شبیه سازی فرآیند ولکانش و بررسی سینتیک پخت آمیزه تهیه شده با پرکننده نانو در یک قطعه لاستیکی( لیفتر-بار)
چکیده
دستیابی به خواص مورد انتظار از یک قطعه لاستیکی جز با پخت آن در مرحله شکل دهی درون قالب امکان پذیر نمی باشد. این مرحله زمانبر و پر هزینه ترین بخش در فرآیند تولید قطعات لاستیکی است که نقشی حیاتی بر روی خواص نهایی دارد. با بهینه سازی زمان لازم برای حرارت دهی درون قالب می توان ضمن حفظ خواص مورد انتظار از قطعه لاستیکی در بالاترین سطح ممکن، زمان و انرژی مصرفی را تا حد زیادی کاهش داد. پش بینی زمان پخت قطعات لاستیکی ضخیم همواره از مسائل بسیار مهم در صنعت لاستیک به شمار می آید. این امر معمولا توسط روش های تجربی مبتنی بر سعی و خطا که بسیار پرهزینه و وقت گیر هستند صورت می گیرد. از این رو محققان همواره به دنبال یافتن روش های جایگزین بوده اند. پیش بینی تاریخچه حرارتی و میزان پخت در نقاط مختلف قطعه با استفاده از معادلات و مدل های حاکم بر رفتار انتقال حرارت و سینتیک پخت یکی از این روش ها می باشد. از سوی دیگر با توجه به اینکه رفتار پخت آمیزه های نانوکامپوزیتی پایه لاستیکی متفاوت از آمیزه های لاستیکی پر شده با پرکننده های معمولی است، غالباَ معادلاتی که برای بیان سینتیک پخت لاستیک ها وجود دارد، مناسب آمیزه های ساخته شده از طریق فناوری های نوین که در آنها از مواد با ساختار نانو استفاده شده نمی باشد. در این تحقیق معادلات انتقال حرارت و سینتیک پخت در یک قطعه لاستیکی(لیفتر-بار) از طریق شبیه سازی کامپیوتری و با استفاده از توسعه زیر برنامه کمکی umatht، توسط نرم افزار abaqus در دو مرحله پخت درون قالب و خنک شدن بیرون از قالب حل گردید. در نظر گرفتن وابستگی ضرایب معادله انتقال حرارت به دما و میزان پخت، انجام محاسبات سینتیکی و در نظر گرفتن هدایت تماسی در محل تماس قطعه و قالب برای افزایش دقت مدل از جمله ویژگی های مدل توسعه یافته می باشد. مقایسه بین تاریخچه حرارتی محاسبه شده توسط مدل با داده های اندازه گیری شده با ترموکوپل نشان داد که مدل از دقت بالایی در پیش بینی پروفایل دمایی در هر دو مرحله برخوردار است. بررسی رفتار پخت در این تحقیق با استفاده از دو آمیزه با خواص مکانیکی معادل که یکی تنها حاوی دوده و دیگری حاوی دوده و خاک رس نانو ابعاد بود، صورت گرفت. مطالعه ساختار آمیزه نانو تولید شده با استفاده از گراف xrd و تصویر tem نشان داد که آمیزه حاصل دارای ساختاری بخشی اینترکالیت و بخشی اکسفولییت می-باشد. سینتیک پخت آمیزه های مرجع و نانو بوسیله نتایج حاصل از انجام آزمون غیر همدمای رئومتری مطابق با پروفایل دمایی در نقاط مختلف قطعه توسط دستگاه rpa بررسی شد. نتایج حاصل نشان داد که معادله کمال-سرور قادر به پیش بینی دقیق رفتار پخت غیر همدمای قطعات لاستیکی ضخیم نمی باشد. بر همین اساس معادله جدیدی برای پیش بینی رفتار پخت ارائه گردید. مقایسه بین داده های تجربی با نتایج محاسبه شده توسط مدل جدید نشان داد که این مدل بخوبی رفتار پخت را پیش بینی نموده و غالب ضعف های مدل کمال-سرور را پوشش می دهد. مقایسه بین نتایج حاصل از شبیه سازی رفتار پخت قطعه لیفتر بار ساخته شده توسط آمیزه های مرجع و نانو در شرایط یکسان، نشان داد که زمان لازم برای پخت آمیزه نانو درون قالب بدلیل کاهش زمان القاء و همچنین ظرفیت گرمایی ویژه در اثر حضور تقویت کننده نانو ابعاد، به مراتب کمتر از آمیزه مرجع می باشد.