وابستگی ثابت دی‌الکتریک و خواص مکانیکی اسفنج پلی‌استیرن انبساطی به ضخامت دیواره سلول

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، صندوق پستی 1774-15875

چکیده

فرضیه‌: فناوری تهیه اسفنج‌های پلیمری با ثابت دی‌الکتریک دلخواه در طراحی و ساخت تجهیزات مخابراتی کاربرد دارد. از آنجا که اثر مشخصه‌های ریزساختاری اسفنج‌های پلی‌استیرن انبساطی بر مشخصات دی‎الکتریک و خواص مکانیکی شایان توجه است. موضوع این مقاله به اثر ضخامت دیواره سلول اسفنج‌های پلی‌استیرن انبساطی بر ثابت دی‌الکتریک و ضریب اتلاف و سختی و جهندگی اسفنج‌های پلی‌استیرن انبساطی متمرکز شده است.
روش‌ها: تعدادی نمونه‌های اسفنج پلی‌استیرن انبساطی با مقدار تخلخل و ضخامت کل متفاوت با استفاده از برنامه مشخص گرمایی در کوره برنامه‌پذیر تهیه شدند. ابتدا، خواص فیزیکی از قبیل جرم حجمی و مقدار تخلخل اسفنج پلی‌استیرن انبساطی تعیین شد و سپس مشخصه‌های ریزساختاری آن‌ها مانند میانگین ضخامت دیواره سلول‌ها با میکروسکوپ الکترونی پویشی بررسی شدند. ثابت و ضریب اتلاف دی‎الکتریک نمونه‌های اسفنجی حاصل با دستگاه تحلیگر شبکه‌ای برداری دارای آنتن شیپوری لنزدار ارزیابی شد و خواص مکانیکی نمونه اسفنج‌های پلی‌استیرن انبساطی طبق سختی‌سنج شور D و مقدار انرژی مکانیکی قابل ذخیره با دستگاه جهندگی سنجش شدند.
یافته‌ها: مشخصه‌های دی‌الکتریکی مانند ثابت دی‌الکتریک و ضریب اتلاف دی‌الکتریک اسفنج پلی‌استیرن با افزایش ضخامت دیواره سلول‌ها در نمونه‌های با ضخامت کل برابر، به‌ترتیب تا 12 و %53 افزایش نشان می‌دهند. همچنین خواص مکانیکی نمونه‌های اسفنج پلی‌استیرن از قبیل سختی و جهندگی نیز با افزایش ضخامت دیواره سلول‌ها در نمونه‌های با ضخامت کل برابر، به‌ترتیب 40 و %42 افزایش نشان می‌دهند. در حالی‌ که ثابت دی‌الکتریک و ضریب اتلاف دی‌الکتریک با کاهش ضخامت کل نمونه پلی‌استیرن اسفنجی حین ثبات ضخامت دیواره سلول‌های اسفنج پلی‌استیرن کاهش می‌یابد، ضخامت کل نمونه‌ اسفنج پلی‌استیرن اثری بر مقدار سختی و جهندگی نشان نداد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Dependence of Dielectric Constant and Mechanical Properties of Expanded Polystyrene Foam on Cell Wall Thickness

نویسندگان [English]

  • ِDariush Godarzi
  • Seid Mohammad Hosseini
  • Mohammad Reza Pourhossaini
  • Mohamoud Razavizade
  • mohammad khabiri
  • Milad Saadat Tagharoodi
Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, P.O. Box 15875-1774, Tehran
چکیده [English]

Hypothesis: The technology of preparing materials with desired dielectric constants is used in designing and manufacturing telecommunication equipment. Foaming of the polymers is an effective method to reduce their dielectric constant further, as the influence of the microstructural characteristics of the expanded polystyrene foams is important for their dielectric characteristics and mechanical properties. This article focuses on the effect of cell wall thickness of the expanded polystyrene foams on their dielectric constant, loss factor, hardness and resilience.
Methods: Many samples of the expanded polystyrene foam with different porosity and overall thickness values were prepared using a specific thermal procedure in a programmable oven. At first, the physical properties such as density and porosity of the expanded polystyrene foams were measured. Next, their microstructural characteristics such as the average cell wall thickness of the expanded polystyrene foams were investigated using a scanning electron microscope. The dielectric constant and loss factor of the samples were assessed with a vector network analyzer with a lens horn antenna. The mechanical properties of the expanded polystyrene foams were evaluated according to Shore D hardness, and the value of mechanical energy stored in them was measured by a resilience tester.
Findings: By increasing cell wall thickness in samples at equal overall thickness, the dielectric characteristics such as dielectric constant and dielectric loss factor increase by 12% and 53%, respectively. Moreover, the mechanical properties such as hardness and resilience reveal an increase of 40 and 42%, respectively, due to the increase of cell wall thickness in samples at the same overall thickness. While the dielectric constant and the dielectric loss factor decrease with the reduction of the overall thickness at the same cell wall thickness, the variation of the overall thickness depicts no effect on the hardness and resilience.

