سالیان دراز سامانههای پایه باریم-کادمیم به دلیل قیمت بسیار مناسب در ترکیب با رنگ اولیه خوب و پایداری دراز مدت در دسترسبوده اند. اما در اروپا استفاده از این ترکیبات در صنعت پلیوینیلکلراید از سال ۲۰۰۱ به بعد به دلیل تهدیدهای جدی برای محیط زیست وبه دلیل سمی بودن و سرطانزایی مربوط به وجود کادمیم که در بدن تجمع می کند از رده خارج شده اند.
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
۲-۲-۴-۳-ترکیبات باریم-روی
اکنون به دلیل توسعه فرمول بندی بر مبنای افزایش مقدار باریم و اثر مهم کمک پایدارکنندههای آلی سامانههایی بر پایه باریم-روی، سهم عمده فروش را به عنوان پایدار کننده پلیوینیلکلراید نرم شده به خود اختصاص دادهاند.
۲-۲-۴-۴-ترکیبات کلسیم-روی
کلسیم-روی پایدارکنندهای کم اثر است، اما کارهای زیادی به منظور ساده کردن و افزایش کاربری پایدارکنندههای گرمایی انجام شدهاست. ترکیبهای پایدار کننده کلسیم-روی مشابه ترکیبهای موجود در پایدارکننده باریم-روی هستند، اما از نظر غلظت تفاوت دارند.
۲-۳-پیشینه پژوهش
Prachayawarakorn و Yaembunying در سال ۲۰۰۴ به بررسی اثر بازیافت پلی پروپیلن پر شده با ۴۰ درصد سبوس برنج، بر خواص کامپوزیت چوب-پلاستیک تولیدی در فرایند تزریق پرداختند[۶]. نتایج تست [۳۲]SEM نشان دهنده کاهش اندازه ذرات پرکننده استفاده شده با افزایش دفعات بازیافت بوده است. خواص کششی، خمشی، مدول یانگ و ضربه ای به همراه جذب آب کامپوزیت های بازیافت شده کاهش کمی از خود نشان دادند در حالی که تغییر طول تا نقطه شکست افزایش یافته بود.
نتایج تست SEM در مطالعات آن ها حاکی از وجود حفره هایی در فضای بین سطحی ذرات چوب قطبی و پلیمر غیر قطبی در مرحله قبل از بازیافت می باشد ولی با افزایش تعداد دفعات بازیافت تصاویر آنها نشان دهنده کاهش اندازه ذرات چوب که موجب بهبود نسبی سازگاری بین این دو جزء نیز گردیده است. آن ها کاهش خواص مکانیکی را مربوط به تکرار پروسه حرارتی و تخریب تدریجی جزء سبوس برنج دانستند و کاهش نتایج مکانیکی در محدوده ۵٫۶ تا ۲۵٫۵ را بیانگر قابلیت بالای پلی پروپیلن پر شده با سبوس برنج برای بازیافت دانستد.
Yeh و Gupta در سال ۲۰۰۸ با مطالعه بر روی پارامتر های فرایند به بررسی بهبود خواص کامپوزیت چوب- پلاستیک پرداختند[۲۸]. آنها بیان کردند که تغییرات در پارامتر های فرایند علی رغم این که موجب تغییردر استحکام خمشی و مدول الاستیسیته نمی شوند ولی بر روی میزان جذب آب تأثیر می گذارند.
آنها بیان کردند میزان رطوبت تعادلی در حضور و عدم حضور عامل جفت کننده برای هر دو نوع ماردون همسوگرد و غیر همسو گرد تفاوت چندانی نمی کند. دلیل این امر به این خاطر بیان شده است که چوب یک ماده متخلخل بوده و اکثر گروه های هیدروکسیلی در داخل تخلخل ها قرار می گیرند. عامل جفت کننده فقط با گروه های هیدرو کسیلی سطحی واکنش داده در حالی که مولکول های آب در دراز مدت توان دستیابی به گروه های هیدروکسیلی داخل حفره ها را دارند و در نتیجه میزان رطوبت تعادلی کاهش پیدا نکرده و یکسان خواهد بود.
مطالعات آنها حاکی از این بود که در حضور عامل جفت کننده ثابت، کمترین میزان جذب آب در حالت سرعت ماردون بالا و نوع ماردون همسوگرد دیده می شود و بیان کرده اند که ذرات ریز چوب تمایل به جذب آب کمتری از خود نشان می دهند.
