پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
سال:1396 | دوره:1 | شماره:2 (پیاپی 2) |تعداد مقالات:6

بررسی و تحقیق بر روی پلیمر های پر انرژی برای افزایش خواص مکانیکی، ترمودینامیکی و افزایش قدرت انرژی زایی آن ها، به عنوان بایندر و نرم کننده پر انرژی با ارزش سوختی بالا در تهیه پیشرانه های با دود کم و بدون خطر انفجار بسیار مورد توجه محققین قرار گرفته است. یکی از پلیمرهای پرانرژی، GAP است. در این مقاله از شبیه سازی دینامیک مولکولی برای مقایسه خواص انرژی زایی GAP و GTP استفاده شده است. GTP در اصل شکل اصلاح یافته ی GAP است که در آن گروه عاملی تری آزولیوم متیل نیترات به جای گروه آزید اضافه شده است. خواص مکانیکی پلیمر پرانرژی GAP همیشه موضوعی چالش برانگیز در زمینه ی مواد پرانرژی بوده است. با توجه به خواص حلقه ی تری آزولیوم متیل نیترات، انتظار می رود خواص مکانیکی و ترمودینامیکی پلیمر پرانرژی GTP از GAP بیشتر باشد. با بررسی های به عمل آمده توسط شبیه سازی دینامیک مولکولی، مشخص شد که GTP ماده ای پایدار است و خواص مکانیکی GTP نسبت به GAP مانند مدول یانگ(E) و مدول برشی(G) به ترتیب 27% و 32% کاهش و مدول بالک(K)، ضریب پواسون و نسبت K/G به ترتیب 17%، 42% و 71% افزایش پیدا کرد. همچنین مشخص شد سرعت انفجار، فشار انفجار و اکسیژن بالانس پلیمر پرانرژیGTP نسبت به GAP، به ترتیب 5%، 14% و 21% افزایش یافت. در نتیجه می توان گفت استفاده از GTP به عنوان ماده ی اصلاح شده GAP در کاربردهای نظیر پیشرانه های پاک و عاری از کلر برای تقویت کننده ها و موتورهای با پیشرانه جامد درفضا پیماها و همین طور بخش ایمنی خودروها ( کیسه های هوا ) افقی روشن دارد.

هدف از ارائه این مقاله، تحلیل عملکرد شیمیایی بسترهای کاتالیستی پراکسید هیدروژن به دو روش عددی و پارامتری می باشد. عملکرد شیمیایی مناسب بستر کاتالیستی، به عنوان یکی از اجزاء اصلی رانشگرها ی تک پیشرانه، نقش به سزایی در رسیدن به دو هدف اصلی در طراحی (کمینه سازی وزن و بیشینه سازی ضربه ویژه) ایفا می کند. بنابراین، به منظور بررسی تاثیر قطر گرانول (گوی های) کاتالیستی بر نحوه عملکرد شیمیایی بستر، طول بهینه و میزان افت فشار، شبیه سازی هایی برای بسترهای با قطرهای مختلف گوی های کاتالیستی به قطرهای 4/0 الی 9/0 صورت پذیرفته است. در شبیه سازی ها، پراکسیدهیدروژن 90%، با سرعتی 014/0 متر بر ثانیه به عنوان سیال ورودی تعریف گردیده است. در هر شبیه سازی، تغییرات غلظت اجزاء واکنش در طول بستر کاتالیستی برای ورودی جریان پراکسیدهیدروژن مایع تعیین شده است. محاسبه افت فشار در اثر عبور جریان در طول بستر کاتالیستی، از دیگر فعالیت های این مطالعه است. نتایج این مطالعه حاکی از آنست که با افزایش قطر گوی های کاتالیستی، میزان سطح موثر واکنش کاهش پیداکرده و طول مورد نیاز بستر کاتالیستی جهت تجزیه کامل پیش رانه نیز افزایش می یابد. علاوه بر طول مورد نیاز برای تجزیه کامل پراکسیدهیدروژن، افت فشار ایجادشده در بسترهای کاتالیستی مختلف نیز محاسبه و مورد ارزیابی قرارگرفته است. نتایج بررسی افت فشار بستر کاتالیستی نشان می دهد که در یک سرعت پیش رانه مشخص، در قطر خاصی کمینه افت فشار ایجاد خواهد شد. دلیل این امر برهم کنش تاثیرات میزان سطح واکنش و طول بستر کاتالیستی بر افت فشار ایجادشده در طی فرآیند تجزیه پیش رانه نسبت داده شد. صحه گذاری و تایید نتایج تحلیل با نتایج تجربی صورت پذیرفته است.

چگونگی پراکندگی صفحات لایه ای خاک رس در محیطهای آبی، ساختارهای متفاوتی را ایجاد کرده و بر خواص نهایی سوسپاسیون آبی آنها تاثیر می گذارد. از طرف دیگر، حضور الکترولیتهای مختلف در برخی از کاربردهای صنعتی، پایداری سوسپانسیون های خاک رس را تحت تاثیر قرار می دهد. با توجه به کاربرد نانوذرات خاک رس در صنایع مختلف و اهمیت این موضوع، در این پژوهش تاثیر روش تهیه، غلظت نانوذرات، نوع و غلظت محیط الکترولیتی و گذشت زمان بر رفتار پایداری سوسپانسیونهای نانوذرات لاپونیت مطالعه شد. نتایج نشان داد که با تهیه سوسپانسیونها به روش غیر مستقیم، نمونه های پایدارتری بوجود می آید. مشاهده شد که با افزایش غلظت سدیم کلرید، دافعه بین صفحات خاک رس کاهش یافته و میزان جدایی فازی و ناپایداری سوسپانسیونها در غلظت های زیاد این نمک، افزایش می یابد. علاوه بر این، دیده شد که با افزایش غلظت نانوذرات لاپونیت، در همه محیط های الکترولیتی مورد مطالعه ساختار ژل مانند بوجود می آید. در حضور نمک دوظرفیتی کلسیم کلرید اکثر سوسپانسیونها دوفازی و ناپایدار بوده و افزایش غلظت این نمک تاثیر محسوسی بر میزان ناپایداری آنها نداشت. در محیط های الکترولیتی حاوی نمکهای تک ظرفیتی و دوظرفیتی (مورد مطالعه در این پژوهش) غلظت کاتیون کلسیم تعیین کننده نوع رفتار سوسپانسیونهای نانوذرات لاپونیت از نظر پایداری بود.

با توجه به عمر طولانی بسیاری از چاه های نفت و گاز، لزوم انسداد موقت آن ها به منظور عملیات تعمیر چاه بسیار ضروری به نظر می رسد. یکی از روش های نوین، استفاده از مجرابند های ژله ای است. استحکام هیدروژل در شرایط چاه مورد نظر از مهمترین چالش ها در زمینه کاربرد هیدروژل های پلیمری در انسداد موقت چاه به منظور عملیات تعمیر است. در این پژوهش از نانو ذرات سیلیکا به عنوان عامل بهبود استحکام ژل پلیمر های پلیمری و از آزمون های بطری و رئولوژی برای بررسی استحکام آن در شرایط چاه مورد نظر (دما و شوری زیاد) استفاده شد. همچنین خواص استحکامی هیدروژل٬ رفتار تورمی آن در محیط های مختلف آب مقطر، آب سازند، آب شیر و نفت مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد با افزودن نانوذرات استحکام هیدروژل ازPa521 به حدود Pa26200 افزایش یافت (5000 درصد افزایش). همچنین با افزایش استحکام ژل٬ تورم آن در محیط آبی کاهش قابل ملاحظه ای داشته است. بر اساس نتایج بدست آمده در پژوهش حاضر، نمونه ژل پلیمر حاوی 9% وزنی از نانوذرات سیلیکا با استحکام ساختاری و پایداری حرارتی در دمای C 90ْ برای انجام مطالعات میدانی معرفی می شود.

