نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

4 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه

5 شرکت مهندسی ماکرو، میسیساگا، آنتاریو، کانادا

چکیده

در پژوهش حاضر، خواص فوم‌های نانوکامپوزیت پلیمری با مقادیر مختلف نانولوله‌ کربنی چند دیواره و تحت شرایط فرآیندی مختلف بررسی شده است. به این منظور پلیمر پلی‌آمید6 به‌عنوان فاز زمینه انتخاب شد و با نانولوله‌های کربنی چند دیواره توسط دستگاه اکسترودر دو ماردونه در درصدهای وزنی نانولوله کربنی شامل 0، 5/0، 1 و 5/1، اختلاط ذوبی شد. سپس نانوکامپوزیت‌های تولید شده توسط عامل فوم‌زای آزودی‌کربنامید در دستگاه تزریق بر پایه طراحی آزمایش‌ها به‌روش تاگوچی مطابق آرایه متعامد L16 فوم شدند. تاثیر درصد وزنی نانولوله‌های کربنی و شرایط فرآیندی شامل فشار نگهداری و زمان اعمال فشار نگهداری هر کدام در چهار سطح مختلف، بر خواص مکانیکی و ساختاری نمونه‌های فوم نانوکامپوزیت بررسی شده است. استحکام کششی ویژه به‌عنوان خاصیت مکانیکی بررسی شد و برای بررسی خواص ساختاری، نمونه‌ها تحت آزمایش SEM قرار گرفتند که تصاویر مربوط به این تست نشان داد که ساختار میکروسلولی بسیار مناسبی حاصل شده است. مطابق نتایج آنالیز سیگنال به نویز، درصد وزنی نانولوله کربنی موثرترین پارامتر روی استحکام کششی ویژه و خواص ساختاری نمونه‌های فوم نانوکامپوزیتی می‌باشد. نتایج نشان داد که با افزودن 1% وزنی نانولوله کربنی، استحکام کششی ویژه نمونه‌ها به میزان 147% بهبود یافت. همچنین با افزودن نانولوله‌های کربنی، چگالی سلولی افزایش و متوسط اندازه سلولی کاهش یافت که به معنی دست‌یابی به شرایط بهینه برای تولید فوم می‌باشد.

چکیده تصویری

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of properties of polymeric nanocomposite foams containing multi-walled carbon nanotubes using Taguchi method

نویسندگان [English]

  • Rezgar Hasanzadeh 1
  • Taher Azdast 2
  • Ali Doniavi 3
  • Parastoo Esmaili 4
  • Sajjad Mamaghani 1
  • Richard Eungkee Lee 5

1 Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

2 Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

3 Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

4 Department of Mechanical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran

5 Macro Engineering and Technology Inc., Mississauga, Ontario, Canada

چکیده [English]

In the present study, the properties of polymeric nanocomposite foams investigated in variant multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) content and under various processing parameters. For this purpose, polyamide 6 (PA6) selected as matrix and melt compounded with MWCNT in variant weight percentages (i.e. 0, 0.5, 1 and 1.5%) using a twin-screw extruder. Then, the prepared nanocomposites were foamed using Azodicarbonamide as blowing agent by injection molding machine based on Design of Experiments (DOE) using Taguchi method according to L16 orthogonal array. Influence of weight percentage of MWCNTs and injection molding processing parameters including holding pressure and holding pressure time (all in four levels) investigated on mechanical and structural properties of nanocomposite foam samples. Specific tensile strength investigated as mechanical property and for investigation of structural properties of nanocomposite foam samples, SEM test has been done that the results of this test showed that a well microcellular structure achieved. According to the results of signal to noise ratio (S/N) weight percentage of MWCNTs is the most effective parameter on specific tensile strength and structural properties of nanocomposite foam samples. The results demonstrated that by adding 1 wt% of MWCNTs, specific tensile strength of samples increased about 147%. Also, the results indicated that by addition of MWCNTs, cell density increased and mean cell size decreased that means providing optimal conditions for foaming.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polymeric foam
  • Multi-walled carbon nanotubes
  • Tensile strength
  • SEM
  • Taguchi method

 

[1]    Clarke, A. J., “Tupperware: the Promise of Plastic in 1950s America: Smithsonian Institution”, 2014.

[2]    Agrawal, G. and Duan, P., “Polymer foam Cell Morphology Control and Use in Borehole Filtration Devices”, Google Patents, 2015.

[3]    Reglero Ruiz, J. A. Vincent, M. Agassant, J. A. Claverie, A. and Huck, S. “Morphological Analysis of Microcellular PP Produced in a Core‐back Injection Process Using Chemical Blowing Agents and Gas Counter Pressure”, Polymer Engineering & Science, 2015.

[4]    Yamaguchi, M. Sasaki, S. Suzuki, S. and Nakayama, Y., “Injection-molded Plastic Plate with Hydrophobic Surface by Nanoperiodic Structure Applied in Uniaxial Direction”, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 29, No. 1, pp. 24-35, 2015.

[5]    Okolieocha, C. Köppl, T. Kerling, S. Tölle, F. J. Fathi, A. Mülhaupt, R. and Altstädt, A., “Influence of Graphene on the Cell Morphology and Mechanical Properties of Extruded Polystyrene foam”, Journal of Cellular Plastics, pp. 0021955X14566084, 2015.

[6]    Zeng, C. Hossieny, N. Zhang, C. Wang, B. and Walsh, S. M., “Morphology and Tensile Properties of PMMA Carbon Nanotubes Nanocomposites and Nanocomposites foams”, Composites Science and Technology, Vol. 82, pp. 29-37, 2013.

[7]    Wan, F. Tran, M. P. Leblanc, C. Béchet, E. Plougonven, E. Léonard, A. Detrembleur, C. Noels, L. Thomassin, J. M. and Nguyen, V. D., “Experimental and Computational Micro–mechanical Investigations of Compressive Properties of Polypropylene/Multi–Walled Carbon Nanotubes Nanocomposite Foams”, Mechanics of Materials, 2015.

[8]    Messinger, R. Marks, T. Gleiman, S. Milstein, F. and Chmelka, B., “Molecular Origins of Macroscopic Mechanical Properties of Elastomeric Organosiloxane Foams”, Macromolecules, 2015.

[9]    Lin, N. Chen, Y. Hu, F. and Huang, J., “Mechanical Reinforcement of Cellulose Nanocrystals on Biodegradable Microcellular Foams with Melt-compounding Process”, Cellulose, Vol. 22, No. 4, pp. 2629-2639, 2015.

[10] MacLean, A. L. Rosen, Z. Byrne, H. M. and Harrington, H. A., “Parameter-Free Methods Distinguish Wnt Pathway Models and Guide Design of Experiments”, Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol. 112, No. 9, pp. 2652-2657, 2015.

[11] Gordon, S., “Design of Experiments, in: Modeling and Simulation in the Systems Engineering Life Cycle”, Eds., pp. 187-200: Springer, 2015.

[12] Shishavan, S. M. Azdast, T. and Ahmadi, S. R., “Investigation of the Effect of Nanoclay and Processing Parameters on the Tensile Strength and Hardness of Injection Molded Acrylonitrile Butadiene Styrene–Organoclay Nanocomposites”, Materials & Design, Vol. 58, pp. 527-534, 2014.