کلیدواژه‌ها [English]

  • dielectric constant
  • mechanical properties
  • expanded polystyrene
  • foam
  • cell wall thickness

مراجع

  1. Jürgen and Wallis M., Dependence of Thermal Properties of Expandable Polystyrene Particle Foam on Cell Cize and Density, J. Cell. Plast.,46, 209-222, 2010.
  2. Beverte G. and Ilze Y., Deformation of Polypropylene Foam Neopolen®P in Compression,  Cell. Plast.,40, 191-204, 2004.
  3. Sanchez R., Alejandro E., Gomez-Ma´rquez , Aguilera-Gomez E., Ledesma-Orozco E.R., and Plascencia-Mora H., Numerical Analysis of Energy Absorption in Expanded Polystyrene Foams, J. Cell. Plast.,56, 411-431, 2020. 
  4. Gehuan W., Hoong Ong S., Zhao Y., Xu Z.J., and Ji G., Integrated Multifunctional Macrostructures for Electromagnetic Wave Absorption and Shielding, Mater. Chem., 46, 24368-24387, 2020.
  5. Raps K., Daniel J., Hossieny N., Park C., and Altstädt V., Past and Present Developments in Polymer Bead Foams and Bead Foaming Technology, Polymer,56, 5-19, 2015.‏
  6. Turner A., Foamed Polystyrene in the Marine Environment: Sources, Additives, Transport, Behavior, and Impacts, Sci. Technol., 54, 10411-10420, 2020.
  7. Block C., Brands B., and Gude T., Packaging Materials 2. Polystyrene for Food Packaging Applications-Updated Version, Nutr. Clin. Care, 13, 321-336, 2017.
  8. Sulong R., Hafizah N., Aisyah Syaerah Mustapa S., and Khairi Abdul Rashid M., Application of Expanded Polystyrene (EPS) in Buildings and Constructions: A Review, J. Polym. Sci., 136, 475-495, 2019.
  9. Bezborodov V., Kosiak O.S., Kuleshov Y.M., and Yachin V., Differential Phase Sections Based on Form Birefrigence in the Terahertz Frequency Range, Telec Rad. Eng., 74, 43-59, 2015.
  10. Lei X., Tong L., Pan H., Yang G., and Liu X., Preparation of Polyarylene Ether Nitriles/Fullerene Composites with Low Dielectric Constant by Cosolvent Evaporation, Mater. Sci. Mater. Electron., 30 ,18297-18305, 2019.
  11. Yuan C., Jin K., Li K., Diao K., Tong J., and Fang Q., Non-Porous Low-k Dielectric Films Based on a New Structural Amorphous Fuoropolymer, Mater., 25, 4875-4878, 2013.
  12. Wang L., Liu C., Shen S., Xu M., and Liu X., Low Dielectric Constant Polymers for High-Speed Communication Network, Ind. Eng. Polym., 34,138-148, 2020.
  13. Barczew M., Kozakiewicz C., and Krucińska I., The Effect of Foam Morphology on Dielectric Properties of Closed-Cell Foams Based on High-Density Polyethylene, Test., 89, 231-245, 2020.
  14. Zhang Y., Yang Y., Xu Y., and Chen W., Low-Dielectric Constant Foam Materials through Polymer Blends, Polym., 49, 321-420, 2020.
  15. Chen W., Yao Z., Lin H., Zhou J., Haidry A., Qian Y., Guo X., and Qian K., Electromagnetic and Microwave Absorption Performance of Ni4Zn0.4Co0.2Fe2O4/Polymethacrylimide Foam Synthesized via Polymerization, J. Mater. Sci. Mater. Electron., 30, 16991-17002, 2019.‏
  16. Tran M.P., Detrembleur C., Alexandre M., Jerome C., Thomassin J.M., The Influence of Foam Morphology of MWCNT/PMMA Nanocomposites on Electrical Conductivity, Polymer, 54, 3261-2370, 2013 .
  17. Ma Z., Zhang G., Yang Q., Shi X., and Liu Y., Mechanical and Dielectric Properties of Microcellular Polycarbonate Foams with Unimodal or Bimodal Cell-Size Distributions, Cell. Plast., 51, 307-327, 2015.
  18. Wang L., Liu X., Liu C., Zhou X., Liu C., Cheng M., Wei R., and Liu X., Ultralow Dielectric Constant Polyarylene Ether Nitrile Foam with Excellent Mechanical Properties, Eng. J., 384, 123-231, 2020.
  19. Taher A. and Hasanzadeh R., A Review on Principles and Fundamentals of Fabrication of Polymeric Foams in Regards to Increasing Cell Density/Reducing Cell Size, Mech. Eng., 19, 211-222, 2019.
  20. Xiao W., Liao X., Jiang Q., Zhang Y., Chen J., Yang Q., and Li G., Strategy to Enhance Conductivity of Polystyrene/Graphene Composite Foams via Supercritical Carbon Dioxide Foaming Process, Supercrit. Fluids, 142, 52-63, 2018.
  21. Chimezie O., Raps D., Subramaniam K., and Altstädt V., Microcellular to Nanocellular Polymer Foams: Progress and Future Directions–A Review,  Polym. J., 73, 500-519, 2015.
  22. Silaghi M.A., Polymer Dielectric Materials, In Dielectric Materials, IntechOpen, Novi Sad, Croatia, 1st ed., 60-85, 2012. DOI:10.5772/2781
  23. Lopattananon N., Julyanon J., Masa A., Kaesaman A., Thongpin C., and Sakai T., The Role of Nanofillers on (Natural Rubber)/ (Ethylene Vinyl Acetate)/Clay Nanocomposite in Blending and Foaming, Vinyl Add. Technol., 21, 134-146, 2015.

 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار