستیکی در بازه گسترده مقادیر عوامل پخت مطالعه شد. جای گزینی بخشی از کائوچوی SBR با کائوچوی طبیعی بهبود قابل توجه در مقاومت پارگی، رشد ترک، گرما زایی، خواص پخت و سایش را به دنبال داشت بدون آن که سختی، پراکنش و استحکام کششی تغییر محسوسی کند. جای گزینی با کائوچوی بوتادی ان نیز همین روند را به همراه داشت بجز این که سرعت رشد ترک افزایش قابل توجهی نشان داد. جای گزینی بخشی از دوده N234 با دوده N330 باعث افت اندک در سایش و مقاومت پارگی شد. اما، سرعت رشد ترک را کاهش داد. سرعت رشد ترک با افزایش مقدار گوگرد و شتاب دهنده افزایش و مقدار سایش ابتدا کاهش و سپس افزایش نشان داد. استحکام کششی و مقاومت پارگی نیز ابتدا روند افزایشی با چگالی اتصالات عرضی نشان دادند و سپس با افزایش بیشتر دچار افت شدند. مطالعه ساز و کارهای حاکم نشان داد در کنار ساز و کار بلورینگی القایی زنجیرهای لاستیک، ساز و کار قابلیت تحرک زنجیرها بر رشد ترک حاکمیت دارد. حال آن که برای سایر خواص شکست، رقابتی بین این ساز و کار با ساز و کار تقویت مشهود است. در نهایت فرمول بندی بهینه بر پایه آمیخته سه تایی لاستیکیSBR/BR/NR  و دوتایی دوده ای N234/N330 که در آن سطح چگالی اتصالات عرضی و نسبت گوگرد به شتاب دهنده بهینه شده است.

عایق کاری پیش رانه های جامد برای کنترل و بازدارندگی سطح سوزش و در نتیجه افزایش زمان احتراق انجام می گیرد. در این پژوهش، ویژگی ها و عملکرد عایق کامپوزیتی بر پایه رزین اپوکسی و تقویت کننده الیاف پنبه بررسی شده است. بدین منظور پیش رانه جامد دوپایه با کامپوزیت مورد نظر به روش رشته پیچی عایق کاری شد. در ترکیب آن نیز به منظور کنترل فرایند سوزش، مواد کند سوز کننده آنتیموان اکسید و تتراکلروفتالیک انیدرید افزوده شد. رزین اپوکسی با گرانروی مناسب، آغشته پذیری الیاف را به خوبی امکان پذیر ساخت و چسبندگی لازم را به سطح پیش رانه فراهم کرد. الیاف پنبه نیز با چگالی کم، انعطاف پذیری و ازدیاد طول مناسبی از خود نشان داد. عایق کامپوزیتی اپوکسی-پنبه برای مطالعه خواص، مورد آزمون های تعیین خواص مکانیکی و گرمایی مانند آزمون کشش، چسبندگی، گرما وزن سنجی، گرماسنجی پویشی تفاضلی، تعیین سرعت سوزش و آزمون گرمامکانیکی قرار گرفت. برای بررسی عملکرد آن نیز آزمون موتور ایستا انجام شد. نتایج نشان می دهد، عایق طراحی شده چسبندگی قوی با سطح پیش رانه دارد و ضریب انبساط گرمایی هر دو جزء عایق و پیش رانه مطابقت خوبی با یک دیگر دارند. در منحنی فشار-زمان حاصل از آزمون موتور ایستا نیز مشاهده شد که تغییر ناگهانی در شیب روی نداده و افزایش یا کاهش فشار به وجود نیامده است. این مساله موید عملکرد صحیح عایق یاد شده است. هم چنین، مشخص شد که زمان سوزش پیش رانه نیز افزایش یافته است.

