چگونگي بهينه‌سازي خواص ‌اسفنج‌هاي ميكروسلولي

نگرشي نو بر چگونگي بهينه‌سازي خواص ‌اسفنج‌هاي ميكروسلولي
برگردان: مهندس کاوه ساریخانی با رشد محبوبيت اسفنج ميكروسلولي گرمانرم ( همانند نوع Mucell محصول Tyexel I nc نياز به درك درست بهينه‌سازي خواص از طريق ساختار اسفنجي مناسب بيش‌تر احساس مي‌شود تحقيقات قبلي ارتباط بين فرآيند و ساختار سلولي را روشن ساخته بودند. مشكل حل نشده ارتباط ساختار سلولي با خواص مكانيكي اسفنج است. جواب‌هاي داده شده به اين مشكلات حل نشده در نهايت بايد يك توليد‌كننده را به اتصال بين فرآيند و كاربرد نهايي مطلوب قادر سازد. دست‌يافتن به اين نتيجه‌گيري هدف تيم تحقيقاتي از مهندسان فارغ التحصيل در پژوهشگاه فرآيند پلاستيك (IKV) در آخن المان است. Laura Florez يكي از اعضاي آن تيم، آخرين نتايج را در نشست بهارانه SPE ANTEC در ميلواكي ارايه كرده است. با اين حال كار اسفنج‌هاي ميكروسلولي در IKV در حال پيشرفت و انجام است. نتايج بدست آمده تا به حال رهنمودهايي بر چگونگي بهبود اجزا اسفنجي به توليدكنندگان پيشنهاد داده است. همان‌طور كه Florez ‌در ميلواكي گزارش كرد، مسئله كليدي كنترل ريخت‌شناسي سلول يعني اندازه سلول و توزيع اندازه سلول است. او در اين باره ادامه مي دهد كه با مصرف يكسان از مواد يك كاهش در قطر ميانگين سلول مي‌تواند استحكام كششي را بدون اثر قابل توجه در مدول كشسان، تا 35 درصد افزايش دهد.
كنترل ساختار سلول تيم IKV اثرات چگالي اسفنج، توزيع اندازه سلول بر خواص كششي، پيچشي و ضربه را بررسي كرده در آزمايشگاه IKV لوحه‌هاي پلي‌كربنات را درابعاد mm 3*100*200 قالب‌گيري تزريقي مي‌كنند. قبل از قالب‌گيري، دانه‌هاي PC توسط گاز نيتروژن با استفاده از اتوكلاو پرشده با نيتروژن خالص در فشار 1015 psi پیش بارگیری شده و به مدت 14 ساعت در دمای اتاق نگهداری می‌شوند و در خط تولید واقعی اسفنج میکروسلولي، گاز معمولا به سیلندر ماشین تزریق می‌شود، با این حال در IKV برای اعمال فشار قیف با استفاده از نیتروژن، یک فرآیند جدید ایجاد شده است. چگالي كم‌تر اسفنج خواص کششی را کاهش می‌دهد اما اثر کمتری برخواص انعطاف‌پذيري دارد. چکش‌خواری نيز به طور محسوسي افزایش می‌یابد. آزمایش‌های قالب‌گیری با یک قالب دارای درونه‌ي متحرک انجام گرفته است تا یک محفظه قابل انبساط بعد از تزریق اولیه را ایجاد کند. ابتدا قالب با درونه‌ی جلو رونده در مراحل مختلف پر می‌شود. بعد از یک مرحله نگهداري فشار برای ایجاد پوسته‌ا‌ی منجمد، درونه جمع می‌شود تا حجم محفظه بيفزايد (به اندازه حداکثر mm3 ضخامتش) و در مرکز قطعه‌ی مذاب اجازه اسفنج شدن را بدهد. محققان 3 متغیر را تغیر داده‌اند. طول جابجایی درونه، سرعت جابجایی درونه و زمان نگهداشتن قبل از جابجایی درونه، یک متغیر با ثابت نگه داشتن بقیه تغییر داده می‌شد. با تغییر فاصله درونه برای مقادیر مختلف انبساط مرکز مذاب قطعه، چگالي‌های مختلف درونه اسفنج شده قطعه را خواهیم داشت (چندین قالب ساز برای استفاده از یک محفظه‌ی قالب قابل انبساط با فرآیند Mucell کار می‌کنند). با تغییر زمان نگهداری قبل از انبساط اسفنج، ضخامت پوسته جامد شکل گرفته در قطعه را مي‌توان تغییر داد. با تغییر سرعت حرکت درونه قالب، توزیع اندازه سلول در اسفنج نهایی تغییر کرد. بعد از قالب‌گیری، نمونه برای مشاهده در زیر میکروسکوپ برش و جلا داده شده‌اند. طولانی کردن زمان فشار نگه‌دارنده با سلول‌های اسفنج ظریف‌تر، پوسته‌های ضخیم‌تر می‌انجامد که استحکام کششی، چقرمگی ضربه‌ای را بالا می‌برد اما اثر قابل مشاهده‌ی کمتری در خواص انعطاف‌پذيري دارد.
اثر چگالي کاهش چگالي در این آزمایش‌ها از 10 تا 25 درصد متغیر بوده است. برای قعطعات با ضخامت پوسته‌ی یکسان و چگالي درونه‌ی مختلف، چگالي کمتر منجر به سلول‌های کوچک و بزرگ می‌شود این مسئله با استحکام کششی و مدول کمتر مرتبط است. با این حال ارتباط با خواص خمشی دارای آشکاری کمتری بود یک نتیجه جالب افزایش طول کششی بالا و چقرمگی ضربه‌ای‌ چندمحوره در چگالي‌های کمتر است. هم نیروی مورد نیاز برای شکستن قطعات و هم انرژی جذب شده با افزایش تشکیل سلول، افزایش یافتند که این حالت حتی در سطوح بسیار کمی از کاهش چگالي رخ داده است.
اثر ضخامت پوسته زمان نگهداری طولانی‌تر سلول‌های ظریف و یکنواخت‌تر با درصدی کاهش چگالي یکسان در درونه قطعه ایجاد می‌کند. با این حال متغیر هدف یعنی ضخامت پوسته فقط مقدار کمی تاثیرپذیرفت. سلول‌های ریزتر با استحکام کششی بالاتر مرتبط هستند، اما متغیر آشکاری در مدول کششی مشاهده نشد خواص انعطاف‌پذيري روند آشکاری را نشان نمی‌دهند. اما افزایش طول کششی و جذب انرژی ضربه به طور چشم‌گیری در بالاترین زمان نگهداری افزایش یافت که به نسبت سلول‌های بسیار ظریف با پوسته ضخیم‌تری را تولیدکرد.
اثر اندازه سلول با نگهداشتن ضخامت معمول پوسته و کاهش چگالي درونه یکسان و فقط تغییر سرعت انبساط محفظه سلول‌های ظریف‌تر در سرعت‌های انبساط سریع‌تری را می‌توان تولیدکرد هنگامی‌که مدول کششی بدون تغییر باقی ماند، استحکام کششی با ساختار سلولی ظریف تر تا 50 درصد افزایش یافت. اثرات روی خواص انعطاف‌پذيري کمتر بوده و روند آن نیز زیاد آشکار نیست. اما این جذب انرژی ضربه‌ای با استفاده از ساختار سلولی ظریف‌ترتقریبا سه برابر افزایش یافته است. سلول‌های اسفنج ظریف‌تر ایجاد شده با استفاده از انبساط محفظه‌ی سریع‌تر استحکام کششی بالاتر و چقرمگی ضربه‌ای بیشتری را ایجاد می‌کنند. اما تغییر کلی کمتر را در خواص انعطاف‌پذيري ایجاد می‌کند. تحقیق در حال انجام Florez یادآور شد که این آزمایش‌ها ضخامت پوسته را فقط 8 درصد تغییر دادند. برای بدست آوردن تغییرات ضخامتی بیشتر، تیم IKV در حال حاضر درحال ترکیب کاهش دمای قالب باز و زمان نگهدای طولانی‌تر است. این حالت به نظر می‌رسد که اندازه سلول را تغییر نمی‌دهد مطابق مطالعات قبلی نتایج اخیر با استفاده از این تکنیک استحکام کششی و مدول بالاتر با افزایش ضخامت بیشتری را نشان می‌دهند. Florez این‌گونه نتیجه‌گیری کرد که نه فقط چگالي اسفنج، بلکه ريخت‌شناسي سلول نیز خواص قطعه را تغییر می‌دهد. با این حال، اثر ريخت‌شناسي نیز به نوع بار روی قطعه یعنی کششی، انعطاف‌پذيري و ضربه‌ای بستگی دارد. برای مثال کاهش چگالي خواص کششی را کاهش می‌دهد اما اگر مهم‌ترين نيروي وارده به قطعه ضربه‌ای باشد، ديگر آنقدر حياتي نيست. به علاوه Florez و همکاران ذکر کردند که همه‌ی پارامترهای ريخت‌شناختي را نمی‌توان هم‌زمان بهینه کرد. ضروری است که ارتباط هرکدام از این شرایط بارگذاری را مشخص کرد. محققان IKV تصمیم دارند تا ارتباط هم‌زمان متغیرهای چندگانه برای تعین وزن‌های نسبی این متغیرها در خواص قطعات و ريخت‌شناسي سلول را بدست آورند. آنها اینگونه اظهار کردند که در این راه متغیرهای با اثرات بیشتر می‌توانند تعیین شده و برای بهبود خواص مکانیکی بهینه شوند.