به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
فهرست مطالب نویسنده:

محمدحسین نویدفامیلی

  • امیر فدائی، محمدحسین نوید فامیلی*، مهدی سلامی حسینی

    فرضیه :

     یکی از چالش های موجود در صنایع تولید اسفنج، دستیابی به خواص مکانیکی و عایق گرمایی مطلوب مورد نیاز آن صنعت است که به طور مستقیم با چگالی سلول و اندازه و توزیع اندازه حباب ها ارتباط دارد. از این رو، پیش بینی توزیع اندازه حباب ها در هر سامانه تولید اسفنج به خواص نهایی اسفنج مدنظر کمک شایانی می کند. هسته گذاری، رشد، به هم پیوستگی و تثبیت نهایی حباب ها، مراحل اثرگذار در خواص نهایی اسفنج است که باید در پیش بینی توزیع اندازه حباب ها و مرحله آزمایشگاهی به آن توجه شود.

    روش ها

    در این پژوهش، ابتدا برای پیش بینی هسته گذاری سلول از مدل اصلاح شده کلاسیک هسته گذاری و سپس از مدل تعادل جمعیتی برای پیش بینی توزیع اندازه حباب ها در یک سامانه ناپیوسته تولید اسفنج پلی استیرن استفاده شد. مدل سازی این فرایند تک بعدی بوده و تغییرات قطر حباب به عنوان متغیر مشخصه سامانه در معادله ها وارد شده است. مرحله تولید اسفنج در دماهای 70، 90 و  110درجه سلسیوس، فشار 20MPa و مرحله تثبیت در زمان های 0.1 و 1sو حالت بدون تثبیت انجام شد. برای محاسبه متوسط اندازه و توزیع اندازه سلول از تصاویر SEM و نرم افزارهای Axiovision.v4.82.SP2 و SPSS 26 استفاده و با نتایج مدل سازی مقایسه شد.

    یافته ها

    با استفاده از نمودار توزیع اندازه حباب های به دست آمده از مدل سازی، میانگین اندازه حباب ها در زمان تثبیت 1s در دمای اشباع   70 درجه سلسیوس، 4.3μm بود. با افزایش دما از 70 به 90، میانگین اندازه حباب به 36.7μm افزایش یافت که به دلیل افزایش سرعت نفوذ مولکول های گاز به داخل حباب است. با افزایش مقدار گاز در پلی استیرن، حجم آزاد افزایش و دمای گذار شیشه ای کاهش یافت. در دمای 110 میانگین اندازه سلول های حباب به 78.1μm افزایش یافت و از آنجا که این دما بیش از دمای گذار شیشه ای پلی استیرن بوده، افرون بر سرعت زیاد نفوذ گاز به داخل سلول حباب، فرایند رشد متوقف نشده و نفوذ و به هم پیوستگی بین حباب ها ادامه داشته است. در نهایت، پیش بینی های مدل با داده های تجربی مقایسه شد که تطابق قابل قبولی را نشان داد.

    کلید واژگان: مدل تعادل جمعیتی, اسفنج, دی اکسید کربن فوق بحرانی, پلی استایرن, توزیع اندازه حباب
    Amir Fadaei, MohamadHosein Navid Famili *, Mahdi Salami Hosseini

    Hypothesis: 

    One of the existing challenges in the foam production industry is to achieve the desired mechanical and thermal insulation properties required, which are directly related to cellular density, size, and distribution of bubbles. Therefore, predicting the bubble size distribution in each foam production system significantly contributes to the final properties of the desired foam. Nucleation, growth, coalescence of bubbles, and their final stabilization are influential stages in the ultimate properties of the foam that should be considered in predicting the bubble size distribution and laboratory testing phase.

    Methods

    Initially, a modified classical nucleation model was used for predicting cell nucleation, and then a population balance model was employed to predict the size distribution of bubbles in a batch system for the production of polystyrene foam. The modeling of this process was one-dimensional, and changes in bubble diameter were included as the characteristic variable of the system's equations. The foam production stage was carried out at temperatures of 70°C, 90°C, and 110°C, under a pressure of 20 MPa, and the consolidation stage was performed within 0.1 s and 1 s and without consolidation. To calculate the average cell size and size distribution, SEM images and software tools such as Axiovision.v4.82.SP2 and SPSS 26 were used, and the results were compared with the modeling outcomes.

    Finding

    Using the bubble size distribution obtained from modeling, the average bubble size at a saturation temperature of 70°C and a consolidation time of 1 s was 4.3 µm. With an increase in temperature from 70°C to 90°C, the average bubble size increased to 36.7 µm due to the higher rate of gas diffusion into the bubbles. With an increase in the amount of gas in polystyrene, the free volume increased, and glass transition temperature decreased. At 110°C, the average size of bubble cells increased to 78.1 µm. Since this temperature was higher than the glass transition temperature of polystyrene, in addition to the high gas diffusion rate into the bubble cells, the growth process did not stop, and gas diffusion and coalescence between the bubbles continued. Finally, the model predictions were compared with experiments under various conditions and demonstrated acceptable agreement.

    Keywords: Population Balance Model, foam, supercritical carbon dioxide, Polystyrene, Bubble Size Distribution
  • ابراهیم خلج، محمدحسین نویدفامیلی*، فائزه قدرت پور
    فرضیه
    شکل شناسی آمیخته های پلیمری، اثر شایان توجهی بر خواص نهایی آمیخته دارد. تلاش های بسیاری برای شبیه سازی تغییرات شکل شناسی با استفاده از چند مدل ریاضی و شبیه سازی های عددی انجام شده است. در این مطالعه، اختلاط سیالات غیرنیوتنی، با استفاده از مدل رئولوژی قانون توانی، در اکسترودر دوپیچی به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. برای شبیه سازی از روش نشانگر و سلول اصلاح شده استفاده شد. در اصلاح روش نشانگر و سلول برای شبیه سازی جریان سیالات پلیمری از قانون توانی برای تعمیم معادلات سرعت به سیالات غیرنیوتنی و از تنش بین سطحی و نسبت گرانروی ها برای واردکردن اثر پارامتر امتزاج پذیری استفاده شد.
    روش ها
    در این روش، معادلات اندازه حرکت حل و سپس با استفاده از روش حجم محدود گسسته سازی شد. معادلات جبری خطی هم زمان برای تمام نقاط شبکه حل شد و ضرایب مربوط به هر نقطه شبکه به دست آمد. سپس با واردکردن پارامترهای رئولوژی و تنش بین سطحی مربوط به جفت پلیمرهای مدنظر، مقادیر سرعت در سه بعد برای هر حجم کنترل، با استفاده از مدل رئولوژی توانی، به دست آمد و با درنظرگرفتن بازه های زمانی مناسب و مکان اولیه دو فاز، حرکت ذرات دو فاز ردیابی شد. از ضرایب زیرآسایش در برنامه رایانه ای برای سرعت ها در سه بعد و همگرایی سریع تر استفاده شد. هندسه پیچ ها در اکسترودر دوپیچی با استفاده از فرض فضای موهومی ایجاد شد.
    یافته ها
    اختلاط دو فاز با طراحی و ساخت اکسترودر دوپیچی با دیواره شیشه ای و تصویربرداری از مراحل اختلاط به صورت دیداری بررسی شد. تصاویر تجربی با نتایج شبیه سازی مقایسه شدند. بین نتایج شبیه سازی عددی و تصاویر تجربی مطابقت بسیار خوبی در سیالات امتزاج پذیر و امتزاج ناپذیر دیده شد. بررسی سطح جدایی در تصاویر نظری و تجربی نیز این انطباق را تایید کرد. بنابراین روش نشانگر و سلول اصلاح شده ابزار خوبی برای شبیه سازی اختلاط آمیخته های پلیمری است.
    کلید واژگان: آمیخته پلیمری, شبیه سازی عددی, سیال غیرنیوتنی, اکسترودر دوپیچی, بررسی دیداری
    Ebrahim Khalaj, Mohammad Hossein Navid Famili *, Faezeh Ghodratpour
    Hypothesis
    The morphological attributes of polymer blends have a significant influence on the final properties of the blend. Many attempts have been made to simulate morphological changes of a blend in various equipments, using several mathematical models and numerical simulations. In this study, mixing of non-Newtonian fluids was simulated using a power-law rheological model in a typical twin screw extruder in three dimensions. Modified marker and cell (MAC) method was used for simulation. In modified MAC, for simulation of polymeric fluids flow, power law rheological model was used to generalize velocity equations to non-Newtonian fluids. Interfacial tension and viscosity ratios were used to introduce the effect of miscibility parameter.
    Methods
    In this method, momentum equations were solved and discredited using finite volume method. The linear algebraic equations were solved using three diagonal matrix and the coefficients of network’s points were obtained. Then, velocity values were obtained for any control volume in three dimensions by introducing typical rheological and interfacial tension parameters for a pair of polymers. The under relaxation factors (URFs) were used for velocities in three dimensions and pressure for faster convergence. Then, new spatial peculiarities of particles of two phases were traced by taking appropriate time intervals. The geometry of screws in twin screw extruder was achieved using hypothesis of imaginary domain of screws tips.
    Findings
    A twin screw extruder with glass barrel was designed and constructed for intuitive investigation of mixing development. Mixing of polymer pairs of different miscibility was performed in equal time intervals. The experimental pictures were compared with the simulation results. A very good agreement was observed between the results of numerical simulation and experimental images in both miscible and immiscible fluids. The determined separation areas for theoretical and experimental images also confirmed the accuracy of the simulation. Therefore, modified marker and cell (MAC) method could be used to simulate the mixing of polymer blends in twin screw extruder, as the most common blending equipment.
    Keywords: polymer blend, numerical simulation, non-Newtonian fluid, twin screw extruder, visual evaluation
  • عاطفه گلبانگ، محمدحسین نوید فامیلی*، مظفر مختاری موتمنی شیروان
    ارزیابی پراکنش نانوذرات در نانوکامپوزیت ها مسئله چالش برانگیزی است. ارزیابی پراکنش نانوذرات، تنها به کمک خواص رئولوژی و مکانیکی امکان پذیر نیست. زیرا، تنش اعمال شده موجب گسسته شدن کلوخه ها و تغییر در ریزساختار می شود. روش های میکروسکوپی نیز فقط قابلیت ارزیابی بخش بسیار کوچکی از نمونه را دارند. بنابراین، تعمیم نتایج آن به کل نمونه معقول نیست. اما، از آنجا که خواص الکتریکی از نوع غیرتخریبی است، امکان بررسی دقیق تر ریزساختار و نحوه تجمع ذرات از این راه وجود دارد. از این رو در پژوهش حاضر، ریزساختارهای مختلفی از نانوکامپوزیت های پلی استیرن-روی اکسید با تغییر در شرایط اختلاط و برهم کنش بین اجزا ایجاد شده و سپس مقدار پراکنش یا درجه تجمع نانوذرات با اندازه گیری خواص رئولوژی و الکتریکی بررسی شده است. نتایج نشان داد، به طور کلی افزودن ذرات روی اکسید به ماتریس پلیمری باعث افزایش مدول ذخیره، رسانایی الکتریکی و ضریب دی الکتریک می شود. بهبود حالت پراکنش نانوذرات در کسر حجمی ثابت از ذرات روی اکسید موجب افزایش مدول ذخیره شد که می توان آن را به افزایش کسر حجمی لایه میانی در اثر افزایش برهم کنش ذره-پلیمر مرتبط دانست. از طرفی، بهبود حالت پراکنش در کسر حجمی ثابت از نانوذرات روی اکسید موجب کاهش رسانندگی الکتریکی و ضریب دی الکتریک شد که دلیل آن به ترتیب کاهش تماس و برهم کنش بین ذرات است. طبق نتایج حاصل از بررسی خواص الکتریکی و رئولوژی و نیز تصاویر میکروسکوپی الکترونی پویشی، مشخص شد، اعمال اختلاط پراکنشی و اصلاح سطحی ذرات موجب بهبود بیشتر پراکنش ذرات می شود. بنابراین، امکان ارزیابی دقیق تر پراکنش نانوذرات با بررسی خواص رئولوژی و الکتریکی نانوکامپوزیت ها وجود دارد.
    کلید واژگان: نانوکامپوزیت, پراکنش, خواص الکتریکی, خواص رئولوژی, ZnO-PS
    Atefeh Golbang, Mohammad Hoessein Navid Famili *, Mozaffar Mokhtari Motameni Shirvan
    Hypothesis: The dispersion state of nanoparticles cannot be evaluated accurately by rheological and mechanical testes because their agglomerates break down under applied stress leading to changes in their microstructure. Additionally, the contribution of interparticle interactions to macroscopic properties such as rheological and mechanical properties is still unclear. This is mainly due to the combined effects of interparticle interactions and the particle-polymer interactions. Microscopic measurements which can only provide information on a very small section of a sample are not reliable for this purpose. However, electrical tests as nondestructive methods can be used to assess the microstructure and cluster formation in nanocomposite structures. In addition, it is possible to detect separately the effect of filler-filler interactions using dielectric properties and with a proper choice of materials.
    Methods
    In this study, ZnO/polystyrene (PS) nanocomposites were prepared through conventional mixing, dispersive mixing and surface particle treatment to control the particle dispersion states. The dispersion state of nanoparticles has been analyzed using their optical, electrical and rheological properties.
    Findings: The results showed that storage modulus increased with increasing filler dispersion, which could be attributed to the increase in interfacial layer and the higher modulus of nanocomposite relative to that of the bulk polymer matrix. The SEM images showed that the dispersive mixing and surface treatment of ZnO nanoparticles with oleic acid improved the dispersion of ZnO particles inside the PS matrix. On the other hand, increase in dispersion decreases the electrical conductivity and dielectric constant due to greater interparticle distance and reduction of dipole-dipole interactions, respectively. Hence, it is possible to detect the particle dispersion state by rheological and electrical properties.
    Keywords: nanocomposite, dispersion, electrical properties, rheological properties, ZnO-PS
  • مظفر مختاری موتمنی شیروان، محمدحسین نوید فامیلی*
    در دو روش رایج برای تولید اسفنج های بسپاری، از عامل های اسفنج ساز شیمیایی و فیزیکی استفاده می شود. عامل اسفنج ساز فیزیکی در فشار و دمای بالاتر از شرایط بحرانی آن، تا حدی در بسپار حل شده و در اثر ایجاد افت فشار سریع یا افزایش دما در مخلوط، طی سه مرحله هسته گذاری، رشد و به هم پیوستگی، ساختار اسفنج شکل می گیرد. در مرحله هسته گذاری، در اثر ایجاد فراسیر شدگی، ناپایداری ترمودینامیکی در مخلوط ایجاد شده که موجب تمایل مولکول های حلال برای انتقال فازی از حالت فوق بحرانی به حالت گاز در جهت کاهش ناپایداری می شود. با غلبه بر سدی از انرژی، انرژی آزاد سامانه کاهش یافته و هسته های پایداری از مولکول های گاز در حجم های آزاد بین زنجیرهای بسپارشکل می گیرند. با نفوذ مولکول های گاز به درون هسته ها، رشد و به هم پیوستگی آن ها رخ می دهد که سرانجام رشد متوقف شده و ساختار اسفنج تثبیت می شود. با افزایش بازده مرحله هسته گذاری، تعداد هسته های پایدار بیش تری ایجاد شده و میزان رشد و به هم پیوستگی آنها نیز کاهش می یابد. بنابراین پیش بینی میزان سته گذاری عاملی مهم در کنترل ساختار اسفنج های گرمانرم بوده و بررسی مرحله هسته گذاری به کمک نظریه های هسته گذاری انجام پذیر است. نظریه کلاسیک هسته گذاری روش اصلی و اولیه بررسی پدیده هسته گذاری در اسفنج های گرمانرم بوده که به دلیل ناهمخوانی مناسب نتیجه های آن با نتیجه های آزمایشگاهی، اصلاحاتی بر روی آن آنجام شده است. همچنین نظریه های رقیب دیگری همچون نظریه های عاملیت چگالی و میدان خودسازگار نیز به وجود آمده اند. هدف اصلی این مقاله مروری، بررسی جامع نظریه کلاسیک هسته گذاری و اصلاحات آن و بررسی اجمالی دیگر نظریه ها در اسفنج های گرمانرم است.
    کلید واژگان: اسفنج های گرمانرم, هسته گذاری, نظریه کلاسیک هسته گذاری, انتقال فازی درجه اول, چگالی سلولی
    Mozaffar Mokhtari, Mohammad Hossein Navid Famili *
    Both physical and chemical foaming agents can be used in the two common methods for the production of polymeric foams. The physical foaming agent is dissolved in the polymer at a pressure and temperature beyond its critical condition. The foam structure is formed by a sudden pressure drop in the mixture in three steps; nucleation, growth, and coalescence. In the nucleation step, thermodynamic instability is formed in the mixture. This induces a tendency in the solvent molecules for a phase transition from a supersaturated state to a gas state in the direction of instability reduction. By overcoming the energy barrier, the free energy of the system is reduced and gas stable nuclei are formed in the free volumes of the polymer chains. Growth and coalescence of the nucleic take place with the diffusion of the gas molecules inside them. The growth step is finally stopped and the foam structure is established. With the increase in the nucleation efficiency, the growth rate is reduced. Therefore, prediction of nucleation rate is an important factor for controlling the thermoplastic foam structures. Investigation of the nucleation step has been doable with the aid of nucleation theories. The classical nucleation theory is a prominent method for the investigation of nucleation phenomena in thermoplastic foams, but due to the existing of a divergence between its theoretical values with the experimental data, some modifications have been introduced into this theory. Other competing theories such as the Density Functional Theory and the Self Consistent Field Theory have also been developed. The main aim of this review paper is an investigation of the existing theories for thermoplastic foams.
    Keywords: thermoplastic foam, Nucleation, classical nucleation theory, first order phase transition, cell density
  • محمدحسن معینی، محمدحسین نوید فامیلی*، کیوان فرورقی، مازیار سلطانی الکوه، مظفر مختاری موتمنی شیروان
    در این پژوهش، خواص الکترومغناطیسی اسفنج های میکروسلولی پلی یورتان گرمانرم به عنوان مواد جاذب رادار به روش تجربی در محدوده بسامد نوار (X (4/12-2/8GHz تحلیل شد. در چارچوب پژوهش حاضر، هدف این است که به ارتباط میان شکل شناسی اسفنج شامل اندازه و کسر حجمی سلول های هوا و خواص الکترومغناطیسی آن شامل درصد جذب، عبور و بازتاب پی برد. نانوکامپوزیت ها با درصدهای مختلف دوده با روش انعقاد تهیه و نانوکامپوزیت %15 وزنی، با استفاده از روش اسفنج سازی ناپیوسته و گاز CO2 ابربحرانی، در کسر حجمی و اندازه سلول های مختلف به اسفنج میکروسلولی تبدیل شدند. شکل شناسی سلولی اسفنج ها، با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی و خواص الکترومغناطیسی با دستگاه Vector Network Analyzer ارزیابی شد. اثر پارامترهای شکل شناسی اسفنج شامل کسر حجمی و نیز اندازه سلول های هوا روی خواص جذب بررسی شد که در طراحی اسفنج های جاذب رادار نقش بسزایی دارند. در نهایت، ارتباط میان ساختار اسفنج و خواص الکترومغناطیسی آن بنا شد. اسفنج سازی سبب کاهش آستانه شبکه ای شدن نانوکامپوزیت به علت کاهش متوسط فاصله میان نانوذرات می شود. اسفنج سازی با کاهش ثابت دی الکتریک مقدار بازتاب را به مقدار قابل توجهی کاهش داده و افزایش کسر حجمی سلول های هوا به علت تعدد پراش داخل ماده سبب افزایش درصد جذب به ازای واحد جرم اسفنج می شود. حساسیت موج الکترومغناطیسی در برابر تغییرات اندازه سلول نسبت به تغییرات کسرحجمی اسفنج های میکروسلولی به مراتب کمتر است. خواص الکترومغناطیسی اسفنج های میکروسلولی از نظریه های محیط موثر قدری انحراف دارد. کسر حجمی سلول های هوا تابع اندازه سلول نیز هستند و سلول های ریزتر خواص جذب بهتری نشان می دهند.
    کلید واژگان: اسفنج میکروسلولی, مواد جاذب رادار, پلی یورتان گرمانرم, شکل شناسی اسفنج, خواص الکترومغناطیسی
    Mohammad Hassan Moeini, Mohammad Hossein Navid Famili *, Kayvan Forooraghi, Mazyar Soltani Alkouh, Mozafar Mokhtari Motameni Shirvan
    Microcellular thermoplastic polyurethane foams are examined as absorbing materials in the X-band (8.2-12.4 GHz) frequency range by means of experiment. In this work, we aim to establish relationships between foam morphology including cell size and air volume fraction and electromagnetic properties including absorption, transmission and reflection quality. Nanocomposites based on thermoplastic polyurethane containing carbon black were prepared by coagulation method. In this procedure 15 wt% carbon black-containing nanocomposite was converted to microcellular foams using batch foaming process and supercritical carbon dioxide as physical foaming agent. The morphology of the foams was evaluated by scanning electron microscopy. S-parameters of the samples were measured by a vector network analyzer (VNA) and the effect of morphological parameters such as cell size and air volume fraction on the absorbing properties was investigated. We also established structure/properties relationships which were essential for further optimizations of the materials used in the construction of radar absorbing composites. Foaming reduced the percolation threshold of the nanocomposites due to the reduction in the average distance between nanoparticles. Foaming and dielectric constant reduction dropped the reflection percentage significantly. The increase in air volume fraction in the foam increased absorption per its weight, because of multiple scattering in composite media. The sensitivity of electromagnetic wave toward the variation of cell size is strongly weaker than that toward the variation of air volume fraction. Electromagnetic properties of the microcellular foams deviated a little from effective medium theories (EMTs). Air volume fraction of the cells was a function of cell size and smaller cells showed higher absorption.
    Keywords: microcellular foam, radar absorbing materials, thermoplastic polyurethane, foam morphology, electromagnetic properties
  • محمدحسین نوید فامیلی*، حمیده مرتضایی
    در این مطالعه، دست یابی به اسفنج های حاصل از آمیخته های گرمانرم-گرماسخت به روش اکستروژن واکنشی با تغییر درصد وزنی آمیخته بررسی شد. بدین منظور، اکسترودر دوپیچی همسوگرد طراحی و ساخته شد. برای اشباع سازی، از مخزن فشار قوی دمازیاد با امکان کاهش بسیار سریع فشار استفاده شد. زمان، دمای اسفنج سازی و فشار اشباع سازی به ترتیب 2s 70 ̊C و 68bar درنظر گرفته شد. نتایج نشان داد، نمونه های وینیل کلرید-پلی یورتان با درصد وزنی100/0، حداکثر %8/9 وزنی گاز جذب کردند و اسفنج های دارای متوسط سلول 6mm و چگالی سلول 109×6 تولید شدند و در پنج درصد وزنی دیگر (90/10، 80/20، 70/30، 60/40، 50/50) حداکثر %4 وزنی گاز جذب شده و اسفنج های مناسبی تولید نشدند. از آنجا که مقدار نفوذ گاز در پلی یورتان بیش از پلی وینیل کلرید است، مقدار نشت گاز نیز زیاد است. بنابراین، گاز کافی در نمونه برای اسفنج سازی جذب نشد. همچنین، مقاومت زیاد شبکه به ازدیاد حجم، نسبت تورم ایجاد شده به وسیله انحلال گاز را کاهش می دهد. مقدار شبکه ای شدن باید به اندازه کافی زیاد باشد تا از شکست به وسیله جریان گرانرو جلوگیری کند و به اندازه کافی کم باشد تا از شکست ترد در زمان گسترش حباب های در حال رشد طی اسفنج سازی اجتناب شود. می توان دریافت، مقدار شبکه بهینه برای دست یابی به حداکثر نسبت انبساط اسفنج های پلی وینیل کلرید-پلی یورتان زمانی که سایر پارامترهای فرایندپذیری ثابت باشند، وجود دارد.
    کلید واژگان: اکستروژن واکنشی, آمیخته, اشباع سازی, شبکه عرضی, چگالی سلول
    Mohammad Hossein Navid Famili *, Hamideh Mortezaei
    The components’ content of foams, based on thermoplastic/thermoset blends, was studied by reaction extrusion method. For this purpose, a co-rotating twin screw extruder was designed and assembled. A high pressure-high temperature vessel was used in which the pressure could be dropped quickly. The foaming was carried out at saturation pressure of 68 bar in 2 s at 170˚C. The results showed that the poly(vinyl chloride)/polyurethane (100/0) sample absorbed up to 8.09 % CO2 gas and produced foams with a cell average of 6 μm and a cell density of 6×109. In the blend ratios of 90/10, 80/20, 70/30, 60/40 and 50/50, up to 4% by weight of CO2 gas was absorbed and no suitable foams were produced. Since the amount of gas diffusivity in the polyurethane was more than that in poly(vinyl chloride), the amount of gas leakage was equally increased by increases in polyurethane content, therefore there was no sufficient absorbed gas available for foam formation. It should be noted that the swelling caused by gas evolution is reduced due to the cross-linking structure which is highly resistant against the volume expansion. During the foaming step, the cross-linking density should be high enough to prevent viscous flow failure but not to the extent to initiate brittle failure in expanding bubbles. Therefore, it can be perceived that the optimum crosslinking density associated with the maximum foam expansion ratio could be achieved when the other processing parameters were fixed.
    Keywords: reaction extrusion, blend, Saturation, cross, link, cell density
  • محمد آکو، محمدحسین نویدفامیلی*، سیداسماعیل زکیان
    هدف اصلی این پژوهش، بررسی سازوکار اثر دما و نانوذرات بر ساختار اساسی اسفنج پلی استیرن برای دستیابی به کنترل دقیق تر ساختار آن است. بدین منظور، پس از مرور مطالعات پیشین، با ارائه و تبیین نظریه هسته گذاری کلاسیک، پیش زمینه نظری واکاوی شد. سپس، تولید اسفنج در زمینه پلی استیرن و نانوسیلیکای کروی و در مجاورت گاز کربن دی اکسید انجام شد. فرایند تولید اسفنج در دستگاهی با قابلیت کارایی در دما و فشار زیاد و کاهش آنی فشار و سرعت پایدارسازی زیاد انجام شد. دمای تولید اسفنج، اندازه و مقدار نانوذرات و نیز خواص سطحی آن از مهم ترین عوامل اثرگذار بر خواص اسفنج هستند که در این مقاله بررسی شدند. افزایش دمای اسفنج سازی بر تشکیل هسته های اولیه و رشد سلول ها اثرگذار است. برایند این دو اثر ساختار نهایی اسفنج را معین می کند. وقتی دما از90 به 180درجه تغییر کرد، با افزایش هزار برابری، چگالی سلول اسفنج پلی استیرن به 1012×20/2 افزایش یافت. نتایج این پژوهش نشان داد، وجود مقدار کمی نانوسیلیکا در افزایش چگالی سلول و کاهش اندازه سلول اثر بسزایی دارد. همچنین افزایش غلظت نانوذرات این اثر بخشی را افزایش داد. افزون بر این کیفیت و ساختار اسفنج نانوکامپوزیتی نسبت به اسفنج پلی استیرنی بهبود می یابد. با افزایش اندازه نانوسیلیکا از 12nm به 40nm مقدار چگالی سلول از109×3/3 به 109×78/1 کاهش یافت. همچنین اصلاح سطحی نانوسیلیکا با تری اتوکسی سیلان افزون بر بهبود پراکنش نانوذرات باعث افزایش چگالی سلول شد. بازده نانوسیلیکا در افزایش چگالی سلول پس از اصلاح سطحی حدود دوبرابر افزایش یافت.
    کلید واژگان: تولید اسفنج ناپیوسته, اصلاح سطحی, دمای تولید اسفنج, نانوسیلیکا و پلی استیرن
    Mohammad Ako, Mohammad Hossein Navid Famili*, Seyyed Esmaeil Zakiyan
    This study addresses the effect of temperature and nanoparticle on PS foam structure in order to control its structure more accurately. For this purpose, a theoretical hypothesis was proposed by explaining the classical nucleation theory. The PS in the presence of nanosilica and CO2 was foamed. Foaming process was carried out in a vessel suitable under high pressure and temperature conditions, and with instantaneous pressure release and high-speed stabilization capabilities. The most important factors affecting foam properties including foaming temperature, size, content and surface properties of nanosilica were investigated. Increasing of foaming temperature was effective on the initial nuclei formation and cell growth. These two effects determined the final foam structure. When the temperature was changed from 90 to 180°C, cell density of PS foam increased thousand fold to 2.2×1012 number of cells per unit volume of foam (cell/cm3). The results showed that a small amount of nanosilica had a substantial effect on decreasing the cell size and increasing the cell density. An increase in nanoparticle concentration also increased its effectiveness. Moreover, the quality and structure of foam were improved by adding the nanoparticle. As the size of nanosilica increased from 20 to 40 nm, its cell density decreased from 3.3×109 to 1.78×109 numbers of cells per unit volume of foam (cells/cm3). Surface treatment of the nanosilica using triethoxysilane, in addition to improving nanoparticle dispersion, increased its cell density. The efficiency of nanosilica in improving cell density after surface treatment increased by more than double.
    Keywords: batch foaming, surface treatment, foaming temperature, nanosilica, polystyrene
  • مظفر مختاری موتمنی شیروان، محمدحسین نوید فامیلی*
    برای تولید اسفنج میکروسلولی گرمانرم در سامانه ناپیوسته، عامل اسفنج ساز فیزیکی در فشار و دمای بیش زیاد از شرایط بحرانی آن در پلیمر تا حدی حل شده و در اثر کاهش فشار سریع در مخلوط، طی سه مرحله هسته گذاری، رشد و بهم پیوستگی، ساختار اسفنج شکل می گیرد. اگر پس از کاهش فشار، دمای اسفنج شدن به کمتر از دمای انتقال شیشه ای مخلوط پلیمر و گاز کاهش یابد، سلول ها نمی توانند رشد کنند. این مرحله پایدارسازی نامیده شده که تاکنون در سامانه های تولید اسفنج ناپیوسته تک مرحله ای توجهی به آن نشده است. در این مقاله از پلی استیرن به همراه گاز ابربحرانی کربن دی اکسید به عنوان حلال در فشارMPa 5/18 و دماهای مختلف استفاده شده است. عملیات پایدارسازی با دقت زمانی میلی ثانیه انجام شده که باعث شناخت جدیدی از سازوکار شکل گیری ساختار سلول در اسفنج های گرمانرم شده است. در این سازوکار، هسته گذاری ناشی از انتقال فاز مولکول های حلال از حالت بحرانی به حالت گاز و شکل گیری هسته های بسیار کوچک حاوی مولکول های گاز در میان زنجیرهای پلیمر است. در ادامه انرژی ناشی از تمایل رشد هسته ها در برابر انرژی کشسانی زنجیرهای پلیمر قرار گرفته و غلبه هریک از این انرژی ها معین کننده اندازه سلول است. با توجه به نتایج این مقاله، نحوه اثرگذاری مرحله تثبیت روی ساختار اسفنج بستگی به دمای اسفنج شدن دارد. در دمای° 110 عملیات تثبیت سبب کاهش %50 اندازه سلول و افزایش %60 چگالی سلولی شده است. در حالی که در دماهای کمتر عملیات تثبیت سبب افزایش اندازه سلول و کاهش چگالی سلول شده است.
    کلید واژگان: اسفنج میکرو سلولی گرمانرم, تثبیت, دما, ساختار اسفنج, هسته گذاری
    Mozafar Mokhtari Motameni Shirvan, Mohammad Hossein Navid Famili*
    Microcellular thermoplastic foams can be usually produced in a one-step batch system using a physical foaming agent which is dissolved in a polymer system under specific pressure and temperature, higher than the critical condition of solvent and the glass transition temperature of polymer and solvent mixture. By application of a sudden pressure drop the foam structure is formed through stages of nucleation, growth and coalescence. After pressure drop, if the foam temperature is reduced below the glass transition of the gas-polymer mixture, the cells stop growing which results in a foam with stabilized morphology. This stabilization stage has not been thoroughly focused in previous studies. In this work, polystyrene as a polymer system and supercritical carbon dioxide as a solvent were used at 18.5 MPa pressure and different temperatures. The stabilization process took place within milliseconds and helped to a better understanding of cellular structure in thermoplastic foams. In this mechanism, the nucleation takes place in the phase transition of solvent molecules at supercritical state to the gas state and the formation of very small nuclei containing gas molecules between polymer chains. The energy originated from the nuclei growth is in competition with the elastic energy of polymer chains, and the predominance of one type of energy over another determines the final cell size. The results showed that the effect of stabilization process on the structure of the foam depended on the foaming temperature. Stabilization at 110°C resulted in a 50% cell size reduction and a 60% cell density promotion, while at lower temperatures, the stabilization led to greater cell size and reduced cell density.
    Keywords: thermoplastic microcellular foam, stabilization, temperature, foam morphology, nucleation
  • مازیار سلطانی الکوه، محمدحسین نوید فامیلی*، محمدحسن معینی
    جاذب رادار کامپوزیتی پایه پلیمری با وزن کم، پهنای باند، بسامد جذب قابل تنظیم و چندعاملی بودن، جاذبی ایده آل به شمار می آید. به طور کلی، اسفنج های میکروسلولی کامپوزیتی پایه پلیمری به دلیل خواص مطلوب مکانیکی در عین سبک وزنی و ساختار سلولی یکنواخت، قابلیت استفاده را در کاربردهای مختلف دارند. در این پژوهش، اثر اسفنج کردن بر خواص جذب راداری جاذب های کامپوزیتی پایه پلیمری ردیابی شد. در گام نخست، سامانه اسفنج سازی با قابلیت کنترل و تکرارپذیری، عملکرد در فشار و دمای زیاد و با عامل اسفنج ساز گاز CO2 ابربحرانی طراحی و ساخته شد. کامپوزیت هایی برپایه پل ی متیل متاکریلات، حاوی درصدهای مختلف نانولوله های کربن چنددیواره به روش انعقاد ساخته شدند. نمونه های تهیه شده به روش قالب گیری فشاری گرم به شکل ورق هایی به ضخامت mm 3 تبدیل شدند. سپس، در شرایط یکسان فرایند اسفنج سازی انجام و شکل شناسی سلولی اسفنج ها با تصاویر میکروسکوپی الکترونی ارزیابی شد. ساختار سلولی یکنواخت اسفنج های کامپوزیتی حاکی از پراکنش مناسب نانوذرات در ماتریس پلیمری بود. بررسی مقداربازتاب موج تابشی به نمونه ها (پیش و پس از اسفنج سازی) نشان داد، اسفنج کردن باعث کاهش چشمگیر متوسط بازتاب به مقادیر زیر %10 شد. افزایش درصد جذب موج تابشی به اسفنج پل ی متیل متاکریلات خالص نسبت به حالت اسفنج نشده از نتایج جالب این پژوهش بود. همچنین، در نمودار درصد جذب-بارگذاری نانوذرات مشاهده شد، اسفنج کردن کامپوزیت ها آستانه نفوذ را از کمتر از 1% بار گذاری نانوذرات برای حالت اسفنج نشده به مقداری بین %1 تا %3 بارگذاری نانوذرات برای حالت اسفنج شده افزایش داد.
    کلید واژگان: جاذب رادار, اسفنج پلیمری, CO2ابربحرانی, کامپوزیت, نانولوله کربن چنددیواره
    Maziar Soltani Alkuh, Mohammad Hossein Navid Famili*, M. Hasan Moeini
    Alightweight polymer composite with a broad bandwidth، tunable absorption frequency and multi-functionality is an ideal material for making a radar absorber. In general، composite microcellular foams have many potential applications due to their lightweight، high mechanical properties and monotonous cell structure. In this research، the effect of foaming method on the radar absorbing properties of composite radar absorbers was investigated. In the first step، a controllable، repeatable and high pressure/temperature operation foaming system by supercritical CO2 gas as foaming agent was designed and built. The composites based on poly (methyl methacrylate) (PMMA) and multiwall carbon nanotube (MWCNT) at different weight percentages were prepared by solvent-anti solvent coagulation method. The sample sheets with 3 mm thickness were molded using hot compression molding method. Then، the foaming process was performed and the cell morphology of the prepared foams was studied using scanning electron microscopy. Monotonous cell structure of the composite foams revealed a good dispersion of nanoparticles in the polymer matrix. The data of the reflected radar waves (before and after foaming) showed that the foaming reduced the reflection of the radar waves to less than 10 percent in all the samples. It is important to note that the absorption of radar waveswas increased with the foaming of neat PMMA. It was observed that the foaming of composites increased the threshold of absorption of radar waves from less than 1 wt% nanotube for the unfoamed samples to 1-3 wt% nanotube for the foamed samples.
