الاستقصاءات العملية والمحاكاتية للميزات الترايبولوجية والحرارية للمتراكبات النانوية البوليمرية == Empirical and Simulation Investigations of Tribological andThermal Characteristics of Polymer Nanocomposites
Author name:
فاضل كريم فرحان
Supervisor name:
زينب عبد السلام الرمضان | بهجت بهلول كاظم
General topic:
Physics
Specific topic:
Physics
Degree:
Doctorate
University:
Mustansiriyah University - Faculty Of Education
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
26T1896 - p.pdf
Abstract:
تم دراسة الخصائص الترايبولوجية , الخواص الميكانيكية , محلل التوصيل الحراري, تقنية التحليل الميكانيكي الحراري, تقنية تحليل الوزن الحرارية, معدل التقشر الحراري, معامل العزل الحراري, واختبار المحاكاتي لخلطة (الايبوكسي - البولي استر الغير مشبع) والمدعمة بكاربيد السيلكون النانوي بكسر حجمي (0%, 5%, 10% و15%) مع ثبات الكسر الحجمي للكرافيت الناعم 5% وهذه الدراسة خضعت بتغير في مختلف الكسر الحجمي بدلالة الخصائص الترايبولوجية, الخصائص الحرارية, الخصائص الميكانيكية. تم استخدام تقنية الموجات الفوق الصوتية للتفريق وتقنية الخلط المغناطيسي في تحضيرا لنماذج المتراكبات النانوية ثم تبعها تقنية الصب على البارد باستخدام قالب من التفلون حسب المواصفات القياسية. تم استخدام تقنية المسمار على القرص في قياس الخصائص الترايبولوجية,استخدمت الماكنة القياسية العالمية في قياس الخواص الميكانيكية, وتم استخدام تقنية الصلادة الدقائقية في تحديد قيم الصلادة,استخدمت تقنية المحلل الحراري(Mathis TC i) في قياس الخواص الحرارية, تم استخدام تقنية التحليل الميكانيكي الحراري TMA)) في قياس (معامل التمدد الحراري, الاجهاد الحراري, الانتقال الزجاجي ومعامل المرونة) عند مختلف درجات الحرارة. تم استخدام تقنية تحليل الوزن الحرارية TG)) لقياس تغير الكتلة مع الحرارة بثبوت الزمن. تم استخدام الشعلة الاوكسي استيلينية في تحديد معدل التقشر ومعامل العزل الحراري . تم تنفيذ برامج المحاكاة للانتقال الحراري بثلاث ابعاد باستخدام طريقة الفروقات المحددة لقياس معدل التقشر لنماذج المتراكبات النانوية والخلطة البوليمرية. اظهرت نتائج قيم الميزات الترايبولوجية ( معدل البلى الانزلاقي الجاف) بان معامل الاحتكاك يهبط تدريجيا بتعاقب النسبة المئوية الحجمية للنانوكاربيد السيلكون ويستقر عند قيم ثابتة لزمن الانزلاق العالي , يسلك معامل البلى كذلك نفس السلوك حيث يكون اوطا عند اعلى نسبة مئوية حجميه للنانو كاربيد السيلكون , وتعرض العلاقة بين الاحتكاك - البلى ميكانيكيتين متزاملة, الاولى مع بداية الحركة والمميزة بسطح باهت غير براق التي تدل, على الية التاكل بالحرث , والثانية التي ترافق الاحتكاك المستقر والمميز بالمظهر البراق التي تدل على الية التاكل باللصق. اظهرت نتائج القيم الصلادة زيادة تصاعدية بتعاقب الزيادة في الكسر الحجمي للمالئات. كذلك بينت نتائج قيم متانة الشد, الضغط والانحناء انخفاض تدريجي بتعاقب الزيادة في الكسر الحجمي للمالئات. بينما اظهرت نتائج قيم معامل المرونة زيادة تدريجية بتعاقب الزيادة في الكسر الحجمي للمالئات. كما اظهرت نتائج قيم المحلل التوصيل الحراري (التوصيلية الحرارية, التدفق الحراري, الانتشار الحراري) زيادة تدريجية بتعاقب الزيادة في الكسر الحجمي للمالئات. بينت نتائج السعة الحراري والمقاومة الحراري انخفاض تدريجي بتعاقب الزيادة في الكسر الحجمي للمالئات. اظهرت نتائج قيم التحليل الميكانيكي الحراري تحسن في معامل التمدد الحراري ومعامل المرونة بتعاقب الزيادة في الكسر الحجمي للمالئات. اظهرت نتائج قيم التحليل الوزن الحراري الخسارة العالية بالنسبة المئوية لكتلة خلطة الاساس, بينما اظهرت نتائج قيم الخسارة بالنسبة المئوية في الكتلة للمتراكبات النانوية انخفاض تدريجي بتعاقب الزيادة في الكسر الحجمي للمالئات. تاتي قيم التقشر بواسطة المحاكاة اعلى من قيم العملي هذا يمكن ان يوضح التداخل البيني للمتراكبات النانوية التي تمتلك متانة عالية وقوة ارتباط وان قيم الكثافة خير دليل على ذلك. تم حساب نتائج محاكاة التوصيلية الحرارية ومعامل الاحتكاك بموجب نموذج التركيب الدقائقي ونموذج نيلسون والتي تمت مقارنتها مع نتائج العملي والتي لوحظت انها تقع بين قيم محاكاة الاتجاه الموازي وقيم محاكاة الاتجاه العمودي للمادة المالئة والتي اثبتت ان المالئات تصطف قريبة من الاتجاه العمودي اكثر مما هو عليه من الاتجاه الافقي او العشوائي بالنسبة لاتجاه حركة الانزلاق او اتجاه التدفق الحراري. تم توظيف اقتران استخدام المجهر الالكتروني الماسح ((SEM وقيم الكثافات للمساعدة في تفسير النتائج. المتراكبات النانوية المستخدمة في هذا العمل تمتلك حشوات عالية يمكن استخدامها في التطبيقات عالية الترايبولجي , عالية التشتت الحراري ولمقاومة التقشر. | In this thesis, tribological characteristics, mechanical properties, thermal conductivity analyzer, thermal mechanical analysis technique, thermogravimetry technique, thermal ablation rate, thermal insulation indexed, and simulation test, have been studied for (epoxy - unsaturated polyester blend) reinforced with nano silicon carbide( 0vol %, 5vol%, 10vol%, 15vol%) with constant volume fraction of ultra fine graphite 5%, which are subject to change in different volume fraction in terms of tribological characteristics, thermal and mechanical properties. Ultrasonic dispersion and magnetic stirring techniques are used to prepare the nanocomposites specimens follow with cold - casting technique using flash Teflon molds standard conditions. [Pin - on - disc] technique is used to measure tribological characteristics, Universal testing machine technique is used to measure mechanical properties. Micro hardness Vickers technique is used to determine the hardness. Mathis TC i technique is used to measure thermal conductivity analyze, thermal mechanical analysis (TMA) technique is used to measure coefficient thermal expansion, thermal stress, glass translation and elastic modulus at different temperature. Thermogravimetry (TG) technique is used to measure mass change with time or temperature. Oxy - acetylene flame technique is used to determine ablation rate and insulation indexed. Simulation programs of heat transfer in three dimensions for ablation test for blend polymer and nanocomposites specimens are carried out using finite difference method. Tribological characteristics (dry sliding wear rate) results show that the coefficient of friction drops progressively and settles constant values by succession of Vol% Nano - SiC for high sliding time. Wear coefficient also behaves similarly as being lowest for high Vol% Nano - SiC . The wear - friction relationship displays two mechanisms, the first, associated with the run - in period recognized by dull matte finish which deal to abrasive wear mechanism, and the second mechanism is associated with steady friction recognized by high gloss appearance which is deal to adhesive wear mechanism. Hardness Vickers results show that values increase progressively by succession of volume fraction of fillers. Tensile strength, compression strength, bending strength results show that the values decreases with the increasing volume fraction of additives. while elastic modulus values increase progressively by succession of volume fraction of fillers. Thermal conductivity analyzer (thermal conductivity, thermal effusively, thermal diffusion) results show that values increase by succession of volume fraction of fillers . Heat capacity and thermal resistance results show that values decreases progressively by succession of volume fraction of fillers. Thermal mechanical analysis results show that values coefficient thermal expansion and elastic modulus improvement progressively by succession of volume fraction of fillers. Thermogravimetry results show that values change percentage of mass loss for blend resin matrix very high, while values change percentage of mass loss for nanocomposites decreases progressively by succession of increase volume fraction of fillers. Ablation simulation values come higher than experimental values, this could be explained, by the interface effect of nanocomposites, which have high strength, strong bond force, and density values are evidence to that. Simulation of coefficient of friction and thermal conductivity results, which are calculated according to micro structures model and Nielsen model, and when it was compared with the experimental results, it has been observed, that the experimental results, were localized between the parallel direction simulation values. and perpendicular direction values for additives, which is evidenced that the additives arrangement closed to perpendicular direction more than random or parallel direction with respect to dry sliding and heat flux direction. Scanning electron microscopy SEM, coupled with auxiliary microscopy, and densities were employed to aid interpretation of results. Nanocomposites used in this work, have high volume fraction of additives can be used in applications, which need high tribological, high thermal dispersion, and ablation resistance.
