در سال های اخیر درشهرک مسکونی پرند واقع درجاده ساوه برای مقاوم سازی ساختمان ها در برابر نیروی زلزله، جداکننده های لرزه ای الاستومری تقویت شده با صفحات فولادی ازکشورهای مالزی و ایتالیا وارد شده است. بار طراحی نوعی از این جداکننده ها، 94 تن است. قطر و ارتفاع آنها به ترتیب 600 و 359 میلی متر است. هدف ما در این پایان نامه، ساخت جداکننده های لرزه ای الاستومری نانوکامپوزیتی تقویت شده با الیاف کربن براساس بار طراحی ساختمان های این شهرک مسکونی، برای اثبات وجود قابلیت ساخت این جداکننده ها در داخل کشور است. استفاده از صفحات الیاف به جای صفحات فولادی در این جداکننده ها سبب کاهش وزن و هزینه ساخت می گردد. قطر و ارتفاع این نمونه ها براساس آن بار طراحی به ترتیب 600 و 217 میلی متر است. تنها سامانه استاندارد برای ارزیابی رفتار جداکننده های لرزه ای بوسیله آزمایش های مکانیکی- دینامیکی در پژوهشگاه بین المللی مهندسی زلزله و زلزله شناسی موجود است. حداکثر جابجایی افقی این سامانه در حدود 150 میلی متر است که قابلیت اعمال کرنش های مورد نیاز برای بررسی رفتار این جداکننده ها را ندارد. برای حل این مشکل، ابتدا معادلات بدون بعد روش طراحی کالیفرنیا با استفاده از روش تحلیل ابعادی بدست آمد. براساس این معادلات و ابعاد جداکننده لرزه ای تقویت شده با الیاف در مقیاس صنعتی، ابعاد جداکننده ای در مقیاس نیمه صنعتی طراحی شد. آزمایش های دینامیکی-میکانیکی بر روی این جداکننده قابل انجام و نتایج حاصل برای نمونه صنعتی نیز معتبر است. قطر و ارتفاع نمونه نیمه صنعتی به ترتیب 260 و 100 میلی متر است. خواص مکانیکی این جداکننده در کرنش های برشی 50، 75، 100، 125 و 150 درصد بدست آمد. با افزایش 200 درصدی در کرنش برشی میزان سفتی برشی جداکننده 150 درصد کاهش و میزان اتلاف آن 120 درصد افزایش می یابد. نسبت سفتی قائم به سفتی افقی و بسامد قائم جداکننده های ساخته شده در بار طراحی و کرنش برشی 100 درصد به ترتیب 799 و 114/13هرتز است. استفاده از الیاف کربن و آمیزه الاستومری حاوی تقویت کننده نانو با افزایش نسبت سفتی قائم به افقی جداکننده، سبب افزایش کارایی آن می گردد. همچنین در این تحقیق با هدف اصلاح فرمول بندی سامانه الاستومری نانوکامپوزیتی جداکننده لرزه ای از الاستومر رابرطبیعی اپوکسی دار شده به عنوان سازگار کننده استفاده شده است. در پایان رفتار جداکننده ها در کرنش های برشی 50 و 75 درصد در حالت استاتیک توسط نرم افزارabaqus شبیه سازی شد.

بازگشت موفقیت آمیز دستگاههای پرنده هوافضایی به جو زمین بستگی زیادی به حفاظت حرارتی سازه آنها در برابر گرمایش آیرودینامیکی دارد که برای این کار استفاده از عایقهای حرارتی غیرفعال، به ویژه کامپوزیتهای فداشونده زغال گذار نسبت به دیگر روشها موثرتر و به صرفه تر است. اما ظهور برخی محدودیتها و مشکلات در عملکرد کامپوزیتهای فداشونده موجب گرایش محققان به سامانه های جدید حفاظت حرارتی شده است. از جمله این محدودیتها می توان به ضعیف بودن ساختار زغال ایجاد شده اشاره کرد. بنابراین زغال به راحتی دچار خوردگی مکانیکی شده، پسروی سطح عایق سریعتر صورت می گیرد. به عبارت دیگر با کاهش ضخامت عایق، زمان عملکرد عایق کاهش می یابد. بدین ترتیب، مواد جدیدی از جمله نانوکامپوزیت های فداشونده توسط محققان پیشنهاد شده است. نانوکامپوزیت های پلیمری، بویژه نانوکامپوزیت های بسیار پرشده با خاک رس، خواص مکانیکی و گرمایی جالب توجهی را نشان می دهند. در این تحقیق پس از ساخت نانوکامپوزیت های بسیار پرشده با خاک رس، خواص مکانیکی، بویژه چقرمگی شکست و نیز خواص حرارتی و فداشوندگی نانوکامپوزیت های حاصل، به منظور کاربرد در سپر حرارتی موشک، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این به منظور بهبود خواص مکانیکی، از روش آمیخته کردن زمینه پلیمری گرماسخت با دیگر پلیمرهای گرماسخت و لاستیکی استفاده شده است. همچنین به منظور تعیین ضخامت بهینه عایق های فداشونده نانوکامپوزیتی، سعی شده با اصلاح ضرایب مدل فداشدن کامپوزیت های فداشونده، رفتار فداشوندگی سپرهای حرارتی نانوکامپوزیتی، مدل شود. آزمون های تحلیل خواص مکانیکی، افزایش استحکام، مدول و میزان خمش در شکست بسیار خوبی را برای نانوکامپوزیت های بسیار پرشده در مقایسه با کامپوزیت نشان می دهند. همچنین بهبود در چقرمگی نانوکامپوزیت های بسیار پرشده مشاهده شده که ناشی از شکل پولکی سیلیکات های لایه ای و استحکام بالای صفحات خاک رس در برابر رشد ترک است. نانوکامپوزیت های بسیار پرشده برپایه آمیخته رزین فنولیک با پلی وینیل بوتیرال، nbr وhtpb ، استحکام و مدول و خواص حرارتی بهتری را نسبت به کامپوزیت نشان می دهند که بهترین نتایج مربوط به آمیخته فنولیک با htpb است. نتایج حاصل از تحلیل های حرارتی نیز ، بهبود 130 درصدی پایداری حرارتی ، کاهش 136 درصدی سرعت سایش و کاهش 300 درصدی دمای پشت نانوکامپوزیت های بسیار پرشده، نسبت به کامپوزیت را به نمایش گذاشته است. بررسی سینتیک تخریب حرارتی و خواص گرمایی- فیزیکی نانوکامپوزیت های بسیار پرشده در دماهای بالا ( تاc ْ1400) و بازبینی مدل فداشدن کامپوزیت، مدلسازی فداشدن نانوکامپوزیت های بسیار پرشده، برای تعیین دمای پشت را به ارمغان داشته است.

ضرورت کنترل رفتار رئولوژیکی تعلیقی پایدار مونومری حاوی پودر سرامیک در حین پلیمره شدن و تسلط بر شرایط سینتیک و اسلوب واکنش مربوط، اهمیت پرداختن به رئولوژی شیمیایی این سامانه ها را در فرایند شکل دهی قطعات سرامیکی به روش قالبریزی ژل بویژه در سامانه های نانوکامپوزیتی آشکار می سازد. در این تحقیق، رفتار رئولوژیکی شیمیایی سامانه های تعلیقی مونومری حاوی سیالون، نانولوله کربنی چند دیواره و تلفیق آنها، مطالعه شده است. در ابتدا، رفتار رئولوژیکی تعلیقی با 20 تا 40 درصد حجمی سیالون با حضور و بدون حضور نانولوله های کربنی بررسی شده، مقادیر بهینه پرکننده برای هر تعلیقی انتخاب شده است. نتایج نشان می دهد، تمام تعلیقی ها رفتار نازک شدن برش داشته، گرانروی تعلیقی ها با افزایش کسر حجمی سیالون و نانولوله کربنی افزایش می یابد. مطالعات رئولوژیکی شیمیایی با بررسی اثر عوامل مختلف از جمله غلظت مونومر، عامل ایجاد پیوند عرضی، آغازگر، شتاب دهنده و یون های فلزی، میزان بارگذاری پودر سرامیک ، غلظت نانولوله-کربنی و دما بر زمان ژل شدن و زمان فرایند سامانه ها آغاز و با رسم نمودار انتقال زمان- دما که مبین حالت واکنش در نواحی مختلف دمایی و اثر پرکننده ها بر رفتار رئولوژیکی شیمیایی سامانه هاست، دنبال شده است. نکته قابل توجه در مقایسه نمودار انتقال زمان-دما سامانه ها، انتقال شدید نواحی که در آن امکان قالبریزی وجود دارد به دماهای پایین تر در سامانه حاوی پودر سیالون و نانولوله کربنی است. انتقال این نواحی و همچنین، کاهش زمان ژل شدن و زمان فرایند با اضافه کردن سیالون و نانولوله کربنی بیانگر اثر شتاب دهندگی این پودرها در واکنش پلیمره شدن آکریل امید/متیلن بیس اکریل آمید است. بررسی اثر این دو نوع پرکننده به صورت مجزا نشان می دهد که بیشترین اثرگذاری مربوط به پودر سیالون است که این نتیجه با مشاهده کاهش مقادیر انرژی فعال سازی محاسبه شده برای پلیمره-شدن محلول مونومری (72 کیلوژول بر مول) و ژل شدن تعلیقی حاوی 35 درصد حجمی سیالون (61 کیلوژول بر مول) تایید می شود. با توجه به نمودار انتقال-زمان دما سامانه ژل حاوی نانولوله کربنی، حضور نانولوله های کربنی که منجر به کاهش ناچیز زمان ژل شدن و زمان فرایند شده، تغییر چندانی در نواحی این نمودار در مقایسه با سامانه مونومری صورت نگرفته است. نمودار انتقال زمان-دما سامانه تعلیقی حاوی سیالون و نانولوله کربنی نشان می دهد که علیرغم کاهش محدوده ای که امکان قالبریزی ژل وجود دارد، در مقایسه با ژل خالص، امکان انجام قالبر یزی-ژل این تعلیقی در دماهای پایین بدون افزودن شتاب دهنده وجود دارد. کلید واژه: قالبریزی ژل، پلیمره شدن، رئولوژی، رئولوژی شیمیایی، سیالون، نانولوله کربنی، نمودار انتقال زمان-دما.