    Keywords: radar absorber, polymer foam, supercritical CO2, composite, multi, wall carbon nanotube
  • محسن ایزدی، محمدحسین نوید فامیلی*، زهرا مقصود
    بسیاری از مواد پلیمری متخلخل با وارونگی فاز محلول پلیمری ایجاد می شوند. فرایند جدایی با تبادل حلال-ضدحلال نفوذی در مخلوط های دوتایی، سه تایی و چندتایی شروع می شود. در دهه اخیر، استفاده از گاز کربن دی اکسید ابربحرانی به عنوان ضدحلال به دلیل مزایایی مانند زیست سازگاری خوب، چگالی زیاد (مانند مایع) و نفوذ بسیار زیاد که نسبت به ضدحلال های مایع دارد، مورد توجه قرار گرفته است. در پژوهش حاضر، از محلول پلیمر- دی متیل فرمامید و گاز کربن دی اکسید به عنوان ضدحلال برای ایجاد ساختار متخلخل پلی یورتان گرماسخت استفاده شده است. اثر زمان درنگ، دمای ریخته گری و نسبت POL/CE (نسبت زنجیرافزا - پلی ال) بر مشخصه های شکل شناسی و ساختاری مانند اندازه و توزیع اندازه سلول ها، ضخامت لایه چگال و مقدار تخلخل بررسی شد. براساس نتایج، حداقل زمان درنگ مناسب برای دستیابی به ساختاری یک دست 120 دقیقه معین شد. دمای ریخته گری نیز سازوکار جدایی فاز و لایه چگال را تحت تاثیر قرار داد. مشاهده شد، با تغییر دمای ریخته گری از 55 به 35 درجه سلسیوس، ضخامت لایه چگال از 77.6 به 43.1 میکرومتر تغییر کرد. با تغییر نسبت POL/CE خواص ترمودینامیکی و سینتیکی سامانه تحت تاثیر قرار گرفت. کاهش نسبت POL/CE باعث شد تا اندازه سلول ها کوچک تر و یکنواخت تر شود و مقدار تخلخل افزایش یابد. با کاهش نسبت POL/CE از 2 به 0.25، میانگین اندازه سلول ها از 6.3 به 3 میکرومتر کاهش یافت.
    کلید واژگان: وارونگی فاز, پلی یورتان گرماسخت, توزیع اندازه سلول ها و منافذ, هسته گذاری و رشد, جدایی اسپینودال
    Mohsen Izadi, Mohammad Hossein Navid Famili*, Zahra Maghsoud
    Most of porous polymer materials are mainly prepared by solution phase inversion method. The de-mixing process can be initiated by diffusive solvent/non-solvent exchange of binary، ternary or multicomponent mixture. Recently، supercritical CO2 (ScCO2) is used as a non-solvent to prepare porous polymers. ScCO2 possesses excellent properties، such as environmental friendliness، liquid-like density and gas-like diffusivity in comparison with conventional liquid non-solvents. Porous polyurethane was prepared from polymer/N-dimethylformamide (DMF) solution using a supercritical fluid-phase inversion process in which carbon dioxide acted as the non-solvent. The effects of time delay، casting temperature and ratio of polyol/chain extender (POL/CE) on the membrane morphology and structure (size and distribution of cells and pores، thickness of dense layer and porosity) were studied. According to the results، a minimum time delay of 120 min was determined for formation of a suitable structure. The dense layer of 77. 6 μm thickness was decreased to 43. 1 μm by lowering casting temperature from 55°C to 35°C. The ratio of POL/CE influenced the thermodynamic and kinetic properties. A decrease in POL/CE ratio led to formation of smaller and uniform cells and increased porosity. On decreasing the ratio of POL/CE from 2 to 0. 25، the mean diameter of the cells at 6. 3 μm dropped to 3 μm.
    Keywords: phase inversion, thermoset polyurethane, cells, pores size distribution, nucleation, growth, spinodal de, mixing
  • احسان آقاجری، صادق مرادی، محمدحسین نویدفامیلی، سید اسماعیل زکیان، عاطفه گلبانگ
    سازگاری و تداخل امواج الکترومغناطیس جزو ویژگی های کلیدی مواد در اهداف نظامی و تجاری مرتبط با امواج الکترومغناطیسی است. در حال حاضر اهمیت حفاظت در برابر تداخل امواج الکترومغناطیسی در ارتباطات بدون سیم و سامانه های ETC افزایش یافته است. به طور کلی قابلیت مواد در جذب امواج الکترومعناطیس به خواص ذاتی الکترومغناطیسی مواد (مثل رسانایی، نفوذپذیری مغناطیسی و گذردهی یا ثابت دی الکتریک) و نیز ویژگی هایی از قبیل ضخامت و بسامد موج به کار رفته وابسته است. اثر هر پارامتر روی نتایج عملکرد جاذب به دلیل پیچیدگی انتشار امواج در محیط قابل درک نیست. اضافه کردن مواد خالص دی الکتریک یا مغناطیس در ماتریس پلیمری راه ممکن برای تغییر خواص عملکرد الکترومغناطیسی مواد است. در این پژوهش، نانوکامپوزیت های پلی استیرن- نانولوله کربنی چنددیواره با استفاده از روش محلولی و با سه سرعت متفاوت همزن مکانیکی با سرعت زیاد برای پراکنش نانوذرات به منظور بررسی اثر پراکنش نانوذرات بر خواص جذب موج الکترومغناطیس تهیه شدند. شکل شناسی نانوکامپوزیت ها با میکروسکوپی الکترونی پویشی بررسی شد. خواص و قابلیت جذب موج الکترومغناطیس نانوکامپوزیت ها با تجزیه گر شبکه برداری در محدوده بسامد 5 تا 8 گیگاهرتز بررسی شد. درنهایت، نتایج جذب با یکدیگر مقایسه شد. نتایج نشان داد، با بهبود پراکنش نانوذرات به واسطه افزایش سرعت همزن مقدار عبور و انعکاس کاهش و مقدار جذب و پهنای باند جذب افزایش می یابد. حداکثر اتلاف در بسامد 8 گیگاهرتز و برابر با 9.95- دسی بل است و در نانو کامپوزیتی رخ داد که از 10000 دور بر دقیقه برای ساخت آن استفاده شد.
    کلید واژگان: جذب موج الکترومغناطیس, اتلاف بازتاب, نانو لوله های کربنی, پلی استیرن, نانوکامپوزیت
    Ehsan Aghajari, Sadegh Morady, Mohammad Hossein Navid Famili Navid Famili, S. Esmaeil Zakiyan, Atefeh Golbang
    Electromagnetic compatibility (EMC) and electromagnetic interference (EMI) have emerged as key issues with respect to commercial and military purposes in association with electromagnetic waves. The importance of protection against electromagnetic interference in wireless communication and electronic toll collection (ETC) systems has undoubtedly increased over the years. Generally، the electromagnetic absorption properties of material depend on their intrinsic electromagnetic properties such as conductivity، magnetic permeability and dielectric constant and also factors such as thickness and frequency. The effect of each parameter on the absorption performance is yet difficult to comprehend due to the complexity of electromagnetic waves propagation in different media. Addition of pure dielectric or magnetic material to a polymer matrix is a possible way to change electromagnetic properties of the materials. In this study nanocomposites of polystyrene/multi-walled carbon nanotubes were prepared using a solution method with three different homogenizer speeds for the purpose of nanotube dispersion and evaluation of the effect of nanotube dispersion on the electromagnetic wave absorption properties. The morphology of the nanocomposits was investigated by scanning electron microscopy (SEM). The capability and properties of electromagnetic wave absorption of nanocomposites were studied in the frequency range of 5 to 8 GHz using a vector network analyzer and finally the results of their absorption were compared with each other. It was found that by improving the dispersion of nanoparticles، both the amount and bandwidth of absorption increase. Moreover، by increasing the homogenizer speed up to 10000 rpm the maximum reflection loss was reported to occur at 8 GHz.
    Keywords: electromagnetic wave absorption, reflection loss, multi, walled carbon nanotubes, nanocomposite
  • محمدحسن معینی، محمدحسین نوید فامیلی*، کیوان فرورقی، مازیار سلطانی الکوه، نعمت الله قهوه چیان
    در این تحقیق اسفنج میکروسلولار ترموپلاستیک پلی یورتان به عنوان ماده جاذب در محدوده باند فرکانسی X به کمک تحلیل عددی و آزمایش مورد بررسی قرار گرفت. در چارچوب این پژوهش هدف بر این است که میان ریخت شناسی اسفنج شامل اندازه سلول و کسر حجمی هوا و خواص جذب راداری آن ارتباط برقرار نمود. بنابراین در ابتدا پس از تشریح روش عددی به کار رفته و نحوه مدلسازی، به تحلیل عددی اسفنج میکروسلولار با اندازه سلول و کسر حجمی مختلف پرداخته می شود. طراحی و ساخت اسفنج نانو کامپوزیتی با ریخت شناسی مختلف با استفاده از گاز دی اکسید کربن فوق اشباع به عنوان عامل اسفنج ساز فیزیکی مرحله بعدی این تحقیق است. پس از اندازه گیری پارامترهای S نمونه ها به کمک دستگاه VNA، نتایج عددی و تجربی با یکدیگر مقایسه می شوند و نهایتا ارتباط میان ساختار اسفنج و خواص جذب راداری که برای بهینه سازی مواد در کاربردهای جاذب رادار ضروری است، بنا می شود.
    کلید واژگان: اسفنج میکروسلولار, مواد جاذب رادار, ترموپلاستیک پلی یورتان, شکل شناسی اسفنج, خواص الکترومغناطیس
    Mohammad Hassan Moeini, Mohammed Hussain Navid Family*, Keivan Forooraghi, Maziar Soltani Alkouh, Nematollah Ghahvechian
    In this research, microcellular thermoplastic polyurethane foams are investigated as an absorbing material in the X-band (8.2-12.4GHz) frequency range by means of numerical analysis and experiment. In the frame of this work, we aim at establishing relationships between the foams morphology including cell size and air volume fraction and their radar absorbing properties.
    We therefore first describe numerical method and modelling. Then numerical analysis of microcellular foams in various cell sizes and air volume fractions are explained. Then design basis and preparation of nanocomposite foams of various morphologies using supercritical carbon dioxide (scCO2) as physical foaming agent are presented. After measuring the S-Parameters of the samples by VNA, numerical and experimental results are compared and finally we establish structure/properties relationships that are essential for further optimizations of the materials for the radar absorbing applications.
    Keywords: Microcellular Foam, Radar Absorbing Properties, Thermoplastic Polyurethane, Foam Morphology, Electromagnetic Properties
  • حسین شریف پور، محمدحسین نویدفامیلی*، محمد آکو، سید اسماعیل زکیان
    این مطالعه تلاشی برای کنترل ساختار اسفنج پلیمری با استفاده از کنترل سرعت برش در حدیده مسطح مستطیلی و نانوسیلیکا در یک فرایند اکستروژنی است. در این پژوهش، از پلی استیرن با مصرف معمولی به عنوان زمینه پلیمری، نانوذرات سیلیکا به عنوان عامل هسته زا، گاز نیتروژن به عنوان عامل دمش و تولوئن نیز استفاده شده است. برای پراکنش بهتر نانوذرات در سطح زمینه ترکیبی از روش های محلولی و مذاب و برای تولید اسفنج از اکسترودر دوپیچی همسانگرد استفاده شد. اثر سرعت برش در حدیده مسطح مستطیلی، اندازه نانوسیلیکا و درصد وزنی نانوسیلیکا بر چگالی اسفنج، چگالی سلول و متوسط اندازه سلول مطالعه شد. برای شناسایی پارامترهای اساسی اسفنج (چگالی سلول و اندازه سلول) میکروسکوپ الکترون پویشی استفاده شد. نتایج نشان داد، افزایش سرعت برش حدیده از min-1 8 به min-1 12 با شکستن سلول های بزرگ به چند سلول کوچک تر، باعث افزایش %61 چگالی سلول و کاهش %18 درصد اندازه متوسط سلول ها شده است. با کوچک ترشدن اندازه نانوسیلیکا از nm40 بهnm 12، چگالی سلول ازcell/cm3 108×24/1 بهcell/cm3 108×73/1 افزایش و متوسط اندازه سلول از mm 5/11 به mm 9 کاهش یافته است. همچنین، در بین مقادیر مختلف نانوسیلکا (0/1، 2 و %4 وزنی) اسفنج حاوی %2 وزنی از نانوسیلکا دارای بیشترین چگالی سلول شده است. دلیل این موضوع نیز وجود نانوذرات سیلیکا به عنوان مراکز هسته گذاری و تسهیل در ایجاد هسته بوده است. در کل نانوکامپوزیت حاصل از %2 وزنی نانوسیلیکا 12 نانومتری در سرعت برش min-1 12 بیشترین چگالی سلول و کوچک ترین اندازه سلول را نشان داده است.
    کلید واژگان: تولید اکستروژنی اسفنج, نانوکامپوزیت, سرعت برش, نانوسیلیکا, پلی استیرن
    Hosein Sharifpour, M. Hossein Navid Famili*, Mohammad Ako, S. Esmaeil Zakiyan
    This study was an effort to control foam structure with controlled shear rate in a slit die with addition of nanosilica in the extrusion process. We used general purpose polystyrene as the matrix، nanosilica as a nucleating agent and nitrogen gas as the blowing agent. For better dispersion of nanoparticles in the matrix، a combination of solution and melt methods were employed. The foams were produced in a twin screw extruder by studying the effects of shear rate on the slit die، size and weight percentage of nanosilica on foam density، cell density and average cell size. Scanning electron microscopicy (SEM) pictures were used to obtain the main characterizing parameters of the foams i. e.، cell density and cell size. The results showed that when the shear rate of 8 min-1 on the slit die was increased to 12 min-1، due to the breakage of the large cells into several smaller cells، there were observed 61% enhancement in cell density and 18% reduction in average cell size. When the size of nanosilica was decreased from 40 to 12 nm، the cell density was increased from 1. 24×108 to 1. 73×108 cells/cm3 and average cell size was decreased from 11. 5 to 9 micrometer. By changing the nanosilica content from 0. 1 to 4% (by weight)، it was observed that at 2% (by weight) of nanosilica، the maximum cell density was obtained. In conclusion it was observed that the nanocomposite was produced by 2% (by weight) of 12 nm silica nanoparticles at 12 min-1 shear rate shows the maximum cell density and minimum cell size.
    Keywords: extrusion foaming, nanocomposite, shear rate, nanosilica, polystyrene
  • امیرمجید کدخدایی، احمدرضا بهرامیان، محمدحسین نوید فامیلی
    اسفنج پلی متاکریل ایمید به عنوان عایق گرمایی با خواص مکانیکی و گرمایی بسیار عالی مطرح است. خواص ویژه بسیار عالی ناشی از خواص مطلوب مکانیکی به همراه وزن کم، دلیل کاربرد فراوان این اسفنج در صنایع هوایی و فضایی است. در این مقاله، تهی هاسفنج PMI انعطاف پذیر به روش شیمیایی و هم چنین اثر تغییر پارامترهای فرایندی روی خواص، ساختار و رفتار آن مطالعه و شده است. ابتدا روش تهیه اسفنج PMI، مونومرها و نوع آغازگر و عامل پف زا، میزان و نحوه ترکیب مواد، دما، فشار و محیط واکنش مورد بررسی قرار گرفته، سپس آزمون های DSC و TGA به منظور بررسی خواص حرارتی، آزمون های استحکام فشاری و DMTA برای مطالعه خواص مکانیکی انجام شده است. به منظور بررسی ساختار شیمیایی ابر حاصل، از نتایج آزمون FTIR استفاده شده است.
    کلید واژگان: پلی ایمید, سنتز, اسفنج PMI, روش شیمیایی اسفنج شدن, خواص فیزیکی
    Amirmajid Kadkhodai, Ahmadreza Bahramian, Mohammadhossein Navidfamily
  • سید اسماعیل زکیان، محمدحسین نوید فامیلی*، محمد آکو

    عامل هسته زا به طور معمول برای کنترل هسته زایی سلول در تولید محصولات اسفنجی با کیفیت مناسب استفاده می شود. خواص سطح نانوذرات شامل خواص هندسی مانند شکل ذرات، اندازه و توزیع آنها از جمله عوامل موثرند. با وجود این، مطالعات خیلی کمی روی اثر هندسه ذرات بر بازده اسفنج نهایی انجام شده است. این مطالعه تلاشی برای کنترل ساختار اسفنج پلیمری با استفاده از نانوذرات سیلیکا در یک فرایند ناپیوسته است. از پلی استیرن با مصرف معمولی (GPPS1540) به عنوان زمینه پلیمری، نانوذرات سیلیکا به عنوان عامل هسته زا و گاز کربن دی اکسید به عنوان عامل پف زا استفاده شده است. برای پراکنش بهتر نانوذرات در زمینه پلیمر ترکیبی از روش های محلولی و مذاب استفاده شد. همچنین، در این پژوهش اثر اصلاح سطح نانوذرات سیلیکا روی ساختار اسفنج پلیمری بررسی شده است. ابتدا نانوذرات سیلیکا به وسیله وینیل تری اتواکسی سیلان اصلاح شد. سپس کشش سطحی ذرات سیلیکای اصلاح شده، اصلاح نشده و پلی استیرن به کمک آزمون زاویه تماس معین شد. در ادامه با ترکیبی از روش های محلولی و مذاب دو نوع نانوکامپوزیت با غلظت های مختلف پرکننده تهیه شد. همچنین، به منظور تهیه اسفنج از نمونه های نانوکامپوزیتی تهیه شده موجود، از دستگاه ویژه ای با قابلیت عملکرد در دما و فشار زیاد، افت آنی فشار و کنترل سرعت تثبیت استفاده شد. اثر اصلاح سطح نانوذره سیلیکا روی اسفنج تهیه شده با تعیین چگالی سلول و اندازه سلول به وسیله تصاویر گرفته شده از میکروسکوپ الکترونی پویشی مشخص شد. نتایج نشان داد، اصلاح سطح نانوذرات منجر به افزایش چگالی سلول و کاهش اندازه سلول می شود و افزایش غلظت نانوذرات این اثربخشی را افزایش می دهد.

