بررسی اثر عوامل فوم‌زای فیزیکی دی‌اکسیدکربن و نیتروژن بر روی خواص ساختاری فوم‌های پلیمری پلی‌اتیلن تولید شده به روش اکستروژن

فوم‌های پلیمری یکی از راهکارهای دستیابی به بهبود خواص پلیمر‌ها می‌باشند. محققان نشان داده‌اند که معمولاً با افزایش چگالی سلولی و کاهش چگالی فوم و اندازه سلولی می‌توان به خواص بهتری دست‌ یافت. شرایط فرایندی بر روی تغییر خواص موثر هستند که یکی از آن‌ها عامل فوم‌زا می‌باشد. بنابراین در تحقیق حاضر با حفظ شرایط موادی و فرایندی، از گرانول پلی‌اتیلن سنگین با چگالی بالا گرید 54404 به عنوان ماده فاز زمینه استفاده شده، به منظور آماده‌سازی نمونه‌ها، تولید نمونه‌ها در دو مرحله انجام می‌گیرد، در مرحله اول با عامل فوم‌زا دی‌اکسیدکربن و در مرحله دوم با عامل فوم‌زا نیتروژن، نمونه‌‌های مرحله اول و دوم تولید می‌گردد، تاثیر نوع عامل فوم‌زای فیزیکی، شامل گاز دی‌اکسیدکربن و نیتروژن بر ساختار فوم‌های پلیمری تولید شده به روش اکستروژن بررسی می‌شود. بررسی نتایج چگالی و تصاویر ساختاری نمونه‌ها نشان داد که در تولید نمونه با عامل فوم‌زای فیزیکی گاز دی‌اکسیدکربن، چگالی فوم 0.420 g/cm^3 و نسبت انبساط 2.17 برابری و چگالی سلولی   به‌دست آمد. در ادامه، بررسی نمونه تولید‌ شده با عامل فوم‌زای فیزیکی گاز نیتروژن نشان داد که چگالی فوم 0.628 g/cm^3 و نسبت انبساط 1.45 برابری و همچنین چگالی سلولی  حاصل شده است. در تولید نمونه با گاز دی‌اکسیدکربن به‌دلیل خاصیت حلالیت بالاتر گاز دی‌اکسیدکربن نسبت نیتروژن در ماتریس پلیمری، باعث تولید فوم‌ با چگالی فوم پایین و نسبت انبساط بیشتر گردیده، همچنین در تولید نمونه با گاز نیتروژن به‌دلیل خاصیت هسته‌زایی بالای نیتروژن نسبت به دی‌اکسیدکربن، منجر به تولید نمونه‌ای با چگالی سلولی بیشتر شده است.

investigating the effect of carbon dioxide and nitrogen physical foaming agents on the structural properties of extruded polyethylene polymeric foams

polymeric foams are one of the solutions to improve the properties of polymers. researchers have shown that by increasing cell density and decreasing foam density and cell size, better properties can be achieved. process conditions are effective in changing the properties, one of which is the foaming agent. therefore, in the present research, while maintaining the material and process conditions, high-density polyethylene granule grade 54404 was used as the background phase material. the production of the samples is done in two stages; with the carbon dioxide foaming agent and nitrogen foaming agent. the effect of the type of physical foaming agent on the structure of extruded polymeric foams is investigated. results showed that in the production of the sample with the physical foaming agent of carbon dioxide gas, the foam density was 0.420 g/cm3 and the expansion ratio was 2.17 times and the cell density was 2.78×104 cells/cm3. furthermore, the results of physical foaming agent of nitrogen gas showed that the foam density was 0.628 g/cm3 the expansion ratio was 1.45 times, as well as the cell density was 4.32×104 cells/cm3. in the sample production with carbon dioxide gas, the higher solubility property of carbon dioxide gas compared to nitrogen in the polymer matrix caused the production of foam with low foam density and higher expansion ratio. also, in the sample production with nitrogen gas, due to the high nucleation property of nitrogen compared to carbon dioxide, it led to the production of samples with increased cell density.