علوم و فناوری کامپوزیت

فوم های نانوکامپوزیتی پلی اتیلن/کوپلیمراتیلن-وینیل استات/نانورس با دو انتقال فاز همزمان در فرایند اکستروژن پیوسته: اثر متغیرهای فرایندی و موادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی شیمی، دانشگاه تهران، تهران.

2 دانشجوی کارشناسی، مهندسی پلیمر، دانشگاه تهران، تهران.

3 استادیار، مهندسی پلیمر، دانشگاه تهران، تهران.

4 دانشیار، شیمی آلی، دانشگاه تهران، تهران.

10.22068/jstc.2020.112497.1576

چکیده

در این پژوهش، خواص ساختاری و مکانیکی فوم های میکروسلولی نانوکامپوزیتی پلی اتیلن (PE)/کوپلیمر اتیلن-وینیل استات (EVA)/نانورس تهیه شده طی فرآیند فوم سازی اکستروژنی به روش فیزیکی با بکارگیری گاز دی اکسیدکربن در برابر غلظت PE/EVA، درصد بارگذاری نانورس اصلاح شده و پروفایل دمایی اکسترودر مورد بررسی قرار گرفته است. فرایند فوم سازی این سامانه ها به دلیل دو انتقال فازی همزمان شامل رفتار فازی دمای انحلال بحرانی فوقانی (UCST) آمیخته های PE/EVA وانتقال فاز گاز در فرایند هسته گذاری و رشد حباب ها بعد از خروج از دای فیلم تخت از پیچیدگی های بالایی برخوردار است. به دلیل رفتار فازی UCST آمیخته PE/EVA، افزایش دمای فرایندی بر روی مورفولوژی و خواص مکانیکی فوم ها بدست آمده تاثیر به سزایی داشته و افزایش دما منجر به امتزاج پذیری بهتر دو پلیمر در آمیخته ها و نانوکامپوزیت ها گردیده است. علاوه بر این، نانورس با اثر سازگارسازی خود موجب بهبود امتزاج پذیری دو فاز پلیمری می شود. با افزایش دمای فرایندی در تهیه فوم ها دیده شده است که در دمای بالاتر فوم هایی سبک تر با تراکم سلولی بیشتر بدست می آید. افزایش محتوای EVA در آمیخته موجب بهبود پراکنش نانوذرات و متعاقباً بهبود ساختار فوم ها می شود. با افزایش دما به دلیل بهبود امتزاج پذیری دو فاز و افزودن نانوذرات به دلیل نقش موثرشان در ایجاد حباب ها، به ترتیب مدول فوم ها افزایش و کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Polyethylene/ethylene-vinyl acetate copolymer/nanoclay nanocomposite foams with two concurrent phase transitions in continuous extrusion process: Effects of material and processing parameters

نویسندگان [English]

  • Reza Ghasemi 1
  • Reza Kazemi 2
  • Farkhondeh Hemmati 3
  • Jamshid Mohammadi-Rovshandeh 4

1 Caspian Faculty of Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Rezvanshar, Iran.

2 Caspian Faculty of Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Rezvanshar, Iran.

3 Caspian Faculty of Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Rezvanshar, Iran.

4 Caspian Faculty of Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Rezvanshar, Iran.

چکیده [English]

In this research, the structure and mechanical properties of polyethylene (PE)/ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA)/nanoclay microcellular foams obtained through extrusion physical foaming by using carbon dioxide were investigated. The effect of PE/EVA concentration, organically-modified nanoclay and temperature profile on the properties were evaluated. The foaming process of these systems has significant complexity due to the occurrence of two concurrent phase transitions including upper critical solution temperature (UCST) phase behavior of PE/EVA blends and gas phase transition in the cell nucleation and growth process. Owing to the UCST phase behavior of PE/EVA mixtures, an increment in the process temperature profile has a profound impact on the morphology and mechanical properties of the foams and results in higher miscibility of the polymeric constituents of the blends and nanocomposites. Moreover, the nanoclay compatibilization mechanism leads to better miscibility of the polymeric phases. At higher temperature profile, lighter foams with higher cell density are obtained. Increasing the EVA content in the blends improves the nanoclay dispersion state and as a result, causes an improvement in the foam structure. By increasing the temperature profile and adding nanoclay, the elastic modulus of the foams improves and worsens respectively, due to the better PE/EVA miscibility state and nanoparticle influential role in the bubble formation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Extrusion
  • Nanocomposite
  • Foam
  • Polymer
مراجع
[1]     Ma, Z., Zhang, G., Shi, X., Yang, Q., Li, J., Liu, Y. and  Fan, X., “Microcellular Foaming of Poly (Phenylene Sulfide)/Poly (Ether Sulfones) Blends Using Supercritical Carbon Dioxide“ Journal of Applied Polymer Science, Vol. 132, No. 40,42634, 2015.
[2]     Lee, S.-T., Park, C. B. and  Ramesh, N. S., “Polymeric Foams: Science and Technology“,  CRC Press, Boca Raton, 2006.
[3]     Bärwinkel, S., Bahrami, R., Löbling, T. I., Schmalz, H., Müller, A. H. and  Altstädt, V., “Polymer Foams Made of Immiscible Polymer Blends Compatibilized by Janus Particles—Effect of Compatibilization on Foam Morphology“ Advanced Engineering Materials, Vol. 18, No. 5, pp. 814-825, 2016.
[4]     Khademzadeh, Y. J., Goharpey, F. and  Foudazi, R., “Controlling the Kinetics of Spinodal Decomposition in LCST PS/PVME Blends in Presence of Spherical Nanoparticles“ Iranian Journal of Polymer Science and Technology, In Persian, Vol. 28, No. 4, pp.277-288, 2015.
[5]     Yang, R., Liu, Y., Yu, J. and  Wang, K., “Thermal Oxidation Products and Kinetics of Polyethylene Composites“ Polymer Degradation and Stability, Vol. 91, No. 8, pp. 1651-1657, 2006.
[6]     Daryadel, M. Azdast, T. Hasanzadeh, R. and Molani, S., “Investigation of cell wall thickness and impact strength of polypropylene microcellular nanocomposite foams produced by batch process”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 5, No. 1, pp. 135-142, 2018.
[7]     Zangiabadi, Z. and Hadianfard, M.J., “Effects of size and structure of silica nanoparticles on morphology and tensile behavior of flexible nanocomposite foams based on polyurethane”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 5, No. 4, pp. 615-620, 2016.
[8]     Leung, S. N., Wong, A., Guo, Q., Park, C. B. and  Zong, J. H., “Change in the Critical Nucleation Radius and Its Impact on Cell Stability During Polymeric Foaming Processes“ Chemical Engineering Science, Vol. 64, No. 2,  pp. 4899-4907, 2009.
[9]     Wong, A., Chu, R. K., Leung, S. N., Park, C. B. and  Zong, J. H., “A Batch Foaming Visualization System with Extensional Stress-Inducing Ability“ Chemical Engineering Science, Vol. 66, No. 1, pp. 55-63, 2011.
[10]   Hasanzadeh, R. Azdast, T. Doniavi, A. Esmaili, P. Mamaghani, S. and Eungkee Lee, R., “Experimental investigation of properties of polymeric nanocomposite foamscontaining multi-walled carbon nanotubes using Taguchi method”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 2, No. 4, pp. 37-44, 2016.
[11]   Zarei, M. Rezaei, M. and Salehi, M., “Experimental Investigation on the Foaming Dynamics and Cell Microstructure of Polystyrene/Nanosilica/n-Pentane”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 05, No. 02, pp. 289-301, 2018.
[12]   Minaei-Zaim, M., Ghasemi, I., Karrabi, M. and  Azizi, H., “Effect of Injection Molding Parameters on Properties of Cross-Linked Low-Density Polyethylene/Ethylene Vinyl Acetate/Organoclay Nanocomposite Foams“ Iranian Polymer Journal, Vol. 21, No. 8, pp. 537-546, 2012.
[13]   Hemmati, F., Garmabi, H. and  Modarress, H., “Phase Behavior of Polyethylene/Ethylene Vinyl Acetate Blends: Studies on Miscibility Window, Composition Dependency of Interfacial Interactions, and Enhanced Toughness“ Journal of Plastic Film & Sheeting, Vol. 31, No. 1, pp. 8-26, 2015.
[14]   Hemmati, F., Garmabi, H. and  Modarress, H., “Effects of Organoclay on the Compatibility and Interfacial Phenomena of PE/EVA Blends with Ucst Phase Behavior“ Polymer Composites, Vol. 35, No. 12, pp. 2329-2342, 2014.
[15]   Rezaeian, I., Jafari, S. H., Zahedi, P., Ghaffari, M. and  Afradian, S., “Improvements of Physical and Mechanical Properties of Electron Beam Irradiation—Crosslinked Eva Foams“ Polymers for Advanced Technologies, Vol. 20, No. 5, pp. 487-492, 2009.
[16]   Wang, B., Wang, M., Xing, Z., Zeng, H. and  Wu, G., “Preparation of Radiation Crosslinked Foams from Low‐Density Polyethylene/Ethylene‐Vinyl Acetate (Ldpe/Eva) Copolymer Blend with a Supercritical Carbon Dioxide Approach“ Journal of Applied Polymer Science, Vol. 127, No. 2, pp. 912-918, 2013.
[17]   Babaienejad, M. and  Bagheri, R., “Role of Nanoclay Distribution on Morphology and Mechanical Behavior of Rubber‐Modified Polyolefins“ Journal of Applied Polymer Science, Vol. 132, No. 20, 41993, 2015.
[18]   Hemati, F. and  Garmabi, H., “Compatibilised LDPE/LLDPE/Nanoclay Nanocomposites: I. Structural, Mechanical, and Thermal Properties“ The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 89, No. 1, pp. 187-196, 2011.
[19]   Raghavan, D., Gu, X., Nguyen, T., VanLandingham, M. and  Karim, A., “Mapping Polymer Heterogeneity Using Atomic Force Microscopy Phase Imaging and Nanoscale Indentation“ Macromolecules, Vol. 33, No. 7, pp. 2573-2583, 2000.
[20]   Scapini, P., et al., Thermal and morphological properties of high‐density polyethylene/ethylene–vinyl acetate copolymer composites with polyhedral oligomeric silsesquioxane nanostructure. Polymer International, 2010. 59(2): p. 175-180.
[21]   Akhlaghi, S., et al., Effect of stabilizer on the mechanical, morphological and thermal properties of compatibilized high density polyethylene/ethylene vinyl acetate copolymer/organoclay nanocomposites. Materials & design, 2012. 33: p. 273-283.
[22]   Khonakdar, H.A., et al., Thermal and mechanical properties of uncrosslinked and chemically crosslinked polyethylene/ethylene vinyl acetate copolymer blends. Journal of applied polymer science, 2007. 103(5): p. 3261-3270.
[23]   Shi, Y., et al., Ethylene vinyl acetate/layered silicate nanocomposites prepared by a surfactant-free method: Enhanced flame retardant and mechanical properties. Polymer, 2009. 50(15): p. 3478-3487.
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 7، شماره 3
آذر 1399
صفحه 989-999
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار