کندانس، کامپوزیت

دانلود پایان نامه

و عرض از مبدأ بدست خواهد آمد. انحراف خطیت در مقادیر وزنی بالاتر به دلیل و مرتبط با فرآیند افت وزن زودهنگام است.
براساس نتایج حاصله از شکل ‏۳-۱۲ تا شکل ‏۳-۱۵، مقادیر فاکتور پیش‌نمایی و مرتبه برهمکنش در برای هر نمونه بدست آمده است:

پلی یورتان/نانورس/اوره کندانس
پلی یورتان/اوره کندانس
پلی یورتان/نانورس
پلی یورتان خالص

۶۲/۲
۶۵/۱۵
۸۸/۲
۷/۲
n
۱۰۳۱*۲۷/۱
۱۰۱۳*۸۷/۵
۱۰۱۴*۸۵/۷
۱۰۹*۹۸/۱
A(s-1)
۹۸۶/۰
۷۶۳/۰
۹۹۹/۰
۹۹۸/۰
ضریب خطی‌سازی(R2)
با جایگذاری مقادیرسینتیکی بدست آمده بالا؛ معادله سینتیکی کلی۲۶۳ برای هر ماده بدست خواهد آمد:

برای پلی‌یورتان خالص
(‏۳-۲۰)
(-۱/W_0 )(dW/dT)=(1.98*?10?^9)/10.e^(-114.78/RT).[(W-W_f)/W_0 ]^2.7
برای پلی‌یورتان.نانورس
(‏۳-۲۱)
(-۱/W_0 )(dW/dT)=(7.85*?10?^14)/10 e^(-186.45/RT).[(W-W_f)/W_0 ]^2.88
برای پلی‌یورتان/اوره کندانس
(‏۳-۲۲)
(-۱/W_0 )(dW/dT)=(5.87*?10?^13)/10 e^(-61.19/RT).[(W-W_f)/W_0 ]^15.65
برای پلی‌یورتان/نانورس/اوره کندانس
(‏۳-۲۳)
(-۱/W_0 )(dW/dT)=(1.27*?10?^31)/10 e^(-413.68/RT).[(W-W_f)/W_0 ]^2.62

تعیین خواص فیزیکی-حرارتی۲۶۴
در این بخش به بررسی و تعیین داده‌های فیزیکی-حرارتی وابسته به دما در نمونه‌ها که برای مدلسازی احتیاج است؛ پرداخته شده است:
گرمای تجزیه(Q) و ظرفیت حرارتی ویژهCp
این دو پارامتر را برای همه نمونه‌های کامپوزیت و همچنین ذغال باقیمانده می‌توان از طریق آزمون DSC بدست آورد.
ظرفیت حرارتی ویژه(Cp) مقدار گرمایی است که واحد جرم ماده باید دریافت کند یا از دست بدهد تا دمای آن به اندازه یک درجه افزایش یا کاهش یابد. واحد آن در سیستم SIبرحسب kJ/kg.°K است. بنابراین گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای ماده‌ای به جرم M از دمای T1 به T2 از طریق معادله زیر بدست خواهد آمد:

(‏۳-۲۴)
Q=M.C_p.(T_2-T_1)
برای تعیین ظرفیت حرارتی ویژه بر اساس استاندارد ISO 11357-4 عمل کرده و برای گرمای تجزیه نیز بوسیله انتگرال‌گیری سطح میان گرمای ویژه ظاهری۲۶۵ ماده اصلی و اولیه۲۶۶ و گرمای ویژه واقعی ماده در حال تجزیه محاسبه می‌شود.[۱۰۱]
با استفاده از نمودار‌های DSC مقادیر گرمای تجزیه و ظرفیت حرارتی بشرح زیر بدست می‌آید:

پلی یورتان/نانورس/اوره کندانس
پلی یورتان/اوره کندانس
پلی یورتان/نانورس
پلی یورتان خالص

