بررسي تجربي و محاسباتي خواص حرارتي و مكانيكي پوشش‌هاي عايق‌حرارتي پايه پلي‌استر/ميكرو‌كره‌هاي پليمري

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

مبحث عايق¬هاي حرارتي يكي از چالش¬هاي فعلي صنايع بخصوص در زمينه¬هاي خطوط انتقال نفت وگاز و همچنين مواد شيميايي مي¬باشد. كمتر صنعتي در اين زمينه¬ها با معضلات انتقال¬حرارت و آسيب¬هاي آن در واكنش¬هاي شيميايي، راكتورها، خطوط مواد غذايي و يا سيالات و گازها با نقطه جوش و تبخير متفاوت و بعضا حساس مواجه نشده است. اگرچه مواد بسياري در خصوص عايق¬ها توسعه يافته و تجاري شده¬اند، چالش¬هايي نظير ضخامت پوشش¬ها، چسبندگي پوشش به سطوح نظير فولاد-هاي ضد زنگ يا به طور عام مواد پايه فلزي، ظاهر پوشش و خواص مكانيكي آن¬ها و به طور مشخص راندمان انتقال حرارت و عايق¬كاري پوشش از جمله موارد جدي مورد بحث در تحقيقات است. استفاده از عايق¬هاي سنتي نيز به دليل حجم زياد و شرايط محيطي امكان¬پذير نمي¬باشد. يكي از جايگزين¬هاي مطرح براي عايق¬هاي سنتي پوشش¬هاي كامپوزيتي است. پوشش‌هاي پلي‌استر/ ميكروكره‌هاي پليمري علي رغم خواص ذاتي مورد انتظار در عايق سازي كمتر مورد توجه قرار گرفته است كه در اين پژوهش، پوشش¬هاي كامپوزيتي با استفاده از رزين پلي¬استر و ميكروبالن¬ها و با درصد¬هاي وزني30%-0 ساخته شده است و هدايت حرارتي آن¬ها مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين براي تعيين خواص مكانيكي آن¬ها آزمون كشش و ضربه انجام شد و كيفيت اتصال و چسبندگي بين زيرلايه و پوشش مورد بررسي قرار گرفت. زيرلايه‌ها نيز از سه جنس آلومينيوم، گالوانيزه و فولاد انتخاب شدند. مدلسازي حرارتي و مكانيكي براي نمونه‌ها با درصد وزني10%-0 در نرم‌افزار كامسول انجام شد. به منظور مشاهده‌ي پراكندگي ذرات در فاز زمينه و همچنين بدست آوردن اندازه قطر ذرات براي مدلسازي از تصاوير گرفته شده با ميكروسكوپ الكتروني روبشي استفاده شد. در ادامه، نمونه‌هاي حاوي پركننده اروزيل با درصد‌هاي وزني12%-0 ساخته شد و هدايت حرارتي و همچنين آزمون كشش، ضربه و چسبندگي سطح براي آن‌ها مورد بررسي قرار گرفت و در نهايت نتايج هر دو پوشش با هم مقايسه شد. نتايج نشان داد كه با افزايش و يا كاهش درصد وزني پركننده‌ها، خاصيت عايق¬ كنندگي نمونه¬ها نيز تغيير مي¬يابد. در غياب اين پركننده‌ها، نمونه كامپوزيتي قدرت انتقال حرارتي بالايي از خود نشان مي‌دهد و در درصدهاي وزني بالاي پركننده قدرت عايقي نمونه كاهش مي‌يابد و نمونه‌ها با 10% وزني ميكروبالن و 12% وزني اروزيل بهترين خاصيت عايق بودن را در بين ساير درصدهاي وزني از خود نشان دادند. علاوه بر آن با افزايش درصد وزني پركننده، خواص مكانيكي نمونه كاهش يافته و توانايي چسبندگي آن با سطح فلز مربوطه كاهش مي‌يابد. مدلسازي به نحوي انجام شد كه نتايج در طول‌هاي بالاتر از 100 ميكرومتر حجمك نماينده مستقل از طول حجمك نماينده و مش انتخابي بدست آمد و در ادامه اثر اندازه ذرات پركننده و نحوه توزيع آن‌ها بر خواص حرارتي و مكانيكي نمونه‌ها بررسي گرديد و مشاهده شد كه با تغيير اندازه ذرات و نحوه توزيع تصادفي آن‌ها تغييري در جواب نهايي ايجاد نمي‌شود و تنها زمان همگرايي مساله متفاوت بود. در پايان نتايج عددي تطابق خوبي را با نتايج تجربي نشان دادند.

210564

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمدرضا توكلي

صالح اكبرزاده، پيمان مصدق

مهدي جوانبخت، ‌مهدي كاروان