Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Karevan,Seyed Mohsen Safavi
مهدی کاروان (استاد راهنما) سید محسن صفوی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hossein Mahani
حسین ماهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
In this research, PLA polymer and TPS polymer consisting of corn starch and glycerol and also nanoclay were used to make FDM nanocomposite filaments. The polymer alloy was made at 50 wt%, 60 wt% and 70 wt% of TPS and the nanocomposite was obtained by nanoclay at 1 wt%, 3 wt% and 5 wt% in the polymer matrix with 60 wt% TPS. The filament with a diameter of 1.75 mm was made by a single-screw extruder by designing and manufacturing a mold. Flexural, tensile and impact specimens were produced from filaments made by FDM machine. In order to compare the mechanical properties, aforementioned compounds were produced by injection molding method. Differential scanning calorimetry, thermogravity analysis, scanning electron microscopy, melting flow index, density measurement, water absorption and biodegradation in soil were used to characterize the thermal and structural properties. Experimental results showed that the addition of TPS to PLA leads to a decrease in tensile strength, Young's modulus, flexural strength, flexural modulus and impact resistance, while the elongation at break increases. Molded specimens also showed better mechanical properties than printed specimens. The tensile strength of the specimens increased with the addition of nanoclay. The highest tensile strength was observed in the molded specimens at 3 wt% of nanoclay and in the printed specimens at 1 wt% of nanoclay. The Young’s modulus also increased significantly with the addition of nanoclay in the specimens. The specimens became more viscous with the addition of nanoclay and the melting flow index decreased. According to the results of thermal tests, it was observed that nanoclay increases the crystallization rate of the substrate and also reduces the melting temperature and transition glass temperature. In addition, nanoclay increases the thermal stability of the polymer specimen and is more resistant to thermal degradation of the TPS phase. The results of water absorption test also showed that the highly hydrophilic nature of TPS causes high water absorption in alloy specimens, although nanoclay can be used as an insulator to reduce water absorption so that at 5 wt% of nanoclay, the amount water absorption decreases from 42% to 31%. The density of the specimens was also compared with each other and it was observed that TPS and nanoclay generally increased the final density of the compound. Soil biodegradability test showed that TPS is strongly attacked by enzymes in the soil, although the addition of nanoclay can slightly reduce nanocomposite degradation. Keywords: Filament, Biodegradable polymer, FDM 3d printing, Bio-Based nanocomposite
چکید ه در این تحقیق، پلیمر PLA و پلیمر TPS که متشکل از نشاسته ذرت و گلیسرول می باشد و همچنین نانورس به منظور ساخت فیلامنت نانوکامپوزیتی FDM استفاده شدند. آلیاژ پلیمری در درصدهای وزنی 50، 60 و 70 از TPS اکسترود شد و نانوکامپوزیت توسط نانورس در درصدهای وزنی 1، 3 و 5 در ماده زمینه پلیمر آلیاژی با 60 درصد وزنی TPS، به دست آمد. فیلامنت توسط یک اکسترودر تک ماردون و توسط طراحی و ساخت یک قالب، با قطر 75/1 میلی متر ساخته شد. نمونه‌های خمش، کشش و ضربه از فیلامنت های ساخته شده توسط دستگاه FDM تولید شدند. به جهت مقایسه خواص مکانیکی، نمونه های فوق توسط روش قالب گیری تزریقی تولید شدند. همچنین برای مشخصه یابی خواص حرارتی و ساختاری از آزمون های گرماسنجی روبشی تفاضلی، آنالیز توزین حرارتی، میکروسکوپ الکترونی روبشی، شاخص جریان ذوب، چگالی سنجی، جذب آب و زیست‌تخریب‌پذیری در خاک استفاده شد. نتایج تجربی به دست آمده نشان داد افزودن TPS به PLA منجر به کاهش استحکام کششی، مدول یانگ، استحکام خمشی، مدول خمشی و مقاومت در برابر ضربه شد، درحالی که کرنش در شکست افزایش پیدا کرد. همچنین نمونه های قالب گیری شده خواص مکانیکی بهتری را نسبت به نمونه های پرینت شده از خود نشان دادند. با افزودن نانورس استحکام کششی نمونه ها افزایش یافت. بیشترین میزان استحکام کششی در نمونه های قالب گیری شده در 3 درصد وزنی نانورس و در نمونه های پرینت شده در 1 درصد وزنی نانورس دیده شد. همچنین مدول یانگ با افزودن نانورس در نمونه ها افزایش چشمگیری پیدا کرد. نمونه ها با اضافه شدن نانورس ویسکوزیته بیشتری پیدا کردند و شاخص جریان ذوب کمتر شد. طبق نتایج آزمون های حرارتی، نرخ تبلور ماده زمینه با افزایش نانورس، بیشتر شد و همچنین موجب کاهش دمای ذوب و دمای انتقال شیشه ای ماده زمینه شد. علاوه بر این، نانورس موجب افزایش پایداری حرارتی نمونه نانوکامپوزیتی شد و در برابر تخریب حرارتی فاز TPS مقاومت بیشتری نشان داد. نتایج آزمون جذب آب نیز نشان داد که طبیعت به شدت آب‌دوست TPS موجب جذب آب زیاد در نمونه های آلیاژی شده است، اگرچه نانورس می تواند به عنوان عایق منجر به کاهش جذب آب شود به طوری که در 5 درصد وزنی نانورس، میزان جذب آب از 42 درصد به 31 درصد کاهش پیدا کرد. همچنین چگالی نمونه ها با یکدیگر مقایسه شدند. به طور کلی TPS و نانورس چگالی نهایی ترکیب را افزایش داد. آزمون زیست‌تخریب‌پذیری در خاک نشان داد TPS به شدت مورد حمله آنزیم ها در خاک قرار می گیرد، اگرچه با افزودن نانورس می توان تخریب در زیر خاک را اندکی کاهش داد. کلمات کلیدی: فرایند FDM، پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر، نانوکامپوزیت پایه زیستی، فیلامنت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی