توصيفگر ها :
پوشش هاي عايق حرارتي , ميكروكامپوزيت ها , پلي استر , ميكروكره هاي پليمري , مدلسازي عددي
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
Thermal insulation is one of the current challenges in the industry, especially in the fields of oil and gas transmission lines and chemicals. It is hard to find industries that have not encountered the issues of heat transfer and its damage in chemical reactions, reactors, food processing lines, or in fluids and gases and in particular, sensitive ones, with different boiling and evaporation temperatures. Although many insulation materials have been developed and commercialized, challenges such as the thickness, appearance, adhesion, mechanical properties, and in particular heat transfer efficiency and insulation coverage of coating is one of the serious issues. The use of traditional insulations is also not possible due to the large volume and environmental conditions. One of the alternatives to the traditional insulations is composite coatings. Polymeric micro spheres/polyester coatings, despite their expected intrinsic properties, have received less attention in insulation that in this research, composite coatings were made using polyester resin and microballons with the weight fractions of 0-30% and their thermal conductivity, mechanical properties and surface adhesion were investigated. Aluminum, steel, and galvanized steel were used as substrates. Thermal and mechanical simulations were performed for samples with the weight fractions of 0-10% in the Comsol software. In order to observe the particle scattering and to obtain the particle diameter size, images taken with scanning electron microscopy were used. Then, samples containing aerosil filler with the weight fractions of 0-12% were fabricated and the thermal conductivity as well as the tensile, impact and surface adhesion tests were performed. The comparison between the results of both coatings showed that the insulating property varies v.s. the weight fraction of fillers. In the absence of these fillers, the composite sample shows a large heat conductivity coefficient which decreases as the weight fraction of the filler increases and the samples with 10% by weight fraction of microballons and 12% by weight fraction of aerosil, showed the best insulating properties among other weight fractions. In addition, with increasing the weight fraction of filler, the mechanical properties of samples are enhanced and its ability of adhesion to the surface of the substrate decreases. For the numerical simulations, the proper RVE size was found, and mesh independent solutions are obtained and the results were obtained at lengths higher than 100 μm representative volume independent of the representative volume length. Then, the effect of filler particle size and distribution on the thermal and mechanical properties of the samples was investigated. It was observed that by changing the particle size and their distribution, the solution did not change and different distributions showed only a slight difference in the convergence time. Also, a good agreement was found between the numerical and experimental results.