ابر pmi یا پلی متاکریل ایماید به عنوان عایق حرارتی با خواص مکانیکی و حرارتی بسیار عالی مطرح است. خواص مطلوب مکانیکی به همراه وزن کم در نتیجه خواص ویژه بسیار بالا دلیل کاربرد فراوان این ابر در صنایع هوایی و فضایی است. در واقع این ابر در میان تمام ابر های موجود بیشترین خواص ویژه مکانیکی و حرارتی را داراست. در این پروژه تهیه ابر pmi انعطاف پذیر و هم چنین اثر تغییر پارامترهای فرایندی روی خواص، ساختار و رفتار ابر pmi مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. ابتدا روش تهیه ابر pmi، مونومرها و نوع آغازگر و عامل پف زا میزان و نحوه ترکیب مواد، دما، فشار و محیط واکنش بحث می گردد. سپس اثر دمای انجام واکنش روی سرعت واکنش و هم چنین اثر تغییر مقدار آغازگر و عامل پف زا روی خواص ابر حاصل بررسی شده و در نهایت تغییر مقدار عامل پف زا منجر به چگالی های مختلف می شود و ابر های با چگالی های مختلف خواص متفاوتی را نشان می دهند. آزمون های dsc و tga به منظور بررسی خواص حرارتی، آزمون های استحکام فشاری و dmta برای مطالعه خواص مکانیکی ابر انجام شد. برای بررسی ساختار شیمیایی ابر حاصل نتایج آزمون ftir را تحلیل نمودیم. ساختار سل ابر به هردو روش ابرسازی فیزیکی (با استفاده از گاز بحرانی) و ابرسازی شیمیایی (با استفاده از عامل پف زا) توسط آزمون sem مورد بررسی قرار گرفت. تغییر میزان آغازگر باعث تغییر در سرعت واکنش و در مقادیر بالاتر حتی موجب تخریب نمونه ها می گردد در حالیکه اثر قابل مشاهده ای روی چگالی نخواهد داشت. تغییرات دمای سامانه واکنش نیز رفتار یکسانی با تغییر مقدار آغازگر دارد و سرعت واکنش را دستخوش تغییر قرار می دهد و دما های بالا موجب تخریب نمونه حاصل از واکنش می شود. تنها تغییرات در مقدار عامل پف زا موجب تغییر در چگالی می شود. افزایش عامل پف زا باعث کاهش در چگالی، استحکام، مدول و افزایش انعطاف پذیری و اندازه دهانه سل ها می شود. ابر نهایی با ابرسازی به روش شیمیایی (با استفاده از عامل پف زا) ساختار سل تمیزتر و صاف تری نسبت به روش گاز بحرانی دارد و هر دو روش ساختار سل بسته را موجب می شود با این تفاوت که زمان انبساط ابر در حمام روغن در روش گاز بحرانی روی میزان سل بسته و باز تاثیر بسزایی دارد. در نهایت کنترل ابرسازی در روش گاز بحرانی به منظور دستیابی به ابر یکنواخت تر، ساده تر و اجرایی تر است.

مواد تغییر فازی موادی با گرمای ذوب بالا هستند که از طریق ذوب یا انجماد در دمای معینی قادر به ذخیره و آزاد کردن مقادیر بالایی انرژی هستند. از این پدیده می توان در کاربردهای حفاظت حرارتی یا ذخیره انرژی حرارتی استفاده کرد. یکی از روش هایی که برای جلوگیری از نشت مواد تغییر فاز دهنده به بیرون از ساختاری که در آن قرار گرفته اند استفاده می شود، آمیزه کردن آن ها با پلیمرهاست. مسئله مهم در این رابطه انتخاب پلیمر مناسب و سازگار با این مواد به عنوان نگهدارنده، درصد بهینه مواد تغییر فاز دهنده در بستر پلیمر و چگونگی ریزساختار مناسب پلیمر و موادتغییرفازی به منظور کارایی بهتر سامانه حفاظت حرارتی است. در این تحقیق اثر پلی اتیلن گلایکول و واکس پارافینی به عنوان مواد تغییر فازی در بستر اپوکسی، بر حفاظت حرارتی و همچنین اثر افزودن گرافیت لایه ای و نانو خاک رس مونتموریلونیت بر بهبود عملکرد این سامانه های حفاظت حرارتی بررسی شده است. آزمون عملکردی ویژه ای برای بررسی و مقایسه رفتار دما-زمان نمونه ها طراحی و آزمون های dsc و sem برای به دست آوردن گرمای ذوب نمونه ها و ریزساختار آمیزه و آزمون xrd برای بررسی نوع توزیع صفحات گرافیت و نانو خاک رس انجام شد. نتایج نشان می دهد افزایش درصد مواد تغییر فاز دهنده سبب بهبود حفاظت حرارتی می شود و درصد بهینه برای پلی اتیلن گلایکول و واکس 60 درصد وزنی است. نمونه های حاوی مواد تغییر فاز دهنده در مقایسه با نمونه اپوکسی شیب اولیه افزایش دمای کمتری دارند و در ناحیه ذوب مواد تغییر فاز دهنده یک ناحیه جلگه ای در نمودار دما- زمان ایجاد می شود. اختلاف دما با نمونه اپوکسی در این ناحیه برای نمونه های 60 درصد وزنی واکس پارافینی و پلی اتیلن گلایکول در حدود 15 درجه سانتی گراد است. همچنین زمان تاخیر افزایش دما (تا 60) نسبت به نمونه اپوکسی برای نمونه 60 درصد وزنی واکس پارافینی در حدود 34 دقیقه و برای نمونه 60 درصد وزنی پلی اتیلن گلایکول در حدود 22 دقیقه است.

