عنوان پایان‌نامه
بررسی خواص حرارتی-صوتی نانوکامپوزیتهای پلی یورتان-سیلیکاایروژل و ارایه مدل بر پایه اندازه و نحوه توزیع سلولها
- رشته تحصیلی
- مهندسی پلیمر
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1629.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69933
- تاریخ دفاع
- ۲۲ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- علیرضا دورباش
- استاد راهنما
- سیامک مطهری مقدم
- چکیده
- سیلیکا ایروژل که ماده جامد نانومتخلخل بسیار سبک و دارای خواص عایق صوتی مناسب و با خواص ابر عایق حرارتی است به سبب هزینه بالا و دشواری روش¬های اولیه تولید آن و ساختار شکننده، به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته بود اما طی سال¬های اخیر روش¬های کم هزینه¬تر برای تولید این ماده توسعه یافته است. سنتز هیبریدی سیلیکا ایروژل و یا افزودن آن به سایر مواد از جمله راه حل¬هایی است که برای بهبود خواص مکانیکی و شکل پذیری این ماده مورد توجه قرار گرفته است. در این پروژه نیز سیلیکا ایروژل به سه نوع اسفنج پلی یورتان و همچنین پلی یورتان مورد استفاده در پوشش لوله¬ها و مخازن، افزوده شد و تاثیر افزودن این ماده بر چگالی نهایی، ضریب هدایت حرارتی موثر، مقاومت حرارتی و خواص عایق صوتی کامپوزیت¬های تهیه شده، بررسی شد. از آنالیز SEM برای مشاهده ساختار سلول¬ها و نحوه پراکنش ذرات سیلیکا ایروژل در بستر پلیمری استفاده شد. در خصوص گرید پوششی پلی یورتان، نقش افزودن این ماده بسیار سبک بر خواص فشاری، سختی سطح، زاویه تماس قطره آب و خواص ارتجاعی محصول نهایی نیز مورد مطالعه قرار گرفت. به سبب چگالی بسیار پایین و گرانروی بالای مواد اولیه تهیه پلی یورتان، بیشینه میزان ممکن سیلیکا ایروژل در نمونه¬های تهیه شده، 4% وزنی بود. افزودن سیلیکا ایروژل به اسفنج¬ها تاثیر چندانی بر چگالی نهایی اسفنج کامپوزیتی نداشت اما بر خلاف انتظار ما، سبب افزایش هدایت حرارتی کامپوزیت نهایی گردید در حالیکه ضریب هدایت حرارتی پلی یورتان الاستومری با افزودن 4% وزنی از سیلیکا ایروژل تا 32 درصد کاهش یافت. از روش گسترش تباین شدید ، برای پیش بینی هدایت حرارتی اسفنج پلی یورتان استفاده شد و نتایج این روش با داده¬های تجربی مقایسه گردید. پایداری حرارتی هیچ کدام از نمونه¬ها (اسفنج¬ها و پلیمرها) تغییر محسوسی نداشت. میزان جذب صوت نمونه¬ها نیز دچار تغییر چندانی نشد اما اتلاف عبوری صوت (TL) نمونه¬ها با افزایش رو به رو بود. افزایش اتلاف عبوری صوت، برای نمونه¬های غیر اسفنجی حاوی سیلیکا ایروژل چشمگیر بود. روند و میزان مقاومت فشاری نمونه¬ها در کل تغییر چندانی نداشت. سختی نمونه¬های الاستومری با افزایش میزان سیلیکا ایروژل افزایش یافت همچنین زاویه تماس قطرات آب با سطح نمونه¬های الاستومری با افزایش درصد حجمی سیلیکا ایروژل افزایش داشت لذا سطح این ماده آب¬گریزتر شد. در مجموع می¬توان گفت افزودن سیلیکا ایروژل به اسفنج پلی یورتان اثر مطلوب چندانی ندارد و گاهی سبب افت برخی از خواص می¬گردد لذا این روش قابلیت تجاری شدن ندارد. در مقابل، افزودن 4 درصد وزنی سیلیکا ایروژل به پلی یورتان الاستومری که عموما به عنوان پوشش لوله¬ها و مخازن به منظور حفاظت آن¬ها از خوردگی و شرایط محیطی به کار می¬رود سبب کاهش ضریب هدایت حرارتی و چگالی و همچنین آب¬گریزتر نمودن این پوشش¬ها شد. این بهبود در خواص پوشش ضد خوردگی پلیمری، قابل ملاحظه است. همچنین افزایش اتلاف عبور صوت در این پوشش که باعث می¬شود خواص عایق صوتی این ماده ارتقا یابد موجب می¬شود انتشار نویز و سر و صداهای ناشی از نوسانات جریال سیال درون لوله¬ها تقلیل یابد و دمای سیال در طول این لوله¬ها نوسان کمتری داشته باشد که همگی پدیده¬های مطلوبی می¬باشند لذا فرایند افزودن سیلیکا ایروژل به پلی یورتان گرید پوشش به خوبی قابلیت تجاری شدن دارد.
- Abstract
- Silica aerogels which are very light nanoporous solids, have good sound barrier characteristic and super thermal insulation properties. Difficult and expensive production process beside low mechanical stability and fragility have hindered widespread application of these materials. Synthesis of hybrid silica aerogels and adding them to other materials like polymers are among the most proposed methods for improving mechanical properties of silica aerogels. In this study commercial silica aerogel (SA) granules and powders were added to three rigid polyurethane (PU) foams and one coating grade polyurethane. The coating grade is mainly used for corrosion inhibition of pipelines and vessels. The thermal conductivity by guarded hot plate, thermal stability by TGA, acoustic properties of these composites and their parent polymers were investigated. For composites prepared from coating grade of PU, complementary evaluations like compression strength, hardness shore A, contact angle of water droplets and also compression set were conducted as well. Micrographs of samples were revealed by FE-SEM. Because of low density and consequently high specific volume of particles of SA and also very high viscosity of polyurethane parts, adding more than 4 wt. % of SA to the polymers was not practically possible. Adding SA had no obvious effect on foam grades. Only regularity of cells was demolished and led to lower thermal conductivity for these composites. However adding 4 wt. % SA to the coating grade of PU decreased its density by more than 30% and also thermal conductivity coefficient of this composite showed 32% reduction in compare with original polymer. Strong contrast expansion method which is among statistical continuum methods was successfully applied for predicting thermal conductivity of PU foams. Generally speaking adding SA to PU foam grades had no reasonable effect and even demolished general properties of these polymers. In the contrary incorporation of 4 wt. % of SA into coating grade PU which is generally used for corrosion protection of pipelines and containers could lead to a better insulating material with improved acoustic barrier properties and better corrosion inhibition performance. It seems that adding SA particles to coating grade PUs has great potential to be commercialized in near future.