حضور پرکننده در بستر مواد پلیمری از طریق پدیده های هیدرودینامیک، برهم کنش های بین پرکننده-پلیمر و پرکننده-پرکننده، باعث تغییر خواص مکانیکی، دینامیکی-مکانیکی، رئولوژیکی و حتی رفتار تورمی مواد مرکب لاستیکی می شود. تورم در مواد مرکب لاستیکی علاوه بر تاثیر مستقیم بر زنجیرهای پلیمر، ساختارهای دیگری مانند شبکه ی پرکننده را نیز تحت تاثیر قرار داده بطوری که خواص مکانیکی بطور ناگهانی کاهش یابد. در این تحقیق، مواد مرکب لاستیک نیتریل-سیلیکا در غلظت های مختلفی از نانوسیلیکای اصلاح شده تهیه شد و با آزمون های رئولوژی، مکانیکی، دینامیکی-مکانیکی ساختار مواد مرکب ارزیابی و بررسی شد. همچنین مشخص شد که شبکه ی پرکننده نمونه ای که حاوی مقدار بیش از آستانه اشباع phr13 پرکننده باشد سهم بسزایی در خواص مکانیکی دارد. جهت بررسی اثر تورم بر ساختار سری مواد مرکب تهیه شده، حلال هایی با درجه های مختلفی از حلالیت بکار گرفته شد. خواص مکانیکی مواد مرکب لاستیکی که در هر یک از حلال ها به تورم تعادلی رسیده اند، اندازه گیری شد. افت خواص مکانیکی نمونه های حاوی 4/14، 20 و phr6/25 سیلیکا از حالت خشک نسبت به متورم شده در حلال محتوی 15 درصد تولوئن، بسیار چشمگیر است. تغییرات شدید خواص مکانیکی که در کم ترین تورم به حذف سریع شبکه ی پرکننده نسبت داده می شود. بنابراین کنترل تورم در قطعات لاستیکی مجاور حلال نقش اساسی در عملکرد این قطعات بازی می کند.

هدف اصلی این تحقیق، ارائه نتایج آزمایشگاهی و مدلی تئوری است که اثر مواد تعلیق شکن در شکسته شدن امولسیون آب در نفت را نشان دهد. به عبارتی گروهی از مواد فعال سطحی در نظر گرفته شده است و نحوه عملکرد آنها به عنوان ماده تعلیق شکن در شکستن امولسیون نفت خام توسط آزمایش بطری بررسی شده است. به همین منظور، با استفاده از شباهت رفتار مواد فعال سطحی در جذب شدن بین دو فاز آب و نفت با فرآیند جذب سطحی مولکول های گاز بر روی سطح جامد، رابطه ای بر اساس خطوط همدمای جذب لانگمویر جهت ارتباط کشش بین سطحی دو فاز آب و نفت در امولسیون به غلظت تعلیق شکن، توسعه داده شده است. سپس بر اساس مدل توسعه داده شده، تابع فرکانس برخورد قطرات در معادلات موازنه جمعیت تصحیح شده است به نحوی که تاثیر مواد تعلیق شکن در به هم چسبیدن قطرات آب لحاظ شود. با توجه به این که مدل توسعه داده شده دارای تعدادی پارامتر تنظیم شدنی است که برای محاسبه آن ها نیاز به داده های تجربی می باشد، گروهی از مواد فعال سطحی در نظر گرفته شده است و نحوه عملکرد آن ها به عنوان ماده تعلیق شکن در شکستن امولسیون نفت خام توسط آزمایش بطری، مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج تجربی بازده جداسازی آب از نفت خام با نتایج حاصل از شبیه سازی به وسیله معادله موازنه جمعیت، حاکی از این است که مدل توسعه داده شده، به خوبی مقادیر داده های آزمایشگاهی را در غلظت های مختلف پیش بینی می کند.