شکل ‏۳‑۱۹:نمودار تغییرات افت جرم در برابر دما در پلی یورتان/اوره کندانس بر اساس نتایج حاصل از مدل
شکل ‏۳‑۲۰:نمودار تغییرات افت جرم در برابر دما در پلی یورتان/نانورس/اوره کندانس بر اساس نتایج حاصل از مدل
در بخش بعدی نتایج بدست آمده و نمودارهای بدست آمده برای هر نمونه از طریق مدلسازی با نتایج تجربی مقایسه خواهند گردید.

( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

فصل چهارم
تجزیه و تحلیل نتایج
مکانیسم تجزیه
بصورت کلی فرایند تجزیه در پلی یورتان‌ها به دو دسته و بخش مختلف تجزیه زنجیره‌های نرم[۲۷۰] و تجزیه زنجیره‌های سخت[۲۷۱] تقسیم‌بندی نمود.
بیورت و آلوفانات اتصالاتی در شبکه پلی یورتان هستند که از لحاظ حرارتی اتصالات ضعیف شمرده می‌شوند. تفکیک و جدایی هر دو نوع اتصالات بالا بصورت عمومی در حدود دمای بالاتر از C°۱۱۰ شروع شده و در دمای حدود C°۱۷۰ به مقدار ماکزیمم خود می‌رسد.‌میتوان شکست زنجیره نرم در پلی‌یورتان را به این اتصالات نسبت داد. تمامی این گروه‌ها بعنوان یک اتصال[۲۷۲] یا قسمتی از یک اتصال یا اتصال‌های عرضی هستند که متصل به زنجیره‌های پلی اتر یا پلی‌استر می‌شوند. تمامی این واحدها و گروه‌ها با تجزیه تبدیل به عامل و گروه‌های تولید کننده خود(ایزوسیانات، آمین و مواد هیدروکسی) می‌شوند. در هنگام پیرولیز بر اساس حرارت، هر دو نوع ماده و اتصال شروع به تبدیل به مواد اولیه خود یعنی اوره و ایزوسیانات مینماید.(در مورد بیورت؛ ایزوسیانات و در مورد آلوفانات؛ یورتان تشکیل خواهد شد.)
پایداری حرارتی نسبتاً پایین گروه‌های ایزوسیانات متصل به زنجیره‌های پلی اتر و همچنین نحوه تجزیه رو به جلو آنها باعث می‌شود نسبت به فرایند تجزیه پلی یورتان ‌ها ذهنیت و تصویری ساده داشته باشیم.
این فرایند یک واکنش نسبتاً انرژی پایین است که انتقال هیدروژن در پیوندN—H را به اکسیژن موجود در یورتان را تایید میکند. بنابراین پایداری حرارتی این پلیمرها نسبتاً پایین است و مستقل از حضور واحدهای آروماتیک و آلیفاتیک موجود در زنجیره پلیمری است و واکنش اولیه تجزیه یک فرایند واپلیمریزاسیون اتفاقی است.
مسیر معمول در تجزیه پلی یورتان‌ها واپلیمریزاسیون مرحله‌ای[۲۷۳] است. فرایند واپلیمریزاسیون و مکانیزم‌های حلقه‌های شش عضوی از اصلیترین و اولیه ترین فرایند های ایجاد کننده مکانیزم‌های شکست زنجیره در پلی یورتان‌ها است. نرخ وا-پلیمریزاسیون خیلی بیشتر از تجزیه توسط حلقه‌های شش عضوی است.
نکته دیگر در مورد پایداری حرارتی این است که یورتان‌ها از لحاظ خواص پایداری بشدت شبیه اوره می‌باشند. دلیل آن هم این است که گروه های ایزوسیانورات موجود در آن نیتروژن‌دار هستند.
همانطور که قبلاً گفته شد ذغال به دو روش میزان رهایش حرارت را کاهش می‌دهد:
به عنوان یک عایق حرارتی عمل کرده و موجب تأخیر در انتقال حرارت به سطوح زیرین مواد اصلی در تماس با فلاکس حرارتی شده و باعث کاهش نرخ تجزیه حرارتی می‌شود.
محدود کردن دسترسی گازهای قابل اشتعال تولید شده به شعله
در این پروژه با توجه به اینکه مقدار هدایت حرارتی برای ذغال باقیمانده مقدار ۰۷/۰ می‌باشد و میزان هدایت حرارتی در آن نسبت به نمونه‌ها افزایش یافته؛ در نتیجه مکانیسم اصلی کاهش رهایش حرارت درنمونه‌ها بر اساس محدود کردن دسترسی گازهای قابل اشتعال است، البته باز هم نقش فداشوندگی لایه‌های بالاتر و تأخیر در انتقال حرارت به سطوح زیرین باز هم قابل تأمل است.
همانطور که از نتایج مشخص است، اوره کندانس در مقایسه با نانورس در انتهای برهمکنش تجزیه مقدار ذغال بیشتری را از خود به جای می‌گذارد که در نتیجه نقش اوره کندانس را بعنوان عاملی برای تشکیل ذغال و ایجاد تأخیر در برابر اشتعال؛ از طریق ذغالی شدن نمونه؛ را پررنگ‌تر می‌کند. همانطور که می‌دانیم؛ اوره کندانس یک ترکیب فسفره است؛ در نتیجه زمانیکه در ترکیب قرار می‌گیرد، هم بعنوان فاز متراکم شونده و فاز گازی فعال، که بترتیب در مکانیسم تجزیه پلیمر و احتراق در شعله اختلال ایجاد می‌کند، عمل می‌کند. در فاز جامد، این پرکننده بعنوان جاذب حرارتی عمل کرده و بصورت گرماگیر تجزیه می‌شود و محصولاتی مانند آب و دیگر محصولات غیر قابل اشتعال با ظرفیت ویژه بالا تولید می‌کند. در فاز گازی نیز این پرکننده با رهایش رادیکال‌های بر پایه فسفره باعث اختتام واکنش‌های اشتعال گرمازا از طریق حذف رادیکال‌های H و OH از شعله خواهند شد.
با توجه به اینکه مقدار اوره‌کندانس مورد استفاده در حدود ۱۰% می‌باشد، لذا تأثیرات مربوط به فاز متراکم و اختلال در فرایند تجزیه پلیمر به مقدار بسیار کمی مشاهده می‌شود. اما با توجه به اینکه با افزایش دما این ماده دچار فرایند تجزیه شده و تولید رادیکال‌های فسفره می‌کند و در پایان فرایند تجزیه و تخریب مقادیر جرم در تمامی نمونه‌ها بشدت کاهش یافته است؛ می‌توان اینطور نتیجه‌گیری کرد که این ماده به دلیل مقدار کمی که استفاده شده، فقط در فاز گازی و در دماهای بالا اثر خود را نشان داده و در نتیجه در آنجا می‌توان تأثیر اصلی این تأخیر دهنده اشتعال که بجا گذاشتن مقدار بیشتر ذغال است را ملاحظه کرد.
در بسیاری از تأخیر دهنده‌های اشتعال تنها با یکی از مکانیسم‌های فاز متراکم و یا فاز گاز عمل می‌کنند، تأخیر دهنده‌هایی بیشترین تأثیر را دارند که از هر دو مکانیسم فازها در یک زمان واحد استفاده می‌کنند.
نانورس از طریق اصلاح فرایند تخریب حرارتی در فاز متراکم اثر خود را نشان می‌دهد. مکانیسم‌هایی که باعث افزایش پایداری حرارتی و پایداری اشتعال پلیمرها در هنگام تولید و تشکیل نانو کامپوزیت ها می‌شود در برخی مواقع جالب و مورد اقبال است. اولین پیشنهاد مکانیزم توسط Gilman و Kashiwagi معرفی شد. آنها گفتند که ساختار نانو کامپوزیت هنگام اشتعال منقبض می شود و این اتفاق باعث تشکیل ساختار سیلیکاتی کربنی[۲۷۴] در