پوشش دهی سطح لوله های فلزی از جمله راهکارهای محافظت از خطوط لوله در برابر انواع خوردگی است. رزین های اپوکسی از مهمترین پلیمر های گرماسخت هستند که به عنوان پوشش محافظ لوله های فلزی استفاده می شوند. اگرچه کاربرد پوشش های اپوکسی بر سطح لوله ها موفقیت آمیز بوده است اما این پوشش ها معمولاً با سایش سطح و رشد و انتشار ترک، دچار آسیب می شوند. افزودن نانوذرات غیرآلی به رزین اپوکسی می تواند باعث بهبود مقاومت مکانیکی و شیمیایی پوشش شود. نانوپودر سیالون از جمله مواد غیرآلی سرامیکی است که دارای مقاومت سایشی، مقاومت در برابر رشد و انتشار ترک و مقاومت حرارتی است. در این تحقیق اثر افزودن نانوپودر سیالون با میانگین ابعادی زیر 100 نانومتر بر رفتار رئولوژیکی، مقاومت مکانیکی، چسبندگی به سطح فلز، مقاومت شیمیایی و مقاومت خوردگی نانوکامپوزیت بر پایه رزین اپوکسی بررسی و با رزین خالص به عنوان نمونه شاهد مقایسه شده است. آزمون های شیمیایی بر اساس شرایط محیطی گاز طبیعی به روش غوطه وری نمونه ها در محیط های اسیدی ( 5/3 h2co3, ph=) ، قلیایی (11na2co3, ph=) و نمکی ( wt%5/ 3 nacl ) انجام شده است. نتایج این تحقیق نشان داد نانوکامپوزیت های حاوی 3% و 5% وزنی نانوپودر سیالون، باعث بهبود خواص رزین اپوکسی می شوند. بیشینه kic، gic و استحکام چسبندگی از نمونه نانوکامپوزیتی 5% نتیجه شد که به ترتیب 8%، 30% و 7% بیشتر از رزین خالص است. همچنین این نانوکامپوزیت، مقاومت خوردگی پوشش اپوکسی را 1000 برابر افزایش داد. بیشینه مقاومت سایشی و مقاومت در برابر نفوذ از نمونه نانوکامپوزیتی 3% نتیجه شد که این نانوکامپوزیت باعث افزایش مقاومت سایش به میزان 59% شد. در مجموع با توجه به نتایج به دست آمده، پوشش نانوکامپوزیتی 5% به عنوان پوشش بهینه محافظ سطح درونی لوله های فلزی انتقال گاز طبیعی انتخاب گردید.

ایروژل های کربنی مواد کربنی نانوساختار نوینی هستند که در دهه اخیر توجهات زیادی را به خود جلب نموده اند. روش مرسوم برای ساخت ایروژل های کربنی پلیمرشدن سل- ژل مونومرهای رزورسینول و فرمالدهید در محیط آبی در دمایی کمتر از دمای جوش استاندارد حلال به منظور تشکیل ژل، تعویض حلال و خارج کردن حلال درون حفرات ژل با استفاده از روش خشک کردن با سیال فوق بحرانی و در نهایت پیرولیز ایروژل آلی به دست آمده در محیط خنثی است. با این حال، زمان طولانی مورد نیاز برای ساخت ژل، قیمت زیاد مونومر رزورسینول و تجهیزات گران قیمت روش خشک کردن با سیال فوق بحرانی موانعی هستند که تجاری سازی این مواد را بسیار دشوار نموده اند. هدف تحقیق پیش رو کاهش قیمت و زمان در فرآیند ساخت ایروژل های کربنی با رویکردی مبتنی بر استفاده از این مواد به عنوان یک عایق حرارتی دما بالا است. در این پژوهش، به منظور کاهش هزینه های مواد اولیه و فرآیند خشک کردن به ترتیب از واکنش رزین ارزان قیمت نووالاک با هگزامین و روش خشک کردن محیطی برای ساخت ژل و خشک کردن آن استفاده شد. برای کاهش زمان لازم برای تشکیل ژل نیز انجام پلیمرشدن سل- ژل در محیط اشباع از بخار حلال به عنوان روشی نوین و جایگزین روش پلیمرشدن سل- ژل مرسوم ارائه شد. نتایج حاصل نشان داد که با انجام پلیمرشدن در محیط اشباع از بخار حلال در عین حال که زمان لازم برای تشکیل ژلی با استحکام مناسب از 5 روز به 5 ساعت کاهش یافت، در ضمن هیچ گونه جمع-شدگی ای نیز در ژل ها در اثرخشک کردن در شرایط محیطی مشاهده نشد. بررسی پارامترهای موادی و فرآیندی موثر بر ریزساختار و خواص ایروژل کربنی نشان داد که پارامترهای فرآیندی مناسب برای ساخت ایروژل کربنی با هدف استفاده به عنوان یک عایق حرارتی دما بالا عبارتند از استفاده از حلال 2- پروپانول برای ساخت محلول اولیه، ساخت ژل با استفاده از انجام پلیمرشدن سل- ژل در محیط اشباع از بخار حلال در دمای c°170، خشک کردن ژل در دمای محیط و در نهایت پیرولیز ایروژل نوالاک در دمای c°800. در نهایت، بررسی خواص حرارتی ایروژل های کربنی نشان داد که رسانش از فاز جامد ساز و کار غالب انتقال حرارت در ایروژل های کربنی است.

ایروژل های کربنی بر پایه رزین های پلیمری، به دلیل دارا بودن خواصی همچون قابلیت هدایت حرارتی کم، مقاومت حرارتی زیاد، استحکام ویژه بالا و وزن مخصوص کم، در صنایع مختلف از جمله صنایع هوافضا به عنوان عایق های دما بالا و سپرهای حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند. اما تخریب ساختار به دلیل واکنش اکسید شدن در دماهای بالاتر از c°400 و در جو هوا، کاربرد این نانوساختارها را محدود کرده است. از این رو، هدف از این پژوهش بهبود پایداری و مقاومت حرارتی ایروژل های کربنی، همزمان با حفظ خواص عایقی و مکانیکی مطلوب آن هاست. در این پژوهش، به منظور بهبود مقاومت اکسیدشدن ایروژل های کربنی، اصلاح ساختاری این مواد به وسیله ی ایجاد فازی از ترکیبات مقاوم به اکسیدشدن سیلیکا و پیوندهای سیلیکون کاربیدی، صورت گرفت. ایروژل هیبریدی نووالاک-سیلیکا، به عنوان پیش ماده تهیه ایروژل نانوکامپوزیتی کربن/سیلیکا/سیلیکون کاربید انتخاب شد. دلیل استفاده از نووالاک به عنوان فاز آلی، زغال گذاری زیاد، قیمت ارزان و در دسترس بودن آن است. همچنین فاز سیلیکایی با استفاده از پیش پلیمر معدنی تترا اتوکسی سیلان تهیه شد. ایروژل هیبریدی نووالاک-سیلیکا با استفاده از روش پلیمرشدن سل-ژل در محیط اشباع از بخار حلال و روش خشک¬کردن محیطی تهیه شد. استفاده از این روش منجر به کاهش زمان فرآیند، استحکام ژل و عدم استفاده از روش خشک کردن خطرناک و پرهزینه ی سیال فوق بحرانی شد. در مرحله ی بعد، ایروژل های هیبریدی، در عملیات حرارتی گرماکافت و احیای حرارتی-کربنی، به ترتیب، به ایروژل های نانوکامپوزیتی کربن/سیلیکا و کربن/سیلیکا/سیلیکون کاربید تبدیل شدند. در هر مرحله، پس از تهیه ایروژل ها، بررسی های مربوط به ریزساختار، خواص حرارتی و مکانیکی بر روی نمونه ها صورت گرفت. نتایج نشان داد که ایروژل های هیبریدی و نانوکامپوزیتی تهیه شده دارای شبکه های هیبریدی نانوساختار با تخلخل بالا (بالای 80 درصد) و چگالی پایین (کمتر از g/cm³ 25/0) هستند. نقشه عنصری سیلیکون، توزیع خوب فاز سیلیکا را در سراسر ساختار ایروژل ها نشان داد. همچنین دمای شروع اکسیدشدن از c° 470 برای ایروژل کربنی به دمای c° 770 در نمونه های نانوکامپوزیتی افزایش و نرخ اکسیدشدن کاهش یافت. استحکام فشاری نمونه های هیبریدی و نانوکامپوزیتی با افزایش میزان فاز سرامیکی در حدود 20 درصد کاهش یافت. همچنین افزودن فاز سیلیکا منجر به بهبود خواص عایقی ایروژل های هیبریدی و نانوکامپوزیتی شد.