بازیافت پلی پروپیلن یکبار مصرف

بازیافت پلی پروپیلن یکبار مصرف

ساخت فیلامنت ذوب شده (FFF) به دلیل هزینه کمتر، سهولت کارکرد و طیف گسترده انتخاب مواد یکی از محبوب ترین روش های چاپ سه بعدی دربین کاربران نهایی است. با این حال، استفاده از فیلامنت کامپوزیت تولید شده از پلاستیک بازیافتی و ضایعات کشاورزی همچنان نسبتا غیرقابل استفاده است. این تحقیق بر توسعه فیلامنت کامپوزیت حاوی الیاف پوسته ذرت (CHF) و پلی پروپیلن یکبار مصرف بازیافتی برای FFF تمرکز دارد. همچنین، در اینجا پلی پروپیلن بازیافتی خالص (rPP) و کامپوزیت rPP/CHF  برای چاپ FFF در فیلامنت اکسترود شده است. مشاهده شد که افزایش محتوای CHF کیفیت چاپ قطعات را کاهش می دهد، همان طور که در شکاف های هوای قابل مشاهده و حفره های روی سطح چاپ شده و درون لایه ای مشاهده شده بود. با این حال، با تنظیم دمای چاپ و افزایش درصد اکستروژن درحین چاپ می توان بر این مشکلات غلبه کرد. نتایج حاصل از شاخص جریان مذاب نشان می دهد که محتوای CHF بالاتر جریان مذاب کامپوزیت rPP/CHF اکسترود شده در فرایند چاپ را کاهش داده و به طور بالقوه بر کیفیت قطعات چاپ شده تاثیر می گذارد. ازسوی دیگر، افزایش دما جریان مذاب کامپوزیت را افزایش داد که فرآیند چاپ را بهبود می بخشید. با افزودن مقدار کمی CHF به rPP، بخش چاپ شده بالاترین استحکام کششی را به دلیل اثر تقویت کنندگی الیاف داشت. با این حال، استحکام کششی قطعات چاپ شده با استفاده از فیلامنت کامپوزیت rPP/CHF با محتوای بالاتر CHF کاهش یافت. علاوه براین، محتوای بالاتر CHF منجر به چاپ قطعات کامپوزیتی شد که سفت‌تر و سخت‌تر بودند. همچنین تاب خوردگی نمونه‌های چاپ شده با این کامپوزیت را به حداقل رساند اما توجه به این نکته ضروری است که پیچ خوردگی نمونه چاپ شده به طور مستقیم با تبلور ناشی از اثر هسته‌زایی CHF مرتبط نیست. تجزیه حرارتی فیلامنت کامپوزیت rPP/CHF به دلیل افزودن مقدار بیشتری از CHF سریع تر رخ می دهد. با این حال، این نباید بر فرآیند چاپ تاثیر بگذارد، درحالی که دما فراتر از 23 درجه سانتیگراد نمی رود. این مطالعه به بیان پتانسیل استفاده از پلی پروپیلن یکبار مصرف و الیاف استخراج شده از پوسته ذرت به عنوان ماده اولیه در چاپ سه بعدی می پردازد. یافته های حاصل از این مطالعه امکان بازیافت و استفاده از ضایعات کشاورزی در فرآیندهای تولید افزودنی پایدار را توسعه می دهد.

تولید افزودنی (AM) که  معمولا به عنوان چاپ سه بعدی شناخته شده است، یک تکنیک تولیدی است که در آن مواد در یک مسیر از پیش تعریف شده با استفاده از دستگاه چاپ سه بعدی لایه به لایه افزوده می شود.برخلاف تولید سنتی که ضایعات را به شکل تراشه تولید می کند، در این روش تقریبا بدون ضایعات است. علاوه براین، AM درمقایسه با تولید سنتی از 75 تا 85 درصد مواد کمتری استفاده می کند درحالی که 75 درصد کمتر نیز انرژی مصرف می‌کند. باتوجه به اقتصادی بودن و پتانسیل‌های آن، کاربرد گسترده در صنایع و دانشگاه ها باهدف تولید نمونه‌های اولیه و محصولات نهایی مختلف دارد. همچنین پیش بینی می شود ارزش صنعت چاپ سه بعدی در بازار تا سال 2025 از 180 تا 490 میلیارد دلار برسد. بنابراین، به احتمال زیاد محبوبیت چاپ سه بعدی به دلیل تطبیق پذیری آن در دهه های آینده ادامه یابد و رشد کند. مدل سازی ساخت فیلامنت ذوب شده (FFF) تکنیکی است که اخیرا به دلیل سادگی، مقرون به صرفه بودن و گسترده بودن انتخاب مواد در بازار به محبوبیت قابل توجهی رسیده است. FFF نقش مهمی در صنعت تولید برای تولید نمونه های اولیه و محصولات ایفا می کند. به عنوان مثال، فیلیپ از فناوری FFF برای چاپ سه بعدی آویز لامپ استفاده می کند. و یا اداره ملی هوانوردی و اسکیپ (NASA) همچنین از چاپگر سه بعدی FFF برای تولید اجزای مریخ نورد استقامت کمک گرفت. در روش FFF به قالب در تولید نیاز است که به تدریج کاهش یافته و منجر به کاهش هزینه و کوتاه‌تر شدن زمان تولید می شود. علاوه براین، FFF طیف وسیعی از مواد و امکان تولید قطعات را با استفاده از پلاستیک مهندسی، پلاستیک زیست تخریب پذیر، کامپوزیت پلاستیک و همچنین پلاستیک های تجاری معمولی را فراهم می کند. در شکل زیر فرایند استخراج الیاف از پوسته ذرت ارائه شده است.

