بررسی تجربی خواص مکانیکی و مورفولوژیکی فوم میکروسلولی پلی استایرن

فوم های میکروسلولی به آن دسته از فوم ها اطلاق می شود که دارای تعداد زیادی سلول در اندازه حدود 10 میکرون می باشند. در این فومها از گاز خنثی (نیتروژن یا دی اکسید کربن) بعنوان ماده پف دهنده استفاده می شود. بدلیل کوچکی سلولهای این فومها خواص مکانیکی و فیزیکی برتری (مانند: استحکام خستگی، استحکام به ضربه ، خواص حرارتی و دی الکتریکی) حتی نسبت به پلاستیک فوم نشده دارند. در این تحقیق به بررسی خواص مکانیکی فومهای میکروسلولی پلی استایرن پرداخته شده است. میزان چگالی نسبی، تعداد سلولها، اندازه سلولها، ساختار فوم و همچنین استحکام کششی و استحکام در برابر ضربه فوم مورد بررسی و اندازه گیری قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که برای بدست آوردن ساختار بهینه، دما و زمان فوم کردن پلیمر باید به دقت تحت کنترل قرار گیرد. این شرایط در دمای حدود 100 درجه سانتیگراد و زمان 100 ثانیه می باشد. همچنین استحکام کششی نمونه های فوم شده نسبت به فوم نشده کاهش و میزان جذب انرژی نمونه های فوم شده به فوم نشده افزایش چشمگیری داشته است.

اهمیت کاهش مصرف منابع طبیعی با توجه به محدوديت اين منابع قابل توجه است. روش تولید فوم با ايجاد حبابها يکی از روشهای کاهش مواد مصرفی است به شرطی که شرايط کاری را تأمین کند. تحقیقات نشان داده است که يک قطعه ساخته شده از پالستیکیهای فوم شده به روش سنتی، خواص مکانیکی بسیار ضعیفتری نسبت به يک قطعه ساخته شده از پالستیک فوم نشده دارد. بنابراين برای کاربردهايی که نیاز به استحکام کششی، استحکام به ضربه، چقرمگی، مقاومت به شکست خوب و سفتی مناسب وجود دارد، استفاده از فومهای سنتی پیشنهاد نمیشود.
فومهای میکروسلولی به آن دسته از فومها اطالق میشود که توسط جوانه زنی گاز در ترموپالستیکها ايجاد میشوند و دارای تعداد بسیار زيادی از سلولهای ريز )معمولا بیش از8 سلول در سانتیمتر مکعب( هستند که قطر سلولها10است. اساس اين پديده اين است که اگر به اندازه کافی حبابهايی کوچکتر از ترکهای بحرانی در قطعه ايجاد شوند، چگالی بدون از دست دادن خواص مکانیکی مطلوب کاهش خواهد يافت. به اين ترتیب پالستیکهای میکروسلولی میتوانند بدون لطمه به محیط زيست و بدون کاهش خواص مکانیکی، جايگزين فومهای سنتی يا حتی پالستیکهای فوم نشده شون، ضمن اينکه برخی از خواص را بهبود میبخشند. يک قطعه تولیدشده و فومشده با روش میکروسلولی میتواند تا 70درصد صرفه جويی در ماده اولیه داشته باشد. ضمن اينکه خواصی نظیر استحکام به ضربه و عايق بودن پلیمر فوم شده بهبود می يابد.

فوم کردن میکروسلولی بهطور کلی شامل سه مرحله است: جذب گاز، جوانه زنی و رشد سلول. در روش تودهای در مرحله اول نمونه پلیمری توسط گاز خنثی و با فشار بال در يک مخزن تحت فشار اشباع میشود. با گذشت زمان مولکولهای گاز در پلیمر نفوذ کرده، تا پلیمر از گاز اشباع شود. پس از اشباع جذب متوقف شده، توزيع گاز درون قطعه يکنواخت میشود. به طور معمول چندين ساعت تا چندين روز زمان الزم است تا يک ورق نازک پالستیکی اشباع شود. اين زمان به جنس پالستیک، قابلیت نفوذ گاز استفاده شده در پالستیک، ضخامت، دمای اشباع و فشار گاز بستگی دارد.