اثر وجود افزودنی های پلیمری پلی وینیل پیرولیدون (PVP) و پلی اتیلن گلیکول (PEG) بر شکل شناسی لایه متخلخل پلی اترسولفون (PES) به عنوان زیرلایه غشای نانوفیلترکامپوزیتی تهیه شده از PA/PES بررسی شد. نتایج نشان می دهد، فرایند جدایش فاز در سامانه های چهارتایی پلیمر-حلال-غیر حلال-افزودنی، متاثر از نفوذ دو پلیمر نسبت به یک دیگر است. بنابراین، تغییر غلظت افزودنی ها روی شکل شناسی غشا اثر می گذارد. با افزایش غلظت PVP در محلول پلیمر، حفره ها از حالت شکل اشکی، انگشت مانند و کانالی به کانال ها و حفره های بزرگ تغییر شکل می یابند. با افزایش بیشتر این ماده، شکل شناسی غشا مجددا دچار تغییر می شود و ابعاد کانال ها و حفره ها کاهش و فضای اسفنجی در غشا افزایش می یابد. با وجود PEG در محلول پلیمری، برای رسیدن به شرایط جدایش فاز زمان بیشتری نیاز است. با افزایش غلظت PEG و به تبع آن افزایش گرانروی محلول، سرعت جابه جایی حلال و غیر حلال در حمام انعقاد کاهش می یابد و شکل شناسی غشا به سمت تشکیل حفره های کوچک تر و ناحیه اسفنج بیشتر پیش می رود. هم چنین، با افزایش غلظت PEG تشکیل لایه نازک پلی آمید (PA) بر سطح غشا دچار نقص می شود و به همان نسبت کارایی غشا در جداسازی نمک کاهش می یابد. بنابراین همان طور که انتظار می رود، وجود PVP اثر چندانی بر میزان پس دهی غشا ندارد، ولی روی مقدار شار اثر می گذارد. با افزایش PVP به میزان 2.5 درصد، شار غشا افزایش 40 درصدی نشان می دهد و با افزایش PVP به 5 درصد، شار حتی به کمتر از مقدار نمونه بدون PVP کاهش می یابد حال آن که مقدار پس دهی غشا تقریبا مستقل از غلظت PVP است. بر خلاف PVP، وجود PEG اثر عمده ای هم بر شار و هم بر مقدار پس دهی غشا دارد، به طوری که وجود 2 و 50 درصد وزنی PEG موجب 4 و 7 برابر شدن شار و هم چنین کاهش 50 و 75 درصدی میزان پس دهی غشا می شود.

در اسفنج های سلول باز به دلیل وجود منافذ میان حباب ها یا سلول های آن، امکان عبور سیال از ساختار آنها وجود دارد. در نتیجه، می توان از آن به عنوان غشا و صافی استفاده کرد. هدف از این مطالعه، تولید اسفنج سلول باز با حباب هایی در ابعاد میکرومتر از پلی استیرن و سیال ابربحرانی دیوکسید کربن به عنوان عامل پف زاست. برای رسیدن به چنین ساختارهایی لازم است، فرایند رشد حباب طوری کنترل شود که از به هم پیوستن کامل حباب ها جلوگیری شود و فقط حباب ها از راه منافذی به یک دیگر متصل شوند. به منظور تعیین شرایط فرایند لازم برای رسیدن به ساختار سلول باز، از مدل بازشدن سلولی استفاده می شود. این مدل حداقل فشار اشباع 130 bar و محدوده زمانی 9 تا 60s را پیشنهاد می دهد. محدوده دمایی نیز طوری انتخاب می شود که هم بیش از دمای انتقال شیشه ای پلیمر باشد و هم کنترل فرایند رشد حباب آسان باشد. انجام آزمایش ها در فرایند ناپیوسته پیش بینی مدل را تایید می کند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی و آزمون تخلخل سنجی جیوه ای وجود منافذ میان سلول ها و در نتیجه تشکیل ساختار سلول باز را نشان می دهد. آن چه که از انجام آزمایش ها در فشار، دما و زمان های مختلف مشخص می شود، کاهش زمان لازم برای بازشدن سلول ها با افزایش دما و فشار است. با توجه به نتایج، فشار130 bar ، دمای  150oC و زمان 60 s برای رسیدن به ساختار سلول باز در سامانه پلی استیرن-دیوکسید کربن پیشنهاد می شود.