شکل 1:

از رایج ترین انواع فیلامنت ترموپلاستیک به عنوان ماده اولیه برای FFF می توان پلی لاکتیک اسید (PLA)، اتیلن ترفتالات گلیکول (PETG) و آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) را نام برد. علاوه بر این فیلامنت های تجاری موجود، پلاستیک های بازیافتی به عنوان مواد اولیه در چاپ سه بعدی درمقایسه با PLA، PETG و ABS جایگزین مناسبی هستند. استفاده از پلاستیک های بازیافتی به عنوان مواد اولیه در چاپ سه بعدی چندین مزیت دارد ازجمله پایداری، مقرون به صرفه بودن و کاهش مسائل مربوط به ضایعات پلاستیک جهانی. در پروژه های موفق قابل توجهی از ضایعات پلاستیکی در چاپ سه بعدی استفاده شده است همچون ساخت سکوهای المپیک از بطری های پلاستیکی در بازی های المپیک تابستانی 2020 در توکیو، ژاپن. درحال حاضر، در فیلامنت چوب موجود در بازار فقط از PLA و PETG استفاده شده است. تاکنون پلاستیک بازیافتی با الیاف طبیعی در تولید ترکیب نشده است. درنتیجه، هدف از این مطالعه بررسی فیلامنت های ساخته شده از پلاستیک بازیافتی و الیاف طبیعی است. پلاستیک یکبار مصرف اقلام مصرفی هستند که فقط برای یک بار استفاده طراحی شده اند همچون کارد و چنگال پلاستیکی، کیسه های پلاستیکی، فنجان های پلاستیکی قهوه و بطری پلاستیکی. در این میان، پلی پروپیلن (PP) یکی از متداول ترین پلاستیک های یکبار مصرف در زندگی روزمره است. کاربرد گسترده پلی پروپیلن در بسته بندی مواد غذایی، تولید ظروف غذا، کارد و چنگال، و بطری آب است.

کلام آخر

به طور کلی، این تحقیق پتانسیل فیلامنت کامپوزیت پلاستیک بازیافتی را با استفاده از CHF و پلی پروپیلن بازیافتی به دست آمده از محصولات پلاستیکی یکبار مصرف به عنوان ماده اولیه برای FFF در چاپ سه بعدی را بررسی می کند. سطح فیلامنت اکسترود شده با محتوای CHF متفاوت بوده و نشان دهنده سطح ناهموارتر و تاثیر بر قطر فیلامنت کامپوزیت با افزایش محتوای CHF است. درصد اکستروژن به طور قابل توجهی با تکیه بر نمونه های چاپ شده با فرمولاسیون فیلامنت کامپوزیت rPP/CHF  مختلف کیفیت چاپ را تحت تاثیر قرار می دهد. افزودن CHF به فیلامنت کامپوزیت باعث کاهش چروک در نمونه های چاپ شده می شود و همچنین نشان می دهد که CHF می تواند از ایجاد چروک در مواد بسته بندی با پایه پلی پروپیلن جلوگیری کند. با این حال، با افزودن محتوای بیشتر CHF خواص کششی به دلیل چسبندگی ضعیف لایه های چاپ شده کاهش می یابد. نتایج کششی نشان داد که دمای چاپ بالا استحکام کششی و مدول کامپوزیت هایrPP/CHF  را افزایش داده و نشان دهنده بهبود چسبندگی بین لایه ها و مخلوط است. باتوجه به یافته های به دست آمده از این مطالعه می توان نتیجه گرفت که با افزودن محتوای CHF، تجزیه حرارتی فیلامنت کامپوزیت rPP/CHF  تسریع می شود. نکته مهم این است که تجزیه حرارتی نباید بر فرایند چاپ تأثیر بگذارد تا زمانی که دما کنترل شده و کمتر از 230 درجه سانتیگراد حفظ شود. مطالعات آتی ممکن است راه‌هایی برای بهبود افزایش محتوای فیبر در کامپوزیت بدون ازبین رفتن چسبندگی بین لایه و استحکام مکانیکی ارائه دهند که راه را برای استفاده گسترده از rPP/CHF در AM فراهم خواهند کرد.