سطح می شود که به عنوان یک لایه محافظ در برابر انتقال جرم[۲۷۵] و همچنین به عنوان لایه ای عایق سطح زیرین پلیمری در برابر منبع حرارتی عمل می کند. دومین مکانیسم زمانی مؤثر است که مقدار و درصد خاک رس کاملاً پایین باشد. در این حالت رادیکال ها به وسیله آهن جایگزین شده در خاک رس به دام می افتد [۳۱]. زمانی که خاک رس حاوی آهن باشد در مقایسه با زمانی که آهن وجود نداشته باشد یک تفاوت و اختلاف مشخص در کاهش پیک رهایش حرارت در مقادیر کمتر از ۳ درصد خاک رس مشاهده می‌شود.
نانورس موجود در پلی‌یورتان/نانورس و پلی‌یورتان/نانورس/اوره کندانس باعث می‌شود که نسبت به پلی‌یورتان خالص؛ مقدار ذغال باقیمانده افزایش می‌یابد. این ذغال باقیمانده بوسیله اثر فداشوندگی و همچنین ممانعت از خروج گازهای تجزیه و رسیدن آنها به شعله، می‌تواند موجب تأخیر در اشتعال گردد اما با توجه به نتایج آزمون‌های گرماوزن‌سنجی و کالریمتری تفاضلی روبشی، بر روی مقدار گرمای تجزیه در طول واکنش بسیار بیشتر تأثیرگذار بوده است، پس می‌توان نتیجه گرفت که برخلاف اوره کندانس، در دماهای پایین اثر نانورس بسیار مشهودتر است.
توضیح مراحل فیزیکی نمودار
شکل ‏۴‑۱ تا شکل ‏۴‑۴ نشان‌دهنده تغییرات جرم و میزان افت جرم با افزایش دما برای هر چهار نمونه در آزمون گرماوزن سنجی(TGA) تحت اتمسفر نیتروژن با ۳ نرخ گرمایش ۱۰، ۲۰ و C min-1°۶۰ می‌باشد. همانطور که مشاهده می‌شود با افزایش میزان نرخ گرمایش فرایند تجزیه به سمت دماهای بالاتر شیفت می‌کند.
با توجه به نمودارهای حاصله از TGA، همانطور که مشاهده می‌شود بطور کلی برای هر چهار نمونه تهیه شده؛ تخریب حرارتی همه‌ی نمونه‌‌ها؛ از لحاظ فیزیکی از دمای محیط تا دمای ۷۰۰ درجه سانتیگراد تحت ۴ مرحله اتفاق می‌افتد و با افزایش میزان نرخ گرمایش روند تجزیه به دماهای بالاتری انتقال می‌یابد:
مرحله اول؛ از دمای۲۲۹-۱۰۰ درجه سانتیگراد است. در این مرحله افت وزنی نهایت حدود ۵% وزنی است؛ به این مرحله مرحله‌ی آبزدایی[۲۷۶] می‌گویند.
مرحله دوم و سوم در بازه دمایی ۵۰۰-۲۰۰ درجه سانتیگراد رخ می‌دهد که میزان افت و کاهش وزن در این نواحی از بقیه ناحیه‌ها بیشتر می‌باشد(حدود ۷۰%). این مقدار زیاد افت جرم به دلیل واکنش وا-پلیمریزاسیون زنجیره‌های پلیمری و تشکیل ذغال اولیه می‌باشد و در نهایت مرحله اکسید شدن ذغال در فاصله دمایی۷۰۰-۵۰۰ درجه سانتیگراد رخ می‌دهد که در حدود مقدار ۲۵% افت جرم را در این مرحله شاهد خواهیم بود.
در جدول محدوده دمایی هر مرحله در نرخ گرمایش خاص برای هر چهار نمونه نشان داده شده است:
جدول ‏۴‑۱: محدوده دمایی مراحل تجزیه برای نمونه‌ها در هر نرخ گرمایش

مرحله چهارم

مرحله سوم

مرحله دوم(شروع تجزیه)

۶۰

۲۰

۱۰

۶۰

۲۰

۱۰

۶۰

۲۰

۱۰

نرخ گرمایش

۵۴۳

۵۲۶

۵۰۰

۳۹۹

۳۷۸

۳۶۰

۲۸۲

۲۷۶

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...