در این رساله، کامپوزیت های ژل رزورسینول-فرمالدهید(rf)/نانولوله کربنی چند دیواره (mwnt) به عنوان دسته ای نوین از مواد متخلخل نانوساختار مورد بررسی قرار گرفتند. سنتز این ژل ها با مقادیر مختلف ماده سطح فعال و نانولوله کربنی (cnt) همراه با خشک سازی به روش های معمولی و فوق بحرانی به درک عمیق تری از نقش عوامل فوق الذکر در نحوه چینش فازها در کنار هم در جهت دستیابی به خواص گرمایی و الکتریکی مورد نظر منجر شد. در حالیکه ماده سطح فعال سدیم دودسیل بنزن سولفونات می تواند از طریق تغییر ph اولیه محلول واکنش در غلظت های پایین و تشکیل مایسل و ایجاد حجم آزاد در غلظت های بالا ساختار نانومتخلخل ژل رزورسینول-فرمالدهید را متاثر سازد، در محدوده غلظت های مورد استفاده جهت پخش نانولوله کربنی به دلیل خنثی شدن این دو اثر متضاد تاثیر چندانی بر بافت تخلخلی این ژل ها ندارد. در این میان معرفی روش جدیدی بر مبنای توموگرافی پرتو ایکس کمک شایان توجهی به شناسایی توزیع نانولوله های کربنی در سوسپانسیون و کامپوزیت رزورسینول-فرمالدهید نمود. از طرف دیگر نشان داده شد که از طریق کنترل مشخصه هایی که به سهولت قابل تنظیم هستند (مانند ترکیب درصد اجزاء اصلی واکنش، ph محلول واکنش و غلظت ماده سطح فعال) می توان روند تشکیل مورفولوژی پخش نانولوله های کربنی را در ژل های rf هدایت نمود و به درجات مختلف جدایی فازی در کامپوزیت نهایی دست یافت. این امر به نوبه خود توانست موجبات افزایش چشمگیر خواص فیزیکی-مکانیکی ژل های rf را فراهم سازد. به عنوان مثال، جدایی فازی نانولوله ها در شرایطی خاص در ابعاد ماکرو از زمینه باعث ایجاد رشته هایی از خوشه های به هم پیوسته در نمونه ها می شود که باعث می گردد حالت گذار نارسانا-رسانا در کسر حجمی 0004/0 از نانولوله ( پایین تر از حالت پخش همگن و منفرد) رخ دهد. ضریب رسانایی گرمایی نانوکامپوزیت ها عمدتا از نظریه محیط موثر پیروی می کند و بر این اساس کسر حجمی نانولوله های منفرد و نانولوله های تشکیل دهنده خوشه ها تخمین زده شد. همچنین علاوه بر بدست آوردن مقاومت گرمایی فصل مشترک rf/cnt، روابط ابعادی جدیدی با در نظر گرفتن نقش نانولوله کربنی، میان خواص گرمایی و مکانیکی این دسته از مواد ارائه گردید.

ایروژل های کربنی نوع خاصی از ابرهای سلول باز با چگالی پایین، تخلخل پیوسته و اندازه حفرات نانومتری بوده که از ماتریسی با ذرات شبه-کلوئیدی به هم پیوسته در ابعادی نانومتری تشکیل شده اند. مواد تغییر فاز نیز موادی با گرمای نهان ذوب بالا بوده که در هنگام تغییر فاز توانایی جذب و آزادسازی مقادیر زیادی انرژی حرارتی را دارند. این مواد در هنگام تغییر فاز همانند حائلی در برابر عبور حرارت عمل کرده و از انتقال یافتن حرارت جلوگیری می نمایند و همین سبب استفاده از این مواد در کاربردهای حفاظت حرارتی گردیده است. در این پژوهش به منظور بهبود خواص حرارتی ایروژل های کربنی اثر اضافه نمودن ماده تغییرفازی منیزیم کلراید هگزاهیدرات (دمای ذوب ? 115) به آنها مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین اثر استفاده از رزین نووالاک بعنوان نگه دارنده نمک بر روی خواص حرارتی ایروژل های کربنی ارزیابی شد. در این تحقیق، همچنین اثر پراکنش مدرج ماده تغییر فاز بر خواص حرارتی ایروژل کربنی مورد بررسی قرار گرفت. در این میان از آزمون عملکرد حرارتی و همچنین آزمون های dsc،sem وbet به ترتیب برای مقایسه رفتار دما- زمان ایروژل های ساخته شده، تعیین گرمای نهان ذوب ماده تغییر فاز، مشاهده ریزساختار و بررسی اندازه حفرات در نمونه های ساخته شده، استفاده گردید. بررسی نتایج بدست آمده نشان داد که استفاده از مواد تغییر فاز در درصدهای پایین تاثیر چندانی در بهبود خواص حرارتی ایروژل کربنی ندارند، این در حالی است که با افزایش یافتن درصد ماده تغییرفازی، خواص حرارتی ایروژل بهبود می یابند. در آزمون عملکرد حرارتی در شرایطی که تنها یک سطح نمونه در دمای ? 300 قرار داده می شود، مشاهده گردید که در نمونه های پرشده با درصد زیادی از مواد تغییر فاز، سرعت افزایش دمای سطح دیگر به شدت کاهش یافته و در محدوده دمایی ? 115 تا ? 200 کاهش شیب قابل ملاحظه ای نسبت به نمونه های ایروژل کربنی بدون ماده تغییرفازی، اتفاق می افتد. همچنین زمان رسیدن دمای سطح دیگر به ? 200 در ایروژل حاوی 65 درصد ماده تغییرفازی همگن، در حدود 13 دقیقه و در ایروژل پرشده با 65 درصد ماده تغییر فاز به صورت مدرج در حدود 22 دقیقه و 30 ثانیه نسبت به ایروژل کربنی پرنشده تاخیر داشت. در این میان نتایج بدست آمده نشان داد که ایروژل های پرشده به روش پراکنش مدرج دارای خواص حرارتی مطلوب تر در مقایسه با ایروژل های پرشده به صورت همگن و همچنین ایروژل های فاقد مواد تغییر فاز، در قبل و بعد از ذوب شدن ماده تغییر فاز هستند.

احتراق سوخت جامد در موتور موشک، محیطی متلاطم متشکل از گازهایی با سرعت بیش از m/s 1000 و دمای بیش از c?3000 و فشاری متجاوز از mpa10 ایجاد می کند که هر آلیاژ فلزی را تخریب می کند. عایق های حرارتی نانوکامپوزیتی الاستومری به دلیل قابلیت تحمل تنش های حرارتی و تغییر شکل بیشتر نسبت به عایق های حرارتی مشابه بر پایه غیر الاستومری نقش مهمی در حفاظت موتورهای موشک در برابر شارهای حرارتی بالا ایفا می کنند و نیازمند توجه ویژه هستند. مدل سازی فداشونده نانوکامپوزیتی الاستومری، توانایی تعیین ضخامت دقیق مورد نیاز و توزیع دما در آن را برای شرایط مختلف حرارتی قبل از ساخت فراهم می آورد. معادله کامل فرایند فداشدن نانوکامپوزیت الاستومری، معادله دیفرانسیل مرتبه دوم غیرخطی و گذرا است. ضرایب این معادله، خواص فیزیکی-گرمایی عایق است که تابع دما است. برای حل این معادله، ضروری است ابتدا خواص فیزیکی-گرمایی عایق در خلال تخریب حرارتی و فداشدن مدل-سازی و تعیین شود. سپس معادله حاصل که ترکیبی از معادلات موازنه جرم و انرژی است به طور همزمان حل شود. مدل سازی و حل معادله کامل فرایند فداشدن برای کامپوزیت های آزبست/ فنولیک به کمک روش عددی (اختلاف محدود) توسط محققان قبلی گزارش شده است. حل تحلیلی نیز به دلیل برخی مزایا، مورد توجه ویژه است. در این تحقیق فرایند فداشدن با رویکردی متمایز از سایر محققان، به کمک نظریه اغتشاش، مدل سازی و تحلیل شد. داده های ورودی مدل شامل خواص گرمایی-فیزیکی و سینتیک تخریب نمونه های عایق، از انجام آزمون های لازم بر روی نمونه های واقعی به دست آمد و نتایج نظری مدل سازی با نتایج تجربی در آزمون شعله اکسی استیلن مقایسه گردید که تطابق خوبی مشاهده شد. بر مبنای این مدل، خواص گرمایی-فیزیکی بهینه برای دستیابی به عایقی با کارایی بالا قابل پیشگویی است. به کمک این مدل و با به کارگیری فناوری نانو، نمونه عایق های فداشونده ای بر پایه الاستومر نیتریل، با خواص برتر نسبت به عایق های گزارش شده تاکنون، معرفی شد. در ترکیب بندی این عایق، از اجزا با پایداری حرارتی بالا مانند سیلیکا، الیاف کوتاه کربن و نانورس استفاده و نقش هر یک در تهیه عایق الاستومری نانوکامپوزیتی با کارایی بالا بررسی شد. افزودن phr15 (8% وزنی) سیلیکا نقش غالب تری در مقایسه با افزودن 15% وزنی نانو رس در کاهش دمای پشت عایق در شار حرارتی بالا نشان داد. ولیکن افزودن سیلیکا خواص مکانیکی عایق را در حد مطلوب افزایش نداد. افزودن نانو رس موجب افزایش خواص مکانیکی عایق در حد مطلوب و نیز افزایش استحکام زغال حاصل در دماهای بالا (در مقابل فرسایش گرمایی-مکانیکی) شد، ولی اندکی تورم در ساختار زغال ایجاد نمود. الیاف کوتاه کربن موجب کاهش تورم زغال و نیز افزایش مقاومت آن در مقابل فرسایش مکانیکی شد. حضور توام الیاف و نانو رس با تشکیل زغالی با ریزساختار متراکم تر، ممانعت بیشتر در مقابل نفوذ حرارت به لایه های زیرین ایجاد کرد و خواص فداشوندگی نانوکامپوزیت الاستومری را ارتقا داد. بهترین عایق الاستومری نانوکامپوزیتی حاوی 15% وزنی نانورس، 8% وزنی سیلیکا و 5% وزنی الیاف کوتاه کربن معرفی شد. تحت شار حرارتی 2kw/m2500 به مدت 15 ثانیه، شاخص این عایق برابر s/m 6800، سرعت جرمی فداشوندگی g/s 014/0 و سرعت پسروی سطح mm/s 014/0 است، که علاوه بر تامین الزامات عایق حرارتی فداشونده موتور موشک (سرعت پسروی کمتر از mm/s 09/0)، در مقایسه با نمونه کامپوزیتی (با شاخص عایق s/m 3843، سرعت جرمی فداشوندگی g/s 036/0 و سرعت پسروی سطح mm/s 042/0) خواص فداشوندگی بهتری نشان داد. این عایق دارای استحکام کششی mpa 6/15 و مدول کششی (در100% کرنش) mpa 6/5، کرنش تا پارگی 808% و سختی shore a 88 است که بالاتر از خواص مکانیکی عایق های گزارش شده تاکنون بر پایه الاستومر نیتریل است. دستیابی به خواص فداشوندگی و مکانیکی برتر می تواند موجب بهبود عملکرد این گونه عایق ها و گامی رو به جلو در راستای خودکفایی در صنایع هوا- فضای کشورمان باشد.

مواد اَبَر متخلخل آلی توجه بسیاری را در سال های اخیر به خود جلب کرده اند. در این تحقیق برای ساخت نمونه ها از رزین نوالاک به همراه هگزامین به عنوان مونومر اولیه در محیط اشباع از حلال استفاده شده است و به منظور عملیات خشک کردن ژل های آلی از روش خشک کردن در شرایط محیطی سود برده شده است. هدف از این پژوهش در مرحله اول بررسی ریز ساختار و ریخت شناسی نمونه های به دست آمده از این روش است. برای این منظور نمونه هایی با پنج غلظت متفاوت تهیه شد و از روش تخلخل سنج جیوه ای برای بررسی اندازه تخلخل و توزیع اندازه تخلخل و تاثیر فشار ایزو استاتیک بر نمونه های توده ای به همراه تصاویر میکروسکوپ الکترونی کمک گرفته شده است. در آزمون تخلخل سنج جیوه ای به منظور بررسی دقیق تر داده ها باید از دو مدل نفوذ جیوه ای در کنار مدل فروپاشی استفاده شود. بررسی ها نشان داد که با افزایش غلظت توزیع اندازه تخلخل به سمت تخلخل های ریزتر جا به جا می شود. به طوریکه بیشینه توزیع اندازه تخلخل با افزایش غلظت، از 1200نانومتر برای نمونه 10% به مقدار 9 نانومتر برای نمونه 35 % می رسد. در واقع می توان نمونه های با غلظت های 25% و 35% را در محدوده نانو ساختار به حساب آورد. علاوه بر این تمام آزمون ها، تغییر ریز ساختار را تایید کرده و می توان گفت که با افزایش غلظت ریز ساختار از حالت کلوئیدی به ریز ساختار پلیمری تغییر می کند به طوریکه در غلظت 25% آغاز انتقال ریز ساختار اتفاق می افتد و در نمونه 35% ساختار پلیمری غالب می شود. در قسمت دیگر این پژوهش به منظور کاهش شکنندگی این مواد از لاستیک اکریلو نیتریل بوتادین به عنوان عامل چقرمگی استفاده شده است. در این مرحله سه نوع فرمول بندی مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که نمونه ها دارای حجم تخلخل پایین و اندازه تخلخل کمتر از 300 نانومتر است با اضافه نمودن لاستیک به زمینه نووالاک ریز ساختار متفاوتی را مشاهده می کنیم و به جای ساختار انبوهه ای، دیواره های منسجم در کنار حفرات بزرگ دیده می شود و در واقع ساختار اَبَر متخلخل را نتیجه نمی دهد ولی این دو ماده در کنار ریخت شناسی هسته- پوسته را به وجود می آورند و بر همکنش بسیار مناسبی را نتیجه می دهند.

