پایان نامه رایگان درباره مواد غذایی، نفت و گاز

دانلود پایان نامه ارشد

اجزای مختلف کارایی يکديگر را بهبود میبخشند. کامپوزيتها به دليل ويژگیهای خاص خود از قبيل استحکام، سبکی، مقاومت خوردگی، عايق گرما و برق، سهولت و انعطاف در طراحی و شکل دهی، در صنايع مختلفی کاربرد دارند. نکته قابل توجه اینکه در مقیاس نانو ، مواد ویژگیهای بسیار موثرتری از خود بروز میدهد پس نانوکامپزیتها در بسیاری از موارد زمینهای پیشرفت بیشتری خواهند داشت. اهم صنايعی که مشمول استفاده از این مواد میباشند عبارتند از:
صنايع حمل و نقل،صنايع ساختمان، صنايع هوا فضا ،صنايع دريايی ،صنايع نظامی ،صنايع شيميايی ، صنايع برق و الکترونيک ،صنايع پزشکی ،صنايع تفريحی- ورزشی [28].
همانطور که توضیح داده شد باتوجه به ویژگیهای منحصر بفرد مواد نانوکامپوزیتی، چه از لحاظ تلفیق خواص مواد مدنظر جهت برآوردن نیاز ما ، وچه از لحاظ بروز ویژگیهای مواد در ابعاد نانو ، جهت جلوگیری ویا کاهش روند خوردگی ما را برآن داشت که پوششهای نانوکامپوزیتی را برای خطوط انتقال نفت و گاز مورد بررسی قرار دهیم چرا که میدان تحقیق و پژوهش در این زمینه و تلفیق مواد گوناگون و مقایسه نانوکامپوزیتهای ساخته شده و همچنین انتخاب مناسبترین گزینه ،تلاش و دقت و زحمت فراوانی را مطالبه میکند. البته لازم به ذکر است که انتخاب مناسب مواد سازنده يك سيستم لوله كشی و پوششی آن نياز به شناخت پروسس دارد ملاحظات نه تنها شامل انتخاب جنس لوله در مقابل خوردگی است بلكه بررسی مكانيكی و فيزيكی سيستم و گواهی ايمنی نيز لازم است ، محل لوله از نظر درون يا بیرون بودن ديگر پارامتر مهم طراحی است نور ماورای بنفش يك عامل در انتخاب مواد سنيتيكی است شرايط اتمسفری عامل ديگر است خوردگی خارجی15 نيز مانند خوردگی درونی16 مهم است [8].
کامپوزيتها موادی هستند كه جامد و مصنوعی باشند و از دو يا چند جزء (يا فاز) كه از نظر شيميايی يا فيزيكی كاملا متفاوتند تشکیل شده باشند. این اجزاء به صورت منظم يا پراكنده كنار هم قرارگرفتهاند و لايه مشتركی بين آنها وجود دارد. اين زمينهها نقش چسباندن اجزاء به يكديگر و محافظت اجزاء را در برابر عوامل مكانيكی و جوی همچون رطوبت بر عهده دارند. فلزات، سراميك ها و پليمرها به ويژه پلاستيك