تحليل تجريبي وعددي للخواص الميكانيكية والفيزيائية والحرارية لمادة HDPE المتقادمة حرارياً والمُعاد تدويرها

الملخص

تُقدِّم هذه الدراسة تقييماً تجريبياً منهجياً لتأثير التقادم الحراري وإعادة التدوير الميكانيكي على الخواص الميكانيكية والفيزيائية والحرارية لمادة HDPE من نوع SABIC® M300054 أُخضعت المادة البِكر لتقادم حراري داخل فرن ذي تهوية قسرية عند 100°C ± 2 لمدة 240 ساعة لمحاكاة الخدمة الحرارية طويلة الأمد دون بلوغ درجة الانصهار، طُحنت المادة المتقادمة وخُلطت مع المادة البِكر بنسب وزنية 100%، 50%، 30%، 10%، 0% لتشكيل خمس مجموعات، صُنِّعت العينات بآلة حقن في ظروف موحَّدة . أُجريت اختبارات MFR وفق ASTM D1238، والشد وفق ASTM D638، والصلادة Shore D وفق ASTM D2240، والكثافة وفق ASTM D1505، فضلاً عن الخواص الحرارية النوعية الثلاث: السعة الحرارية (C)، الناقلية الحرارية (k)، ومعامل التمدد الحراري (α) حيث قيس معامل التمدد الحراري (α) بطريقتين مستقلتين، بينما قيس كل من السعة الحرارية (C) والناقلية الحرارية (k) بطريقة واحدة. كشفت النتائج أن ارتفاع نسبة المادة المُعاد تدويرها يؤدي إلى زيادة تدريجية في MFR ومعامل المرونة والصلادة، في مقابل انخفاض ملحوظ في مقاومة الشد والاستطالة عند الكسر، بينما أظهرت الناقلية الحرارية (k) تغيراً محدوداً ضمن هامش الخطأ التجريبي. وتُشير النتائج في مجملها إلى سيطرة التأثيرات البنيوية المورفولوجية (تقصير السلاسل وإعادة التبلور) على السلوك الميكانيكي، مع احتمال حدوث أكسدة حرارية محدودة. ولمقارنة النتائج التجريبية بنتائج نمذجة رقمية، أُجريت محاكاة عددية لاختبار الشد باستخدام برنامجَيSolidWorks Simulation و COMSOL Multiphysics اللذين أكَّدا توافقاً جيداً مع القياسات المعملية. تبيّن أن نسبة 30% تُحقق أنسب توازن بين الأداء الميكانيكي ومتطلبات الاستدامة، إذ تحتفظ بنحو 89.7% من مقاومة الشد الأصلية ضمن منظومة الاقتصاد الدوري.