نجفی در سال ۲۰۰۹ به برسی اثر تخریب ترمودینامیکی پلی پروپیلن بر خواص مکانیکی کامپوزیت چوب – پلاستیک تولید شده از آن پردخت[۲۹]. او پلی پروپیلن تهیه شده را برای یک (R1PP) و دو بار (R2PP) تحت فرایند اکستروژن دو ماردونه غیر همسو گرد قرار داد. نتایج حاکی از افزایش مدول الاستیسیته و استحکام خمشی، سختی، [۳۳] MFIو کاهش مقاومت به ضربه پس از هر بار تحت فرایند گیری مجدد بود.او دلیل افزایش مدول الاستیسیته و سختی را افزایش پیوند جانبی به خاطر شکسته شدن زنجیره های طویل به زنجیره های کوتاهتر دانست.
از جمله کارهای دیگر میتوان به کار آقای مینگ-جر تسای در سال ۲۰۰۹ اشاره نمود که هدفش بررسی اثر مواد کامپوزیت بر روی مشخصات مکانیکی قطعاتی بوده که با روش قالبگیری تزریق تولید شده اند [۳۰]. در مقاله دیگری که در سال ۲۰۰۹ توسط آقای احمد کوآبا به چاپ رسیده اثر مشخصات الیاف برروی مشخصات فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت های چوب – پلاستیک بررسی شده است[۳۱]. همچنین در سال ۲۰۰۹ آقای احسان سوری و همکارانش طراحی، بهینه سازی و ساخت پالت های کامپوزیتی چوب – پلاستیکی تحت بررسی و تحلیل قرار دادهاند[۳۲].
در سال ۲۰۱۱ دکا و ماجی در زمینه مشخصات نانوکامپوزیتهای پلیاتیلن چگالی بالا، پلیپروپیلن و پیویسی با چوب مطالعاتی انجام دادند [۳۳]. در همان سال آقایان مهات و کامارودین در زمینه بهینه سازی خواص مکانیکی محصولات پلاستیکی بازیافتی با روش بهینه سازی پارامترهای فرایند با بهره گرفتن از روش تاگوچی مطالعاتی انجام دادند. نتایج این تحقیق حاکی از این است که استفاده از ۲۵% پلیاتیلنی بازیافتی و ۷۵% پلیاتیلن استفاده نشده بهترین حالت اختلاط میباشد که کاهش ۳٫۴% مقاومت کششی را در پی دارد[۳۴].
همچنین در سال ۲۰۱۲ آقایان آراد و آراوینتان مطالعاتی در زمینه روش های بهینهسازی مورد استفاده در طراحی کامپوزیتها انجام دادند[۳۵]. در همان سال آقایان لوکاس و لانگ در مورد خواص مکانیکی کامپوزیتهای پلیپروپیلن با الیاف طبیعی و چوب تحقیقاتی انجام دادند[۳۶].
در ادامه تحقیقات بسوی قالبگیری تزریقی لاستیک با کامپوزیت ها از جمله کامپوزیت چوب – پلاستیک توسعه یافته که در این زمینه مطالعات بسیار محدود می باشد، به طوری که در تحقیقات و جستجوهای انجام شده تنها موردی که مشابه با این پژوهش است مقاله آقای جیانگ فنگ می باشد که هدف آن سختی سازی کامپوزیت چوب – پلی پروپیلن ( PP ) با الاستومر پلی اتیلن اکتان ( POE ) است[۳۷].
نتایج حاصل از این تحقیق حاکی از این است که انرژی ضربه شکافدار و بدون شکاف و همچنین ازدیاد طول در نقطه شکست همگی با افزایش مقدار الاستومر پلیاتیلناکتان افزایش مییابند. همچنین انرژی ضربه شکافدار با اضافه نمودن ۳۰% پلیاتیلناکتان و با بهره گرفتن از روش اکستروژن دو مرحله ای به میزان ۶۱% افزایش یافته است. این بدان معنی است که حضور الاستومر پلیاتیلناکتان در این کامپوزیت چوب-پلاستیک باعث جلوگیری از رشد ترک می شود.
در زمینه این کامپوزیتها تحقیقات زیر در آزمایشگاه تکنولوژی پلاستیک دانشگاه تربیت مدرس صورت گرفته اس :
بررسی پارامترهای فرایند قالبگیری تزریقی کامپوزیت پلیپروپیلن و الیاف چوب، زهدی، سال۸۲ [۳۸]
تولید قطعات تزریقی از کامپوزیت چوب پلاستیک با درصد بالای چوب، جعفریان، سال ۸۵ [۳۹] و [۴۰]
اندازه گیری PVT کامپوزیتهای چوب-پلاستیک، صادقیان، سال ۸۵ [۴۱]
طراحی، بهینهسازی و ساخت پالتهای از جنس کامپوزیت چوب- پلاستیک، سوری، سال ۸۶ [۴۲] و [۴۳]
تاثیر پارامترهای رئولوژی در بالانس قالب های اکستروژن، ذولفقاری، سال۸۷ [۴۴]
بررسی اثر فشار بر استحکام مکانیکی کامپوزیت چوب پلاستیک، شکوری، سال۸۷ [۴۵]
۲-۴-هدف از این پژوهش
در این پژوهش به بررسی بهینهسازی قالبگیری تزریقی کامپوزیتهای چوب-پلاستیک با لاستیک جهت استفاده در قطعات داخلی کنتورهای گاز خانگی به روش تاگوچی پرداخته شده است. جهت دستیابی به قطعات پلاستیکی تقویت شده با الیاف بایستی تلاش کنیم تا از مزایای موادپلاستیکی ترموپلاستیکی و ترموستی بطور همزمان استفاده کنیم. یکی از ترکیبات پلاستیکی که در جهان صنعتی – پلاستیکی امروز بسیار پرکاربرد است ترکیب چوب – پلاستیک می باشد. در این پژوهش تلاش خواهد شد از روش بهینه سازی تابع هدف طراحی آزمایش تاگوچی برای یافتن شرایط بهینه فرایند قالبگیری تزریقی کامپوزیتهای چوب – پلاستیک و لاستیک بهره گرفته شود تا اثرات اضافه شدن لاستیک و سایر پارامترهای موثر در فرایند ترکیب را بررسی نماییم. با توجه به اینکه در این پژوهش، هدف شناسایی پارامترهایی است که بر روی کیفیت موثر است، لذا از روش بهینه سازی طراحی آزمایشات (DOE) استفاده خواهد شد. با توجه به کارهای انجام شده قبلی که در بخش پپشینه پژوهش به آنها اشاره شد و با توجه به نیاز روزافزون بازارهای جهانی به استفاده از مواد کامپوزیتی، تصمیم بر آن شد که در زمینه قالبگیری تزریقی این کامپوزیت تحقیقاتی صورت پذیرد.
هدف از انجام این پژوهش را میتوان به موارد زیر خلاصه نمود :
بهینه سازی پارامترهای تولید کامپوزیت چوب – پلاستیک با لاستیک
بررسی اثرات ترکیب نمودن لاستیک با کامپوزیت چوب – پلاستیک
فصل ۳
مواد استفاده شده، تجهیزات و روشهای آزمایش
۳-۱- مواد استفاده شده
۳-۱-۱-ذرات چوب
ذرات چوب پس از تهیه، طی مراحل متوالی الک شدند تا از یکنواختی و یکسان بودن اندازه ذرات این ماده اولیه در تمامی آزمایشات اطمینان حاصل گردد. ذرات چوب پس از مرحله الک شدن در محدوده تقریبی مش ۲۵۰ میکرون قرار گرفتند. پس از این مرحله، ذرات چوب در محیط خشک کن تحت دمای ۸۰ درجه سانتی گراد به مدت ۲۴ ساعت قرار گرفتند تا از خشک بودن آن ها اطمینان حاصل گردد. چرا که رطوبت مواد اولیه تأثیری به شدت منفی بر کیفیت محصول دارد و موجب بروز عیوبی چون ترک و تخلخل در محصول خواهد گردید. البته لازم به ذکر است که اندازه ذرات چوب بر خواص کامپوزیت بسیار تاثیرگذار میباشد. اما از آنجائیکه هدف از این پژوهش بررسی عوامل دیگری است که قبلا به آنها اشاره شد، اندازه ذرات چوب، نوع آن و همچنین درصد استفاده شده در کامپوزیت ثابت درنظر گرفته شد.
۳-۱-۲-گرانول پلیمر
مواد پلیمری مورد استفاده در انجام آزمایشات گرانول پلیوینیلکلراید-آکریلونیتیریلبوتادیان با درصدهای لاستیک ۰، ۵ و ۱۵ درصد نسبت به پلیوینیلکلراید می باشد.گرانولهای مورد استفاده نیز به دلایل احتمالی وجود رطوبت و برای جلوگیری از اثرگذاری منفی آن، به مدت ۸ ساعت در محیط خشککن با دمای ۱۰۰درجه سانتی گراد قرار گرفتند تا از خشک بودن آنها نیز اطمینان حاصل شود. لازم به ذکر است که پلیوینیلکلراید استفاده شده برای تولید هرسه گرانول فوق یکسان میباشد. بدین معنی که هم پلیمر پایه ( پلیوینیلکلراید ) و همچنین پلیمر اضافه شده ( لاستیک آکریلونیتریل بوتادیان ) در هرسه نوع گرانول یکی بوده و فقط درصد آنها متغیر میباشد. مشخصات فیزیکی- مکانیکی این گرانولها طبق اطلاعات تولید کننده مطابق جدول ۳-۱ است.
فرضیات در نظرگرفته در این کار :
ترکیب لاستیک با کامپوزیت چوب – پلاستیک بصورت هموژن و یکسان است.
از لحاظ فرآیندی قالبگیری تزریق کامپوزیت چوب – پلاستیک با لاستیک امکان پذیر است.
از لحاظ تئوریکی بهینهسازی پارامترهای ترکیب فوق امکان پذیر است.
برای ساخت نمونه های آزمایش از گرانول پلی وینیل کلراید نرم – لاستیک نیتریل بوتادین به ترتیب بادرصد های وزنی ۹۵%-۵% ،پودر چوب گردو با اندازه ذرات تقریبی ۲۵۰میکرون و پایدارکننده حرارتی RP-2050 مخصوص کامپوزیت های چوب-پلی وینیل کلراید جهت حذف شکست زنجیره های مولکولی در اثر حرارت دهی در طول فرآیندهای اکستروژن و تزریق استفاده شده است. اندازه ذرات چوب بر خواص کامپوزیت بسیار تاثیرگذار میباشد. اما از آنجائیکه هدف از این پژوهش بررسی عوامل دیگری است اندازه ذرات چوب، نوع آن و همچنین درصد استفاده شده در کامپوزیت ثابت درنظر گرفته شد. در آزمایشات از یک دستگاه اکسترودر دوماردونه غیرهمسوگرد جهت ساخت گرانول کامپوزیتی در مرحله تزریق استفاده شده است.
گرانولهای مورد استفاده نیز به دلایل احتمالی وجود رطوبت و برای جلوگیری از اثرگذاری منفی آن، به مدت ۸ ساعت در محیط خشککن با دمای ۱۰۰درجه سانتی گراد قرار گرفتند تا از خشک بودن آنها نیز اطمینان حاصل شود. .از طرفی هم گرانول های خروجی مرحله اکستروژن دوباره به مدت ۸ساعت در خشک کن با دمای ۸۰درجه سانتیگراد نگهداری شدند. درمرحله بعدی از دستگاه تزریق ۷۰تن تک ماردونه با قالب صفحه ای با ابعاد ۱۰۵×۱۰۵×۳ میلیمتر و دریچه تزریق ازنوع فن گیت استفاده شد لازم به ذکر است که پلیوینیلکلراید استفاده شده برای تولید هرسه گرانول فوق یکسان میباشد. بدین معنی که هم پلیمر پایه ( پلیوینیلکلراید ) و همچنین پلیمر اضافه شده ( لاستیک آکریلونیتریل بوتادیان ) در هرسه نوع گرانول یکی بوده و فقط درصد آنها متغیر میباشد. مشخصات فیزیکی- مکانیکی این گرانولها طبق اطلاعات تولید کننده مطابق جدول ۳-۱ است.
جدول ۳-۱ مشخصات فیزیکی – مکانیکی گرانولهای پلیمری مورد استفاده
نوع گرانول | پارامتر | مقدار | استاندارد |