ها از جمله پرمصرف ترين مصالح موجودند. تقويت كننده هاي ذره ای، ليفی و صفحهای برای ایجاد استحکام به طور معمول استفاده میشوند. اما نانوكامپوزيت عبارت است از کامپوزیتی كه حداقل يكی از اجزای تشكيل دهنده آن در ابعادی بین 1 تا 100 نانومتر باشد. در مواد نانوكامپوزيت، به جزء پخش شونده كه به صورت الياف، صفحات، مسطح ريز، ذرات و يا حتي حفره ها، ترك ها و غيره در ابعاد نانومتری باشند، فاز دوم اطلاق میشود و همينطور به جزء پيوسته در نانوكامپوزيتها كه مـی تـوانـد در ابـعـاد نـانـومتری و يا بالاتر باشد فاز زمينه میگويند. در دسته ای از مواد نانوكامپوزيت، فاز دوم، موادی با دمای ذوب بالا مانند سراميك ها و يا فلزات بوده، فاز زمينه مادهای با دمای ذوب پايين مانند پليمر و سراميك و فلز با دمای ذوب پايين است. اما در دسته ديگر،همانطور که گفته شد ، فاز زمينه مادهای سراميكی يا فلزی با دمای ذوب بالا و فاز دوم مادهای پليمری يا سراميكی و يا فلزی با دمای ذوب پايينتر است. نانوكامپوزيتها خواص فيزيكی و مكانيكی از قبيل استحكام، سختی، چقرمگی و مقاومت حرارتی بالايی در محدوده وسيعی از دما دارند [30].
برای اينکه يک کامپوزيت به نانوکامپوزيت تبديل شود، میتوان روی دو قسمت از آن کار کرد:
1- زمينه : اتم‌های يک ماده منظم بلوری، در داخل دانه‌ها قرار دارند. يعني همه آنها در يک جهت چيده نشده‌اند، بلکه مثل سلول‌های روی پوست دست، دسته‌‌دسته اتم‌های داخل هر سلول در يک جهت خاص قرار دارند. ما برای اينکه کامپوزيت را به نانوکامپوزيت تبديل کنيم، بايد قطر دانه‌ها را نانومتری کنيم [31].
2- تقويت‌کننده : تقويت‌کنندهها را میتوان به سه دسته تقسیم بندی نمود (شکل 1-4). اگر تقويت‌کننده ما ذره‌ای باشد، با ريزکردن ذرات در حد نانومتر و وارد کردن آنها در يک زمينه، نانوکامپوزيت توليد میشود. اما اگر تقويت‌کننده‌های ما رشته‌ای باشند، با ريز کردن قطر رشته‌ها در حد نانومتر (يعنی توليد يک‌سری نخ نازک که قطر هر کدام بين يک تا صد نانومتر است) و وارد کردن آنها در زمينه، می‌توانيم نانوکامپوزيت توليد کنيم. اگر تقويت‌کننده ما لايه‌ای باشد، با نازک کردن لايه‌ها در حد نانومتر (ضخامت ورقه‌ها در حد 1 تا 100 نانومتر باشد) می‌توانيم نانوکامپوزيت بسازيم [29].

تقويت‌کنندهی لايه‌ای
تقويت‌کنندهی رشته‌ای

تقويت‌کنندهی ذره‌ای

شکل 1-4 انواع تقویت کنندهها

از مواد خاصی برای ساخت قطعات، دستگاه‌‌ها، ساختمان‌ها و… استفاده می‌شود، چون همهی مواد خواص مورد نياز ما را در آن دستگاه برآورده نمی‌کنند. به اين خواص ماده، که موجب می‌شود آن ماده دارای کاربردهای مهندسی شود، «خواص مهندسی مواد» می‌گويند. خواص مهندسی مواد عبارتند از
1-خواص مکانيکی، مثل خواص کششی
2 – خواص فيزيکی، مثل هدايت الکتريکی
3- خواص شيميايی، مثل مقاومت در برابر خوردگی [31].
1-6-2- بهتر شدن خواص مکانيکي
خواص مکانيکی يعنی خواص ماده در برابر اِعمال انواع نيروها. نيروها به چند دسته تقسيم مي‌شوند: فشردن، خم کردن، پيچاندن و… وقتی يک لايه‌ يا صفحه با ضخامت 1 ميلی‌متر را وارد زمينه‌ای نرم می‌کنيم، اگر تقويت‌کننده محکمتر از زمينه باشد، مثلاً مقداری ورق فلزی را وارد يک زمينه پلاستيکی (پليمری) کنيم، ماده مرکب تشکيل‌شده در مقايسه با ماده اول، در برابر نيروی کششی، مقاومت بيشتری از خود نشان می‌دهد. حال اگر اين لايه بخواهد به لايه‌ای با ضخامت 1 نانومتر تبديل شود، يک ميليون لايه با ضخامت 1 نانومتر خواهيم داشت. واضح است که توزيع يک ميليون لايه نانومتری، می‌تواند در تمام سطح زمينه پليمری به صورت يکنواخت توزيع شود. بنابراين، وقتی به زمينه پليمری نيروی مکانيکی وارد می‌شود، اين نيرو را بهتر تحمل می‌کند [24].
1-6-3- بهتر شدن خواص فيزيکي
خواص فيزيکی يک ماده، خواصی از قبيل هدايت، مقاومت الکتريکی و… هستند. جريان الکتريکی با حرکت الکترون‌ها وارد يک ماده می‌شود و اتم‌ها با ارتعاش، به همديگر میخورند و به اين ترتيب الکترون را دست به دست درون ماده منتقل می‌کنند. حال اگر مادهی ما يک پلاستيک (عايق الکتريسيته و حرارت) باشد و ما بتوانيم چند عدد ميلهی مسی درون آن وارد کنيم (دقيقا مثل سيم)، الکترون‌ها از درون اين پلاستيک و با عبور از اتم‌های مس، می‌توانند هدايت شوند. يعنی ما با قرار دادن يک ميلهی مسی درون يک پلاستيک، آن را هادی جريان الکتريسيته کرده‌ايم. اکنون فرض کنيد که سطح اين پلاستيک 1 متر در 1 متر باشد و قطر ميلهی مسی 1 ميلی‌متر. در اين صورت، مقطعی دايره‌ای به قطر 1 ميلیمتر از پلاستيک هادی جريان می‌شود. اين در حالی است که با ريز کردن ميلهی مسی، به ميله‌های با قطر نانومتر می‌توان يک ميليون ميله با قطر 1 نانومتر را درون پلاستيک پخش کرد. بنابراين، يک ميليون قسمت پلاستيک، رسانای جريان الکتريکی می‌شوند. کامپوزيت از تركيب و اختلاط چند ماده حاصل میشود [32].
1-6-4- بهتر شدن خواص شیمیایی
بهبود خواص شیمیایی مد نظر به وسیلهی نانوکامپوزیتها دارای دامنهی مورد بحث بسیار وسیعی میباشد که امروزه مطالعات و پژوهش های گوناگونی در این زمینه صورت میپذیرد ، که مقاومت نسبت به خوردگی (انواع مواد خورنده) ، یکی از مهمترین آن زمینههاست. نمونه‌ای دیگر از اين تغيير خواص شیميايی، با تبديل ميکروکامپوزيت به نانوکامپوزيت امکان شکل گيری ذغال توسط ماده اضافه شده است. با اين کار از ریختن پارههای مشتعل و گسترش آتش جلوگيری می‌شود [32].
از هردو نوع پليمرهای ترموپلاستيک و ترموست می‌توان برای ساخت نانوکامپوزيت‌ها استفاده کرد . مثل :  نايلون‌ها ،  پلی‌اولفين‌ها مثل پلیپروپيلن‌ ، پلی‌استيرن ،کوپليمرهای اتيلن- وينيل استات،  رزين‌های اپوکسی ،پلی‌یورتان و پلی یوریا ،  پلی‌ايميدها ، پلی‌ (اتيلن‌ ترفئالات) و …
1-6-5- طبقه بندي نانوکامپوزیت ها و انواع آن
انواع نانوکامپوزیت را می توان بر اساس ماده پایه آن ها به شرح زیر طبقه بندی کرد:
نانوکامپوزیتهای پایه پلیمری
نانوکامپوزیتهای پایه سرامیکی
نانوکامپوززیتهای پایه فلزی
در ادامه به بررسی خواص و کاربرد هر یک از این نانوکامپوزیتها پرداخته میشود.
نانوکامپوزیت هاي پایه پلیمري
در بین نانوکامپوزیتها بیشترین توجه به نانوکامپوزیتهای پایه پلیمری معطوف است. یکی از دلایل گستر نانوکامپوزیتهای پلیمری، خواص بینظیر مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی آن است. نانوکامپوزیتهای پلیمری عموما دارای استحکام بالا، وزن کم، پایداری حرارتی بالا، رسانایی الکتریکی بالا و مقاومت شیمیایی بالایی هستند. تقویت پلیمرها با استفاده از مواد آلی و معدنی بسیار مرسوم میباشد. بر خلاف تقویت کنندههای مرسوم که در مقیاس میکرون میباشند، در نانوکامپوزیتها تقویت کنندهها ذراتی در ابعاد نانومتر میباشند. با افزودن درصد کمی از نانوذرات به یک پلیمر خالص، استحکام کششی، استحکام تسلیم و مدول یانگ افزایش چشمگیری مییابد. به عنوان مثال، با افزودن تنها 4 درصد حجمی میکا(یک نوع سیلیکات) با ابعاد 50 نانومتر به اپوکسی مدول یانگ این ماده 58 درصد افزایش خواهد یافت. دلیل دوم توسعه نانوکامپوزیتهای پایه پلیمری و افزایش تحقیقات در این زمینه، کشف نانولولههای کربنی درسال 1991 میلادی است. استحکام و خواص الکتریکی نانولولههای کربنی به طور قابل ملاحظهای با نانولایههای گرافیت و دیگر مواد پرکننده تفاوت دارد. نانولولههای کربنی موجب رسانایی و استحکام فوق العادهای در پلیمرها میشوند به طوری که کاربردهای حیرت انگیزی را برای آن میتوان متصور شد. از نظر نظامی نیز فراهم کردن هدایت الکتریکی در پلیمرها فرصتهای انقلابی را به وجود خواهد آورد. به عنوان مثال از پوستههای الکتریکی- مغناطیسی گرفته تا کامپوزیتهای رسانای گرما و… این دسته از کامپوزیتها به دلیل خواص منحصر به فردی که دارند به طور گستردهای در صنایع خودرو، هوا – فضا و بسته بندی مواد غذایی گسترش یافته اند. از دیگر کاربردهای نانوکامپوزیتهای پلیمری پوششهای مقاوم به سایش، پوششهای مقاوم به خوردگی، پلاستیکهای رسانا، حسگرها، آسترهای مقاوم در دمای بالا و غشاهای جداسازی گازها و سیالات نفتی میباشند. به عنوان مثال میتوان به نوعی غشاء نانوکامپوزیتی ساخته شده از یک نوع پلیمر و نانولایههای سیلیکا اشاره کرد که توسط محققان دانشگاه کارولینای شمالی ساخته شده است. این غشاء توانایی فوق العادهای در جداسازی مولکولهای آلی از گازها دارد [33].
نانوکامپوزیت هاي پایه سرامیکی
به مواد (معمولاً جامدی) که بخش عمدهی تشکیل دهنده آنها غیرفلزی و غیرآلی باشد، سرامیک گفته میشود. سرامیک ها خواص بسیار خوبی نظیر مقاومت حرارتی بالا، پایداری شیمیایی خوب و استحکام مکانیکی مناسبی دارند، اما به دلیل پیوندهای یونی و کووالانس موجود در سرامیک ها چقرمگی شکست آن ها پایین است و تغییر شکل پلاستیک این مواد محدود میباشد. به منظور رفع این مشکل با اضافه کردن و جداسازی الیاف و ذرات مناسب، میتوان چقرمگی شکست را بالا برد. اگر این تقویت کنندهها ابعاد نانومتری داشته باشند بالاترین چقرمگی شکست به دست می آید. برای ساخت نانوکامپوزیت نیترید سیلیسیم حاوی نانولولههای کربنی چند دیواره از پرس ایزواستاتیک گرم استفاده میشود. از خواص مکانیکی قابل توجه این نانوکامپوزیتها میتوان به استحکام خمشی و مدول الاستیک قابل توجه آنها اشاره کرد [30].
نانوکامپوزیت هاي پایه فلزي
کامپوزیتهای پایه فلزی، کم وزن و سبک بوده و به علت استحکام و سختی بالا کاربردهای وسیعی در صنایع خودرو و هوا – فضا پیدا کردهاند. اما این کاربردها به لحاظ کم بودن قابلیت کشش در این کامپوزیتها محدود شده است. تبدیل کامپوزیت به

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه رایگان درباره اکسیداسیون، هزینه تولید، دینامیکی Next Entries پایان نامه رایگان درباره نفت و گاز، فناوری نانو، پذیرش تکنولوژی