فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

بیان مساله و اهداف: نگرانی‌های رو به افزایش درباره آلودگی‌های پلاستیکی، توجه به پلیمرهای زیستی مانند پلی لاکتیک اسید (PLA) را به دلیل زیست‌تخریب‌پذیری و قابلیت فرآیندپذیری افزایش داده است. با این حال، شکنندگی PLA محدودیت‌هایی در کاربردهای سازه‌ای ایجاد می‌کند. تقویت‌کننده‌های طبیعی مانند آرد چوب (WF) و میکرو بلور سلولز (MCC) می‌توانند خواص مکانیکی PLA را بهبود دهند، اما پراکنش یکنواخت آن‌ها و انسجام فازها به روش اکستروژن و نوع چاپ سه‌بعدی وابسته است. این مطالعه اثر تکرار فرآیند اکستروژن و مقایسه دو روش چاپ سه‌بعدی فیلامنت ذوب شده (FFF) و گرانول ذوب شده(FGF) بر ویژگی‌های مورفولوژی و ساختاری کامپوزیت‌های زیستی PLA-WF-MCC را بررسی می‌کند تا بهینه‌ترین شرایط تولید برای کاربردهای سازه‌ای مانند چاپ صندلی تعیین شود.مواد و روش‌ها: در این تحقیق، برای تولید کامپوزیت‌های زیستی از گرانول‌های PLAبه‌عنوان ماتریس اصلی، MCC به‌عنوان فاز تقویت‌کننده و WF به‌عنوان پرکننده استفاده شد. ترکیب PLA-WF-MCC جهت ساخت کامپوزیت از اکسترودر دو مارپیچه یک مرحله‌ای و دو مرحله‌ای عبور داده شدند. کامپوزیت‌های زیستی پس از فرآیند اکستروژن به چهار روش مختلف تقسیم شدند، تا اثرات تکرار فرآیند اکستروژن و روش‌های چاپ سه‌بعدی بر ویژگی‌های مورفولوژی آن‌ها بررسی شود. روش‌های چاپ سه‌بعدی شامل فیلامنت ذوب‌شده (FFF) و گرانول ذوب‌شده (FGF) برای ساخت نمونه‌های سه‌بعدی مورد استفاده قرار گرفتند. کلیه پارامترهای تنظیمی در دو روش چاپ سه‌بعدی شامل دمای ۲۱۰ درجه سانتی‌گراد برای فیلامنت و گرانول، ۶۰ درجه سانتی‌گراد برای بستر چاپ، سرعت چاپ ۴۰ میلی‌متر بر ثانیه، ضخامت لایه 2/0 میلی‌متر و تراکم پرکننده 100 درصد بود. به‌منظور بررسی چسبندگی بین‌فازها، پراکندگی ذرات، ریزساختار، میزان تخلخل و کیفیت ساختاری، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از نمونه‌های اکسترودشده و چاپ‌شده تهیه و مورد تحلیل قرار گرفت. این تصاویر در بزرگ‌نمایی‌‌های مختلف ثبت شده و برای تحلیل و مقایسه‌ی ویژگی‌های مورفولوژیکی و تراکم ساختاری مورد استفاده قرار گرفتند.نتایج: نتایج بررسی تصاویر SEMنشان داد که در نمونه‌های یکبار اکسترود شده، پراکندگی یکنواخت و همگن MCC در ماتریس PLA مشاهده شد و چسبندگی بین فازها به‌خوبی برقرار بود. همچنین، در این نمونه‌ها هیچ مرز مشخصی بین ماتریس پلیمری و MCC مشاهده نشد، که نشان‌دهنده اختلاط خوب و همگن مواد است. در مقابل، نمونه‌های دوبار اکسترود شده دچار جدایش بین‌فازی و ایجاد حفرات ریز در نواحی مرزی فازها شدند. این تفاوت‌ها به دلیل حساسیت حرارتی بالای PLA و تخریب جزئی آن در فرآیند اکستروژن دو مرحله‌ای بود که موجب کاهش کیفیت ساختاری و ایجاد تخلخل در نمونه‌ها گردید. این نتایج نشان می‌دهند که در کامپوزیت‌های زیستی، تعداد مراحل فرآیند اکستروژن نقش مهمی در حفظ تعادل بین اختلاط مناسب و سلامت ساختاری ایفا می‌کند. در فرآیند چاپ سه‌بعدی، نمونه‌های یکبار اکسترود شده به‌دلیل پراکندگی یکنواخت و ویژگی‌های مورفولوژی بهتر، برای چاپ انتخاب شدند. در میان دو روش چاپ، نمونه‌های ساخته‌شده به روش گرانولی از ویژگی‌های مورفولوژی بهتری برخوردار بودند و تخلخل کمتری نسبت به نمونه‌های فیلامنتی نشان دادند. در این روش، به‌دلیل کاهش تنش‌های حرارتی و بهبود پیوند لایه‌ها، ساختار متراکم‌تری حاصل شد که مناسب‌تر برای چاپ صندلی است. در نهایت، صندلی با موفقیت به‌وسیله‌ی روش گرانولی چاپ شد.نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج این تحقیق، نمونه‌های یک‌بار اکسترود شده دارای پراکندگی یکنواخت MCC در ماتریس PLA بودند که باعث بهبود چسبندگی بین‌فازی و انسجام ساختاری شد. در کامپوزیت‌های زیستی PLA/WF/MCC، فرآیند اکستروژن دوبار باعث جدایش بین‌فازی و حفرات شد که به حساسیت حرارتی بالای PLA مربوط است. این نتایج نشان می‌دهند انتخاب سطح بهینه اکستروژن برای حفظ تعادل بین اختلاط و پایداری ساختاری ضروری است. همچنین، در فرآیند چاپ سه‌بعدی، نمونه‌های یک‌بار اکسترود شده با ویژگی‌های ریزساختار مطلوب برای روش‌های فیلامنتی و گرانولی انتخاب شدند. در روش گرانولی، حفرات کمتری در مقایسه با روش فیلامنتی مشاهده شد و ساختار متراکم‌تری برای چاپ سه‌بعدی فراهم شد که موجب بهبود کیفیت ساختاری قطعات شد. روش گرانولی به دلیل مزایای کاهش تنش‌های حرارتی، بهبود توزیع یکنواخت مواد و کاهش حفرات، به عنوان روش مناسب‌تری برای چاپ صندلی انتخاب گردید.