کامپوزیت های میکرولیفی بر پایه ترموپلاستیکهای پلی اولفینی
محور پژوهش
مواد پیشرفته و محصولات مبتنی بر فناوری‌های شیمیایی
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی شیمی
حوزه پژوهش
مواد پیشرفته (پلیمرها و کامپوزیت‌ها)
عنوان
کامپوزیت های میکرولیفی بر پایه ترموپلاستیکهای پلی اولفینی
هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه
: امروزه حضور پلاستیک ها در زندگی روزمره ضروری به نظر می رسد ولی این مواد منشاء بزرگ آلودگی های زیست محیطی نیز به شمار می روند. جهت کاهش آلودگی حاصل از ضایعات پلاستیکی، مواد پلاستیکی قابل بازیافت بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. نسل جدیدی از مواد پلاستیکی قابل بازیافت، کامپوزیت های میکرولیفی هستند. این نسل جدید از کامپوزیت ها به دلیل خواص مکانیکی عالی، دانسیته پایین و صرفه اقتصادی جایگزین مناسبی برای دیگر کامپوزیت های حاوی الیاف در بسیاری از کاربردهای صنعتی از جمله صنعت خودرو، ساختمان، الکترونیک، بیوپزشکی، بهداشتی و صنعت بسته بندی به شمار می روند. در فرآیند تولید کامپوزیت های میکرولیفی و نانولیفی با آلیاژ نمودن دو جزء پلیمری امتزاج ناپذیر، جزء تقویت کننده که معمولا یک ترموپلاستیک مهندسی(مثل پلی استرها، پلی آمیدها و پلی کربناتها) می باشد در جزء ماتریس که معمولا یک پلی اولفین (مثل پلی اتیلن یا پلی پروپیلن) می باشد به شکل المان هایی کروی یا بیضوی ظاهر می شود که با عملیات مکانیکی و حرارتی مناسب حین فرآیند تولید، جزء پراکنده به شکل الیاف درمی آید. در صورتی که الیاف شکل گرفته قطری در محدوده 10 تا 100 میکرون داشته باشند، کامپوزیت حاصل "کامپوزیت میکرولیفی" نامیده شده و اگر قطر الیاف به کمتر از 100 نانومتر کاهش یابد به کامپوزیت شکل گرفته "کامپوزیت نانولیفی" گویند. از آنجا که الیاف میکرونی و نانومتری تقویت کننده در این آلیاژ دوجزئی حین فرآیند شکل گرفته اند، برخی از محققان این کامپوزیت ها را کامپوزیت های میکرولیفی/نانولیفی درجا می نامند. این مسئله قابل توجه است که اصول کامپوزیت های میکرولیفی بیانگر اختلاط مستقیم پلیمرها با الیاف نیست؛ بجای آن، الیاف ترموپلاستیک مهندسی درون ماتریس پلی اولفینی بصورت درجا شکل می گیرند. در واقع این اصول، شرایطی برای تغییر مورفولوژی جزء پراکنده آلیاژ از حالت کروی به مورفولوژی لیفی را فراهم می کند و شاهکارِ تغییر و تثبیت مورفولوژی در آلیاژهای پلیمری می باشد. با استفاده از این روشِ نوین تولید کامپوزیت، دو مشکل اصلیِ مطرح در صنعت در رابطه با تهیه کامپوزیت های پلیمریِ معمول (دستیابی به پخش مناسب المان های تقویت کننده و ممانعت از کلوخه شدن آنها حین فرآیند) برطرف می شود. بطور خلاصه مزیت های تولید کامپوزیت های میکرو/نانولیفی در ذیل آورده شده است: سهولت توزیع میکروالیاف و نانوالیاف پلیمری در کامپوزیت به صورت درجا در مقایسه با روشهای معمول کامپوزیت های تقویت شده با الیاف ویسکوزیته فرآیندی پایین و قابل تطبیق با روش های فرآیندی اکستروژن، قالب گیری تزریقی و دیگر فرآیندهای شکل دهی مصرف انرژی پایین و بازده تولید بالا فرسودگی پایین ماشین شکل دهی افزایش چشمگیر برخی از خواص مکانیکی کامپوزیت با بکارگیری مقدار اندکی تقویت کننده (کمتر از 20 درصد وزنی) گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها: تعیین شرایطِ فرآیندی بهینه برای تولید کامپوزیت های میکرولیفی/نانولیفی زمینه را برای تولید صنعتی این نسل جدید از کامپوزیت ها فراهم می آورد. این کامپوزیت ها بدلیل عدم وجود مشکلات موجود جهت پراکندگی الیاف و چسبندگی مناسب میان الیاف و ماتریس جایگزین مناسبی برای کامپوزیت های معمول حاوی الیاف در بسیاری از کاربردهای صنعتی هستند. بعلاوه تولید کامپوزیت های میکرولیفی، روشی عالی برای تهیه محصولات دارای ارزش افزوده از پلاستیک های ضایعاتی است و به حفظ محیط زیست کمک بسزایی می کند. در سال های اخیر، برنامه ای تحقیقاتی در گروه پلیمر دانشکده مهندسی شیمیِ دانشگاه صنعتی اصفهان جهت بررسی ابعادِ مختلف اصول تهیه کامپوزیت های میکرولیفی، حصول دانش فنی و فراهم کردن زمینه تجاری سازی و استفاده از این نسل جدید از کامپوزیت های بی نظیرِ قابل بازیافت در صنایع مختلف تدوین شده است. در فاز اول این برنامه ی تحقیقاتی که در سال 94 انجام گرفت، اثر نانوذرات بر روی مورفولوژی و خواص کامپوزیت میکرولیفی بر پایه دو پلیمر پر کاربرد پلی پروپیلن و پلی اتیلن ترفتالات مورد بررسی قرار گرفت. هدف از فاز دوم این برنامه تحقیقاتی که در سال 96 به نتیجه رسید، بررسی ارتباط مورفولوژی - ریولوژی کامپوزیت های میکرولیفی برپایه پلی اتیلن و ترموپلاستیک مهندسی پلی آمید تعریف شده بود. با توجه به پژوهش های پیشینِ انجام گرفته در حوزه کامپوزیت های میکرولیفی، فاز سوم و پیشِ رو با هدف بررسی دقیق و بنیادین شکل گیری مورفولوژیِ لیفی جهت برطرف کردن خلاء های مشاهده شده در فرآیند صنعتی سازی تعریف گردیده است. برای نِیل به این مهم، تهیه کامپوزیت میکرولیفی هم بصورت آزمایشگاهی (با استفاده از دستگاه اکسترودر و سایر تجهیزات موجود در آزمایشگاه تحقیقاتی پلیمر) و هم بصورت تئوری (با بهره گیری از مدلسازی داده های تجربی) مورد تحقیق و بررسی قرار خواهد گرفت. تصاویر و محتوای گرافیکی مرتبط:


شکل3- شماتیکِ تشکیل الیاف در کامپوزیت میکرولیفی





شکل 1-کاربرد کامپوزیت های پلیمری در بدنه داخلی و خارجی خودرو





شکل 2-کاربرد پلی اتیلن ترفتالات در سلول های خورشیدی