کارایی حفاظت گرمایی ایروژل‌های کربنی پرشده با ماده تغییر فاز منیزیم کلرید هگزاهیدرات

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی پلیمر، صندوق پستی ۱۴۱۱۵-۱۱۴

چکیده

ایروژل­ های کربنی نوع خاصی از اسفنج هاس سلول­ باز با چگالی کم، تخلخل پیوسته و اندازه حفره‌های نانومتری هستند که از زمینه­­ ذرات شبه­کلوئیدی به هم­پیوسته در ابعاد نانومتری تشکیل شده­‌اند. مواد تغییر فاز نیز موادی با گرمای نهان ذوب زیاد هستند که هنگام تغییر فاز قابلیت جذب و آزادسازی مقادیر زیادی انرژی گرمایی را دارند. این مواد هنگام تغییر فاز همانند حائلی در برابر عبور گرما عمل کرده و از انتقال گرما جلوگیری می‌کنند. این عامل سبب استفاده از این مواد در کاربردهای حفاظت گرمایی شده است. در این پژوهش برای بهبود خواص گرمایی ایروژل­‌های کربنی اثر اضافه‌کردن ماده تغییر فاز منیزیم کلرید هگزاهیدرات (دمای ذوب ۷/۱۱۵درجه سلسیوس) مطالعه شده است. از آزمون عملکرد گرمایی و نیز آزمون­ های DSC وSEM  به ترتیب برای مقایسه رفتار دما- زمان ایروژل­ های ساخته شده، تعیین گرمای نهان ذوب ماده تغییر فاز، مشاهده ریزساختار و بررسی اندازه حفره‌ها در نمونه ­های ساخته شده، استفاده شده است. بررسی نتایج به‌دست آمده نشان داد، استفاده از مواد تغییر فاز در درصدهای کم اثر چندانی بر بهبود خواص گرمایی ایروژل کربنی ندارند، این در حالی است که با افزایش درصد ماده تغییرفاز، خواص گرمایی ایروژل بهبود می­ یابد. در آزمون عملکرد گرمایی در شرایطی که فقط یک سطح نمونه در دمای ۳۰۰ درجه سلسیوس قرار داده می­ شود، مشاهده شد که در نمونه­ های پرشده با درصد زیادی از مواد تغییر  فاز، سرعت افزایش دمای سطح دیگر به شدت کاهش یافته و در محدوده دمایی ° ۱۱۵ تا °۲۰۰ کاهش شیب قابل ملاحظه­ ای در افزایش دمای نمونه نسبت به نمونه­ های ایروژل کربنی بدون ماده تغییرفاز، اتفاق می­افتد

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Thermal Protection Performance of Carbon Aerogels Filled with Magnesium Chloride Hexahydrate as a Phase Change Material

نویسندگان [English]

  • Ali Kazemi
  • Iman Naseri
  • Ahmad Reza Bahramian
Polymer Engineering Department, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Carbon aerogels are comprised of a class of low density open-cell foams with large void space, nanometer pore size and composed of sparsely semi-colloidal nanometer sized particles forming an open porous structure. Phase change materials are those with high heat of fusion that could absorb and release a large amount of energy at the time of phase transition. These materials are mostly used as thermal energy storage materials but in addition they could serve as an obstacle for passage of heat during phase changes and this has led to their use in thermal protection systems. In this study, the effect of magnesium chloride hexahydrate, as a phase change material (melting point 115°C), on thermal properties of carbon aerogels is investigated. Thermal performance tests are designed and used for comparing the temperature-time behavior of the samples. DSC is applied to obtain the latent heat of melting of the phase change materials and the SEM tests are used to analyze the microstructure and morphology of carbon aerogels. The results show that the low percentage of phase change materials in carbon aerogels does not have any significant positive effect on carbon aerogels thermal properties. However, these properties are improved by increasing the percentage of phase change materials. With high percentage of phase change materials, a sample surface at 300°C would display an opposite surface with a significant drop in temperature increases, while at 115-200°C, with carbon aerogels, having no phase change materials, there is a severe reduction in the rate of temperature increase of the sample.

کلیدواژه‌ها [English]

  • phase change materials
  • carbon aerogel
  • thermal properties
  • latent heat of fusion
  • novolac aerogel