دستیابی به خواص مورد انتظار از یک قطعه لاستیکی جز با پخت آن در مرحله شکل دهی درون قالب امکان پذیر نمی باشد. این مرحله زمانبر و پر هزینه ترین بخش در فرآیند تولید قطعات لاستیکی است که نقشی حیاتی بر روی خواص نهایی دارد. با بهینه سازی زمان لازم برای حرارت دهی درون قالب می توان ضمن حفظ خواص مورد انتظار از قطعه لاستیکی در بالاترین سطح ممکن، زمان و انرژی مصرفی را تا حد زیادی کاهش داد. پش بینی زمان پخت قطعات لاستیکی ضخیم همواره از مسائل بسیار مهم در صنعت لاستیک به شمار می آید. این امر معمولا توسط روش های تجربی مبتنی بر سعی و خطا که بسیار پرهزینه و وقت گیر هستند صورت می گیرد. از این رو محققان همواره به دنبال یافتن روش های جایگزین بوده اند. پیش بینی تاریخچه حرارتی و میزان پخت در نقاط مختلف قطعه با استفاده از معادلات و مدل های حاکم بر رفتار انتقال حرارت و سینتیک پخت یکی از این روش ها می باشد. از سوی دیگر با توجه به اینکه رفتار پخت آمیزه های نانوکامپوزیتی پایه لاستیکی متفاوت از آمیزه های لاستیکی پر شده با پرکننده های معمولی است، غالباَ معادلاتی که برای بیان سینتیک پخت لاستیک ها وجود دارد، مناسب آمیزه های ساخته شده از طریق فناوری های نوین که در آنها از مواد با ساختار نانو استفاده شده نمی باشد. در این تحقیق معادلات انتقال حرارت و سینتیک پخت در یک قطعه لاستیکی(لیفتر-بار) از طریق شبیه سازی کامپیوتری و با استفاده از توسعه زیر برنامه کمکی umatht، توسط نرم افزار abaqus در دو مرحله پخت درون قالب و خنک شدن بیرون از قالب حل گردید. در نظر گرفتن وابستگی ضرایب معادله انتقال حرارت به دما و میزان پخت، انجام محاسبات سینتیکی و در نظر گرفتن هدایت تماسی در محل تماس قطعه و قالب برای افزایش دقت مدل از جمله ویژگی های مدل توسعه یافته می باشد. مقایسه بین تاریخچه حرارتی محاسبه شده توسط مدل با داده های اندازه گیری شده با ترموکوپل نشان داد که مدل از دقت بالایی در پیش بینی پروفایل دمایی در هر دو مرحله برخوردار است. بررسی رفتار پخت در این تحقیق با استفاده از دو آمیزه با خواص مکانیکی معادل که یکی تنها حاوی دوده و دیگری حاوی دوده و خاک رس نانو ابعاد بود، صورت گرفت. مطالعه ساختار آمیزه نانو تولید شده با استفاده از گراف xrd و تصویر tem نشان داد که آمیزه حاصل دارای ساختاری بخشی اینترکالیت و بخشی اکسفولییت می-باشد. سینتیک پخت آمیزه های مرجع و نانو بوسیله نتایج حاصل از انجام آزمون غیر همدمای رئومتری مطابق با پروفایل دمایی در نقاط مختلف قطعه توسط دستگاه rpa بررسی شد. نتایج حاصل نشان داد که معادله کمال-سرور قادر به پیش بینی دقیق رفتار پخت غیر همدمای قطعات لاستیکی ضخیم نمی باشد. بر همین اساس معادله جدیدی برای پیش بینی رفتار پخت ارائه گردید. مقایسه بین داده های تجربی با نتایج محاسبه شده توسط مدل جدید نشان داد که این مدل بخوبی رفتار پخت را پیش بینی نموده و غالب ضعف های مدل کمال-سرور را پوشش می دهد. مقایسه بین نتایج حاصل از شبیه سازی رفتار پخت قطعه لیفتر بار ساخته شده توسط آمیزه های مرجع و نانو در شرایط یکسان، نشان داد که زمان لازم برای پخت آمیزه نانو درون قالب بدلیل کاهش زمان القاء و همچنین ظرفیت گرمایی ویژه در اثر حضور تقویت کننده نانو ابعاد، به مراتب کمتر از آمیزه مرجع می باشد.

نانوکامپوزیت های لاستیک طبیعی و استایرن بوتادین (nr/sbr) تقویت شده با مقادیر مختلف الیاف کوتاه نو و ضایعاتی نایلون 66 و نانو خاک رس (cloisite 15a) در یک مخلوط کن داخلی و یک غلتک آزمایشگاهی توسط فرایند سه مرحله ای تهیه شده اند. اثر مقادیر مختلف الیاف و نانو خاک رس (wt% 1، wt% 3 و wt% 5) بر روی خواص ریز ساختار و مکانیکی نانوکامپوزیت ها مطالعه شده است. چسبندگی الیاف به ماتریس لاستیکی با افزودن عامل سازگار کننده هگزا متیلن تترا آمین، رزورسینول و سیلیکای آب دار (hrh) افزایش می یابد. این لایه های سیلیکاتی رس به عنوان جزء سیلیکای آب دار در سیستم اتصال hrh برای کامپوزیت nr/sbr با الیاف کوتاه نایلون استفاده شده است. نانو خاک رس هم چنین به عنوان یک پرکننده تقویت کننده در ماتریس کامپوزیت هیبریدی الیاف کوتاه استفاده شده است. کارایی سیستم اتصال خشک hrh در حضور نانو خاک رس بهبود یافته است. مشخصات پخت کامپوزیت های مزبور به وسیله دستگاه رئومتر معین شد. نمونه ها با استفاده از یک پرس هیدرولیک بعد از تعیین مشخصات پخت در دمای 150 درجه سانتی گراد پخت شده است. خواص مکانیکی کامپوزیت ها در هر دو جهت طولی و عرضی با افزایش مقادیر الیاف و نانو خاک رس بهبود می یابد. ساختار و شکل شناسی نانوکامپوزیت ها با پراش اشعه ایکس (xrd)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و میکروسکوپ نیروی اتمی (afm) مشخص شده است. نتایج پراش اشعه ایکس نانوکامپوزیت ها به افزایش فاصله بین لایه های سیلیکاتی اشاره می کند. کامپوزیت های هیبریدی خواص مکانیکی ناهمسانگردی به علت جهت گیری الیاف در یک جهت (طولی) نمایش می دهند. در نمونه های تهیه شده با الیاف و عامل سازگارکننده، خواص مکانیکی در جهت گیری طولی در مقایسه با جهت گیری عرضی الیاف بالاتر است. خواص ناهمسانگرد کامپوزیت ها و هم چنین اتصال الیاف به ماتریس و برهم کنش دو فاز باهم در حضور نانو خاک رس توسط مطالعات تصاویر sem و afm مورد تأیید قرار گرفته است. قرار دادن نانوصفحات سیلیکاتی رس درون کامپوزیت های هیبریدی باعث بهبود استحکام کششی، مدول و استحکام پارگی از طریق بهبود تعامل با ماتریس و الیاف توسط سطح ویژه بالاتر شده است. مقاومت سایشی و سختی نمونه ها با افزودن نانو خاک رس بالاتر رفته است در صورتی که جهندگی و مانایی فشاری کاهش می یابد. اما باید توجه داشت که خواص مکانیکی کامپوزیت های تهیه شده با الیاف نو نسبت به آمیزه-های الیاف ضایعاتی بیشتر است. علاوه براین، در این مطالعه اثر نانو لایه های سیلیکاتی رس برروی مشخصات پخت و خواص حرارتی کامپوزیت های nr/sbr (40/60) تقویت شده با الیاف کوتاه نایلون گزارش شده است. بررسی نتایج نشان می دهد که با افزایش مقدار الیاف و ترکیب درصد نانو خاک رس، زمان پخت و برشتگی آمیزه ها کاهش ولی کمینه و بیشته گشتاور و سرعت پخت افزایش می یابد. اما در کامپوزیت های تهیه شده با الیاف ضایعاتی این کاهش زمان پخت نسبت به الیاف نو کمتر است. مطالعه خواص ناهمسان تورم منتج به مطالعه برهم کنش الیاف با ماتریس و جهت گیری الیاف می شود. مقدار مقاومت تورم کامپوزیت هایی شامل نانو خاک رس و با جهت گیری ترجیحی الیاف در جهت غلتک، بیشتر است.

