مقدمه
در دهه آخر قرن بیستم، زمینه‌ی جدیدی تحت عنوان نانوکامپوزیت وارد عرصه علم و فناوری کامپوزیت‌‌ها شد. نانوکامپوزیت‌ها مواد مرکبی هستند که حداقل یکی از اجزای تشکیل دهنده‌ی آن‌ها دارای ابعادی در محدوده‌ی نانومتری (بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر) باشد. این کامپوزیت‌ها به دلیل تغییر در ترکیب و ساختار مواد در مقیاس نانومتری و ارائه‌ی خواص ویژه و بی‌نظیر، نسبت به مواد کامپوزیتی در مقایس‌های متداول، در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های قابل توجهی داشته‌اند.
در بین نانوکامپوزیت‌ها بیشترین توجه به نانوکامپوزیت‌ها‌ی پایه پلیمری معطوف است. یکی از دلایل گسترش نانوکامپوزیت‌های پلیمری، خواص بی‌نظیر مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی آن است. نانوکامپوزیت‌های پلیمری عموما دارای استحکام بالا، وزن کم، پایداری حرارتی بالا، رسانایی الکتریکی بالا و مقاومت شیمیایی بالایی هستند.
پلاستیک یک ماده بسیار فراکیر و رایج در ساخت و تولید قطعات می باشد. یکی از خواص مهم پلاستیک‌ها انعطاف‌پذیری آن‌ها می باشد. پلاستیک می تواند به راحتی و به ارزانی تغییر فرم یابد؛ به همین دلیل امروزه بسیاری از قطعات با پلاستیک ساخته می شوند. از آنجا که برای تمامی مواد، استفاده از پلاستیک کمتر مقرون به صرفه می باشد، برای صنعت بسیار با ارزش است که روشی برای کاهش مقدار ماده مصرفی در فرآیند تولید قطعه ابداع شود.
امروزه در هر جا که از پلاستیک‌های جامد استفاده می‌شود، می‌توان برای کاهش مقدار ماده مصرفی وارد عمل شد. این صرفه‌جویی در هزینه‌های ماده مصرفی و حمل و نقل در بسیاری از موارد اثر مهمی بجا می‌گذارد. روش تولید فوم یا ایجاد حباب در توده ماده (خصوصا مواد پلاستیکی) یکی از روش های کاهش مواد مصرفی می‌باشد، به شرطی که بر عملکرد قطعه تاثیر منفی نگذارد. فوم‌ها به طور طبیعی و مصنوعی به شکل‌های مختلف وجود دارند. استفاده از فوم‌ها به طور طبیعی و مصنوعی به شکل‌های مختلف وجود دارند. استفاده از فوم سبب کاهش وزن، کاهش هزینه و بهبود خصوصیاتی نظیر عایق حرارتی و صوتی می‌گردد.
یکی از مشخصه‌های مهم فوم‌های پلیمری این است که عامل فوم‌ساز در حین فرآیند در درون زمینه پلیمری وارد شده و به صورت حباب‌های پایدار در درون سیستم باقی می‌ماند. دو نوع کلی از عوامل فوم‌ساز وجود دارد: عوامل فوم ساز شیمیایی و عوامل فوم‌ساز فیزیکی.
منظور از عامل فوم‌ساز فیزیکی، استفاده از یک گاز مانند نیتروژن، دی‌اکسیدکربن یا بوتان جهت تولید فوم‌های پلیمری می باشد. اصولا هر گازی را می توان به عنوان عامل فوم‌ساز به کار برد، اما تمامی گاز ها در پروسه فوم کردن پاسخ قابل قبولی را نمی‌دهند. در حقیقت برخی از آن ها واکنش بهتری نسبت به حلالیت، نفوذ و یا فراریت نشان می دهند. عامل فوم ساز فیزیکی بدون تغییر شیمیایی، مستقیما تحت فشار به داخل مذاب پلیمر وارد می شود و تقریبا همواره منابع اصلی گازهای دمشی برای فوم های کم تراکم‌اند.
برخی از مواد شیمیایی با انجام یک واکنش شیمیایی یا تحت اثر گرما، گاز آزاد می نمایند. این گونه مواد عموما در دمای معمولی جامد هستند و پایداری حرارتی خوبی دارند و در دمای بالا دچار تجزیه سریع می‌شوند. عموما عوامل فوم کننده شیمیایی تولید گاز نیتروژن، دی‌اکسیدکربن، مونواکسیدکربن و هیدروژن می نمایند. ترکیبات زیادی توانایی تولید گاز در اثر حرارت را دارا هستند که از این میان ۶ نوع ترکیب کلیدی در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد که شامل آزودی کربنامید، پاراتولوئن سولفونیل هیدارزید، فنیل تترازول، پاراتولوئن سولفونیل سمی کربازید، دی نیترول نپتامتیلن تترامین و بی کربنات سدیم میباشد که از این میان، آزودی کربنامید شناخته ترین عامل فوم کننده است که تقریبا ۸۵ درصد از کل حجم مصرفی را به خود اختصاص داده است.
نایلون ۶ یکی از اعضای خانواده‌ی پلیمرهای ترموپلاستیک نایلونی است که به نام پلی‌امید شناخته میشوند. نایلون ۶ نخستین بار توسط پول اسکلاک تولید شد. نایلون ۶ یکی از پرکاربردترین پلیمرها است. الیاف ۶ بسیار محکم بوده و دارای استحکام کششی بالایی است.
با توجه به اینکه در این تحقیق از روش قالب گیری تزریقی پلاستیک برای تولید نمونه‌های فوم نانوکامپوزیتی استفاده شده است، به شرح مختصری از این روش می‌پردازیم. در قالب گیری تزریق پلاستیک، ابتدا به دانه‌های پلاستیکی (گرانول‌ها) حرارت داده میشود تا ذوب شوند. سپس مذاب با فشار به درون حفره قالب تزریق میشود تا حجم حفره را پر کرده و فرم مورد نظر را به خود بگیرد. در این حالت، فشار برای مدت زمانی نگه داشته میشود تا تراکم بهتری حاصل شود. پس از انجماد درگاه ورودی مذاب به قالب، پیستون به عقب برمیگردد تا دوباره مواد گیری صورت گیرد. با سرد شدن و انجماد کامل قطعه، قالب باز شده و محصول به بیرون انداخته میشود. در انتها قالب دوباره بسته شده و سیکل بعدی شروع میشود.
کارهای متعددی در زمینه فوم های نانوکامپوزیت پلیمری صورت گرفته است که از برجسته‌ترین آنها میتوان به کار اکولیئوچا و همکاران اشاره کرد که در تحقیقشان خواص ساختاری و مکانیکی فوم های اکسترودی پلی استایرن را بررسی کردند. ایشان در تحقیقشان پلی اورتان را با نانو لوله های کربنی در درصدهای وزنی مختلف اختلاط کرده و مشاهده کردند که با افزودن نانولوله‌های کربنی، متوسط اندازه سلولی کاهش می یابد در حالی که چگالی فوم افزایش می یابد.
یکی دیگر از کارهای برجسته انجام گرفته در زمینه فوم های نانوکامپوزیت پلیمری، کارزنگ و همکاران می‌باشد. ایشان در این تحقیق پلی‌متیل‌متاکریلات را با نانو لوله‌های کربنی چند دیواره ترکیب کرده و کامپوزیت حاصل را توسط کربن دی‌اکسید، فوم کردند. ایشان خواص ساختاری و کششی نمونه‌های نانوکامپوزیتی فوم شده و همچنین فوم نشده را بررسی کردند. براساس نتایج بدست آمده از تحقیق ایشان، با افزودن ۵/۰٪ وزنی نانولوله کربنی که به طور مناسب داخل زمینه پخش شده بود، بهبودی به میزان ۴۰٪، ۶۰٪ و ۷۰٪ به ترتیب در استحکام کششی، مدول کششی و تنش در نقطه شکست مشاهده گردید.
از دیگر کارهای برجسته انجام گرفته در این زمینه می توان به پژوهش وان و همکاران، مسینگر و همکاران و لین و همکاران اشاره کرد. با توجه به تحقیقات فراوان انجام گرفته، تحقیقی که بر پایه طراحی آزمایش‌ها به بررسی خواص فوم‌های نانوکامپوزیتی پلی آمید۶ نانولوله‌های کربنی چند دیواره پرداخته باشد، مشاهده نگردید. به این منظور در پژوهش حاضر به بررسی استحکام کششی و خواص ساختاری فوم‌های نانوکامپوزیتی با ماتریس پلی آمید۶ در حضور درصد‌های متفاوت نانولوله کربنی و شرایط مختلف فرآیندی تزریق بر پایه طراحی آزمایش‌ها به روش تاگوچی و توسط نرم افزار مینی‌تَب پرداخته شده است که کاری جدید در زمینه فوم‌های پلیمری میباشد.