طراحی و ساخت دستگاه مشخصه یابی کمی و کیفی فصل مشترک پلیمر-افزودنی در کامپوزیت های پلیمری بر پایه شبیه سازی های رسانایی گرمایی و الکتریکی
محور پژوهش
ماشین‌آلات و تجهیزات پیشرفته
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی شیمی
حوزه پژوهش
خدمات آزمایشگاهی و طراحی مهندسی
عنوان
طراحی و ساخت دستگاه مشخصه یابی کمی و کیفی فصل مشترک پلیمر-افزودنی در کامپوزیت های پلیمری بر پایه شبیه سازی های رسانایی گرمایی و الکتریکی
هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه
: بسته به چگونگی توزیع ذرات درون فاز پلیمر، جزء حجمی فاز میانی درون آمیزه می تواند قابل توجه باشد به گونه ای که حتی در جزء حجمی های پایین ذرات، ویژگی های کامپوزیت های پلیمری متاثر از این لایه می باشد. به همین منظور مشخصه یابی فاز میانی یک شاخص مهم و اساسی جهت طراحی یک کامپوزیت با وخواص مناسب می باشد. تاکنون جهت دست یابی به این مهم تلاش های زیادی صورت گرفته است که می توان به آزمون های پراش پرتو ایکس1 (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی2 (SEM)، میکروسکوپ الکترونی انتقال3 (TEM)، میکروسکوپ نیروی اتمی4 (AFM)، تجزیه گرما وزنی5 (TGA)، گرماسنج روبشی تفاضلی6 (DSC)، طیف سنجی طول عمر پوزیترون 7(PALS) و طیف سنجی انتقال فوریه مادون قرمز8 (FT-IR) اشاره کرد. این روش ها و ترکیب آن ها در ارائه یک شناخت دقیق از مشخصات فاز میانی ناتوان هستند و تنها اطلاعات کیفی از فصل مشترک را در اختیار قرار می دهند. آزمون پراش پرتو ایکس با زاویه کوچک9 (SAXS) یکی از روش ها ی پرکاربرد جهت تعیین دقیق ماهیت فاز میانی و ضخامت آن در آمیزه ها می باشد. استفاده از این روش به طور کلی به نانوآمیزه هایی محدود می شود که در آن ها به طور معمول اندازه ذرات حدود 100 نانومتر باشد. زیرا با افزایش هرچه بیشتر اندازه ذرات، دستگاه پراش پرتو ایکس باید در زوایای کمتری قادر به اندازه گیری شدت نور پراکنده شده باشد. این کار با توجه به محدودیت های دستگاه، تنها تا حدی امکانپذیر است که نور ورودی به شمارشگر فوتون، توسط نور اولیه ی پراکنده نشده آلوده نشود. بنابراین طراحی و ساخت یک دستگاه بر مبنای روش جدید که بتواند با استفاده از تعیین رفتار رسانایی گرمایی و الکتریکی آمیزه ها به یک شناخت دقیق از ماهیت فاز میانی در کامپوزیت های پلیمری دست یابد می تواند ارزشمند باشد. این دستگاه و سامانه اندازه گیری می تواند در تعیین چگونگی سازه های کامپوزیتی مورد استفاده در صنایع هوا و فضا کارایی ویژه و ممتازی داشته باشد. با این ابداع می توان با هزینه های کم و قابل قبولی کیفیت قطعه آماده شده در هنگام ساخت و همچنین وضعیت آن را در عمر سرویس دهی آن مشخص نمود. با این روش می توان یک ازمون بدون تخریب برای تعیین امکان شکست در سازه های کامپوزیتی ایجاد نمود. گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها در پژوهش اخیر انجام شده در گروه پژوهشی غشا دانشکده مهندسی شیمی یک روش جدید جهت مشخصه یابی کمی و کیفی ماهیت فاز میانی تشکیل شده در آمیزه های پلیمر-ذره با بررسی رفتار تراوش گاز از درون آن ها توسعه داده شد. این روش قابلیت تعیین نوع ریخت شناسی، ضخامت و تراوایی موثر فاز میانی و اندازه ذرات کلوخه شده را در صورت تجمع آن ها دارد. روش پشنهادی با اانجام شبیه سازی رفتار عبور گاز از درون لایه نازک می تواند ماهیت فصل مشترک پلیمر و ذره را مشخص نماید. مقایسه نتایج حاصل از این روش جدید با نتایج آزمون پراش پرتو ایکس با زاویه کوچک (SAXS)، تطابق بسیار خوبی را نشان می دهد که این امر نشانگر تصدیق نتایج این روش با یک روش تایید شده و استاندارد می باشد. علاوه بر این، سازگاری کمی و کیفی بین نتایج روش توسعه داده شده و یافته های منتشر شده در مجلات علمی تایید دیگری بر قابلیت روش توسعه داده شده در دستیابی به نتایج فیزیکی معتبر است. همچنین مقایسه نتایج پیش بینی شده و داده های آزمایشگاهی منتشر شده به خوبی قابلیت روش توسعه داده شده را در مشخصه یابی ماهیت فاز میانی در شرایط دمایی و فشاری مختلف نشان می دهد. بر اساس نتایج به دست آمده در این رساله یک مقاله در مجله Polymer و یک اختراع داخلی به شماره 96960 به ثبت رسیده است. در طرح حاضر در تلاش خواهیم بود که مدل سازی و شبیه سازی را بر روی نتایج آزمون رسانایی الکتریکی و گرمایی توسعه دهیم. سپس در گام بعدی، این شبیه سازی را برای کامپوزیتهای شامل الیاف کوتاه انجام خواهیم داد. د رانتها با توسعه شبیه سازی به کامپوزیت های الیاف بلند، به یک روش مطلوب برای شناسایی ماهیت فصل مشترک پلیمر و افزودنی (ذره، الیاف کوتاه و الیاف بلند) دست خواهیم یافت.