۳۹۵۱/۰
۹۸۳۹/۰
۸۰۶۵/۰
۹۶۱/۰
Cp (kJ/Kgr.K)
۲۰۲۷/۰
۶۷۷۸/۰
۵۹۴/۰
۵۵۱/۰
Q (J)
۷۷۴/۱۴۴
۸۹۴۲/۴۵۱
۵۰۹۴/۳۹۶
۹۴۷۸/۴۲۳
H (J/gr)?
همانطور که مشاهده می‌کنید؛ با افزودن تأخیردهنده اشتعال و کلوزیتB30 به تنهایی مقادیر گرمای تجزیه دچار تغییرات چندانی نخواهد شد اما زمانیکه هر دو افزودنی را با هم اضافه می‌کنیم، خواهیم دید که میزان گرمای تجزیه واکنش بشدت کاهش پیدا کرده است.
بعد از بدست آمدن مقادیر ظرفیت حرارتی ویژه برای تمامی نمونه‌ها از آنجا که در طی پیشرفت واکنش و بر اساس میزان درصد حجمی ذغال و ماده اصلی میزان ظرفیت حرارتی ویژه در حال تغییر است؛ لذا برای اعمال ظرفیت حرارتی ویژه در معادلات کلی نمیتوان از یک مقدار ظرفیت حرارتی ویژه‌ی ثابت استفاده کرد.
برای رفع این مسئله از پارامتر ظرفیت حرارتی ویژه مؤثر۲۶۷ در محاسبات استفاده می‌کنیم. این پارامتر نشان‌دهنده وابستگی به دما و میزان افت جرم و تغییرات آن است. این پارامتر توسط معادله زیر تعریف شده است:

(‏۳-۲۵)
C_Peff=F.C_Pv+(1-F).C_Pc
هدایت حرارتی
بطور کلی و در حالت پایدار بوسیله قانون فوریه تعریف می‌شود. هدایت حرارتی مقدار حرارت عبور کرده از سطح مقطع واحد در واحد زمان با گرادیان دماست و واحد آن W/m.°K است.
هدایت حرارتی برای برخی مواد در جداول موجود در هندبوک‌ها قابل دسترسی است. در این کار هدایت حرارتی پلی یورتان، ذغال باقیمانده، نانورس، اوره کندانس از منابع موجود استخراج و در محاسبات مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
اما برای کامپوزیت‌ها و نانوکامپوزیت‌های تهیه شده، اطلاعات مربوط به هدایت حرارتی در جداول موجود نیست ، از طرفی برای بدست آوردن هدایت حرارتی در مواد کامپوزیت بسته به نحوه اعمال و جهت انتقال حرارت دو مدل موازی و عمودی وجود دارد:

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   بورس اوراق بهادار تهران، بورس اوراق بهادار

شکل ‏۳-۱۶: مدل موازی و عمودی ارائه شده برای تعیین هدایت حرارتی در مواد کامپوزیت
همانطور که مشاهده می‌شود؛ هر کدام از این مدل‌ها مقدار هدایت حرارتی را در حالت‌های مختلف اعمال حرارت توسط معادلات بدست می‌دهند:
(‏۳-۲۶) مدل عمودی
k=?_(i=1)^n??V_i.K_i ?

(‏۳-۲۷) مدل موازی
۱/k=?_(i=1)^n?V_i/k_i
Vi: جزء حجمی ترکیبات
در این کار برای بدست آوردن مقدار هدایت حرارتی کاپوزیت‌ها از مدل عمودی استفاده شده است. یکی از مزایای استفاده از این روش برای تعیین هدایت حرارتی این است که با فرض پراکنش درون‌لایه‌ای۲۶۸ و با پایین‌ترین کیفیت حصول خواص نانو و حتی خوشه‌ای شدن؛ نیز می‌توان اطلاعات دقیقی را در مورد ضریب هدایت حرارتی بدست آورد. در مورد یکنواختی پراکنش اوره کندانس نیز صادق است. البته در صورتیکه پراکنش نامطلوب باشد خواص حرارتی و دیگر خواصی مثل خواص مکانیکی؛ یکنواخت نخواهد بود. تمامی مقادیر هدایت حرارتی بدست آمده برای نمونه‌ها در جدول زیر نشان داده شده است:

