میکروتزریق- اکسترودر دومارپیچ در فرآوری نانوکامپوزیت های پلیمری ترموپلاستیک
محور پژوهش
ماشین‌آلات و تجهیزات پیشرفته
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی مکانیک
حوزه پژوهش
تجهیزات ساخت و تولید مواد و قطعات فلزی، سرامیکی، پلیمری و كامپوزیتی
عنوان
میکروتزریق- اکسترودر دومارپیچ در فرآوری نانوکامپوزیت های پلیمری ترموپلاستیک هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه: امروزه کمتر حوزه‌ای را در راستای اجرائی سازی سیاست‌های کشور نظیر سلامت و بهداشت، انرژی و ساختمان‌های هوشمند، دفاعی و سازه‌ای مشاهده می‌گردد که پلیمر و نقش نانو فناوری در آن نقش پررنگی در آن نداشته باشد. بااین‌حال هزینه ساخت، تجهیزات نمونه‌سازی و رسیدن به خواص نهایی موردنیاز، ازجمله مشکلات و چالش‌ها در این زمینه بین‌رشته‌ای می‌باشد که در کانون توجه مراکز دانشگاهی و تحقیق و توسعه قرارگرفته است. از سوی دیگر موارد مهمی از قبیل جهت‌گیری نانو ذرات پرکننده در فاز پلیمر زمینه، تشکیل لایه بین فازی، میزان پخش‌شدگی نانو ذرات، یکنواختی پخش‌شدگی در کل حجم فاز زمینه و میزان کریستالی شدن پلیمرهای نیمه کریستال و... موارد بسیار حائز اهمیت در خواص نهایی نانو کامپوزیت می‌باشند که می‌توانند توسط روش‌های ساخت نانو کامپوزیت‌ها کنترل شوند. با توجه به این موضوع امروزه روش‌های ساخت کم‌هزینه، بدون استفاده از مواد شیمیایی، در دسترس و نزدیک به روش‌های صنعتی، از نیاز‌های مهم در این شاخه می‌باشد. سیستم‌های میکرو اکسترودر- میکرو تزریق مهم‌ترین رکن تولید نانو کامپوزیت‌های پلیمری و آلیاژهای پلیمری هم ازنظر صنعتی و هم ازنظر پژوهشی می‌باشند. دستگاه میکرو تزریق به دلیل مصرف مواد بسیار کم، هزینه‌های پایین، سرعت‌بالای تولید و نزدیک بودن فرآیند به روش‌های صنعتی یک روش فوق‌سریع الهام گرفته از روش‌های رایج فرآوری پلیمر برای دستیابی به فرمولاسیون و دانش فنی آلیاژ‌های پلیمری، نانو- میکرو کامپوزیت و قطعات پلیمری از بعد روش ساخت، انتخاب مواد و خواص نهایی است. نمونه‌ها شامل نمونه‌های استاندارد با قالب‌های طراحی‌شده بر مبنای استاندارد‌های ASTM و یا قطعات صنعتی می‌باشد. قبل از طراحی و ساخت نخستین دستگاه بومی‌سازی شده میکرو اکسترودر- میکرو تزریق در کشورمان برای ساخت نمونه‌های استاندارد پلیمری و نانو کامپوزیت‌های پلیمری به روش اختلاط در حالت مذاب عمدتاً از ماشین‌های تزریق صنعتی و نیمه‌صنعتی که در ماکرو کامپوزیت سازی ازنظر توزیع ذرات و حجم مواد مصرفی مناسب نیست، استفاده می‌شد. چالش‌ها و مشکلات زیادی در ساخت نمونه‌های نانو کامپوزیت پلیمری با استفاده از دستگاه‌های تزریق صنعتی وجود دارد. به برخی از این چالش‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: زمان بالای تهیه نمونه‌ها مواد موردنیاز بسیار زیاد و گران‌قیمت دشوار بودن پراکندگی و توزیع نانو ذرات هزینه‌ی بالا در ساخت نمونه‌های نانو کامپوزیت عدم کنترل صحیح بر اعمال پارامترهای فرآیند قالب‌گیری تزریقی همگن ساختن قطعات نهایی سیستم‌های میکرو اکسترودر- میکرو تزریق مهم‌ترین رکن تولید نانو کامپوزیت‌های پلیمری هم ازنظر صنعتی و هم ازنظر پژوهشی می‌باشند و با توجه به شکل‌گیری کلینیک‌ها و هسته‌های مرتبط با زمینه‌های پلیمر و همچنین نیاز آزمایشگاه‌ها به تقویت قسمت فرآوری پلیمر در مجموعه