در این کار پژوهشی با شناخت عوامل موثر بر کارایی قطعه و علل بروز تنش های باقی مانده، روند طراحی، شبیه سازی و بهینه سازی چرخه دمایی پخت یک نوع پیش آغشته تجاری اپوکسی/ شیشه به گونه ای سامان داده شد که پخت در مسیری درست پیش رفت و نتیجه نهایی رضایت بخش گردید. چگالی، ظرفیت گرمای ویژه و ضریب هدایت گرمایی پیش آغشته به ترتیب توسط آزمون های تعیین چگالی به روش ارشمیدس، dsc و modulated dsc و روش استاندارد nasa اندازه گیری شدند. یکی از عوامل موثر بر کارایی، سینتیک پخت رزین است که تعیین آن مستلزم ارائه روشی مناسب و فراگیر به منظور تعیین پارامتر های سینتیکی و نهایتاً پیش بینی دقیق گرمای واکنش آزاد شده در هر لحظه از واکنش پخت است. به این منظور آزمون های dsc در سرعت های گرمادهی 5/2، 5/3، 5/4 و oc/min5 انجام گرفت و پارامترهای سینتیکی به کمک سه روش هم درجه تبدیل انتگرالی پیشرفته، روش sbirrazzuoli و روش متداول بر پایه مدل نظیر مدل sourour & kamal محاسبه گردید. نتایج حاصل از پیش بینی توسط هر یک از روش ها معلوم داشت که روش هم درجه تبدیل انتگرالی پیشرفته از توان پیش بینی دقیق تری در هر دو شرایط هم دما و غیر هم دما برخوردار است. دیگر عوامل موثر بر کارایی قطعه پخت شده عبارتند از درجه تبدیل نهایی پخت، حداکثر دما در قطعه در طول واکنش، گرادیان دما، گرادیان درجه تبدیل و بالاخره جبهه پخت در داخل قطعه. کلیه این عوامل به شکل کمی تعریف و محاسبه شدند و برای تعیین چرخه پخت بهینه پیش آغشته اپوکسی/ شیشه مورد استفاده قرار گرفتند. این در حالی بود که، زمان پخت نیز کمینه گردید و به این ترتیب کارایی و هزینه هر دو در تعیین چرخه پخت بهینه لحاظ شدند. شبیه سازی و بهینه سازی به ترتیب به کمک نرم افزارهای abaqus و matlab انجام گردید. جهت اتصال این دو نرم افزار برنامه های واسطه به زبان fortran نوشته شدند. چرخه پخت بهینه برای قطعه بی نهایت نازک ، نازک مسطح (تا ضخامت mm6)، ضخیم مسطح (به ضخامت cm2)، خیلی ضخیم مسطح (به ضخامت cm8)، خیلی ضخیم انحنادار به ضخامت cm8 و بالاخره نازل موشک که از شکل هندسی پیچیده و ضخامت متغیر برخوردار است تعیین گردید. نتایج نشان داد که روش سینتیکی برگزیده بر چرخه پخت دمایی بهینه محاسبه شده تأثیرگذار است. همچنین معلوم شد که تا ضخامت mm6 گرادیان دما و درجه تبدیل در داخل قطعه وجود ندارد. اثر تراوش رزین و تغییر ضخامت ناشی از فشار فرایند بر چرخه پخت بررسی گردید و دیده شد که تحت این شرایط دست یافتن به چرخه پخت بهینه مقدور نیست. همگن بودن خواص فیزیکی- گرمایی در صفحه پیش آغشته موجب شد که چرخه پخت بهینه حاصل از تحلیل دو بعدی و سه بعدی یکسان گردند. چرخه های پخت بهینه به دست آمده تنها شامل مراحل غیر هم دما بودند و نسبت به شرایط پخت دما ثابت، گرادیان های دمایی و درجه پخت کمتری را در قطعه بر جای گذاشتند.

در این پروژه به توسعه یک مدل 2 بعدی جهت مدلسازی رشد تک ذره به توسعه مدل جریان پلیمری در پلیمریزاسیون زیگلر ناتای پلی الفینها پرداخته شده تا بتوان به کمک آن تاثیر پارامتر های مرتبط با مورفولوژی که عموما در مدل های رایج یک بعدی قابل بررسی نیستند را مطالعه کرد. در این راستا معادلات دو بعدی ارائه گردیده و با توجه به چالش های محاسباتی پیش رو برای حل این معادلات از روش ها و الگوریتم های مناسب استفاده گردیده است. همچنین با مقایسه نتایج مدل با مدل های یک بعدی، حل تحلیلی و نتایج موجود در مقالات مرجع به راستی آزمایی مدل پرداخته شده است. سپس با استفاده از مدل توسعه یافته، تاثیر پارامتر هایی همچون شکل اولیه ذره، شکست یک ذره و یا به یکدیگر چسبیدن دو ذره در حین رشد و وجود ترک در داخل ذره را مورد بررسی قرار داده ایم. نتایج مدلسازی های صورت گرفته نشان میدهد که پارامترهای فوق الذکر همگی بر سرعت واکنش، نرخ انتقال حرارت و خواص مولکولی تاثیر گذار است و در این بین ترک های شعاعی تاثیر قابل توجهی نه فقط بر سرعت پلیمریزاسیون بلکه بر سرعت انتقال حرارت و کاهش دمای ذره دارد.

در این تحقیق ترموپلاستیک الاستومر های بر پایه pa6 / eco و نیز نانو کامپوزیت ترموپلاستیک الاستومر های بر پایه pa6 / eco مطابق روش اختلاط مذاب دو مرحله ای تهیه و خواص آن موردمطالعه قرارگرفته است. درصدهای متفاوتی از pa6 و eco (حداکثر 60 درصد وزنی فاز لاستیکی) برای تهیه ترموپلاستیک الاستومر به کار گرفته شد. از نانولوله های کربنی چند دیواره عامل دار و بدون عامل برای تقویت نانو کامپوزیت ها استفاده شد. مشاهدات ریخت شناسی به وسیله ی میکروسکوپ الکترونی روبشی با خواص مکانیکی و رئولوژیکی نانو کامپوزیت ها سازگار می باشد. مورفولوژی حاکم از نوع ماتریس- قطره می باشد. افزودن نانولوله های کربنی باعث کاهش ابعاد قطرات لاستیکی پراکنده شده و تغییر شکل آن ها از شکل کروی به حالت کشیده می شوند و افزایش ترکیب درصد فاز لاستیک سبب افزایش اندازه قطرات پخش شده می شود. نتایج مربوط به خواص مکانیکی حاکی از آن است که با افزودن نانولوله های کربنی مدول کششی به نحو قابل ملاحظه ای افزایش ( در تمام ترکیب درصدهای فاز لاستیکی)، ازدیاد طول در نقطه پارگی نمونه ها کاهش و استحکام کششی نمونه ها بهبود پیدا می کنند. درصورتی که افزایش ترکیب درصد فاز لاستیکی تأثیر معکوس روی خواص ذکرشده نشان می دهد.اثر نانولوله های عامل دار روی تغییر خواص مکانیکی نانو کامپوزیت ها نسبت به نانولوله های کربنی بدون عامل بیشتر است. اندازه گیری های dsc نشان می دهد که نانولوله های کربنی به عنوان عامل هسته زا عمل می کنند و دمای تبلور را افزایش می دهند. آزمون دینامیکی- مکانیکی نشان می دهد که با افزایش مقدار نانولوله های کربنی مدول الاستیک نانو کامپوزیت ها افزایش و فاکتور اتلاف آن ها کاهش می یابد. با افزایش مقدار نانولوله رفتار شدید رقیق شوندگی با برش در گرانروی و رفتار غیر پایانی برای مدول ذخیره در فرکانس های پایین مشاهده می شود. حضور سازگار کننده(گروه های عاملی کربوکسیل) این اثرات را افزایش می دهد

این پژوهش با هدف تعیین هدایت و نفوذ حرارتی در نانوکامپوزیت ترموپلاستیک الاستومر های بر پایه pp/epdm/clay انجام گرفت. نمونه¬های نانوکامپوزیتی در شش ترکب درصد مختلف از نانوخاک رس و ماتریس پلیمری به روش اختلاط مذاب ساخته شد. به¬منظور دست¬یابی به هدف، پارامتر¬های ظرفیت گرمایی ویژه، ضریب انبساط خطی و چگالی برای نمونه-های نانوکامپوزیتی ساخته شده به¬عنوان تابعی از دما و ترکیب درصد اجزا درنانوکامپوزیت، اندازه¬گیری شد. یک روش جدید،که بر پایه¬¬ی یک مسئله انتقال حرارت معکوس بود، برای اندازه¬گیری هدایت حرارتی بکار گرفته¬ شد. ابتدا با فرض یک رابطه خطی برای هدایت حرارتی( k=at+b)، معادله انتقال حرارت گذرا در نمونه¬های نانوکامپوزیتی مکعب شکل با استفاده از روش¬های عددی (روش تفاضل محدود) حل شد. در هر نمونه بهترین ضرایب برای معادله هدایت حرارتی( aو b) با استفاده از یک برنامه حداقل مجموع مربعات خطا (در نرم¬افزار متلب)که در آن پروفایل دمایی تخمین زده شده با نمودار تجربی مقایسه می¬¬شد، تعیین گردید و به عنوان نتیجه گزارش شد. نتایج نشان داد که ظرفیت گرمایی ویژه با افزایش دما، افزایش میزان نانوخاک رس و همچنین افزایش میزان لاستیک در ماتریس پلیمری افزایش یافت. ضریب انبساط خطی با افزایش دما، افزایش لاستیک و بر خلاف آنچه که انتظار می¬رفت با افزایش میزان نانوخاک رس، افزایش یافت. چگالی نیز بر طبق انتظار با افزایش دما، افزایش لاستیک وکاهش میزان نانوخاک رس در ماتریس پلیمری، کاهش یافت. در همه نمونه-ها هدایت حرارتی با افزایش دما بصورت خطی کاهش پیدا کرد. همچنین در مقادیر پایین بارگذاری نانوخاک رس، هدایت حرارتی با افزایش میزان نانوخاک رس کاهش یافت درحالی¬که در مقادیر بالای بارگذاری هدایت حرارتی افزایش یافت. نفوذ حرارتی محاسبه شده نیز روندی مشابه با هدایت حرارتی را از خود نشان داد.