جدول ‏۳-۶:مقادیر هدایت حرارتی بدست آمده از طریق مدل هدایت حرارتی
ذغال باقیمانده
پلی یورتان/نانورس/اوره کندانس
پلی یورتان/اوره کندانس
پلی یورتان/نانورس
پلی یورتان خالص

۰۷۱/۰
۰۲۵۶۸۷۹۸۹۳۲۴۳۵۳/۰
۰۲۴۹۵۹۱۲/۰
۰۲۵۶۳۸/۰
۰۲۵/۰
K (W/m.K)

بعد از بدست آمدن مقادیر هدایت حرارتی برای تمامی نمونه‌ها از آنجا که در طی پیشرفت واکنش و بر اساس میزان درصد حجمی ذغال و ماده اصلی میزان هدایت حرارتی در حال تغییر است؛ لذا برای اعمال هدایت حرارتی در معادلات کلی نمیتوان از یک مقدار هدایت حرارتی استفاده کرد.
برای رفع این مسئله از پارامتر هدایت حرارتی مؤثر۲۶۹ برای کامپوزیت در حال تجزیه در محاسبات استفاده می‌کنیم. این پارامتر از طریق خواص حرارتی ماده اصلی و ذغال و توسط معادله زیر تعریف شده است:
(‏۳-۲۸)
k_eff=F.k_v+(1-F).k_c
پارامتر F بصورت زیر تعریف می‌شود:
(‏۳-۲۹)
F= (m-m_f)/(m_0-m_f )
پارامتر F؛ یعنی درصدهای تبدیل جرم کل؛ نیز بعنوان تابعی از دما برای تخمین هدایت حرارتی مؤثر کامپوزیت‌ها در مراحل مختلف تجزیه بدست می‌آید.

اندازه‌گیری خواص فیزیکی
دانسیته
این پارامتر را به دو روش می‌توان اندازه گرفت:

روش ریاضی
این روش بر مبنای داشتن دانسیته جزء پرکننده و ماتریس و ترکیب درصد وزنی آنهاست. با داشتن دانسیته جزءهای مختلف و همچنین درصدهای وزنی هر جزء میتوان مقادیر دانسیته هر کامپوزیت و همچنین درصدهای حجمی هر جزء را بدست آورد.
دانسیته پلی‌یورتان، نانورس و اوره کندانس به ترتیب برابر با gr/cc033/0؛۹۸/۱ و ۳۲/۱ می‌باشد، همچنین ترکیب درصد وزنی مورد استفاده نانورس و اوره کندانس بترتیب ۳% و ۱۰% است.
برای محاسبه جزء حجمی برای کامپوزیت دو جزئی:
(‏۳-۳۰)
V_f=(d_m.W_f)/(d_f.W_m+d_m.W_f )
و برای زمانیکه با نانوکامپوزیت سه جزئی یا بیشتر سر و کار داریم، از طریق معادله زیر جزء حجمی هر جزء را بدست می‌آید:
(‏۳-۳۱)
V_i=(W_i/d_i )/(?_(j=1)^n?W_j/d_j )
روش تجربی
دانسیته تمامی نمونه ها بوسیله روش ساده برش قطعات به صورت مکعبی cm32*2*2 و توزین هرکدام از نمونه‌ها انجام شد؛ نتایج اندازه گیری دانسیته هر کدام از نمونه‌ها بصورت زیر می‌باشد:

پلی‌یورتان خالص
پلی‌یورتان+اوره کندانس
پلی‌یورتان+کلوزیتB30
پلی‌یورتان+اوره کندانس+ کلوزیتB30
دانسیته(gr/cm3)
۰۳۳/۰
۰۴۰۵/۰
۰۲۹/۰
۰۳۴۳۷۵/۰

با توجه به تفاوت اندک میان مقادیر از مقدار دانسیته متوسط ؛یعنی مقدار gr/cm303422/0؛ در محاسبات از مقدار متوسط دانسیته استفاده خواهد شد.
حال با توجه به پارامترهای بدست آمده؛ رفتار حرارتی و انتقال حرارت بر اساس مدل Henderson بررسی می‌گردد.
معادله بقای انرژی را تحت عنوان معاد

دیدگاهتان را بنویسید