Date of Award
12-2019
Document Type
Thesis
Degree Name
Master of Science in Materials Science and Engineering (MSMSE)
Department
Mechanical Engineering
First Advisor
Dr.Aiman Ziout
Abstract
The scope of this research is the emerging class of smart materials namely stimulus-responsive shape memory polymers (SMP) that can be actuated on demand to recover their original shape, after being quasi-plastically distorted. SMP are ideal for an integrated intelligent system, in which the structure is heated to a certain temperature to generate reactive motion as pre-programmed. This research aims to employ a new emerging method for generating foam structure; called solid-state foaming. The generated foamed structures are advantageous over fully dense SMP in terms of the low density, high compressibility and high deformations when they recover their permanent shape. However, the mechanical properties of these samples is reduced due to the existence of pores. In this research, effects of polymer type, nanoparticle percentage, packing pressure, holding time, foaming temperature and foaming time parameters were tested. Two levels were selected for each factor. A Taguchi design was selected to determine number of experiments needed to be conducted. Post to foaming of the samples, their performance namely foaming ratio, shape recovery speed and actuation load were evaluated. Further characterization techniques namely Differential Scanning Calorimetry (DSC), Fourier Transformation Infrared Spectroscopy (FTIR) and X-ray Diffraction (XRD) were operated on the samples in their original form to obtain better knowledge of their structure and chemical composition. The experimental results showed that temperature has no impact on the actuation load, as long as a temperature above glass transition temperature is applied. Addition of nano-particles caused the shape recovery speed to reduce; due to creation of discontinuity within the polymer matrix. However, higher foaming ratio was obtained when NPs were introduced to the polymer structure.
Arabic Abstract
نطاق هذا البحث هو فئة ناشئة من المواد الذكية وهي اللدائن حافظة الشكل والمستجيبة للحرارة (SMP) التي يمكن تشغيلها عند تقديم المحفز الصحيح لاستعادة شكلها الأصلي، بعد أن يتم تشويه شكلها الأصلي للشكل الثانوي. هذه المواد هي مثالية لنظام ذكي متكامل، حيث يتم تسخين هيكلها إلى درجة حرارة معينة لتوليد حركة تفاعلية معرفة مسبقاً. يهدف هذا البحث إلى توظيف طريقة جديدة لإنتاج عينات ذات بنية رغوية؛ هذه الطريقة تدعى رغوة الحالة الصلبة. تتميز الهياكل الرغوية المنتجة بميزة مقارنة بالعينات الأصلية ذات الكثافة العالية من حيث الكثافة المنخفضة، قابلية الانضغاط العالي والتشوهات العالية عند استعادة شكلها الدائم. ومع ذلك، تعتبر الخواص الميكانيكية لهذه العينات أقل كفاءة بسبب وجود المسامات فيها.
في هذا البحث، تم اختبار تأثير عوامل مختلفة على هذه العملية مثل: نوع اللدن، نسبة الجسيمات النانوية، الضغط المطبق على العينة، مدة تطبيق الضغط، درجة حرارة الفرن ووقت الرغوة. تم اختيار مستويين لكل عامل من هذه العوامل. ثم تصميم خريطة Taguchi لتحديد عدد التجارب اللازمة للوصول لنتائج موثوقة. بعد عملية إنشاء عينات رغوية، تم تقييم أدائها من خلال حساب نسبة الرغوة، سرعة استعادة الشكل وقوة الدفع المطبقة. تم إجراء مزيد من الدراسات على العينات في شكلها الأساسي للوصول لمعرفة أفضل لبنيتها وتركيبها الكيميائي، والدراسات تمت عن طريق استخدام: قياس الكالوريمتري التفاضلي (DSC)، التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء (FTIR) وتقنية حيود الأشعة السينية (XRD). النتائج التجريبية أظهرت أن درجة الحرارة لا تؤثر على قوة الدفع المطبقة من قبل العينات، طالما أنه يتم تطبيق درجة حرارة أعلى من درجة حرارة التحول الزجاجي. تسبب إضافة الجزيئات النانوية في تقليل سرعة استعادة الشكل بسبب إنشاء فجوات داخل جسم العينة. ومع ذلك، تم الحصول على نسبة رغوة أعلى عند إدخال تلك الجسيمات في بنية العينة اللدنة.
Recommended Citation
Salah, Tamem, "Effect of Fe₃O₄ Nanoparticles on Performance of Shape Memory Polymers Foam Using Solid State Foaming Process" (2019). Mechanical Engineering Theses. 7.
https://scholarworks.uaeu.ac.ae/mechan_theses/7
Arabic Comments
مفاهيم البحث الرئيسية: تأثير شكل الذاكرة، بوليمرات ذات الذاكرة، رغوة الإيبوكسي، مركبات نانوية، جسيمات أكسيد الحديد النانوية، الحشو.