پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: امروزه در تولید الیاف مصنوعی برای ایجاد کاربردها و خواص متنوع، از شکل سطح مقطع‌های عرضی مختلف رشته‌ساز استفاده می‌شود. در این پژوهش تأثیر شکل سطح مقطع عرضی نخ چندرشته­ای بر خواص فیزیکی و موجی نخ ذوب­ریسی و تکسچره شده به روش تاب‌مجازی اصطکاکی با شکل سطح ‌مقطع عرضی دایروی و مستطیلی بررسی شده است.
روش تحقیق: نخ‌های چندرشته‌ای نیمه‌آرایش‌یافته (POY)(Partially Oriented Yarns) توسط دستگاه ذوب‌ریسی صنعتی و نخ‌های کشیده-تکسچره شده(Drawn Textured Yarns) (DTY) به‌روش تاب‌مجازی اصطکاکی توسط دستگاه تکسچرایزینگ صنعتی در شرایط یکسان تولید شدند. برای نخ‌های POY با دو سطح ‌مقطع عرضی دایروی و مستطیلی، شکل مقطع عرضی نخ‌ها، چگالی ‌خطی، جمع‌شدگی حرارتی، میزان بلورینگی و خواص کششی (استحکام، ازدیاد طول تا پارگی و مدول) مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای نخ‌های DTY علاوه بر آزمون‌های مذکور، خواص موجی (جمع‌شدگی موج، مدول موج و پایداری موج)، مقدار جهندگی نخ‌ها و نسبت تنش بعد از تاب‌دهند‌ه به تنش قبل از تاب‌دهند‌ه‌ی اصطکاکی (T2/T1) نیز بررسی شد. به‌علاوه، برای آگاهی از شرایط ساختاری الیاف آزمون پراش پرتو‌ی ایکس برای نمونه‌های DTY انجام شد.
نتایج اصلی: طبق نتایج مشخص شد اختلاف خواص کششی و جمع‌شدگی گرمایی نخ‌های POY برای هر دو سطح مقطع، با وجود معناداری آماری، کم است. درصورتی‌که این اختلاف برای هر دو سطح ‌مقطع دایروی و مستطیلی در نخ‌های DTY بیشتر است. در مقایسه‌ی مقدار جهندگی نخ‌های DTY، نخ با سطح مقطع عرضی مستطیلی مقدار جهندگی بیشتری نسبت به سطح مقطع دایروی نشان داد. به‌علاوه، خواص موجی نخ DTY با سطح مقطع دایروی به‌صورت مشهودی بهتر از سطح ‌مقطع مستطیلی بود که می‌توان علت آن را میزان بلورینگی کمتر نخ DTY با سطح‌ مقطع دایروی نسبت به مستطیلی دانست.

چکیده موضوع تحقیق: سطوح پلی‌اتیلن را اغلب به دلایل مختلفی همانند پاکسازی و حکاکی سطح[1]، تغییر عملکرد سطح و رسوب سطحی اصلاح می‌کنند. یکی از سطوحی که در کاربردهای ظروف بادی می‌بایست اصلاح شود تا چسبندگی مناسب برچسب‌ها به آن محقق شود، سطوح بطری‌های شوینده‌های بهداشتی است که مورد هدف این پژوهش است. در این مقاله از دستگاه پلاسمای جرقه لغزان در فشار اتمسفر با گاز هوا برای اصلاح سطح ورقه‌های پلی‌اتیلن به منظور ایجاد تغییر در ساختار آن‌ها استفاده شده‌است.
روش‌ تحقیق: به منظور بررسی تغییرات ایجاد شده در شیمی و فیزیک سطح پلی‌اتیلن بعد از اصلاح پلاسمایی از آزمون های مختلفی مانند­­­­­­­­­­­ آزمون‌هایAFM ­، SEM وXPS استفاده شده‌است. همچنین آزمون طیف‌سنجی گسیل نوری(OES) برای شناسایی عناصر پلاسما استفاده شده‌است.
نتایج اصلی: زاویه تماس[2] بین قطره آب و سطح پلی‌اتیلن بعد از‌ 40 ثانیه‌ اصلاح به96/46‌ درجه رسیده‌است، در حالی که این زاویه تماس قبل از اصلاح پلاسمایی 53/66 درجه بوده‌است. کاهش در اندازه زاویه تماس قطره آب و سطح نمونه، بیانگر آبدوست شدن سطح پلی‌اتیلن بعد از اصلاح پلاسمایی است. با استفاده از روش ‌Owens-Wendt-Rabel Kaelble انرژی سطحی پلی‌اتیلن قبل و بعد از اصلاح پلاسمایی محاسبه شده‌است. انرژی سطحی پلی‌اتیلن از‌mj.m^-2 20/42 در نمونه کنترل به mj.m^-2 32/60 در نمونه اصلاح شده افزایش پیدا کرده‌است. افزایش در زبری سطح نمونه اصلاح شده با پلاسمای جرقه لغزان توسط آزمون AFM تأیید شد. زبری سطح پلی‌اتیلن در نمونه کنترل nm18/47 بوده درحالی که، زبری در نمونه اصلاح شده به nm 86/59 افزایش یافته‌است. آزمون XPS حضور گروه‌های‌عاملی اکسیژن‌دار و نیتروژن‌دار را روی سطح نمونه اصلاح شده تأیید کرد. همچنین این آزمون تشکیل پیوندهای C−C=O و C−O−C را در سطح پلی‌اتیلن اصلاح شده، نشان داد. [1] Cleaning and etching [2] Contact angle

چکیده فرضیه: به دلیل توسعه کاربرد لاستیک­ها در صنایع مختلف ، خصوصیات و طول عمر مفید مواد لاستیکی دارای اهمیت ویژه­ای در مراحل طراحی بوده و منجر به اطمینان از کارایی و ضمانت اجزاء لاستیکی خواهد بود. در این مطالعه، ویژگی­ها و طول عمر مفید قطعات لاستیکی EPDM مورد استفاده به عنوان آب­بند یا درزگیر در لوله های تقویت شده با الیاف شیشه، GRP مورد بررسی قرار گرفت و اثر افزودن نانوذره سیلیکا و جفت­کننده سیلانی Si₆₉بر روی این ویژگی ها مطالعه شد.
روش: در این کار، آزمون­ها تحت شرایط پیرشدگی تسریع یافته انجام گرفت بطوریکه نمونه ها در محدوده دمایی 25-90 درجه سانتیگراد به مدت 60 روز تحت شرایط پیرشدگی قرار گرفتند. سپس تخمین طول عمر نمونه ها با استفاده از اصل انطباق زمان- دما و همچنین با استفاده از مدل ویلیامز لندل فری (WLF) ، بر روی داده­های آزمون­های کشش و مانایی فشار صورت گرفت. آزمون کشش تحت استاندارد ISO 12244 و آزمون مانایی فشار بر اساس استاندارد ISO 815 بر روی نمونه های لاستیکی انجام شد. اثر پیرشدگی بر روی نمونه­های با و بدون نانوذره سیلیکا توسطFTIR بررسی گردید. همچنین از آزمون­های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) برای مشاهده نحوه پخش ذرات نانوسیلیکا در نمونه های لاستیک EPDM استفاده شد.
یافته ها: بر اساس نتایج به دست آمده، طول عمر مفید به ترتیب برای نمونه های لاستیکی با و بدون و نانوذره سیلیکا و عامل جفت­کننده Si69 در دمای اتاق حدود 63 و 35 سال برآورد شد. مشاهده شد که وجود نانوذرات سیلیکای اصلاح شده خواص مکانیکی و حرارتی EPDM را بهبود می بخشد و همچنین باعث افزایش طول عمر مفید این الاستومر می شود.

چکیده موضـوع تحقیـق: پلی‌پروپیلن یک پلیمر گرمانرم می‌باشد که در یک بازه گسترده از کاربردها شامل فیلم و ورق، قالب‌گیری‌دمشی، قالب‌گیری تزریقی، بسته‌بندی غذایی، نساجی، تجهیزات آزمایشگاهی و پزشکی، لوله، کاربردهای صنعتی و ساختمانی و ساخت اجزاء خودرو مورد استفاده قرار دارد. در کاربردهای این پلیمر، بهبود خواص سطحی PP آن همواره مد نظر بوده است. یکی از روش‌های معمول بهبود خواص سطحی پلاسما است. پلاسما به لحاظ شیمیایی محیطی به شدت فعال است که در آن یون‌ها و رادیکال های زیادی وجود دارند. در این تحقیق برای افزایش خصلت آبگریزی پلی‌پروپیلن (PP) از پلاسمای تخلیه تابان فشار اتمسفری استفاده گردیده و تغییرات سطحی و عمقی PP مورد بررسی قرار گرفته است.
روش تحقیق: با تابش پلاسمای تخلیه تابان به سطح پلیمر PP با زمانه‌ای متفاوت تغییرات عمقی و سطحی بررسی شد. آزمون‌های FTIRو XRD برای بررسی تغییرات حجمی و FESEM برای بررسی تغییرات سطحی انجام شد. آبگریزی PPبا آزمون زاویه تماس (CA) بررسی شد و از طیف سنجی طول عمر پوزیترون (PALS) برای بررسی تغییرات عمقی کم استفاده شد.
نتایج تحقیق: نتایج نشان می‌دهد که پلاسمای سرد اعمال شده تغییرات حجمی در PP ایجاد نکرده، ولی باعث تغییرات سطحی و زبر شدگی آن شده است. زاویه تماس در این پلیمر از 1/0 ±1/30 به1/0 ± 4/34 افزایش پیدا کرده و آب گریزی سطح بیشتر شده است. بررسی تغییرات حفره‌ها با آزمون PALS نشان می‌دهد بعد از تابش پلاسما حجم حفره‌ها از ų217 به ų222 افزایش پیدا کرده و تعداد آنها کمتر شده‌است. این امر به علت گرمای ناشی از پلاسما و انرژی ذرات آن است.

چکیده موضوع تحقیق: در سال‌های اخیر مطالعات زیادی برای بهبود خواص چسبندگی چسب‌های فشار‌حساس (PSAهای) پلی‌یورتانی و اکریلیکی صورت گرفته است. به طور کلی، PSAهای پلی‌یورتانی از استحکام برشی بالاتر و PSAهای اکریلیکی از نوچی بالاتری برخوردارند. موضوع این پژوهش، امکان‌سنجی بهره‌برداری از خواص هر دوی این چسب‌ها از طریق روش ساده آمیخته‌سازی و ارزیابی دو خاصیت مذکور بود.
روش تحقیق: ابتدا کوپلیمر اکریلیکی (Ac) متشکل از 82 درصد حجمی بوتیل اکریلات و 18 درصد حجمی متیل متاکریلات به روش محلولی سنتز شد. از سوی دیگر، پلی‌یورتان گرمانرم (TPU) حاوی 5/17 درصد وزنی بخش سخت به روش توده تهیه شد. آمیخته‌سازی این دو پلیمر از طریق اختلاط محلول آن‌ها انجام شد. محلول پلیمرهای خالص و آمیخته‌های آن‌ها در ترکیب‌درصدهای متفاوت بر ‌لایه پلی‌اتیلن‌ترفتالات ریخته‌گری و در دمای محیط خشک شد. برای شناسایی پلیمرهای TPU و Ac از آزمون‌های طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل‌ فوریه، کروماتوگرافی ژل‌تراوایی و گرماسنجی‌ پویشی تفاضلی استفاده شد. نوچی حلقوی، استحکام برشی استاتیک، رفتار دینامیکی‌ مکانیکی، زاویه تماس قطره ایستا، ریخت‌شناسی (Morphology) و کدری PSAها مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج اصلی: نوچی PSA اکریلیکی از پلی‌یورتانی بالاتر بود. نوچی PSAهای آمیخته‌ای حاوی 20، 40 و 60 درصد وزنی TPU بالاتر از نوچی اجزای خالص و در آمیخته حاوی 40 درصد وزنی TPU بیشینه بود. این آمیخته نسبت به سایر آمیخته‌ها کمترین زاویه تماس آب و نسبت به پلیمرهای خالص کمترین زمان آسودگی را نشان داد که نتیجه آن تر‌شوندگی (Wetting) بهتر زیرآیند و نوچی بالاتر بود. استحکام‌ برشی PSA‌ها با افزایش مقدار TPU به بالاتر از 40 درصد وزنی در آمیخته‌ها نسبت به PSA اکریلیکی افزایش یافت؛ به طوری که TPU خالص با بالاترین مدول در بسامدهای مختلف و در نتیجه قرارگیری در منطقه PSA با استحکام برشی بالا در پنجره گرانروکشسانی چانگ، از بیشترین استحکام چسبندگی برخوردار بود. امتزاج‌ناپذیری آمیخته‌ها با آزمون کدری‌سنجی و محاسبه پارامتر حلالیت هنسن تأیید شد.

چکیده چکیده
موضوع تحقیق: استفاده از مخازن پلی اتلینی چند لایه از جمله اقداماتی است که در سال­های اخیر برای مقابله با مشکل خشکسالی و کمبود منابع آبی به میزان بسیار زیادی مورد توجه قرار گرفته است. شرایط تولید صحیح تا حدود زیادی باعث استحکام بالای این مخازن و کاربری بیشتر آنها خواهد شد.
روش تحقیق: در این پژوهش به بررسی تأثیر فرایند سرد کردن بر خواص نهایی نمونه­های مخازن پلی­اتیلنی تهیه شده به روش قالبگیری دورانی پرداخته شده است. سه روش متفاوت سرد کردن با آب، سرد کردن با هوا و سرد کردن ساکن انتخاب شد و خواص مکانیکی و حرارتی آنها بررسی شد.
نتایج اصلی: نتایج آزمون کشش نشان می­دهد هرچه مخزن با سرعت بالاتری سرد شود، میزان کشیدگی در نقطه پارگی بالاتری خواهد داشت. همچنین این آزمون نشان داد که روش سردکردن با هوا میزان کشیدگی در نقطه پارگی پایین­تری نسبت به دو روش دیگر دارد. در بخش نتایج خواص حرارتی مشخص شد که سرعت بالاتر سرد کردن باعث ایجاد بلورهای ضخیمتر در قطعه می­گردد که انرژی بالاتری برای غلبه بر این بلورهای ضخیم مورد نیاز است. با توجه به نتایج خواص حرارتی و با استفاده از آزمون دمای نرم­شدگی مشخص گردید که هرچه سرعت سرد کردن بالاتر باشد، دمای نرم­شدگی بالاتری خواهیم داشت که کاربری مخزن در شرایط دمایی بالا را بهتر خواهد کرد. همچنین آزمون­های نرخ جریان مذاب و دانسیته به منظور تأیید نتایج خواص مکانیکی و حرارتی انجام شدند. آزمون ضربه چارپی در دمای محیط برای تأیید رفتار مکانیکی حاصل از ساختار بلوری انجام شد. نتایج حاکی از آن است که بهترین روش برای سرد کردن، روش سرد کردن بوسیله آب است.

چکیده مذاب­های پلیمری رفتار آسودگی از تنش مرتبط با ساختار مولکولی پلیمرها را، در پاسخ به تغییر شکل اعمال شده نشان می­دهند. هدف از این تحقیق، بررسی و مطالعه­ی رفتار رئولوژیکی پلیمرهای شاخه­دار و اثر شاخه در جریان ویسکوالاستیک خطی و غیرخطی برای استفاده در کاربردهای مختلف صنعتی است. برای این منظور از آزمون­های رئولوژیکی نظیر روبش بسامد و کشش برای دو پلی­اتیلن سبک (LDPE) با شاخه­های بلند استفاده شده است. از این آزمون­ها مدول­های ذخیره و اتلاف، گرانروی پیچیده و گرانروی کششی بدست می­آید. همچنین در این راستا می­توان از مدل­های مولکولی در نواحی ویسکوالاستیک غیرخطی استفاده کرد. آزمون­های ویسکوالاستیک خطی تا حدودی حضور شاخه در LDPE را می­توانند نشان دهند، در حالی که آزمون­های ویسکوالاستیک غیرخطی برای نمونه شاخه­دار رفتار سخت­شوندگی در برابر کرنش نشان می­دهند. یکی از مدل­های کارآمد برای پلیمرهای شاخه­دار مدل پام-پام چند حالته (Multimode Pom-Pom, MPP) است که از آن در پیش­بینی پدیده­ی سخت­شوندگی در برابر کرنش در جریان­های کششی می­توان استفاده کرد. در این تحقیق با استفاده از این مدل متوسط تعداد شاخه­های جانبی نیز محاسبه شده است.

چکیده ضرورت افزایش محصولات کشاورزی به تناسب رشد جمعیت و مدیریت بحران کم‌آبی نیازمند ابتکاراتی است تا همزمان با حفظ محیط­زیست، بتواند با به­کارگیری روش‌های ذخیره رطوبت خاک بر کمیّت و کیفیت محصولات تولیدی بیفزاید. در این مطالعه، اثر درصدهای مختلف نشاستۀ گرمانرم به­همراه سازگارکننده مالئیک­انیدرید و همچنین نانوذره خاک رس (15A) بر مقادیر محتوای ژلی و خواص مکانیکی خاکپوش‌های کشاورزی بر پایۀ پلی­لاکتیک­اسید و مخلوط پلی­اتیلن سبک و پلی­اتیلن خطی سبک مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از درصدهای 0، 10، 20 و 30 نشاستۀ گرمانرم در مخلوط 80/20 پلی­اتیلن سبک و پلی­اتیلن خطی سبک و همچنین پلی­لاکتیک­اسید استفاده شد. در طرح آزمایشی انجام شده پارامترهای مستقل، شامل درصد نشاستۀ گرمانرم، نوع پلیمر پایه و پیرشدگی و پارامترهای وابسته نیز میزان محتوای ژلی، استحکام کششی، درصد ازدیاد طول در هنگام شکست و مدول کشسانی در نظر گرفته شد. محتوای ژلی در آمیزه­های حاوی پلی­اتیلن با افزودن نشاستۀ گرمانرم، افزایش و همچنین در آمیزه­های حاوی پلی­لاکتیک­اسید به­تدریج کاهش یافت. بازه تغییرات محتوای ژلی برای نمونه­های آزمایشی قبل و بعد از آزمون پیرشدگی به­ترتیب: بین 10 الی 21 و 2 الی 5 درصد به‌دست آمد. استحکام کششی و ازدیاد طول تا شکست با افزودن نشاستۀ گرمانرم، برای هر دو مجموعه ترکیبات قبل از آزمون پیرشدگی کاهش یافت. اما این روند کاهنده در اختلاط 20 درصدی نشاستۀ گرمانرم، کمتر بود. مقادیر استحکام کششی و ازدیاد طول تا شکست به­ترتیب بین 12 الی 19 مگاپاسکال و 50 الی 350 درصد متغیر بود. این مقادیر برای نمونه­ها بعد از آزمون پیرشدگی به­ترتیب بین 7 الی 11 مگاپاسکال و صفر تا 5 درصد تغییر کرد.

چکیده تخلخل وب‌های الکتروریسی شده، پارامتر بسیار مهمی در بسیاری از زمینه‌های کاربردی نانوالیاف می‌باشد. به همین منظور در این تحقیق ابتدا اثر پارامترهای تاثیر گذار، غلظت محلول پلیمری و نرخ تغذیه، بر قطر نانوالیاف پلی وینیل الکل که به عنوان جزء حل شونده در وب هیبریدی نهایی در نظر گرفته شده بود، مورد مطالعه قرار گرفت. در ادامه وب هیبریدی پلی آمید 6/ پلی وینیل الکل به روش الکتروریسی همزمان دو سویه تهیه شد، سپس مورفولوژی، قطر نانوالیاف و اندازه متوسط حفرات سطحی قبل و پس از حذف پلی وینیل الکل، با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی با یکدیگر مقایسه شدند. جهت اندازه‌گیری تخلخل وب‌های الکتروریسی شده، از سه رابطه‌ی ارائه شده در مراجع که بر اساس روش‌های اندازه‌گیری ساده و کاربردی بنا شده‌اند، استفاده شد. در پایان پس از انتخاب بهترین روش اندازه گیری تخلخل نانوالیاف، نشان داده شد که با حذف یکی از اجزای وب هیبریدی میزان تخلخل وب الکتروریسی شده 10 تا 15%کاهش پیدا کرده و به حدود 70% می‌رسد. اندازه‌ی حفرات وب‌ها نیز پس از حذف یک جزء، به میزان 30 تا 58 درصد نسبت به نمونه هیبریدی کاهش یافت.