    کلید واژگان: اصلاح سطح, زاویه تماس, نانوسیلیکا, اسفنج پلیمری, چگالی سلول
    Seyed Esmaeil Zakiyan, M. Hossien N. Famili, Mohammad Ako

    nucleating agents are commonly used for controlling cell nucleation in the production of high-quality foam products. The surface properties of nanoparticles include geometrical characteristics, such as the particle shape, size, and size distribution and in this respect there are few reports on the effects of geometry of particles on foaming efficiency. This study is an effort to control polymeric foam structure with addition of silica nanoparticles in a batch process. In this research polystyrene (GPPS 1540) was used as a matrix, nanosilica as nucleating agent and supercritical carbon dioxide (CO2) as blowing agent. For better dispersionof nanoparticles in the matrix, a combination of solution and melt method was employed. In continuation, the effect of surface treatment of nanoparticle on polymer foam is investigated. First, silica nanoparticles were modified by reaction with vinyltriethoxysilane followed by characterization of the results. Then, the surface tension of polystyrene, silica and modified silica were determined by contact angle test in order to predict the dispersion of nanoparticles in polystyrene. Then, two kinds of polystyrene/silica (treated and non-treated) nanocomposites were prepared with different filler loadings by a combination of solution and melting methods. A high pressure/high-temperature vessel capable of instantaneous pressure release and controlled stabilization was used to prepare polystyrene-nanosilica nanocomposites foam. The effect of surface treatment of nanosilica particles on microcellular foaming was investigated by characterizing the cell density and cell size of the foamed productusing SEM. The results showed that surface-treated nanosilica has considerable effect on decreasing cell size and increasing the cell density.