کامپوزیت های فنولی تقویت شده با الیاف، نمونه ای از مواد پرکاربرد درحوزه ی فناوری های دما بالا هستند که به عنوان سپر حرارتی در صنایع مختلف از جمله صنایع هوا فضا کاربرد ویژه ای دارند. هدف تحقیق پیش-رو تهیه ی کامپوزیتی بر پایه رزین نوولاک/الیاف کربن است که علاوه بر دارا بودن خواص حرارتی و فداشوندگی ایده آل از خواص مکانیکی مناسبی برخوردار باشد. در این پژوهش، برای حصول خواص حرارتی و مکانیکی ایده آل، کامپوزیتی شاهد از رزین نوولاک و الیاف کربن تهیه شد، سپس تلاش شد تا ساختار زمینه با استفاده از سه تقویت کننده ی میکرو کائولن، نانو کائولن و نانو گرافیت اصلاح شود. میزان الیاف به کار رفته در کلیه نمونه ها ثابت و 40 درصد وزنی بود. مقدار کائولن به کار رفته برای ساخت نمونه ی میکروکائولن 20 درصد وزنی بود. میزان نانو کائولن استفاده شده در نمونه های حاوی نانوکائولن و میزان نانو گرافیت به کار رفته در نمونه های حاوی نانو گرافیت به ترتیب 6، 9 و 12 درصد وزنی بود. نمونه های کامپوزیتی با استفاده از روش قالبگیری فشاری داغ تهیه شدند. آزمون های tga، صفحه ی داغ و آزمون شعله ی اکسی استیلن برای بررسی خواص حرارتی نمونه های کامپوزیتی به کار رفتند. برای بررسی خواص مکانیکی از آزمون های خمش سه نقطه ای و سایش مکانیکی استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که هر چند افزودن ذرات میکرو کائولن رفتار حرارتی کامپوزیت را بهبود می بخشد اما سبب کاهش شدید خواص مکانیکی کامپوزیت می گردد و ضعیف ترین خواص مکانیکی برای این نمونه مشاهده گردید. کاربرد نانو ذرات به جای میکرو کائولن توانست علاوه بر افزایش خواص حرارتی از افت خواص مکانیکی جلوگیری نماید. افزودن 9 درصد وزنی نانو گرافیت با حفظ خواص مکانیکی، پایداری حرارتی را نسبت به نمونه ی شاهد، 12 درصد بهبود داد. همچنین سبب کاهش 10 درصدی سرعت فداشوندگی و 62 درصدی ضریب نفوذ حرارتی شد.

یکی از خواص مهم کامپوزیت ها چقرمگی شکست آن ها است که به عوامل گوناگونی بستگی دارد. چسبندگی بین سطحی الیاف و زمینه از مهم ترین عوامل موثر بر آن است. میزان این چسبندگی با مطالعه ی تاثیر زاویه ی آرایش الیاف و سهم آن بر چقرمگی شکست قابل بررسی است. این هدف با محاسبه ی پارامتر شدت تنش (kic) از آزمون خمش سه نقطه ای به دست آمد. در این پژوهش، اثر نانو ذرات گرافن بر چقرمه شدن نانوکامپوزیت های بر پایه ی اپوکسی بررسی شد. با توجه به خواص ویژه ی گرافن به خصوص نسبت منظر و استحکام بالای آن، برای بهبود چقرمگی شکست به این کامپوزیت افزوده و سازوکارهای چقرمه کردن و شکست آن مطالعه گردید. با اعمال مقادیر مختلف گرافن، درصد بهینه ی آن برای دست یابی به بیش ترین چقرمگی شکست به دست آمد. با افزودن 0/4 درصد وزنی گرافن، پارامتر شدت تنش (kic) در کامپوزیت اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن، که زاویه 22/5 درجه نسبت به شکاف دارند، 31 درصد و در نانو کامپوزیت اپوکسی 136 درصد افزایش یافت.

در اکثر صنایع به ویژه صنعت نفت و گاز نیاز است تا از مواد مقاوم در برابر عوامل خورنده استفاده گردد. امروزه با استفاده از نانومواد می توان خواص مواد را به نحو بسیار مناسبی بهبود بخشید و نیز میزان استفاده از مواد، هزینه و زمان را بهینه نمود. در این حالت نانومواد مورد استفاده اغلب بعنوان یک سد مقاوم در برابر خوردگی عمل کرده و علاوه بر این می توانند سبب افزایش استحکام ماده و تولید موادی با پایداری بالا و طول عمر بیشتر گردند. کائوچوی نیتریل، یکی از موادی است که به علت مقاومت در برابر متورم شدن در حالت غوطه وری در روغن های معدنی، حلال¬ها، آب، نمک¬ها، ترکیبات آلیفاتیک، صابون¬ها و همچنین مقاومت خوب در مقابل ازون و تابش اشعه فرابنفش، به عنوان یکی از الاستومر¬های پرمصرف در صنعت کاربرد دارد. ضعف¬هایی نظیر مقاومت کم در برابر اکسیدکننده¬های قوی نظیر اسید نیتریک، مقاومت کم در برابر بخار، شعله و آتش کاربرد آن را در این گونه محیط¬ها با محدودیت روبه¬رو ساخته است. هدف تحقیق پیش¬رو تهیه نانوکامپوزیتی بر پایه¬ی الاستومر پلی¬اکریلونیتریل بوتادی¬ان با مقاومت شیمیایی و حرارتی مطلوب با رویکردی مبتنی بر استفاده از آن در محیط¬های خورنده همراه با دمای بالا است. در این پژوهش، به منظور افزایش مقاومت حرارتی و شیمیایی و همچنین کاهش هزینه¬های مواد اولیه از رزین نووالاک استفاده شد. خواص گرمایی مناسب پلی¬کریستال¬گرافیت و همچنین استفاده از ساختار لایه¬ای آن به منظور بالا بردن مقاومت شیمیایی نانوکامپوزیت باعث استفاده از آن در این پژوهش شد. نتایج حاصل نشان داد که افزایش درصد رزین نوالاک در بازه¬ی 25% تا 40% وزنی، باعث افزایش مقاومت شیمیایی و حرارتی می¬گردد و در بالاتر از 40% وزنی جدایی فازی رخ داده و افت خواص شیمیایی و حرارتی را به دنبال دارد. افزایش درصد پلی¬کریستال¬گرافیت وابسته به درصد نوالاک، از یک مقدار حداقل به بعد باعث افزایش مقاومت شیمیایی می¬گردد به طوری که هرچه مقدار نوالاک بیشتر می¬شود این مقدار حداقل برای پلی¬کریستال¬گرافیت، کمتر می¬گردد. هنگامی که مقدار نووالاک درآمیزه¬ها به بیشتر از 40% وزنی می¬رسد، افزایش درصد پلی¬کریستال¬گرافیت باعث کاهش مقاومت شیمیایی نانوکامپوزیت می¬گردد. با استفاده از معادله¬ی آورامی و نتایج آزمون تورم در استن، تابعیت مقدار تورم به درصد رزین نوالاک، پلی¬کریستال¬گرافیت و زمان بدست آمده، همچنین براساس آن مقادیر بهینه رزین نوالاک و پلی¬کریستال¬گرافیت برای دستیابی به بیشترین مقاومت و پایداری حرارتی و شیمیایی محاسبه گردید. با انجام آزمون حرارتی بر روی نمونه¬¬های حاوی 35% وزنی نوالاک مشخص شد که افزایش درصد پلی¬کریستال¬گرافیت باعث افزایش مقاومت حرارتی تا 2/8% و کاهش میزان تخریب نهایی شده است.

اروژل های کربنی تهیه شده توسط گرماکافت اروژل های پلیمری، دارای خواصی همچون قابلیت هدایت حرارتی کم، مقاومت حرارتی زیاد، استحکام ویژه بالا و وزن مخصوص کم هستند. به همین دلیل این مواد در صنایع مختلف از جمله صنایع هوافضا به عنوان عایق های دما بالا و سپرهای حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند. اما تخریب ساختار به دلیل واکنش اکسید شدن در دماهای بالاتر از c°400 و در جو هوا، کاربرد این نانوساختارها را محدود کرده است. از این رو، هدف از این پژوهش بهبود پایداری و مقاومت حرارتی اروژل های کربنی، همزمان با حفظ خواص مکانیکی مطلوب آنهاست. در این پژوهش برای بهبود خواص حرارتی از جمله مقاومت دربرابر اکسید شدن از ترکیب زروژل سیلیکای تهیه شده از خاکستر شلتوک برنج با رزین پلیمری برای ساخت اروژل پلیمری نانوکامپوزیتی استفاده شد. این اروژل های پلیمری نانوکامپوزیتی به عنوان پیش ماده برای تهیه اروژل های نانوکامپوزیتی کربنی به کار رفتند. دلیل استفاده از نووالاک به عنوان فاز آلی، زغال گذاری زیاد، قیمت ارزان و در دسترس بودن آن است. همچنین خاکستر شلتوک برنج از ضایعات کشاورزی است، غنی از سیلیکا است و دارای ساختاری متخلخل و خواصی ازجمله مقاومت بالا دربرابر اکسید شدن است. اروژل پلیمری نووالاک-سیلیکا با استفاده از روش پلیمرشدن سل-ژل در محیط اشباع از بخار حلال و روش خشک کردن محیطی تهیه شد. استفاده از این روش منجر به کاهش زمان و هزینه ی فرآیند، استحکام ژل و عدم استفاده از روش خشک کردن خطرناک و پرهزینه ی سیال فوق بحرانی شد. در مرحله ی بعد، اروژل های پلیمری، در عملیات حرارتی گرماکافت و احیای حرارتی-کربنی، به ترتیب، به اروژل های نانوکامپوزیتی کربن/سیلیکا و کربن/سیلیکا/سیلیکون کاربید تبدیل شدند. در هر مرحله، پس از تهیه اروژل ها، بررسی های مربوط به ریزساختار، خواص حرارتی و مکانیکی، بر روی نمونه ها صورت گرفت. نتایج نشان داد اروژل های پلیمری و نانوکامپوزیتی تهیه شده شبکه های کلوئیدی نانوساختار با تخلخل بالا (بالای 82 درصد) و چگالی پایین (کمتر از g/cm³ 3/0) هستند. با حضور سیلیکا چگالی نمونه ها تا 12% نسبت به نمونه کربنی خالص کاهش یافت. نقشه عنصری سیلیکون، توزیع خوب ذرات سیلیکا را در سراسر ساختار اروژل ها نشان داد. همچنین نرخ اکسیدشدن در نمونه های دارای سیلیکا نسبت به نمونه های خالص کاهش یافت و تخریب حرارتی با حضور سیلیکای اصلاح سطح شده به میزان 4% وزنی محلول تا 20% به دماهای بالاتر انتقال یافت. همچنین استحکام فشاری نمونه های پلیمری و کربنی نانوکامپوزیتی با افزایش میزان ذرات سیلیکا تا 8% محلول اولیه به میزان 48% افزایش یافت.

