تحقيق در مورد ترموديناميک، حالت مذاب پليمرها

 nx دارای 33 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : ترمودینامیک، حالت مذاب پلیمرها مقدمه ای بر پلیمرهای مذابپلیمرها یا بسپارها ، ترکیباتی هستند که از بهم پیوستن چندین مولکول منومر بوجود می‌آیند. پلیمرها را به طرق مختلف طبقه‌بندی می‌کنند. یکی از روشهای تقسیم بندی پلیمرها ، تقسیم بندی از نظر خواص است. پلیمرها از نظر خواص به سه دسته عمده تقسیم بندی می‌شوند. پلاستیکها ، دسته‌ای از پلیمرها توموپلاستها ترموپلاستها ، پلیمرهایی هستند که در اثر فشار ، تغییر شکل (Deformation) می‌دهند و بعد از حذف نیروی خارجی ، این تغییر شکل ، همچنان باقی می‌ماند. به عبارت دیگر این پلیمرها ، خاصیت پلاستیسیتی دارند. این پلیمرها در اثر گرما بتدریج نرم می‌شوند. با افزایش دما به حالت مذاب در می‌آیند. بعد از حذف گرما به حالت فیزیکی جامد خود تبدیل می‌شوند. این خصلت ، کاربرد صنعتی این نوع پلیمرها را تضمین می‌کند. اگر ترموپلاستیکی را به صورت پودر یا حلقه‌های کوچک در آوریم و سپس حرارت دهیم، ابتدا نرم و سپس مذاب و ویسکوز می‌شود و اگر آنرا در قالب بگیریم، شکل قالب را به خود می‌گیرد و این علت کاربرد بسیار زیاد این مواد است. الاستومرها الاستومرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر نیروی خارجی تغییر شکل پیدا می‌کنند. بعد از حذف نیرو ، تغییر شکل از بین می‌رود و دوباره به حالت اولیه باز می‌گردند. این پلیمرها در اثر گرما ، نرم می‌شوند، ولی برخلاف ترموستها (ترموپلاستیکها) به حالت ویسکوز یا مایع سیال در نمی‌آیند. موقعی که این پلیمرها در اثر حرارت نرم شدند، آنرا با اضافه کردن افزودنیهای مورد نیاز در داخل قالب پخت می‌کنند. عملیات پخت را Curing گویند. کلید و پریز برق ، از گروه ملامینهاترموسیتینگها این پلیمرها ، پلیمرهایی هستند که در اثر گرما نرم نمی‌شوند. بلکه با افزایش دما ، سختتر و محکمتر می‌شوند و با بالا رفتن بیشتر دما ، درجه سختی آنها افزایش می‌یابد. این پلیمرها برای قالب گیری ، درون قالب ریخته می‌شوند و قالب گیری می‌شوند. گاهی ممکن است فرایند پلیمریزاسیون نیز همزمان درون قالب انجام شود و بعد از پلمریزاسیون ، پلیمر شکل قالب را به خود می‌گیرد. مقایسه ترموستها ، الاستومرها و ترموسیتینگها از نظر ساختمانی ترموستها و الاستومرها ، پلیمرهای یک‌بعدی هستند. بنابراین در حلال‌های مرسوم شیمیایی که بسته به نوع ساختمان پلیمر تعیین می‌شود، حل می‌گردند. اما ترموسیتینگها ، جزو پلیمرهای سه بعدی یا مشبک می‌باشند و بنابراین در هیچ حلالی حل نمی‌شوند. معادلات حالت ابزاری قوی و مؤثر جهت مطالعه خواص ترمودینامیكی و رفتار فازی مواد مختلف می باشند. این معادلات فشار، حجم و دما را به یكدیگر ربط می دهند. معادلات حالت برای مواد پلیمری نیز موضوع با اهمیتی نزد دانشمندان و مهندسین پلیمر می باشد زیرا چنین معادلاتی قادرند رفتار پلیمرها را در محدوده وسیعی از دما و فشار پیش بینی نمایند بخصوص زمانی كه مقادیر آزمایشگاهی موجود نباشند. معادلات حالت تئوری زیادی برای پلیمرهای مایع وجود دارد، كه معادلاتی نظیر(PHCT,FOV GFD,SAFT,PHSC,LF )از آن جمله اند. مراجع مربوط به هر یك از این معادلات را می توان درRadosz Cando (مرجع 1) جستجو نمود. به نظر می رسد كه تقریباً كلیه معادلات حالت مربوط به پلیمرهای مایع، اطلاعات PVT را به خصوص در دماهای پایین به خوبی پیش بینی نموده و تحت پوشش قرار می دهند، اما بین معادلات حالت مختلف برای پیش بینی دقیق رفتارPVT در محدوده وسیعی از فشار و دما و پیش بینی خواص ترمودینامیكی مخلوط ها و محلولهای پلیمری خصوصاً رفتار جدایی فاز ، تفاوت عمده ای می باشد(مرجع 2) . معادله PCOR (مرجع 3و4)، یك معادله حالت تئوری است كه بر اساس مدلهای پیوسته به دست آمده است (مرجع 1،5،6) و قابل كاربرد برای پلیمرهای مایع می باشد. به عبارت دیگر معادله حالت CORGC (مرجع 7و9) كه در اصل برای ملكولهای كوچك ارائه گردیده به پلیمرها تعمیم داده شده تا رفتار فازی پلیمرهای مذاب را پیش بینی نماید، اما به خاطر وجود نارسایی هایی در این معادله محدودیتهایی در زمینه كاربرد آن ایجاد شده است. در این مقاله ابتدا معادله حالتPCOR بطور مختصر شرح داده شده و سپس نارساییها ومحدودیتهای این معادله حالت بررسی می گردند. پس از آن معادله PCOR ، به نام MPCOR اصلاح شده و به مخلوط های پلیمری تعمیم داده می شود. در نهایت از معادله MPCOR برای شرح رفتار ترمودینامیكی چند پلیمر مذاب به صورت خالص استفاده می شود و مقایسه ای بین مقادیر محاسبه شده و مقادیر آزمایشگاهی صورت می گیرد. معادله حالت PCOR در سال 1996 Chao,SIOng-kiaos y , Caruthers (مرجع 4)معادلهCORGC را به پلیمر های مذاب تعمیم دادند، بدین صورت كه ملكول زنجیری شكل با قطعات تكرار شونده، به عنوان یك گروه در نظرگرفته شد. بنابر این در صورتی كه r تعداد سگمانها(قطعات تكرار شونده) در پلیمر باشد، برای یك پلیمر مذاب با قرار دادن ، ، به جایa,b,c معادلهCORGC[7-9] به فرم زیر در می آید : که amm , bm , cm پارامترهای پارامترهای سگمان می باشند. همچنین در معادله فوقy = bm/4 كه = v/rحجم مولی سگمان است . معادله(1) معادله PCOR در فرم ملكولی نامیده می شود . با تقسیم دو طرف معادله (1) بر r و در نظر گرفتن مقادیر خیلی بزرگ برای r ، عبارت اول حذف شده و معادله حالت برا ی حجم مولی یك سگمان در پلیمرهای با وزن مولكولی خیلی بالا، بصورت زیر بدست می آید: معادله فوق، معادله حالت PCOR در فرم سگمانی نامیده می شود، كه تنها برای پلیمرهای با وزن مولكولی بسیار بالا قابل كاربرد است . Chaoوهمكارانش [4] معادله(2) را برای مطالعه خواص حجمی ( رفتار PVT ) پلیمرهای مذاب با دانسیته بسیار بالا مورد استفاده قرار داده و پارامترهای سگمان را كه عبارتنداز c در جات آزادی چرخش ، a، پارامتر نیروی جاذبه واندروالس كه بصورت تابعی خطی با دما نیز در نظر گرفته شده پارامتر حجم آزاد برابر با چهار برابر حجم ثفل سخت (hard core) ،برای26 پلیمر گزارش نموده و رفتار PVT پلیمر ها را با مقادیر آزمایشگاهی ومعادله تجربی Tait[11]مقایسه نمودند و به نتایج خوبی نیز دست یافتند. اما معادله فرم سگمانی(2) دارای نارساییها و محدودیتهایی است كه كاربرد آن را فقط محدود به پلیمرهای با وزن ملكولی بسیار بالاو بررسی رفتار PVT پلیمر می نماید. نارساییهاو محدود یتهای فرم سگمانی معادله حالت PCOR ورفع آنها نارساییهاو محدود یتهای موجود در فرم سگمانی معادله حالت PCOR عبارتند از: 1- فرم سگمانی معادلهPCOR تنها برا ی پلیمر های با وزن مولكولی بسیار بالا كاربرد دارد. 2- معادله PCOR قادر به ارضای حد گاز ایده ال در حجمهای بزرگ نیست.3-معادله PCOR رانمی توان برای هیدروكربنهای سنگین و پلیمرهای با دانسیته پایین استفاده نمود. 4- معادله PCOR را نمی توان برای محلولهای پلیمری بكار برد.5- سایر خواص ترمودینامیكی از قبیل آنتالپی، آنتروپی و فوگاسیته را نمی توان از معادله PCORدست آورد. برای رفع این نارساییها و محدودیتها كارهای زیر انجام می شود: 1- با درنظر گرفتن فرم مولكولی معادله PCOR، آن را برای كلیه مولكولهای زنجیری نظیر پلیمرهاو هیدروكربنهای سنگین تعمیم می دهیم . 2- با در نظر گرفتن r به عنوان یك پارامتر مولكول یا سگمان می توان معادله (1)را برای كلیه ملكولها به كار برد و حتی وزن مولكولی متوسط پلیمر را پیش بینی نمود.3- با بكار بردن معادله MPCOR می توان سایر خواص ترمودینامیكی را مشتق نمود. 4- معادله حالت MCORP را می توان به محلولهای پلیمری برای بررسی تعادل فازی آنها تعمیم داد. ( كه در كارهای بعدی انجام می شود )5- با تعریف قواعد اختلاط بر اساس چهار پارامتر سگمان درمعادله MPCOR ، می توان رفتارPVTمخلوط های پلیمری را نیز بررسی نمود.6- معادله MPCOR در حجمهای بالا قادر به ارضای حد گاز ایده آل (Z=1) می باشد .در بخش بعد با در نظر گرفتن موارد فوق ، معادله تصحیح شده MPCOR ارائه خواهد گردید. معادله حالت MPCORدر این بخش با در نظر گرفتن r به عنوان یك پارامتر سگمان و بر اساس فرم معادله (1) معادله حالت تصحیح شدهMPCOR در حالت كلی زیر ارائه می شود: در معادله فوق y = bm/4 و = v/r می باشند .a,b,c,r نیز پارامترهای معادله هستند كه در حالت كلی برای مخلوط پلیمرها از قواعد اختلاط زیر تعیین می گردند: در روابط فوق xi‎ كسر مولی پلیمر در مخلوط می باشد. روابط مشاركت گروهی رانیز می توان همانند قبل به پلیمرها تعمیم داد و مقادیر a ij , bi , ci , ri را برای یك سگمان جدید بر اساس مقادیر پرامترها برای گروه های مختلف در آن سگمان مشخص نمود. به عنوان یك نتیجه می توان گفت كه با مشخص نمودن پارامترهای سگمان برای پلیمرها در حالت خالص، پارامترهای سگمان برای مخلوط پلیمرها بدون نیاز به اطاعات آزمایشگاهی ، از قواعد اختلاط (4)تا(8) تعیین می گردند.روش تعیین پارامتر ها :معادله MPCOR دارای چهار پارامتر برای هر سگمان است كه بایستی مشخص گردند.پارامترهای r,b,c مستقل از دما و پارامتر a تابعی خطی از دما در نظر گرفته می شود. این پارامترها با استفاده از اطلاعات آزمایشگاهی PVT برای سگمانهای مختلف به صورت زیر تعیین میگردند: 1- حدس اولیه: مقادیراولیه ای به سگمان اختصاص داده می شود.2- بر اساس مقادیر پارامترها و فشار و دما از اطلاعات آزمایشگاهی حجم پلیمر در دمای ثابت ، مقادیر حجم مولی سگمان ( calc ) محاسبه می گردد.3- مرحله 2 برای كلیه مقادیر فشار در دمای ثابت تكرار می شود.4- Objective Function بر اساس مقادیر خطا در محاسبه حجم مولی سگمان به صورت زیر تعیین می شود: كه N تعداد نقاط مربوط به اطلاعات P-V دردمای T رامشخص می كند.5- باوارد نمودن مقدار OF و مقادیر پرامترها به برنامه MARQ[12]، مقادیر جدید پارامترهای سگمان تعیین می گردند.6- با تكرار مراحل 2 تا5 عملیات فوق تا زمانی كهOF به سمت مقادیر بسیار كوچك میل نماید، ادامه می یابد.7- زمانی كه OF به سمت صفر میل نماید، مقادیر به دست آمده برای پارامترها ، همان مقادیر دلخواه می باشند. نتایج:Chao و همكارانش [4 ] مقادیر مربوط به پارامترهای سگمان را برای 26 پلیمر گزارش نمودند. همچنین مقایسه ای بین درصد خطای مطلق محاسبه شده توسط معادله PCOR و معادله تجربیTait صورت گرفت كه در مورد بیشتر پلیمرها توافق بین مقادیر محاسبه شده از معادله Tait و مقادیر آزمایشگاهی بیشتر می باشد به عبارت دیگر درصد خطای موجود در مدل تجربی Tait نسبت به معادله PCOR كمتر می باشد. اما معادلات PCOR,MPCOR و معادلاتی كه ریشه تئوری دارند و می توان سایر خواص ترمودینامیكی مربوط به پلیمرها و سیالات را بوسیله آنها پیش بینی نموده و رفتار فازی آنها را بطور كامل بررسی كرد، بیشتر مورد توجه می باشند. از طرف دیگر، برای پلیمرهای جدید یا مخلوط پلیمرها با درصد وزنی متفاوت، پارامترهای معادله Tait را بایستی هر بار از طریق fit نمودن تعیین كرد، اما در صورتی كه پارامترهای سگمانهای مختلف تعیین گردند، برای پلیمرهای جدید و مخلوط پلیمرها از طریق قواعد اختلاط و روابط مشاركت گروهی (Group Contribution) می توان پارامترهای مربوطه را بدون نیاز به اطلاعات آزمایشگاهی مشخص نمود. اما پارامتر a مطابق معادله (10) با دما تغییر می كند. بایستی توجه داشت كه هرچه r كوچكتر باشد پلیمر سبكتر است و هرچهr بزرگتر باشد پلیمر سنگین تر است. جدول (2) متوسط درصد انحراف مطلق (AAD%) حجم مخصوص پلیمر محاسبه شده از معادله حالت MPCOR ، را از مقادیر آزمایشگاهی ، نمایش می دهد. همچنینFOV كه استفاده می گردند در این جدول موجود می باشند . با توجه به مقادیر خطای به دست آمده از معادله حالتMPCOR و مقایسه آنها با مقادیر به دست آمده از معادلات دیگر می توان نتیجه گرفت كه معادله MPCOR در كلیه موارد بهتر از دو معادله دیگر به خصوص معادلهFOV عمل می نماید. نتیجه گیری :دراین مقاله معادله حالت PCOR توسط chao و همكارانش[4] ارائه شد، بدین صورت كه تعداد سگمانهای تكرار شونده در زنجیر پلیمر ( r ) نیز به عنوان پارامتری در نظر گرفته شد. این كار باعث گردید تا با استفاده از معادله MPCOR و قواعد اختلاط پیشنهاد شده می توان رفتا رPVT و خواص ترمودینامیكی مختلف از قبیل انتالپی ، فوگاسیته، ظرفیت حرارتی و…. را برا ی مخلوط پلیمرها و كوپلیمرها از روی پارامترهای مربوط به حالت خالص آنها مشخص نمود. همچنین برای پلیمرهای با دانسیته بالا و هم برای پلیمرهای با دانسیته پایین و حتی هیدروكربنهای سنگین قابل استفاده باشد. نتایج به دست آمده قدرت معادله حالت MPCOR را در پیش بینی حجم مخصوص پلیمرهای مذاب چه سبك و چه سنگین تأیید می نمایند.با استفاده از روابط مشاركت گروهی نظیر آنچه كه در معادله CORGC آمده ، می توان معادله MPCOR را نیز به یك معادله مشاركت گروهی برای پلیمرها تبدیل نموده، مقادیر پارامتر ها رابرای سگمانهای جدید كه تشكیل دهنده. پلیمرها ی جدیدمی باشند ، تعیین نمود افزایش مقاومت حرارتی پلیمرها به کمک نانوذرات خاک رس پژوهشگران ایرانی با حمایت شرکت پژوهش و فنآوری پتروشیمی موفق به سنتز نانوکامپوزیت‌های ABS در مقیاس آزمایشگاهی، در دانشگاه تهران شدند. امروزه بدنه‌ی وسایل الکتریکی چون تلویزیون، تلفن، موبایل و همچنین بخش عمده‌ای از قطعات داخلی هواپیما از پلیمر ABS ساخته می‌شود. در وسایلی که در معرض نوسانات برق هستند، به لحاظ وجود احتمال آتش سوزی، لازم است مقاومت حرارتی بدنه بالا باشد. در چنین مواردی استفاده از خاک رس در پلیمر ABS، مقاومت آنرا تا30°C بالاتر می‌برد. نانوکامپوزیت ABS (آکریلونیتریل- بوتادی ان-استایرین) شکل نانومقیاس پلیمر ABS- خاک رس است که نسبت به حالت عادی خواص بهتری دارد.دکتر عزیز الله نودهی با دو روش مختلف نانوکامپوزیت ABS را سنتز نموده است. در روش اول که اختلاط در حالت مذاب نام دارد، پلیمری که از قبل در راکتور تولید شده با خاک رس اصلاح شده در حالت مذاب، مخلوط می‌شود تا نانو کامپوزیت مورد نظر به دست آید. در روش دوم پلیمر در سیستم آبکی تولید و خاک رس اصلاح نشده در همان محیط به پلیمر اضافه می‌شود و نانوکامپوزیت تشکیل می‌گردد. خواص نانوکامپوزیت‌های حاصل از روش‌های مختلف با یکدیگر متفاوت می‌‌باشد. به‌عنوان مثال، محصول حاصل از روش اول، حالت لانهادگی (Intercalated) دارد و عایق بهتری در مقابل حرارت است. در مقابل محصول حاصل از روش دوم خاصیت تورق دارد و خواص نانویی را بهتر مشهود می‌سازد. پژوهش در این زمینه از سه سال پیش و به حمایت شرکت پژوهش و فن آوری پتروشیمی آغاز شده است. مجری این طرح از جمله موانع و محدودیت‌های کار را نبود دستگاه‌های مناسب برش لایه نازک در دمای پایین می‌داند. وی در این خصوص خواستار همکاری بیشتر مراکز دارنده امکانات آزمایشگاهی با محققین شد.نودهی در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، ضمن ناکافی دانستن تعداد مقالات بین‌المللی، برای محک رشد سطح علمی کشور، افزود: “اگر سیاست‌هایی تدوین شود که ارزش‌گذاری‌ها به سمت ثبت اختراع و ارائه پتنت پیش رود، نتیجه کار محققین کاربردی‌تر می‌شود.” دکتر نودهی در این پژوهش از راهنمایی دکتر موسویان، دکتر نکومنش و مهندس صدر از اساتید دانشگاه تهران بهره‌مند بوده است. جزئیات این طرح که از حمایت‌های تشویقی ستاد بهره‌مند شده، در مجله Iranian Polymer Journal (IPG)، (جلد 16، شماره 3 ، سال 2007، صفحات 193-185) منتشر شده است. ادامه خواندن تحقيق در مورد ترموديناميک، حالت مذاب پليمرها

نوشته تحقيق در مورد ترموديناميک، حالت مذاب پليمرها اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.