  • سیداسماعیل زکیان، محمدحسین نویدفامیلی *، محمد آکو

    در این پژوهش، نخست پیش فرض نظری سازوکار اثر اندازه نانو ذرات بر هسته گذاری سلول در زمینه پلی استیرنی نسبت به حالت اسفنج پل یاستیرنی خالص با انداز هگیری ضریب ناهمگنی در محدوده کامل از زاویه ترشوندگی 0 تا °180 بررسی شد. با ترکیب روش در محلول و مذاب نانوکامپوزیت پلی استیرن نانوسیلیکا با اندازه و غلظت های متفاوت از نانوسیلیکا تهیه شد. از دستگاهی با قابلیت کارایی در دما و فشار زیاد، کاهش آنی فشار و سرعت تثبیت زیاد در تهیه اسفنج پلی استیرن نانوسیلیکا در حالت مذاب استفاده شد. برای ایجاد شرایط تولید اسفنج، مخزن با یخ خشک در دمای مشخص به فشار رسانده شد. پس از ایجاد شرایط فرایندی، نمونه ها به مدت 8 h با کربن دی اکسید ابربحرانی سیرشده و سپس فشار، به طور ناگهانی به کمک شیرهای قطع و وصل آزاد شد. برای بررسی اثر نانوسیلیکا بر پارامترهای اساسی ساختاراسفنج)چگالی سلول و اندازه سلول(میکروسکوپ الکترونی پویشی به کار گرفته شد. نتایج نشان داد، وجود مقدار کمی نانوسیلیکا در افزایش چگالی سلول و کاهش اندازه سلول اثر بسزایی دارد. همچنین، افزایش غلظت نانوذرات این اثربخشی را افزایش می دهد. علاوه بر این، کیفیت و ساختار اسفنج نانو کامپوزیتی نسبت به اسفنج پل یاستیرنی بهبود می

    کلید واژگان: هسته گذاری ناهمگن, اسفنجی شدن ناپیوسته, چگالی سلول, نانو سیلیکا, پل یاستیرن
    Seyed Esmaeil Zakiyan, Mohammad Hossein N. Famili, Mohammad Ako

    Atheoretical hypothesis was put forward on the effect of nanoparticle size on cell nucleation in polystyrene (PS) matrix foam. At first the heterogeneous factor was calculated in different wetting angles from zero to 180º. Then، to verify this hypothesis a combination of the solution and melting methods was used to prepare PS-nanosilica nanocomposites at different concentrations and different sizes of nanosilica. In this regard a novel apparatus، including a high-pressure/ high-temperature vessel capable of instantaneous pressure release and stabilization control، was used to prepare a polystyrene-nanosilica nanocomposite foam in its melt state. To reach the foaming conditions، the vessel was pressurized with dry ice at the specified temperature. After reaching the foaming conditions، the sample was saturated with supercritical carbon dioxide (CO2) for 8 more hours. Then، the pressure was released with an on/off valve and the temperature was instantaneously dropped to below glass transition temperature. The scanning electron microscopy pictures were used to calculate the effect of nanosilica on the main foaming parameters including cell density and cell size. The results showed that a small amount of nanosilica has substantial effect on decreasing cell size and increasing the cell density. Moreover، the foam quality and structure was improved by addition of the nanoparticle.

    Keywords: heterogeneous nucleation, batch foaming, cell density, nanosilica, polystyrene
  • هژیر کورکی، محمدحسین نوید فامیلی*، مهرزاد مرتضایی

    در یکی از مشکل های صنایع شیمیایی جداسازی و حذف مواد زائد از فرآیندهای شیمیایی می باشد لذا دانشمندان فراوانی بر این کوشش اند تا روش هایی را برای پاک سازی فرآیندهای صنعتی از مواد زائد پیدا کنند، یکی از این روش ها رسوب گذاری مواد زائد می باشد؛ در این روش محلول بودن یا زیاد بودن سطح به حجم مواد زائد سرعت رسوب گذاری آنها را بشدت کاهش می دهد؛ با وارد کردن ذرات سنگین تر در سامانه و جذب مواد زائد بر سطح مواد سنگین تر، سرعت رسوب گذاری آنها افزایش می یابد. بدین منظور باید سطح ذرات سنگین تر را برای جذب مواد زائد آماده کرد و با آماده سازی سطح ذرات سنگین تر، خواص سطحی آنها نیز تغییر می کند و از آنجا که سرعت رسوب-گذاری تابع نیروهای هیدرودینامیکی، برهمکنش ذره-رمینه و برهمکنش ذرات با هم است، بالطبع با تغییر در خواص سطح مواد سنگین تر، سرعت رسوب گذاری آنها نیز تغییر می نماید. در این مطالعه مدل جدیدی برای بیان اثر خواص سطحی ذرات سنگین و زمینه رسوب بر سرعت رسوب گذاری ارائه و اثبات شده است و همچنین روشی برای اندازه گیری سرعت رسوب گذاری ارائه شده است. از روش ارائه شده برای اندازه گیری سرعت رسوب گذاری، می توان نمودار توزیع اندازه دانه ها را نیز بدست آورد و همچنین مدل ارائه شده این قابلیت را ایجاد می کند که از زمینه های متفاوتی متناسب با نوع ذره مورد آزمایش، برای آزمایش رسوب گذاری استفاده کرد. آنچه از این تحقیق نتیجه گرفته شده است این می باشد که با افزایش برهمکنش ذره و زمینه سرعت رسوب گذاری افزایش می یابد.

    کلید واژگان: رسوب گذاری, سرعت رسوب گذاری, برهمکنش دانه, زمینه, مدل سازی, توزیع اندازه ذرات
    Hajir Kourki, Mohammad Hossein Navid Famili, Mehrzad Mortezaei

    A major problem in the chemical industries is the separation of waste material produced in the chemical processes. There has been a number of attempts to find a solution to this problem. One of these methods is sedimentation; however, the major drawback of this method is the low velocity of natural sedimentation. By adding particles with larger mass to this system, waste material could be absorbed on their surface and thus increasing the removing rate of the waste material. For this purpose, surface of massive material should be modified for adsorption of the waste material. However, sedimentation velocity is a function of hydrodynamic forces, particle-matrix interaction and particle-particle interaction so that change in surface properties can affect the sedimentation velocity. In this study, a model is developed to predict the effect of particle matrix interaction on sedimentation velocity. A method is also devised to measure sedimentation velocity and to obtain an estimate of particle size distribution. From this study, it is concluded that particle-matrix interaction could be used to increase sedimentation velocity.

  • M.S. Enayati, M.H.N. Famili, H. Janani
    Open-celled foams are capable to allow the passage of fluids through theirstructure, because of interconnections between the open cells or bubblesand therefore these structures can be used as a membrane and filter. In thiswork, we have studied the production of polystyrene open-celled microcellular foamby using CO2 as blowing agent. To achieve such structures, it is necessary to controlthe stages of growth in such a way that the cells would connect to each other throughthe pores without any coalescence. The required processing condition to achieveopen-celled structures is predictable by a model theory of opened-cell. This modelsuggests that at least a 130 bar saturation pressure and foaming time between 9 and58 s are required for this system. The temperature range has been selected for to beboth higher than polymer glass transition temperature and facilitating the foamingprocess. Experimental results in the batch foaming process has verified the modelquite well. The SEM and mercury porousimetry tests show the presence of poresbetween the cells with open-celled structure.
  • M.H.N. Famili, M. Ako
    The effect of shear rate on dissolution of carbon dioxide in viscoelastic wheat flour matrix and cell density in a glass barrel twin screw extruder is investigated. It is found that by increasing the shear rate there will be a decrease in the required thermodynamic conditions and hence, it improves blowing agent dissolution and increases the cell density. Shear rate breaks up big bubbles and helps to better distribute the blowing agent in the matrix and hence it increases the cell density. Cell density decreases by dropping foam cooling rate. For a given cell density, a higher screw speed is needed, ifthe cooling rate is decreased.
    Keywords: glass barrel twin screw extruder, gas solution, nucleation, carbondioxide, wheat flour
  • M. Mortezaei, M.H. Navid Famili, M. Kokabi
    The preparation and characterization of the vinyltriethoxysilane-modified silica nanoparticles were investigated. Also the surface tension of polystyrene, native (hydrophilic) silica and silane-modified (hydrophobic) silica were determined. Two kinds of polystyrene/silica (treated and non-treated) nanocomposites were prepared with different filler loadings by solution method. Their viscoelastic properties were studied by dynamic stress controlled rotary shear rheometer. Solid-like response of polystyrene / native silica nanocomposites were observed in the terminal zone. Solid inclusions increase the storage modulus more than the loss modulus, hence decrease the material damping. By increasing filler volume fraction, the particles tend to agglomerate and build clusters. The presence of clusters increases the viscosity, the moduli and the viscoelastic non-linearity of the composites.Treating the filler surface reduces its tendency to agglomerate as well as the adhesion between the particles and the polystyrene, leading to lower viscosity and interfacial slippage. Also the loss modulus peak is affected significantly by the particle surface area and its surface property in silica-filled polystyrene, which corresponds to its glass transition.
    Keywords: nanosilica, polystyrene, Surface modification, viscoelastic properties, glass transition
  • ظاهر تمری، محمدحسین نوید فامیلی، محمدعلی سمسارزاده
    در این پژوهش، دو روش کششی و استخراجی برای تهیه کاغذ مصنوعی بر پایه پلی وینیل کلرید (PVC) مطالعه شده است. در روش استخراجی از پلی وینیل کلرید به تنهایی و آمیخته آن با لاستیک آکریلونیتریل - بوتادی ان (PVC/NBR) و در روش کششی از آمیخته PVC/NBR استفاده شده است. شکر به عنوان پر کننده قابل استخراج با آب، برای تولید 40-35 درصد حجمی تخلخل پیوسته (اندازه گیری شده به روش ارشمیدس) ازمقادیر متوسط (باز) استفاده شد. بررسی نتایج نشان می دهد که با کاهش اندازه متوسط ذرات شکر توزیع ابعادی حفره ها نیز کاهش می یابد. نتایج آزمایش عبوردهی سولفوریک اسید در دماها و غلظتهای مختلف بیانگر ارتباط مستقیم عبور دهی با مقدار تخلخل و اندازه حفره هاست. مقدار عبور دهی با افزایش دما و غلظت افزایش می یابد، اثر دما از غلظت بیشتر است. در این کاغذها، خاصیت نوشتاری با مداد و خودکار نیز به ترتیب متوسط و ضعیف ارزیابی شده است. در روش کششی نیز اثر دما، سرعت و مقدار کشش روی خاصیت پخش شدن جوهر که معیاری از ناهمواری (زبری) سطح است، به طور مقایسه ای با کاغذ معمولی بررسی شد. نتایج حاصل نشان می دهد که خاصیت پخش شدن (یا جذب) جوهر با افزایش مقدار کشش و دمای کشش افزایش می یابد. اما، افزایش سرعت کشش در شرایط ثابت مقدار و دمای کشش، پخش شدن جوهر را کاهش می دهد.
    کلید واژگان: کاغذ مصنوعی, استخراج, کشش, تخلخل, PVC/NBR
  • بررسی آمیزه پلی وینیل کلراید / اکریلونیتریل - بوتادین رابر (PVC/NBR) جهت تهیه کاغذ مصنوعی
    ظاهر تمری، محمدحسین نوید فامیلی، محمدعلی سمسارزاده
    کاغذهای مصنوعی یا پلاستیکی بر پایه فیلم های پلی الفینی از قبیل پلی اتیلن و پلی پروپیلن موضوع مورد علاقه و به اثبات رسیده ای برای تولید کنندگان کاغذ و چاپگران در دهه اخیر بوده و هست. در این مطالعه به بررسی ورقه های تهیه شده از آمیزه پلی وینیل کلراید / اکریلو نیتریل - بوتادین رابر (PVC / NBR) جهت فراهم نمودن سطحی که خواص نوشتاری را برآورده سازد پرداخته شده است....
  • ریل بندی های کامپوزیتی جایگزینی مناسب برای ریل بندهای چوبی و بتونی
    مهندس مریم رفیعی، مهندس سیمین ادریس آبادی، مهندس موسی الرضا حنایی، محمدحسین نوید فامیلی
    ریل بندها با تراورسها تکیه گاه هایی هستند که ریلها روی آن بسته شده و آنها را در فاصله ای یکسان از همدیگر نگه می دارند. تولید، نصب، نگهداری، تعمیر، تعویض، هزینه های آنها و مسایل زیست محیطی عوامل مؤثر رقابتی در استفاده از انواع ریل بندها می باشند. ریل بندهای کامپوزیتی از مواد پلیمی بازیافتی و ضایعاتی تهیه می شوند. این نوع ریل بندها به دلیل برتری های نسبی در موارد ذکر شده بالا به انواع چوبی و بتونی مورد توجه قرار گرفته اند، مصرف این نوع ریل بندها در جهان رو به افزایش است. الوارهای کامپوزیتی مورد استفاده در ریل بندها، کاربردهای دیگر با حجم بازار مناسب دارند که بازار آنها را بهبود بیشتری می بخشد.
نمایش عناوین بیشتر...
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال