اثر نانوخاک‌رس بر خواص مکانیکی و رفتار فداشوندگی عایق گرمایی بر پایه لاستیک نیتریل

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

یکی از مهم‌‌‌ ­ترین کاربردهای مواد الاستومری فداشونده، عایق گرمایی موتور موشک است. احتراق سوخت جامد در موتور موشک، محیطی متلاطم متشکل از گازهایی با سرعت بیش از m/s 1000، دمای بیش از Cº3000 و فشاری متجاوز از MPa10 ایجاد می­کند که هر آلیاژ فلزی را تخریب می­کند. عایق­های گرمایی نانوکامپوزیتی الاستومری در مقایسه با عایق­ های گرمایی مشابه بر پایه غیرالاستومری، به دلیل تحمل تنش ­های گرمایی و تغییر شکل بیشتر مورد توجه ویژه هستند. لاستیک نیتریل با خواص گرمایی مناسب گزینه مناسبی برای چنین کاربردهاست. امروزه تلاش برای افزایش کارایی خواص فداشوندگی این عایق ­ها مورد توجه پژوهشگران است. تاکنون پژوهش‌های اندکی در زمینه استفاده از نانوذرات خاک‌رس برای افزایش خواص فداشوندگی و مکانیکی عایق گرمایی فداشونده الاستومری موتور موشک انجام شده  است. در این پژوهش، به کمک نانوفناوری، عایق فداشونده الاستومری با خواص فداشوندگی و مکانیکی برتر ارائه شد. نتایج نشان داد، عایق گرمایی نانوکامپوزیتی الاستومری حاوی %15 وزنی نانوخاک‌رس، در مقایسه با نوع کامپوزیتی، مشخصه‌های برتر زیر را نشان می‌دهد: %46 استحکام کششی بیشتر، %60 کرنش در نقطه پارگی زیادتر، 7/1 برابر مدول کششی بیشتر (در 100% کرنش) نسبت به کامپوزیت الاستومری، %62 افزایش در عدد شاخص عایق، %36 کاهش در سرعت‌های فداشوندگی جرمی و پسروی سطح تحت شار گرمایی 2kW/m2500 به مدت s 15

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Nanoclay on Mechanical Properties and Ablation Behavior of a Nitrile-Based Heat Insulator

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Arabgol
  • Mehrdad Kokabi
  • Ahmad Reza Bahramian
Tarbiat Modares University
چکیده [English]

Thermal insulation of rocket motor chamber is one of the most important functions of elastomeric ablative material. Combustion of solid rocket motor propellant produces turbulent media containing gases with a velocity more than 1000 m/s, temperature and pressure more than 3000°C and 10 MPa, respectively,
which destroys all metallic alloys. Elastomeric nanocomposite heat insulators are more attractive subjects in comparison to their non-elastomeric counterparts, due to their excellent thermal stresses and larger deformation bearing capacity. Nitrile rubber with high thermal properties is a proper candidate in such applications. Development in ablation performance of these heat shields is considered as an important challenge nowadays. A few works have been recently carried out using organoclay to enhance
the ablation and mechanical properties of heat insulators. In this work, an elastomeric heat insulator with superior ablative and mechanical properties was presented using nanotechnology. The results showed that an elastomeric nanocomposite heat insulator containing 15 wt% organoclay exhibits superior characteristics compared to its composite counterpart such as: 46% more tensile strength, 60% more elongationat-
break, 1.7 times higher modulus (at 100% strain), 62% higher “insulating index number” and 36% lower mass ablation and erosion rates under a standard test with a heat flux of 2500 kW/m2 for 15 s.

کلیدواژه‌ها [English]

  • heat insulator
  • ablation
  • Nanocomposite
  • NBR
  • high temperature