مطالعه تحلیلی و عددی برای نانوکامپوزیت ها سبب کاهش هزینه های بسیار زیاد آزمایش می شود. در این پژوهش، برای مطالعه آثار ضربه روی نانوکامپوزیت ها، نانوذرات خاک رس و پلیمر پلی یورتان به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده اند. مدل سازی اجزای محدود با استفاده از نرم افزار ANSYS انجام شده و برای تحلیل ضربه از محیط LS DYNA استفاده شده است. در مدل سازی، وجود سه ناحیه متمایز پلیمر، ذرات خاک رس و ناحیه بین فازی در نظر گرفته شده اند. ابتدا، صحت مدل سازی عددی ارزیابی شده و آن گاه آثار روی هم رفتگی ذرات، فاصله قائم بین ذرات، نسبت منظر و تغییرات نسبی درصد حجمی خاک رس روی عکس العمل نانوکامپوزیت در برابر ضربه مورد مطالعه شده است. در بحث ضربه مقدار جابه جایی نمونه و نیروی بیشینه در محل تماس از عوامل مهم است. در این پژوهش، آثار عوامل گفته شده روی خواص ضربه ای مانند مقدار جابه جایی نمونه و نیروی بیشینه در محل تماس مطالعه و تحلیل شده است. برای مطالعه اثر عوامل ساختاری، دو سرعت مختلف برای ضربه زننده انتخاب شد و برای این دو سرعت بیش از 160 مدل اجزای محدود مطالعه و پارامترهای موثر به همراه عوامل محدود کننده ارزیابی شده است. برای اثر هر عامل ساختاری روی خواص ضربه ای نمودارهای جداگانه به دست آمده و تحلیل شده است. نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان می دهد، هرگاه نسبت منظر ذرات نانوکامپوزیت برابر 100 بوده و دارای ضریب روی هم رفتگی 0.5 و ضریب لایه لایه شدن 0.51 باشند، کسر حجمی نانوذرات خاک رس در محدوده 1.5 تا 3 درصد را می توان به عنوان شرایط بهینه برای مقابله با آثار ضربه روی این مواد در نظر گرفت.

در این پژوهش، شبیه سازی مکانیکی یک تایر باری سنگین زیر بار عمودی ایستا در قالب یک مدل کلی-جزیی انجام شد. دو فعالیت عمده جدید در این کار مد نظر قرار گرفت. در بخش اول مدل، مکانیکی اجزای محدود پیشتر توسعه داده شده برای تایرهای رادیال به تایرهای با ساختار اریبی توسعه و نشان داده شد که روش یاد شده را می توان برای تایرهای مزبور با موفقیت به کار برد. چالش اصلی در استفاده از روش اجزای محدود برای تایر های اریبی انتخاب جانمایی اولیه تایر است، چرا که به دلیل استفاده از الیاف نایلون در منجید این نوع تایرها شکل آن پس از خروج از قالب تغییر محسوسی یافته که در نتیجه انتخاب این جانمایی به عنوان شکل هندسی اولیه هنگام شروع محاسبات می تواند موجب بروز خطا در نتایج نهایی شود. این موضوع به خوبی با مقایسه بین نتایج محاسباتی و تجربی در تایرهای رادیال و اریبی قابل شناسایی است. در بخش دوم یک مدل اجزای محدود بسیار ریزشده جزیی از ناحیه نقش رویه تایر ایجاد و با استفاده از نتایج مدل اول که به عنوان شرط مرزی انتخاب شده بودند، تحلیل شد. نتایج حاصل در مرحله دوم نشان داد، هندسه ناحیه تماس تایر را می توان به کمک مدل جزیی بدون نیاز به منابع محاسباتی یاد شده که غالبا در تحلیل مدل های کامل مورد نیاز است، با دقت زیادی مدل کرد.

کامپوزیت های لاستیک آکریلونیتریل بوتادی ان (NBR) با مقادیر مختلف الیاف کوتاه ضایعاتی نایلون 66 با استفاده از غلتک آزمایشگاهی تهیه شده اند. اثر مقدار الیاف و عامل سازگارکننده بر خواص فیزیکی، مکانیکی و شکل شناسی کامپوزیت های تهیه شده مطالعه شده است. مشخصات پخت آمیزه ها به وسیله دستگاه ریومتر مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد، با افزایش مقدار الیاف زمان پخت و برشتگی کاهش، ولی سرعت پخت افزایش می یابد. خواص مکانیکی آمیزه های یاد شده با افزایش ترکیب درصد الیاف کوتاه در دو جهت طولی و عرضی افزایش نشان می دهد. هم چنین، چسبندگی الیاف به ماتریس لاستیکی با افزودن عامل سازگارکننده هگزا متیلن تترا آمین، رزورسینول و سیلیکای آب دار (HRH) افزایش می یابد. برای مطالعه اثر عامل سازگارکننده بر چسبندگی ماتریس به الیاف رفتار تورمی کامپوزیت ها در حلال N،-N دی متیل فرمامید و هم چنین شکل شناسی سطح شکست آمیزه ها به وسیله میکروسکوپ الکترون پویشی بررسی شده است. مقدار تورم برای کامپوزیت های شامل سازگارکننده به ویژه در جهت طولی کاهش داشته و تصاویر میکروسکوپی سطح شکست نمونه ها نشان می دهد، عامل سازگارکننده از بیرون کشیده شدن الیاف از ماتریس  NBRجلوگیری می کند.