Author

Tamem Salah

Date of Award

12-2019

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Material Science Engineering (MSMatSE)

Department

Mechanical Engineering

First Advisor

Dr.Aiman Ziout

Second Advisor

Dr. Jaber Abu Qudeiri

Third Advisor

Dr. Kassim Abdullah

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.

Comments

نطاق هذا البحث هو فئة ناشئة من المواد الذكية وهي اللدائن حافظة الشكل و المستجيبة للحوافز (SMP) التي يمكن تشغيلها عند تقديم المحفز الصحيح لاستعادة شكلها الأصلي، بعد أن يتم تشويه شكلها الاصلي للشكل الثانوي. هذه المواد هي مثالية لنظام ذكي متكامل، حيث يتم تسخين هيكلها إلى درجة حرارة معينة لتوليد حركة تفاعلية معرفة مسبقًا. يهدف هذا البحث إلى توظيف طريقة جديدة انتاج 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 اقل 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 و وقت الرغوة. تم اختيار مستوايين لكل عامل من هذه العوامل. تم تصميم خريطة Taguchi لتحديد عدد التجارب اللازمة للوصول لنتائج موثوقة. بعد عملية انشاء عينات رغوية، تم تقييم أدائها من خلال حساب نسبة الرغوة، سرعة استعادة الشكل و قوة الدفع المطبقة. تم إجراء مزيد من الدراسات على العينات في شكلها الأساسي للوصول لمعرفة أفضل لبنيتها و تركيبها الكيميائي، الدراسات و الاختبارات تمت عن طريق استخدام: قِياسُ الكالوري التفَرُسي التَّفريقي (DSC) ، التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء FTIR) ( و تقنية حيود الأشعة السينية .(XRD) النتائج التجريبية أظهرتدرجة 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 النانونية في تقليل سرعة استعادة الشكل؛ بسبب إنشائها فجوات داخل جسم العينة. ومع ذلك، تم الحصول على نسبة رغوة أعلى عند إدخال تلك الجسيمات في بنية العينة اللدنة. أن

Download

Included in

Engineering Commons

Share

COinS