آنالیز و مدلسازی انتقال حرارت- قسمت ۳

آنالیز و مدلسازی انتقال حرارت- قسمت ۳

یکی دیگر از روش‌های افزایش پایداری حرارتی در پلی یورتان استفاده از افزودنی‌های تأخیردهنده اشتعال است. استفاده از اوره کندانس‌ها به عنوان تاخیردهنده اشتعال، در حدود ۷۰ سال پیش برای منسوجات سلولزی مورد استفاده قرار گرفت منتهی این ترکیبات نتوانستند جایگاه مناسبی در این صنعت پیدا کنند تا اینکه در دهه اخیر مجدداً جهت استفاده در صنعت نساجی و پلاستیک‌ها معرفی شدند. اختراعات متنوعی در دهه اخیر در این زمینه به ثبت رسیده است. بخصوص کاربرد آنها در فوم های پلی یورتان و دیگر مصارف مطرح می‌باشد. اوره کندانس‌ها با توجه به ویژگی شیمیایی اوره به راحتی قابل تولید می‌باشند. در مطالعه تجزیه حرارتی اوره بعد از نقطه ذوب (دمای ۱۳۸ درجه سانتیگراد) تولید ایزوسیانیک اسید و آمونیاک مورد تایید می‌باشد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت azarim.ir مراجعه نمایید.

(‏۲‑۴) H2N-CO-NH2(m)+heat→NH4+NCO-(m)→NH3(g) + NHCO(g)

این مخلوط با گرم کردن در دمای ۱۴۰ درجه سانتیگراد و تجزیه اوره در دمای ذوب ۱۳۸ درجه سانتیگراد و واکنش محصولات تجزیه اوره با فسفریک اسید و سولفامیک اسید تشکیل یک شبکه نامنظم را خواهد داد.
ترکیب بوجود آمده سازگاری زیادی با مواد اولیه پلی یورتان دارد و به راحتی می‌تواند در مواد اولیه تولید کننده پلی یورتان ممزوج شود.
همچنین ترکیب بوجود آمده در دمای ۱۴۰ درجه سانتیگراد قابل حل در آب بوده ولی افزایش دما بالای ۱۷۰ درجه سانتیگراد به تولید اوره کندانس نامحلول در آب منجر می‌شود. همانطور که گفته شد پلی یورتانها به شکلهای مختلف از جمله فومهای نرم، فومهای سخت؛ الاستومرها، ترموپلاستیک الاستومرها، رزین، رنگ، پوشش و… در دنیا کاربرد دارند.
خواص یورتانها از مواد ترموست بسیار سخت تا الاستومرهای نرم تغییر می‌کند. بطور کلی پلی یورتان‌ها با توجه به گستردگی انواع آن و داشتن خواصی مطلوب می‌تواند در عایق‌سازی سازه‌ها، یخچال و فریزر، مبلمان و سرویس خواب، کفش و پاپوش، صنایع خودرو، پوشش‌ها و چسب‌ها و غیره مورد استفاده و کاربرد قرار بگیرد.
الاستومر پلی‌یورتان پلیمر ویژه‌ای است که توانسته در مدت کوتاهی جایگزین بسیاری از قطعات صنعتی لاستیکی، پلاستیکی، سرامیکی، و حتی فلزی شود.
خاصیت استحکام کششی و مقاومت در مقابل پاره‌گی ازدیاد طول بالا و سایش ناچیز این پلیمر که قابل دستیابی در سختیهای مختلف می‌باشد، مصرف آنرا در صنایع گوناگون مثل صنایع فولاد، معدن، چاپ و ریسندگی الزامی نموده است.
پلی‌یورتان‌های ترموپلاستیک دارای خواص مکانیکی خوب نظیر استحکام کششی، چقرمگی، مقاومت به سایش و مقاومت به تخریب شدن، به علاوه زیست سازگاری خوب می‌باشند که آنها را در گروه مواد مناسب جهت کاربردهای پزشکی قرار می‌دهد.
یکی از کاربردهای پلی یورتانها، استفاده به عنوان پوشش لوله‌های مدفون در خاک با هدف حفاظت در برابر خوردگی می باشد. پلی یورتان مورد استفاده در این روش، از نوع ۱۰۰% جامد و با مواد اولیه ۲ جزئی است ولی نبایستی چسبندگی زیادی به سطح لوله از این پوشش توقع داشت. پلی اورتان‌ها در شرایط کاربری خاص مانند دمای بالای خط لوله و یا تعمیرات پوشش اصلی کاربرد دارند و کمتر به عنوان پوشش اصلی خطوط انتقال استفاده می شوند. استفاده از پوشش‌های پلی اورتان جهت پوشش داخلی خطوط انتقال کاربرد بسیار محدودی داشته و به علت آزادکردن ترکیبات سمی ایزوسیانات جهت پوشش داخلی توصیه نمی‌گردد. کاربرد پلی ن ترکیبات نیز به طور پیوسته رو به توسعه است.
با استفاده از پلی اترها به عنوان پلی‌ال، در سنتز پلی یورتان می‌توان کاشتنی‌های طولانی مدت تهیه نمود، که در قلب مصنوعی، کلیه مصنوعی، ریه مصنوعی، هموپرفیوژن، لوزالمعده مصنوعی، فیلترهای خونی، کاتترها، عروق مصنوعی، بای‌پس سرخرگ‌ها یا سیاهرگ‌‌ها، کاشتنی‌های دندان و لثه، بیماریهای ادراری، ترمیم زخم، رساندن یا خارج کردن مایعات، نمایش فشار عروق، آنژیوپلاستی، مسدود کردن عروق، جراحی عروق آئورت و کرونری، دریچه‌های قلب ‌سه‌لَتی و دو لَتی کاربرد دارند.

فوم‌های پلی یورتان

به طور کلی فوم های پلی یورتان را می توان به ۳ دسته کلی فوم های نرم، فوم های نیمه نرم و سخت تقسیم بندی نمود.
ضریب هدایت حرارتی فوم های سخت پلی یورتان از تمام فوم های پلیمری دیگر کمتر است و همین امر باعث شده است که از فوم های سخت پلی یورتان برای کاربردهای عایق بیشتر استفاده گردد.
پخش توده‌ای از حباب‌های گاز در یک محیط مایع و یا جامد، فوم نامیده می‌شود. فوم جامد را اسفنج یا ابر نیز می‌نامند. در واقع فوم‌ها توزیعی از گازها در مایعات یا جامدات هستند. فوم‌ها موارد کاربرد بسیاری دارند از جمله در ساختمان‌ها به عنوان عایق حرارت و صدا، عایقبندی لوله‌های انتقال سیالات، بسته‌بندی قطعات و لوازم الکتریکی. علاوه بر این فوم‌ها به دلیل دانسیته‌ی بسیار پایینشان در ساخت و ساز مورد توجه هستند.
تقریباً از تمام پلیمرها امکان تهیه فوم وجود دارد، ولی بدلیل سهولت در امر تولید، سادگی دستگاه‌های مورد نیاز و مرغوبیت کیفی فوم‌های تهیه شده، فوم‌های پلی‌یورتان بر سایر فوم‌های تهیه شده از دیگر پلیمرها برتری داشته و مورد استفاده‌ی بیشتری دارند.
مواد اولیه فوم های سرد پلی یورتان مانند سایر انواع فوم پلی یورتان شامل پلی ال و ایزوسیانات می باشد. ایزوسیانات‌های رایج مورد استفاده در فوم پلی‌یورتان معمولاً از دو نوع زیر هستند:
تولوئن دی ایزوسیانات(TDI) که مایعی بیرنگ با نقطه جوش ۱۳۰ درجه سانتیگراد است و مخلوطی است از ایزومرهای ۲ و ۴ تولوئن دی ایزوسیانات(۸۰%) و ۲ و ۶ تولوئن دی ایزوسیانات(۲۰%). TDI در حجم بالا برای تولید فوم‌های نرم بکار می‌رود. فشار بخار TDI در دمای محیط حدود ۲-۱۰*۳/۲ میلیمتر جیوه است و تنفس آن باعث تنگی نفس می‌شود.
۲و۴و´۴ دی فنیل متان دی‌ایزوسیانات(MDI) که در تهیه فوم‌های سخت به کار می‌رود. این منومر در ۲۵ درجه سانتیگراد فشار بخاری در حدود ۵-۱۰ میلیمتر جیوه دارد و حریک کنندگی آن کمتر از TDI است. به طور کلی هنگام کار با این مواد لازم است از تهویه مناسب استفاده شده و واکنش در زیر هود انجام گیرد.
شکل ‏۲‑۷: انواع ساختارهای ایزوسیانات
نوع ایزوسیانات به کار رفته در تولید فوم سرد از نوع MDI می باشد. در صنعت فوم‌های پلی یورتان نرم و انعطاف پذیر فوم دیگری به نام فوم گرم نیز داریم که ایزوسیانات به کار رفته در تولید آن از نوع TDI می باشد. به دلیل حضور ماده سمی تولوئن در ساختار ایزوسیانات فوم گرم و نیاز به حرارت دهی مواداولیه در حین تولید، فرایند تولید فوم گرم برای سلامتی پرسنل تولید بسیار مضر بوده و ترجیح صنعت به استفاده از فوم های سرد پلی یورتان می باشد.
در فوم سرد میزان سفتی و نرمی تا حدودی به نسبت وزنی ایزوسیانات به پلی ال تزریقی بستگی دارد. به گونه ای که با بالا بردن میزان ایزوسیانات در رنج خاصی از نسبت ها، فوم سفت تر شده و با پایین آوردن آن فوم نرم تر می گردد. البته این تنها عامل سفتی و نرمی فوم سرد نمی باشد زیرا عوامل دیگری چون دانسیته فوم و ساختار پلی ال نیز در این امر موثر می باشند.حین فرآیند تولید فوم، واکنشی میان گروه‌های ایزوسیانات و هیدروکسیل در منومرها اتفاق میافتد:
شکل ‏۲‑۸:واکنش ایزوسیانات و پلی ال

دانسیته فوم‌ها

“یکی از مهمترین مشخصه های هرفومی، دانسیته آن می باشد که باعث تغییر خواص فیزیکی فوم می شود.
به علت ساختار فوم پلی یورتان که به صورت سلول های بسیار نزدیک به هم و فشرده می باشد (و در نتیجه بیشترین میزان مقاومت حرارتی در هر واحد را به ما می دهد). وسایل و تجهیزات گرمایشی- سرمایشی نیز بسیار کارآمدتر بوده و سوخت کمتری مصرف می کنند و نیز فوم پلی‌یورتان در مقایسه با سایر عایق ها دارای پایین ترین قابلیت هدایت حرارتی است.
– بیشتر انواع عایق های فوم شکل، به سختی آتش می گیرند ولی در صورتی که این اتفاق بیفتد، دودی سیاه، غلیظ و سمی تولید می کنند که در بعضی مواقع شامل گاز سیانید هیدروژن که کشنده است، می باشد. خاصیت آتشگیری همه فوم ها، بستگی به درجه احتراق آن ها دارد که آن هم با توجه به نوع فرمولاسیون هر فوم متغیر است. برای جلوگیری از آتشگیری می توان از مواد تاخیر انداز شعله در ترکیب فوم پلی یورتان استفاده کرد.

روش های متداول استفاده از فوم پلی یورتان

استفاده از فوم پلی یورتان به صورت ورقه ای

مدیر سایت