رشته برق: پایان نامه ارشد رایگان درمورد دسته بندی، انعطافپذیری، مورفولوژی، صنعت خودرو

بین مقادیر پیش بینی شده و مقادیر تجربی وجود دارد. به منظور بررسی رفتار تخریب نانو کامپوزیت ها از آزمون تحلیل گرما وزن سنجی در دو محیط نیتروژن و هوا استفاده شد. حضور نانو لوله های کربنی سبب بهبود خواص حرارتی نانو کامپوزیت ها می شود. اما به دلیل وجود نوع بر همکنش واندروالسی بین نانو ذرات و ماتریس پلیمری میزان افزایش پایداری حرارتی بسیار چشمگیر نیست. ضریب انبساط حرارتی نانو کامپوزیت ها با استفاده از آزمون تحلیل گرمایی مکانیکی بررسی شد. دیده می شود که با افزایش میزان نانو لوله های کربنی به دلیل افزایش سختی نانو کامپوزیت ها، ضریب انبساط حرارتی کاهش می یابد. مقاومت الکتریکی سطحی و حجمی نانو کامپوزیت ها به دلیل خاصیت الکتریکی نانو لوله های کربنی کاهش می یابد. اما بدلیل عدم شکل گیری شبکه هایی از نانو لوله های کربنی خواص مذکور به صورت چشمگیری تغییر نمی کند.

فصل اول
مقدمه

کوپلیمر اتیلن- اکتن۱
پلی اتیلن با چگالی پایین۲ از طریق پلیمریزاسیون کاتالیستی اتیلن به همراه ۱- آلکن ها تهیه می شود ]۱[ این آلکن ها موادی نظیر ۱- بوتن، ۱- هگزن و ۱- اکتن می باشند. پلی اتیلن ها با چگالی پایین در گذشته به صورت مرسوم به وسیله کاتالیست های زیگلر- ناتا تولید شده اند. این نوع از کاتالیست ها چند مکانه بوده و پلیمر حاصله دارای توزیع جرم مولکولی و توزیع پهنی از کو منومر است. بوسیله فناوری جدیدی که بر پایه کاتالیست های تک مکانه متالوسن است، می توان پلیمر هایی ساخت که دارای توزیع جرم مولکولی و توزیع ترکیب کومنومر باریک تر می باشند ]۲[. در پژوهش های جدید نوعی از کاتالیست های متالوسون بدست آمده است، که به آن ها کاتالیست های هندسه اجباری گویند. کوپلیمر اتیلن- اکتن ساخته شده با این نوع از کاتالیست ها دارای توزیع جرم مولکولی باریک بوده و طول شاخه ها نیز در حین فرآیند ساخت، کنترل می شود. این ماده دارای خواص فیزیکی، رئولوژیکی و مکانیکی منحصر بفردی بوده و به عنوان جایگزینی برای همه رده های پلی اتیلن بکار می روند ]۳[. از جمله مزایای این ماده پلیمری می توان به توانایی ترکیب شدن، کاهش وزن ترکیبات پلیمری و توانایی ذاتی پایداری در برابر اشعه فرا بنفش۳ اشاره کرد. این پلیمر در نرمی و انعطافپذیری نزدیک به مواد لاستیکی است، اما همانند سایر مواد گرمانرم میتواند فرآیند شود. این ماده پلیمری با استفاده از روش های پخت پراکسیدی، پخت تابشی و پخت سیلانی شبکه ای می شود. برقراری اتصالات عرضی در کوپلیمر اتیلن- اکتن سبب افزایش پایداری ابعادی، مقاومت شیمیایی، فیزیکی و گرمایی آن می شود ]۴[. این پلیمرها با فرآیندهایی چون قالبگیری تزریقی و اکستروژن می توانند شکل دهی شوند. در شکل ‏۱-۱ ساختار پلی اتیلن- اکتن نشان داده شده است.

