تحضير وتوصيف مواد بوليمرية ذات ذاكرة الشكل في التطبيقات الصناعية

الباحث

رولا عبد الخضر عباس الصافي

المشرف

محمد حمزة دحام المعموري

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

كلية هندسة المواد / هندسة البوليمرات والصناعات البتروكيمياوية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Shape memory polymers; Polymer blends; Characterization; Industrial applications

تم تحضير بوليمرات ذات ذاكرة الشكل Shape —memory polymers (SMPs) بطريقة انتفاخ (swelling) المطاط الطبيعي المفلكن بالحامض الدهني Fatty acid وفق 43585 Elastomer/ small Cus cmolecular blend SMP استعملت في هذه الدراسة الحالية نوعان من المنتجات المطاطية كطور ثابت Stationary phase أو ما يطلق عليه أيضا ب (الجزء الصلد (Hard segment في تحضير مطاط طبيعي ذكي ذات ذاكرة الشكل وهي:- 1-المنتج المطاطي التجاري المتمثل بالمطاط الطبيعي والذي رمز له في هذه الدراسة بالرمز (Virgin RB) 2-المنتج المطاطي المختبري المتمثل بالمطاط الطبيعي نوع5-(1855) Ribbed smoke sheet المفلكن مختبرياً بنسب مختلفة من الكبريت تراوحت ما بين phar) 0.75-2) والذي رمز له بالرمز Virgin Lin ،RSS استعمل gle si من الأحماض الدهنية الطبيعة والمشبعة والتي تتمثل بحامض السيتارك (Stearic acid) وحامض البالمتيك (Palmitic acid) بنسب وزنية مختلفة تراوحت ما بين )43.9% -3.8 ) لزمن انتفاخ تراوح ما بين (5-180min) كطور تبادلي (Switching phase) او ما يطلق عليه أيضا ،(Soft segment) ولغرض تشخيص وتوصيف خصائص تأثير ذاكرة الشكل الأحادية الاتجاه One-way shape memory effect(lw-SME) بالاعتماد على دورة ذاكرة الشكل الكلاسيكية الساخنة، أجريت مجموعة من الاختبارات التي تمكننا من التحقق (verification) من سلوك ذاكرة الشكل (Shape memory behavior (SM-behavior)) لتقييم اثر تشرب(110721687021001) المطاط المفلكن بالحامض الدهني على سلوكيتها كمواد ذكية ذات ذاكرة الشكل وهي:- ، اختبار تأثير ذاكرة (SME)UJSa الكمي لحساب معاملات ذاكرة الشكل عملياً والمتمثلة ب (Shape fixity ratio, R%),(Shape recovery ratio, R-%)and (Shape memory index, SM- index) ، باستعمال جهاز الاستطالة الحراري (المصمم من قبلي والمصنع بالتعاون مع ورشة صناعية هندسية محلية) وآلة الورنية المطورة من قبلي. ، اختبار تأثير ذاكرة الشكل التصويري المرئي باستعمال تقنية .Video-Image ، اختبار ذاكرة الشكل السطحية باستعمال جهاز Surface shape memory (المصمم من قبلي والمصنع بالتعاون مع ورشة صناعية هندسية محلية). Differential Scanning Calorimeter (DSC) e . X-ray diffraction (XRD) e (Field ، (Energy dispersive ray spectroscopy (EDS))u=2=8 علاوة على ذلك اجري (Fourier transform infrared و emission scanning electron microscopy (FE-SEM)) (Crosslink density) واختبار قياس كثافة التشابك الترابطي spectrometry analysis (FT-IR)) وبعض الفحوصات الميكانيكية الشبه الساكنة القصيرة الزمن مثل مقاومة الشد و الصلادة السطحية و مقاومة بدرجة حرارة الغرفة. وقد تم مناقشة النتائج المستحصلة بالتفصيل. (Max crushing strength) =! هذه الدراسة أوضحت إن قدرة المطاط المفلكن والمشرب بالحامض الدهني في التثبيت المؤقت (Temporary fixation) للانفعال المسلط يرتبط ببعض الظواهر الخاصة التي تحدث وفق بروتوكول الدورة الثرموميكانيكية الساخنة مثل التقلص الحراري (Thermal contraction) والتراجع المرن (Elastic retract) وتراكم الانفعال plastic alll ألدائمي، Gus تلعب هذه الظواهر دوراً سلبيآً في عملية تقييد الشكل المشوه ميكانيكياً خلال مرحلة برمجة الشكل (مرحلة تنشيط Activation stage خاصية و Shape memory effect, SME ) وعليه فأن القيمة الفعلية التي تم احتجازها في هذه الدورة هي 58.7% بدلاً من 70% وان Re تصل قيمتها الى 83.8% وبالتالي تؤثر سلباً على احتجاز طاقة شغل الاستطالة Cus تقل من 73.7117/503 الى 61.65KI/m3 كما أوضحت هذه الدراسة ارتباط أداء ذاكرة الشكل بطاقة شغل الاستطالة المرنة المقيد عن الانعكاس التلقائي خلال dls ye تنشيط خاصية SME من دورة ذاكرة الشكل (SMC) إضافة إلى ما ذكر فقد تم دراسة العوامل الأساسية المؤثرة على سلوك ذاكرة ،(SM -behavior)JS<ill وهي: النسبة المئوية الوزنية للحامض الدهني و sae دورة ذاكرة الشكل و الانفعال المسلط و كثافة التشابك الترابطيء، وقد تبين SM-behaviord) يتحسن عندما ترتفع النسبة المئوية الوزنية للحامض الدهني في كتلة المطاط المفلكن بينما تضعف ~SM-behavior مع زيادة كل من (الانفعال المسلط ورقم دورة ذاكرة الشكل و كتافة التشابك الترابطي ) ومن ناحية أخرى حصول ظاهرة تزهر الشمع (Wax blooming) خلال دورة ذاكرة الشكل. كما ترصد بيانات هذه الدراسة زيادة زمن سرعة استعادة الشكل الأصلي خلال مرحلة الاستعادة (مرحلة تعطيل خاصية (SME من دورة ذاكرة الشكل Shape memory cycle.(SMC) مع زيادة درجة حرارة التحفيز الحراري حيث يتم الوصول الى النسبة المئوية لاستعادة الشكل الأصلي (Ry) و المقدرة 2 99.7% كما لوحظ الاختلاف الطفيف في SM —behavior مع تغير طبيعة وسائل التبريد والتسخين، إلا إن هذا التغير يؤثر تأثيرا كبيرأ على زمن دورة ذاكرة الشكل. وأخيرا فان الفحوصات الميكانيكية الشبه الساكنة القصيرة الزمن وبدرجة حرارة الغرفة هي وسائل لوصف التباين في الخصائص الميكانيكية للمطاط المفلكن قبل وبعد تشربه بالحامض الدهنيء وان المطاط المفلكن والمشرب بالحامض الدهني باستخدام هذه الفحوصات التقليدية لا يظهر سلوك ذاكرة الشكل بالرغم من تشربه بالحامض الدهني ، حيث يسلك سلوكاً مشابهاً للمطاط المفلكن التقليدي الغير الذكي. وان سبب عدم إظهار سلوك ذاكرة الشكل لعدم توفر الظروف الاستثنائية في هذه الأجهزة و التي تساعد في إجراء دورة ذاكرة الشكل لغرض تنشيط وتعطيل خاصية ٠، SME لكون هذه الخاصية غير متأصلة بالمواد البوليميرية ذات ذاكرة الشكل بشكل عام.

Shape-memory polymers, SMPs were prepared by the vulcanized natural rubber swelling with fatty acid according to the elastomer/small molecular blend SMP technique. Two types of elastomeric products were used as a stationary phase, or what is also called hard segment, in the preparation of the shape memory smart natural rubber, which are: 1- The commercial elastomeric product represented by the natural rubber band of type Latex, which is denoted in this study with the symbol (Virgin RB). 2- The laboratory elastomer product, represented by the natural rubber of type ribbed smoke sheet (RSS-5) that is laboratory vulcanized with different sulfur ratios ranging between (0.75-2) phr, which is denoted as Virgin RSS. Two types of natural and saturated fatty acids were used, which are Stearic acid and Palmitic acid, with different weight percentages (wt% fatty acid) ranging between (3.8- 43.9%) accordion to a swelling time ranging of (5-180) min as a switching phase or what called as soft segment. For the characterization purpose of the one-way shape memory effect (1w- SME) properties depending on the hot classical shape memory cycle, a set of tests were conducted that enabled the verification of the shape memory behavior (SM- behavior) to evaluate the effect of the vulcanized rubber impregnation with fatty acid on its behavior as shape memory smart material, these tests are: The quantified shape memory effect test: Used to calculate the shape memory factors, practically, using the self-modified Vernier instrument and Thermal elongation device (Designed, by me and manufactured in cooperation with engineering industrial workshop). These shape memory factors are represented by the Shape fixity ratio, Rf%, Shape recovery ratio, Rr% and Shape memory index SM-index. The visual photography shape memory effect test, using video-image technique. Surface-shape memory test, using (Designed, by me and manufactured in cooperation with engineering industrial workshop) surface-shape memory device.  Differential Scanning Calorimeter (DSC).  X-ray diffraction (XRD). In addition Energy dispersive ray spectroscopy (EDS), Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Fourier transform infrared spectrometry analysis (FT-IR) and cross-link density tests were performed. Also, short-time quasi-static mechanical tests were conducted such as: Tensile strength, surface hardness, and max crushing strength at room temperature. The results have been discussed in detail. This study showed that the ability of the vulcanized rubber impregnated with fatty acid to temporary fix the applied strain is related to some special phenomena that occur according to the hot thermo- mechanical cycle protocol, such as thermal contraction, elastic retraction, and the permanent plastic strain accumulation. Where these phenomena play a negative role in the process of restricting the mechanically deformed shape during shape programming stage i.e the shape memory effect (SME) property activation stage, in this cycle the real retained applied strain value was (58.7%) instead of (70%) thus negatively affects the retention of the stretching work energy where it decreases from 73.71 KJ/m3 to 61.65KJ/m3. Where this study has clarified the relation of the shape memory performance with the elastic stretching work energy that is restricted from the spontaneous reversal during the SME property activation stage of the shape memory cycle (SMC). In addition to the previously mentioned, the main factors affecting the shape memory behavior (SM-behavior) were studied, which are: the fatty acid weight percentage, the shape memory cycle number, the applied strain, the cross- link density. It was found that SM-behavior is improved when the weight percentage of the fatty acid in the vulcanized rubber mass increases, while SM- behavior is weakened with the increasing of both (applied strain, shape memory cycle number, and cross-link density). On the other side, there is the occurrence of the wax blooming phenomenon during the shape memory cycle, SMC. The data of this study also observe an increase in the original shape recovery speed time during the recovery stage of the SMC with the increase in the thermal stimulation temperature where the original shape recovery ratio, Rr, is reached to 99.7%. A slight difference was also noticed in the SM-behavior with the change in the nature of the cooling and heating methods, but this change has a significant impact on the time of the SMC. Finally, the short-time quasi-static mechanical tests at room temperature, are means of describing the variation in the mechanical properties of vulcanized rubber before and after it is impregnated with fatty acid. In addition to that, by using these conventional tests, the vulcanized rubber impregnated with fatty acid do not show shape memory behavior in spite of its impregnation with the fatty acid, where it behaves similar to a non-smart conventional vulcanized rubber by not showing shape memory behavior; because in these devices there are no exceptional conditions that help in conducting a shape memory cycle to activate and deactivate the SME property, because this property is generally not inherent in the SMP materials.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب