توسط پژوهشگران دانشگاه علوم و تحقیقات انجام شد؛

بهبود خواص کامپوزیت های کاربردی در نیروگاه‌های حرارتی

پژوهشگران واحد علوم و تحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی با همکاری محققان پژوهشگاه فضایی ایران، موفق به ساخت نانوکامپوزیتی شده‌اند که قابل کاربرد در سازه‌های درگیر با دماهای بالاست.

کد خبر: ۱۱۷۸۴۷۱

تاریخ: ۰۱ تير ۱۳۹۳ - ۱۱:۰۶

به گزارش گروه دانش خبرگزاری دانا (دانا خبر) آیدین میرزاپور پژوهشگر این واحد دانشگاهی و محقق طرح با بیان این که کاربرد این طرح در نیروگاه‌های حرارتی، علوم و فناوری هوایی و صنایع شیمیایی است، گفت: برای حفاظت سازه‏‌ها در درجه حرارت‌های بسیار بالا از عایق‌های کامپوزیتی استفاده می‏‌شود. این عایق‌ها در شرایط شوک‌های حرارتی ناشی از گرمایش ناگهانی و لحظه‏‌ای عملکرد مطلوبی از خود نشان می‏‌دهند. به چنین عایق‌هایی، کامپوزیت‌های فداشونده می‏‌گویند.

وی افزود: بیشتر کاربردهای نانوسیلیکا، در صنعت پلیمر به‌ ویژه کامپوزیت‌هاست. از نانو سیلیکا بیشتر برای بهبود خواص مکانیکی پلیمرها و در برخی موارد به‌ عنوان تأخیردهنده شعله استفاده می‌شود. با وجود این، در این پژوهش تلاش شده است از این نانوذرات جهت بهبود خواص فداشوندگی کامپوزیت‌ها و درک این مکانیزم در نانوکامپوزیت‌های ساخته شده استفاده شود.

میرزاپور خاطرنشان کرد: ساخت نانوکامپوزیت حاوی نانوذرات سیلیکا ضمن کاهش هزینه‌های تولید سازه‌های کامپوزیتی، عملکرد مکانیکی، حرارتی و فداشوندگی این سازه‌ها را به میزان چشمگیری افزایش داده است. با استفاده از نتایج این طرح، نیاز به ساخت عایق‌هایی با کارایی بالا جهت حفاظت از سازه‌های درگیر در محیط‌های با دمای بالا، مثل فضاپیماهای برگشت‌پذیر به جو، رفع می‌شود.

محقق طرح تصریح کرد: افزایش ۱۳ درصدی خواص مکانیکی مثل استحکام خمشی سه نقطه‌ای نانوکامپوزیت‌های ساخته شده تنها با وجود سه درصد وزنی نانوسیلیکا نسبت به کامپوزیت بدون نانو سیلیکا، از نتایج به دست آمده در این پژوهش است. همچنین نتایج آزمون گرماوزن‌سنجی نشان داده است که مقاومت حرارتی نانوکامپوزیت‌های ساخته شده با پنج درصد وزنی نانوسیلیکا نسبت به کامپوزیت بدون نانو سیلیکا حدود ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد بهتر شده است. به عبارتی تخریب حرارتی آن ۱۱۰ درجه دیرتر شروع می‌شود به همین دلیل، نانوسیلیکا می‌تواند به‌ عنوان تأخیر دهنده شعله در کامپوزیت‌های کربنی استفاده شود.

وی افزود: بررسی‌ آزمون‌های فداشوندگی (آزمون شعله اکسی استیلن) نشان داده است که خواص فداشوندگی نانوکامپوزیت‌های ساخته شده نسبت به کامپوزیت بدون نانو سیلیکا به میزان قابل توجهی بهبود یافته است. خوردگی وزنی و پس‌روی سطح نانوکامپوزیت‌ با حضور پنج درصد وزنی نانوسیلیکا نسبت به کامپوزیت بدون نانو سیلیکا به ترتیب حدود ۲۶ و ۶۱ درصد کمتر شده است.

پژوهشگر واحد علوم و تحقیقات ادامه داد: برای دستیابی به اهداف این پژوهش، ابتدا محلولی از نانوذرات سیلیکا در حلال الکلی تهیه شده است. این محلول با رزین فنولیک ترکیب شده است تا نانوکامپوزیت تهیه شود. پس از اضافه کردن الیاف کربن به این ترکیب و ایجاد یک خمیر یکنواخت، نانوکامپوزیت نهایی (الیاف کربن/رزین فنولیک/ نانو سیلیکا) به کمک فرایند پرس داغ و در دما و فشار بالا ساخته شده است. سپس آزمون‌های فیزیکی مثل دانسیته و سختی، مکانیکی مثل ضربه و خمش سه نقطه‌ای و حرارتی مثل گرما‌وزن‌سنجی و فداشوندگی بر روی نمونه‌های ساخته شده انجام گرفته است. گفتنی است که سطح این نمونه‌ها، قبل و بعد از آزمون‌ها، از طریق میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شد.

وی در مورد مکانیزم عملکردی نانو سیلیکا گفت: این عملکرد بر سه اصل استوار است. در ابتدا این نانوذرات سبب کاهش رسانایی حرارتی کامپوزیت کربنی می‌شوند. از طرفی نانوذرات سیلیکا، از طریق جذب حرارت شعله، با زغال ایجاد شده از طریق فرایند پیرولیز واکنش داده و ضمن مصرف حرارت و انرژی به یک ساختار سرامیکی مقاوم به نام سیلیسیم‌کربید (SiC) تبدیل می‌شوند. همچنین نانوذرات سیلیکا و حتی نانو‌کربید ایجاده شده در دمای بالای ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد ذوب شده و پوششی سرامیکی بر روی الیاف کربن ایجاد می‌کند. این لایه سرامیکی به‌ عنوان لایه محافظ ثانویه عمل کرده و از رسیدن حرارت، شعله و اکسیژن و در نتیجه تخریب بیشتر لایه‌های زیرین کامپوزیت جلوگیری می‌کند.