شکل ‏۱-۱: ساختار پلی اتیلن- اکتن.
سنتز و تولید
کوپلیمرهای اتیلن- اکتن از طریق پلیمریزاسیون کاتالیستی ساخته می شوند. از انواع کاتالیست های معروف می توان به کاتالیست های زیگلر- ناتا و متالوسن اشاره کرد. کاتالیست های متالوسن تک مکانه بوده و سبب بدست آمدن کو پلیمری با خواص بهتر می گردند ]۲[. از این رو در صنعت نیز از کاتالیست های متالوسن جهت ساخت کوپلیمر اتیلن- اکتن استفاده می شود. روش ها و شرایط مختلفی برای ساخت این کوپلیمر ها وجود دارد که به صورت مختصر در زیر آمده است.
برای ساخت کوپلیمر اتیلن- اکتن، پلیمریزاسیون در محیط اتوکلاو با حجم cm^3 500 و در حضور هپتان انجام می شود. به گونه ای که این واکنش در دما های ۴۰ و ? ۶۰، مدت زمان ۳۰ دقیقه و فشار گازی ۲ بار۴ انجام می گیرد. راکتور واکنش ابتدا کاملا تخلیه شده، سپس با گاز نیتروژن پاکسازی شده و در ادامه به آن هپتان اضافه می شود. مخلوط گازی وارد راکتور شده و بعد از ایجاد تعادل فازی در محیط راکتور، پلیمریزاسیون با خوراک دهی کاتالیست آغاز می شود. برای ثابت نگه داشتن غلظت منومر در طول فرآیند پلیمریزاسیون، از روش جریان نیمه۵ در خوراک دهی منومر استفاده می شود. در انتها برای اختتام پلیمریزاسیون، خوراک دهی گاز متوقف و گاز از راکتور خارج می شود. پلیمر بدست آمده با محلول هیدروکلریک اسید/ اتانول (۱۲% حجمی) شسته شده و سپس صاف می شود. ماده حاصله را در نهایت به مدت سه ساعت با اتانول شسته و سپس خشک می کنند ]۵[. در روشی دیگر پلیمریزاسیون در راکتور شیشه ای با حجم یک لیتر و با حضور حلال تولوئن انجام می شود. کومنومر،کمک کاتالیست و میزان مورد نیاز از محلول کاتالیستی با استفاده از سرنگ تحت فشار مثبت آرگون، به راکتور انتقال می یابد. مخلوط واکنش گاز زدایی شده و سپس اتیلن به مخلوط واکنش اضافه می شود تا مقدار فشار به ۶/۱ بار افزایش یابد، در این هنگام دما نیز به ? ۶۰ می رسد. بعد از ۳۰ دقیقه، واکنش پلیمریزاسیون با اضافه کردن محلول ۵% حجمی از هیدروکلریک اسید/ متانول متوقف می شود. پلیمر بدست آمده را صاف نموده و در آون خلا در دمای ?۴۰ خشک می کنند ]۶[.
طبقه بندی
پلی اتیلن ها توسط روش های مختلفی طبقه بندی می شوند. یکی از این روش ها بر اساس چگالی پلی اتیلن ها انجام می شود. در شکل ‏۱-۲ این طبقه بندی نشان داده شده است.

شکل ‏۱-۲: شماتیکی از دسته بندی انواع پلی اتیلن ها ]۷[.
همان طور که دیده می شود طی این دسته بندی پلی اتیلن ها به چهار دسته تقسیم می شوند.
مواد نوع IV دارای چگالی بیشتر از g?cm^3 93/0 می باشند. مورفولوژی این نوع از پلیمرها به صورت لایه ای۶بوده و گویچه ها در این حالت به خوبی توسعه می یابند. به دلیل عدم وجود شاخه جانبی، سگمنت ها براحتی داخل لایه های بلوری جای گرفته و محدودیتی برای قرار گیری آن ها و همچنین نفوذ این سگمنت ها دیده نمی شود.
مواد نوع III . در این حالت گویچه ها کوچک تر بوده و ضخامت لایه نیز نسبت به مواد نوع IV کمتر می باشد. هرچند شاخه های جانبی عمل تبلور را با محدودیت روبرو می کنند، اما توالی اتیلن برای قرار گیری در لایه ی بلوری کافی است. ظهور لایه و چگونگی ایجاد سطح آن به تاریخچه حرارتی وابسته است.
مواد نوع II . در این حالت بلور های لایه ای و بلور های دسته ای۷ دیده می شوند.
مواد نوع I . چگالی این دسته از مواد کمتر از g?cm^3 89/0 می باشد. این مواد دارای میزان تبلور کم و دمای ذوب پایین هستند. در این دسته از مواد، شکل بلور ها به صورت مایسل های مورب۸ مشاهده می شود ]۷[.
خواص فیزیکی
کوپلیمر پلی اتیلن- اکتن بر اساس میزان کومنومر موجود در ساختار آن دارای خواص فیزیکی متفاوتی است. در شکل ‏۱-۳ نمودار تغییرات چگالی با میزان کومنومر نشان داده شده است. همان طور که مشاهده می شود، با افزایش میزان کومنومر چگالی کوپلیمر ها کاهش می یابد. نکته قابل توجهی که در این شکل وجود دارد آن است که میزان چگالی به صورت خطی با مقدار کوپلیمر اتیلن- اکتن کاهش پیدا می کند.

شکل ‏۱-۳: رابطه بین چگالی و ترکیب درصد شیمیایی در کوپلیمرهای پلی اتیلن- اکتن ]۸[.
در شکل ‏۱-۴ نیز میزان تبلور و دمای ذوب کوپلیمر ها بر حسب میزان کومنومر ترسیم شده است. همان گونه که مشاهده می شود با افزایش میزان کومنومر میانگین توالی واحد اتیلن کاهش یافته و در پی آن میزان تبلور و دمای ذوب کوپلیمر ها کاهش می یابد ]۸[.
ساختمان بلوری
مطالعاتی در ارتباط با بررسی ساختمان بلوری کوپلیمر اتیلن- اکتن انجام پذیرفته است ]۱[. با بررسی نمونه ای از این کوپلیمر که شامل۳/۷% مولی اکتن می باشد، انجام آزمایشات تفرق اشعه ایکس نشان داده است که این ماده دارای ساختارهای بلوری از نوع ارتورومبیک و هگزاگونال است. زمانی که این نمونه تحت کشش قرار می گیرد، مقدار تبلور آن از ۲۵% به ۵۰% افزایش یافته و اغلب بلور های موجود بعد از کشش نمونه به صورت هگزاگونال در آمده و نسبت فاز ارتورومبیک و اجزای آمورف در آن کاهش می یابد ]۱[.

شکل ‏۱-۴: رابطه بین درصد بلورینگی ترکیب درصد شیمیایی در کوپلیمرهای پلی اتیلن- اکتن ]۸[.
در بررسی دیگر، کوپلیمرهایی از اتیلن- اکتن که شامل ۵% و ۸% مولی اکتن بوده اند مورد تحلیل قرار گرفته اند. یافته ها حاکی از آن است که تحت فشار قرار دادن مواد در دمای محیط و فشار۳۷۰ مگا پاسکال۹، سبب افزایش فاز آمورف گشته و فاز بلوری ارتورومبیک شکسته می شود. هنگامی که مواد از ? ۱۹۰ و در فشار ۳۷۰ مگا پاسکال سرد شوند، تبلور در دمای ? ۱۶۳ به صورت فاز ارتورومبیک آغاز شده و با ادامه فرایند سرد شدن در ?۷۰ ساختمان به صورت ناگهانی متراکم شده که نشان از وجود دو فاز بلوری ارتورومبیک و میزان کمی ساختار هگزاگونال می باشد ]۹[.

کاربردها
از جمله کاربرد های این ماده پلیمری می توان به استفاده از آن ها در ساخت کف پوش ها، واشر ها، درزگیر ها، اسفنج ها، پوشش کابل ها و نیز صنعت خودرو سازی اشاره کرد ]۴[.

متن کامل در سایت    40y.ir

نانوذرات کربنی ۱۰
نانو کلمه یونانی است که معادل لاتین این کلمه دوارف۱۱ است که به معنی کوتوله وقدکوتاه است. علم نانو به مطالعه اصول اولیه مولکولها وساختارهایی که حداقل در یکی از ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد، میپردازد. ویژگی خاص نانو ذرات نسبت سطح به حجم بالای آنها است ]۱۰[. افزایش نسبت سطح به حجم نانو ذرات که ناشی از کاهش اندازه ذرات است، باعث میشود تا فعالیت این مواد افزایش یافته و این مواد میل به خوشه ای شدن در کنار هم پیدا کنند. این امر باعث ایجاد مشکل حین اضافه کردن این مواد به ماتریس پلیمری میشود ]۱۱[. کربن در طبیعت ساختارهای گوناگونی به خود می گیرد که شامل الماس، گرافیت، فولرین۱۲ و نانو لوله های کربنی است.
الماس
الماس سختترین ماده در جهان میباشد که در ساختار آن مطابق شکل ‏۱-۵ هر اتم کربن با چهار اتم کربن دیگر پیوند کوالانسی دارد.

شکل ‏۱-۵: نمایی از آرایش اتم کربن در الماس.

گرافیت
در ساختار گرافیت اتم های کربن در هر لایه با یکدیگر پیوند کوالانسی دارند. این لایهها روی هم قرار گرفته و با پیوند ضعیفی به هم متصلاند.گرافیت از لایههای متفاوتی تشکیل شده است که به هر کدام از این لایهها گرافن میگویند. در شکل ‏۱-۶ نمایی از آرایش اتم کربن در گرافیت آورده شده است.

شکل ‏۱-۶: نمایی از آرایش اتم کربن در گرافیت.
فولرین
نوعی دیگر از آرایش اتم کربن که به شکل توپ فوتبال است را فولرین گویند. پایه فولرین صفحات موجود در گرافیت است ]۱۲[. با این تفاوت که در گرافن شش ضلعی منظم وجود دارد ولی در فولرین شش ضلعی و پنج ضلعی منظم وجود داشته و این ساختار پنج ضلعی شکل آن را به صورت توپ در می آورد ]۱۳[. معروفترین و پایدارترین نوع فولرین C60 است، که به آن باکی بال۱۳ گفته میشود. فولرین تحمل فشار ۳۰۰۰ اتمسفر۱۴ را دارد و مولکولهای فولرین توسط نیروهای ضعیف واندروالسی به هم میچسبند

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *