23786

CHE.ENG2 329

كارشناسي ارشد

مهندسي پليمر- فراورش

فني و مهندسي

1403/03/29

81 ص.

اميرحسين نوارچيان

اميد معيني جزني

پلي‌پروپيلن منبسط شده , پلي‌پروپيلن , پلي‌اتيلن , استحكام مذاب , امتزاج‌پذيري

پلي‌پروپيلن منبسط شده (EPP) يك فوم سلول بسته‌ي گرمانرم است كه به دليل خواص مطلوب خود، مانند چگالي كم، مقاومت شيميايي مطلوب، و مقاومت مكانيكي و ضربه پذيري نسبتاً زياد، مورد توجه است. اين فوم به طور عمده در صنايع خودروسازي مورد استفاده قرار گرفته و در پشت سپر خودرو براي جذب ضربه بكار مي‌رود. اساسي‌ترين ويژگي لازم براي تبديل پلي‌پروپيلن به پلي‌پروپيلن منبسط شده، استحكام مذاب بالاست. اما، پلي‌پروپيلن به دليل ماهيت نيمه بلورين خود، استحكام مذاب پاييني دارد و در صورت فوم شدن، يك فوم با سلول‌هاي باز و با چگالي نامناسب به وجود مي‌آيد. يكي از راه‌هاي افزايش استحكام مذاب پلي‌پروپيلن، مخلوط كردن آن با پليمري است كه استحكام مذاب بالاتري دارد و داراي نقطه‌ي ذوب پايين‌تري است كه با كاهش دماي ذوب، گرانروي آلياژ حاصل تغيير مي‌كند و در نتيجه، استحكام مذاب افزايش پيدا مي‌كند. در اين پژوهش، جهت افزايش استحكام مذاب پلي‌پروپيلن، اين پليمر با پلي‌اتيلن با چگالي پايين (LDPE) و پلي‌اتيلن با چگالي بالا (HDPE) به صورت آلياژهاي دوتايي و سه‌تايي مخلوط شد. پلي‌پروپيلن و پلي‌اتيلن به دليل تفاوت‌ در ساختار مولكولي (بلورينگي) و دماي ذوب، امتزاج‌پذير نيستند. لذا، با استفاده از سازگاركننده‌ي اتيلن‌پروپيلن دي‌ان مونومر (EPDM) امتزاج‌پذيري اين دو پليمر در اكسترودر دوپيچه انجام شد. خواص رئولوژيكي نمونه‌ها با آزمون‌هاي MFI و RMS مورد بررسي قرار گرفت. شاخص جريان مذاب براي همه‌ي نمونه‌ها، بين 0.31 تا 0.63 گرم بر ده دقيقه، كمتر از پلي‌پروپيلن اصلاح نشده (1.29 g/10 min, 230°C) بود. از نتايج RMS مشخص شد كه براي همه‌ي‌ نمونه‌هاي آلياژي، گرانروي مختلط، مدول اتلاف و مدول ذخيره‌ بيشتر از مقدار مربوط به پلي‌پروپيلن خالص است و فاكتور اتلاف هم، براي آلياژها كمتر بود. بيش¬ترين گرانروي مختلط با مقدار 21700 پاسكال بر ثانيه، مربوط به نمونه‌ حاوي 30 درصد LDPE همراه با 5 درصد سازگاركننده (30LE) بود كه مدول اتلاف 2230 و مدول ذخيره 950 مگاپاسكال را هم از خود نشان داد. پلي‌پروپيلن و نمونه‌هاي آلياژي توليد شده، توسط آزمون DSC مورد آناليز حرارتي قرار گرفتند كه با توجه به نزديك‌تر شدن دماي انتقال شيشه‌اي آلياژها نسبت به نمونه¬هاي خالص، بهبود امتزاج‌پذيري در نمونه‌ها به اثبات رسيد. نمونه‌هاي پلي‌پروپيلن با استحكام مذاب بالا (HMSPP)، جهت فوم شدن، با شرايط فرايندي فشار 80 بار و دماي 160 درجه سلسيوس، با استفاده از عامل فوم‌زاي CO2 وارد اتوكلاو شدند و با نرخ افت فشار 30 بار در ثانيه، تخليه شدند. از همه‌ي نمونه‌هاي فوم شده، با استفاده از دستگاه FE-SEM تصوير برداري ميكروسكوپي انجام شد. پس از بررسي مورفولوژي فوم‌ها، مشخص شد در حالي¬كه پلي‌پروپيلن اصلاح نشده، قابليت مطلوبي براي تشكيل ساختار سلول بسته ندارد و ساختار آن پس از فوم شدن، دچار فروپاشي مي شود، افزودن پلي‌اتيلن و سازگاركننده بر همه‌ي نمونه‌ها نتيجه‌ي مثبت در پي داشت و بيش از 80% از سلول¬هاي تشكيل شده در نمونه هاي آلياژي به صورت بسته درآمد. نمونه‌ي 30LE (شامل 30% وزني LDPE و 5%سازگاركننده EPDM) منظم‌ترين ساختار و بيش‌ترين درصد سلول‌هاي بسته را با نسبت انبساط 2.83، چگالي فوم 0.318 گرم بر سانتي‌متر مكعب و چگالي سلولي Cells/cm3 1011× 1.5 نشان داد.

Expanded polypropylene , Polypropylene , Polyethylene , Melt strength , Miscibility

Study on the effect of addition of polyethylene to polypropylene on the melt strength of resulted blends for production of expanded polypropylene (EPP)

مهندسي شيمي

Expanded polypropylene (EPP) is a closed-cell thermoplastic foam valued for its desirable properties like low density, good chemical resistance, and relatively high mechanical strength and impact resistance. This foam is primarily used in the automotive industry, particularly in car bumpers for shock absorption. The key property needed to convert polypropylene (PP) into EPP is high melt strength. However, due to its semi-crystalline nature, linear PP has low melt strength and its foaming process results in a foam with open cells due to collapse of cell walls in the molten state. One way to enhance the melt strength of PP is by blending it with a polymer that has higher melt strength and a lower melting point. Reducing the melting temperature alters the viscosity of the resulting blend, leading to increased melt strength. This study aimed to increase the melt strength of PP by its blending with low-density polyethylene (LDPE) and high-density polyethylene (HDPE) in binary and ternary blends. PP and PE are generally immiscible due to differences in their molecular structure (crystallinity) and melting temperatures. Therefore, ethylene-propylene diene monomer (EPDM) compatibilizer was used to achieve miscibility in a twin-screw extruder. The rheological properties of the samples were investigated using melt flow index (MFI) and rheometeric mechanical spectrometer (RMS) tests. The MFI for all blended samples ranged from 0.31 to 0.63 g/10 min, much lower than that of pristinePP (1.29 g/10 min, 230°C). RMS results showed that for all blended samples, the complex viscosity (*), loss modulus (G”), and storage modulus (G’) were higher than those of unmodified PP, while the loss factor (tan) was lower for the alloys. The highest complex viscosity of 21700 Pa·s was observed for the sample containing 30% LDPE and 5% compatibilizer (30LE), which also exhibited a loss modulus of 2230 MPa and a storage modulus of 950 MPa. PP and the prepared blended samples were analyzed by differential scanning calorimetry (DSC). The closeness of the glass transition temperatures (Tg’s) of the blend components, was an indication of their miscibility in the samples. High melt strength polypropylene (HMSPP) samples were foamed under pressure of 80 bar and temperature of 160°C using CO2 foaming agent in a stainless steel autoclave at a discharged pressure drop rate of 30 bar/s. All foamed samples were subjected to microscopic imaging using FE-SEM. Morphological analysis of the foams revealed that while unmodified PP did not exhibit good closed-cell microstructure, the addition of LDPE and/or HDPE with 5% EPDM had a positive effect on all samples, resulting in over 80% of the cells being closed. The 30LE sample showed the most regular structure and the highest percentage of closed cells with an expansion ratio of 2.83, a foam density of 0.318 g/cm³, and a cell density of 1.5 × 1011 cells/cm³.

5