تجهیزات آزمایشگاهی خود و همچنین هزینه و مشکلات زیاد واردات این دستگاه از شرکت‌های سازنده و نیازمندی زیاد به این دستگاه در کشور، تجهیز یک نمونه بهینه‌سازی شده باهدف اصلی ذخیره‌سازی ارزی در راستای اجرای اهداف اقتصاد مقاومتی به‌منظور تسریع ساخت نمونه‌های نانو کامپوزیت پلیمری ضروری است. دستگاه اکسترودر مهم ترین رکن اختلاط پلیمر‌های ترموپلاست در جهت ساخت آلیاژ های پلیمری و همچنین توزیع و دیسپارسیون نانو- میکرو پرکننده‌ها در فاز پلیمر زمینه در راستای ساخت نانوکامپوزیت های پلیمری به دلیل حذف مواد شمیایی خطرناک، قابلیت تبدیل‌شدن به مقیاس صنعتی و همچنین قابلیت کار بر روی طیف گسترده ای از پلیمر و نانو مواد است و خواص مطلوب و برتری را نسبت به سایر روش های مشابه دارد. روش ساخت نمونه‌ها، جزء جدایی‌ناپذیر تحقیقات کاربردی نانوکامپوزیت‌ها بوده و به‌خصوص در کشور ما نیازمند تحقیق و مطالعات بیشتر و جدی‌تر است. در کنار اهمیت عنوان‌شده یعنی اثر قابل‌توجه روش ساخت بر روی خواص نهایی و ساختاری نانوکامپوزیت‌ها، روش‌های ساختی مورد استقبال و کاربرد بیشتر هستند که علاوه بر رسیدن به خواص نهایی مطلوب، ویژگی هایی از قبیل کم‌خطر بودن، کاهش فرآیند های شیمیایی خطرناک و پیچیده و عدم نیاز به محلول‌های گران‌قیمت را به همراه داشته باشند. از سوی دیگر واردات چنین تجهیزاتی بدلیل ارتباط آن با فرآیندهای ساخت نانوکامپوزیت ها و همچنین با توجه به تحریم های اقتصادی کشور بسیار دشوار و پرهزینه است. همچنین با توجه به بالا بودن هزینه مواد اولیه ساخت نانو کامپوزیت های پلیمری و زمان بر بودن ساخت نمونه با دستگاه اکسترودر صنعتی به دلیل حجم بالای قیف و محفظه اختلاط، استفاده از دستگاه با حجم محفظه قیف کم ضروری است. به طور خلاصه، مزیت‌های ویژه دستگاه های اکسترودر دوپیچ میکرو قالب‌گیری تزریق شامل موارد ذیل است: تجهیز مراکز تحقیقات و آزمایشگاهی پلیمر به یکی از ابزارهای تکنولوژی بالا و حساس در زمینه نانو- میکرو کامپوزیت‌ها ساخت نمونه‌های کامپوزیتی بر اساس استانداردهای ASTM برای آزمایش‌های تست‌های الکتریکی، مکانیکی از قبیل ضربه، خمش، کشش، حرارتی از قبیل آزمایش‌های DMA و میکروسکوپ الکترونی روبشی تولید میکرو قطعات پلیمری و نانو کامپوزیتی با ابعاد دقیق مطالعات سریع نانو- میکرو کامپوزیت‌های ترموپلاست با دامنه وسیعی از پلیمرها، نانو و مایکرو مواد اعمال پارامترهای قالب‌گیری تزریق (دمای مذاب، دمای قالب، سرعت جریان تزریق، فشار نگه‌دارنده قالب تزریق و... ) در ساخت نمونه‌ها و بررسی اثرات آن‌ها بر خواص مکانیکی، الکتریکی و ... پراکندگی و توزیع مناسب نانو پرکننده‌ها در پلیمر زمینه امکان ساخت چند نمونه مختلف با استفاده از قالب‌های چند حفره‌ای سهولت کنترل فرآیند کاهش دورریز مواد حذف مواد شیمیایی خطرناک گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها دستگاه میکروتزریق در دانشکده مهندسی مکانیک طراحی ساخته شده است و خدمات وسیعی را در حوزه ساخت نمونه های نانوکامپوزیتی و یا پلیمری در حال ارائه است. دستگاه اکسترودر دوپیچ طراحی شده است و قطعات و تجهیزات مکانیکی و الکترونیکی متعدد آن طراحی و ساخته و یا خریداری شده است و در حال مونتاژ نهایی می باشد. تصاویر و محتوای گرافیکی مرتبط: میکروتزریق- اکسترودر دومارپیچ در فرآوری نانوکامپوزیت های پلیمری ترموپلاستیک