الاستومرهای عایق شونده اغلب دارای پایه NBR ، SBR ، ILR ، EPDM و PU می باشند که پر کننده هایی از قبیل سیلیس، آزبست، تیتان اکسید و بوریک اسید آنها را تقویت می کنند. در این مقاله ضمن بررسی عایق الاستومری، عایق لاستیک نیتریل (NBR) معرفی می شود.
هرچند فداشوندگی (Ablation) عایق متداولترین روش خنک سازی و محافظت در برابر دماهای بالاست، ولی گاهی ضروری است که از روشهای دیگری استفاده شود. سطح عایقهای فداشونده (Ablative Insulation) در معرض حرارت زیاد و نیروهای برشی شروع به پس روی می کند.
عایق الاستومری بر پایه NBR عنوان مقاله پیش رو می باشد. یکی از راههای مقابله، استفاده از مدارهایی است که ظرفیت حرارتی زیاد و هدایت حرارتی بالا دارند. این مدارها از یکسو می توانند انرژی حرارتی ورودی را هرچه بیشتر جذب کنند و از سوی دیگر انرژی حرارتی دریافت شده را به گونه ای توزیع کنند که دمای سطح آن پائین باقی بماند. خنک سازی بازتابشی نیز می تواند روشی برای خنک کردن سیستمها باشد. در این روش از موادی استفاده می شود که دارای ظرفیت حرارتی تقریبا صفر بوده و سطح وسیعی داشته باشند تا بتوانند حرارت دریافتی را به مقدار زیادی به صورت تابش به محیط برگردانند.
روش دیگر، خنک سازی با فداشوندگی است. عایقهای فداشونده ابتدا با انجام تغییرات فازی مقداری از حرارت را جذب یا تلف می کنند و سپس با فدا کردن خود راه نفوذ حرارت را سد یا محدود می کنند که این از خصوصیات بارز و چشمگیر این مواد و علت اصلی انتخاب آنها به عنوان یک محافظ و سپر حرارتی ایده آل است.
کامپوزیتهای لاستیکی به علت تحمل زیاد تنشهای مکانیکی وارد شده و برخورداری از استحکام بالا، مشهورترین عایقهای فداشونده اند.
به طور کلی عایقهای حرارتی برودتی فداشونده به دو دسته تقسیم می شوند:
دسته اول موادی هستند که در اثر حرارت واپلیمر و تصعید می شوند و تقریبا باقیمانده ای ندارند. این مواد را عایقهای فداشونده زغال نشونده (non-charring ablators) می گویند. عایقهای فداشونده تصعید شونده در اثر دریافت انرژی حرارتی زیاد واپلیمر می شوند. و مواد و گازهای حاصل از تغییر فاز جامد به گاز (تصعید) باعث خنک سازی بیشتر می گردد.
دسته دوم موادی می باشند که در اثر فداشدن، بقایای کربنی یا سیلیسی دارند و زغال از خود بر جای می گذارند. این عایقها را مواد کامپوزیتی یا مواد الاستومری پر شده تشکیل می دهند، مانند رزین فنولی، اپوکسی، اپوکسی نوالاک یا الاستومرهای NBR (آکریلونیتریل بوتادی ان)، SBR (استیرن بوتادی ان)، PU (پلی یورتان) و غیره. این مواد را عایقهای فداشونده زغال شونده (charring ablators) گویند که با پرکننده هایی هچون گرافیت، کربن، سیلیکا، کوارتز، شیشه، آزبست، بوریک اسید، تیتان اکسید و غیره تقویت می شوند.
همانطور که اشاره شد، بخشی از عایقهای فداشونده را الاستومرها تشکیل می دهند. یک عایق الاستومری دارای خواص زیر است:
نسبتا نرم است و خاصیت کشسانی دارد.
تا حدود ۹۰۰ درجه سانتیگراد در مقابل کشیدگی مقاومت می کند.
پس از کشیدن به سرعت به حالت اولیه بر می گردد.
غیر بلوری است و دمای انتقال شیشه ای آن پائین تر از دمای اولیه عملیاتی است.
از جمله الاستومرهای قابل استفاده برای ساخت عایق می توان از لاستیک استیرن بوتادی ان، بوتیل، اتیلن پروپیلن، پلی یورتان، سیلیکون و اکریلو نیتریل بوتادی ان نام برد.
لاستیک NBR به دلایل زیر به عنوان جزء اصلی عایق فداشونده الاستومری مناسب است:
الف) قطبی بودن لاستیک NBR، باعث می شود که پرکننده های سیلیکاتی که قطبی هستند بخوبی و آسانی در آمیزه لاستیک پخش شوند.
ب) چسبندگی و اتصال آن به سوختهای جامد نظیر پلی یورتان بالاست، زیرا هر دو قطبی می باشند.
ج) قابلیت زغال شدن NBR نسبت به الاستومرهای دیگر نیز بیشتر است.
خصوصیاتی که از یک عایق خوب انتظار می رود عبارتند از:
NBR (acrylonitrile butadiene rubber) از پلیمر شدن کوپلیمر بوتادی ان – اکریلو نیتریل حاصل می شود.
اصولا پلیمرهای نیتریل بخشی از محصولاتی هستند که به دلایل زیر اغلب آنها به عنوان لاستیکهای با اهداف ویژه یاد می شود.
قابل وولکانش هستند.
کاربردهایی غیر از تایر و تیوب دارند.
کارهای ویژه ای انجام می دهند که از عهده لاستیک طبیعی و SBR بر نمی آید.
NBR بسته به درصد اکریلونیتریل آن که از ۱۸ تا ۵۰ درصد متغیر است، به شش پایه (grade) زیر تقسیم می شود.
Very High Acrylonitrile
High Acry
Medium High Acry
Medium Acry
Medium Low Acry
Low Acry
خواص این پلیمرها مستقیما در ارتباط با درصد اکریلو نیتریل در محصول است، بطوریکه با افزایش درصد اکریلو نیتریل استحکام کششی، سختی، مقاومت سایشی، نفوذپذیری گاز و مقاومت حرارتی پلیمر زیاد می شود و مقاومت در دماهای پائین، انعطاف پذیری و خصلت پلاستیکی آن کاهش می یابد.
لاستیک نیتریل در پایه های مختلف دارای وزن مولکولی متفاوت است. در وزن مولکولی حدود ۲۰۰۰۰ تا ۹۰۰۰۰۰، یک رابطه خطی بین لگاریتم ذاتی و لگاریتم وزن مولکولی در حلالهای مختلف وجود دارد.
اگر انتقال حرارت به NBR ملایم و کم باشد، میزان تخریب لاستیک نیتریل خیلی کم است و لی اگر افزایش دما تا ۳۸۰ درجه سانتیگراد ادامه پیدا کند، تجزیه حرارتی شروع می شود و در ۴۳۰ درجه سانتیگراد شعله ور می شود.
نفوذ حرارتی NBR به درصد اکریلو نیتریل بستگی ندارد. انبساط حرارتی آن تقریبا معادل انبساط حرارتی لاستیک طبیعی است. متوسط انبساط خطی در محدوده ۲۰ تا ۱۲۰ درجه سانتیگراد برای NBR (با ۲۶ درصد اکریلو نیتریل) برابر ۳- ۱۰ × ۱۳۰ می باشد.
بسیاری از ترکیبات لاستیک نیتریل برای دماهای بالا طراحی شده اند و در کل، محصولات کم گوگرد یا محصولات وولکانیزه با تترامتیل دی سولفید (TMTD)، بیشترین مقاومت را در برابر تخریب حرارتی دارند.
معمولا NBR با گوگرد وولکانیزه می شود چون تعداد پیوندهای غیر اشباع NBR نسبت به لاستیک طبیعی کمتر است. به مقدار گوگرد کمتری نیاز دارد و معمولا بجز در مواردیکه لاستیک سخت و خنک مورد نظر باشد، ۱ تا ۲ p.h.r (par per hundred rubber) گوگرد کافی است. لاستیکهای نیتریلی که درصد اکریلو نیتریل آنها بیشتر است برای پخت مناسب، به مقدار کمتری گوگرد نیاز دارند. مصرف گوگرد اضافی باعث پائین آمدن مقاومت پارگی و کم شدن ازدیاد طول تا پارگی می گردد. می توان از مواد گوگرد دهنده مانند TMTD بجای گوگرد آزاد استفاده کرد.
نمونه ای از خواص حرارتی و مکانیکی چند نوع عایق با پایه لاستیک نیتریل که از آزمایشهای انجام شده بدست آمده، در جدول زیر ارائه شده است.
| عایق | استحکام کششی (psi) | ازدیاد طول تا پارگی (%) | سرعت نفوذ شعله با دمای C 925 در عایق (mm/sec) |
| عایق NBR با پرکننده سیلیس عایق NBR با پر کننده آزبست عایق NBR با پر کننده سیلیس و رزین فنولی عایق NBR با پرکننده آزبست و رزین فنولی | ۲۱۰۰- ۱۷۰۰ ۷۰۰- ۶۲۰ 1800- 1700 950- 800 | ۷۰۰- ۶۰۰ ۳۶۰- ۲۸۰ 500- 380 370- 300 | ۴/۰ ۲۹/۰ 25/0 24/0 |
آمیزه کاری لاستیک، هنر و دانش انتخاب و ترکیب الاستومرها و مواد افزودنی است بطوریکه مخلوط مناسبی بدست آید تا خواص فیزیکی و شیمیایی مورد نیاز را برای یک محصول نهایی بوجود آورد.
برای تهیه آمیزه لاستیک و شکل دادن به آن فرآیندهایی به شرح زیر انجام می گیرد.
الف) فرآیند اختلاط که شامل سه فرآیند همزمان است که عبارتند از: اختلاط ساده، اختلاط لایه ای و اختلاط پراکنشی. اهمیت نسبی هریک از این فرآیندها بستگی به فرمول بندی خاص آمیزه، شکل هندسی مخلوط کن و همچنین شرایط فرآیند و پردازش دارد. در یک حالت خاص هریک از این سه فرآیند ممکن است راندمان و کارآیی کل فرآیند را تعیین کند.
ب) ورقه سازی توسط غلطک که عبارت است از فشردن آمیزه بین غلطک ها که به منظور صاف کردن یا نازک کردن آن به شکل ورقه انجام می گیرد. در این عملیات اساسی از یک کلندر با دو یا سه غلطک عمودی یا افقی استفاده می شود. خوراک ورودی به شکل نوار یا به صورت توده لاستیکی به یک طرف از گیرانداز (nip) وارد شده و پس از صاف و مسطح شدن به صورت یک ورقه که توسط دست یا وسایل مکانیکی دیگر کشیده می شود، در می آید.
وولکانش فرآیندی برگشت ناپذیر است که طی آن ساختمان مولکولی یک آمیزه لاستیکی در اثر تشکیل پیوندهای عرضی از یک ماده گرما نرم (Thermoplastic) به یک ماده گرما سخت (Thermoset) که خواص کشسانی بهتری دارد تبدیل می شود.
فرآیند وولکانش طبق معادله آرنیوس صورت می گیرد:
Log K= [(-E)/(2/303 RT)]+C
که در این معادله، Kt ثابت سرعت واکنش، E انرژی فعالسازی، R ثابت گازها، T دمای مطلق و C عدد ثابت است.
این معادله بیان می کند که هرچه میزان حرارت (یا انرژی) بیشتر باشد، واکنش سریعتر اتفاق می افتد. از آنجا که در تمام روشهای رایج وولکانش از انرژی حرارتی استفاده می شود لذا می توان چنین اظهار داشت که هرچه دمای وولکانش بالاتر باشد، فرآیند سریعتر کامل می گردد.
.jpg "عایق چیست و انواع آن کدامند؟ – خرید انواع عایق ساختمانی")
.jpg "بهترین فوم الاستومری را از کجا بخریم؟")
Modal body text goes here.
لورم ایپسوم به سادگی ساختار چاپ و متن را در بر می گیرد. لورم ایپسوم به مدت 40 سال استاندارد صنعت بوده است.