در این پژوهش اثر دو پرکننده ی دوده و سیلیکای اصلاح شده با بیس [ 3- ( تری اتوکسی سیلیل ) پروپیل ] تتراسولفید و همچنین اثر مخلوط این دو پرکننده بر خواص مکانیکی، رفتار دینامیکی و تریبولوژی آمیزه های رویه ی تایر مورد مطالعه قرار گرفت. همین طور چگونگی تاثیر مقدار مخلوط دوده و سیلیکای اصلاح شده در نسبت های مختلف بر سینتیک پخت این آمیزه ها بررسی شد. فرمول بندی آمیزه ها، مشابه آمیزه های صنعتی رویه ی تایر و هر یک حاوی 80 قسمت پرکننده در نظر گرفته شد با این تفاوت که نسبت مقدار دو پرکننده در آن ها متفاوت بود و با تغییر سامانه ی پخت سعی شد تمامی این آمیزه ها چگالی اتصالات عرضی شیمیایی یکسانی داشته باشند. در بررسی خواص مکانیکی آمیزه ها مشاهده شد که نمونه های حاوی مقدار بیشتر از سیلیکا، مدول بالاتر و رفتار الاستیک تری دارند. این موضوع با توجه به برقراری پیوند شیمیایی در فصل مشترک سیلیکای اصلاح شده و لاستیک منطقی به نظر می رسد. میان رفتار اصطکاکی و مقادیر فاکتور اتلاف آزمون دینامیکی- مکانیکی تحت روبش دما انطباق خوبی مشاهده گردید به طوری که نتایج اندازه گیری ضریب اصطکاک در دو شرایط متفاوت، پیش¬بینی حاصل شده توسط این فاکتور را تایید نمود و همین طور نشان داد که در شرایط حرکت روی سطح جاده، آمیزه ی پرشده با سیلیکای اصلاح شده ضریب اصطکاک بالاتری نسبت به سایر آمیزه ها دارد. همچنین مشاهده شد سایش پذیری آمیزه¬ها با افزایش مقدار سیلیکای اصلاح شده کاهش چندانی نداشته و حتی نمونه ی تمام سیلیکایی رفتار مناسب¬تری را پیش بینی می¬کند. در بخش دوم پژوهش، در بررسی اثر غلظت مخلوط پرکننده ها بر سینتیک پخت آمیزه های لاستیکی مشاهده شد که در آمیزه های پر شده با مخلوط هایی که حاوی سهم برابر از دوده و سیلیکا هستند، تغییر مقدار پرکننده ی مخلوط از 20 قسمت تا 80 قسمت ، تاثیر چندانی بر سرعت پخت ندارد، این در حالی است که با چنین تغییری، در آمیزه های پر شده با مخلوط های دارای سهم بیشتر از دوده سرعت پخت افزایش یافته و در آن هایی که با مخلوط های حاوی سهم بیشتر از سیلیکا پر شده اند، سرعت پخت کاهش می یابد. بنا بر این چنان چه مقدار برابری از دوده و سیلیکا مورد استفاده قرار بگیرد، وابستگی سرعت پخت به غلظت پرکننده محو خواهد شد.

اروژل های نووالاک با روش پلیمرشدن سُل-ژل در محیط اشباع از بخار حلال و با استفاده از روش خشک کردن محیطی تولید شدند. بعد از انتخاب بهترین اروژل های تولیدی با توجه به معیارهای چگالی، هدایت حرارتی، نفوذ حرارتی و انعطاف پذیری، این اروژل ها در ساخت نانوکامپوزیت های اروژل-کُرک استفاده شدند. برای ساخت این محصول، از رزین سیلیکون استفاده شد که پلیمری با خاصیت مقاومت حرارتی است و بین ذرات کُرک و اروژل چسبندگی و اتصال مطلوب را برقرار می کند. نتایج آزمون ها نشان داد افزودن اروژل به کامپوزیت کُرک، هدایت حرارتی و نفوذ حرارتی را به ترتیب تا %39 و %45 کاهش می دهد. هم چنین پایداری حرارتی کامپوزیت کُرک با افزودن اروژل حدود ?30 افزایش یافت. پوشش نانوکامپوزیتی گرافن-اکساید-رزول هم کارایی فداشوندگی حرارتی کامپوزیتها را به طور موثری بهبود داد.

.با انتخاب غلظت بهینه رزین نووالاک در اروژل بر اساس پارامترهای مهم در انتخاب عایق ها مانند چگالی، انعطاف پذیری، ضرایب هدایت و نفوذ حرارتی و غباردهی، این پتوی اروژلی را به عنوان جداکننده در سامانه عایق چندلایه استفاده کردیم و با لایه های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج بدست آمده، غلظت 15% رزین در اروژل به عنوان غلظت بهینه رزین انتخاب شد و عایق 12 لایه با این جداکننده هم با دارا بودن خواص عایقیِ مطلوب، تعداد لایه ی بهینه انتخاب شد. کارایی حفاظت حرارتی عایق 12 لایه اروژلی حدود 22 درصد بیشتر از عایق 12 لایه با جداکننده نمد پلی استر است.