Aerojel içermeyen keçe tela kompozit yapı ve aerojel katkılı tela ile oluşturulan yapıların ses yutma katsayıları. Aerojel içermeyen keçe tela kompozit yapı ve aerojel katkılı tela ile oluşturulan yapıların ısıl iletkenliği.
GİRİŞ
Bu tez, aerojellerin yüksek yüzey alanı, yüksek gözenekliliği, düşük yoğunluğu ve iyi termal ve akustik yalıtım özelliklerinden yararlanmayı amaçlamaktadır. Bu nedenle özellikle araçların motor ve iç kabinlerinde ısı ve ses yalıtımı sağlamak için kaplama olarak kullanılan non-woven yüzeylerin ısıl ve akustik performansını iyileştirmek için uygulamanın aerojellerle yapılması gerektiği düşünülmektedir. otomotiv sektörü sonuçları olumlu etkileyecektir.
KURAMSAL TEMELLER ve KAYNAK ARAŞTIRMASI
Akustik
- Ses İle İlgili Temel Kavramlar
- Gürültü Ve Etkileri
- Otomotivde Gürültü Kontrolü
- Empedans tüpü test metodu
E ve ρ, basınç ve sıcaklığın bir fonksiyonudur, dolayısıyla ortamdaki sesin hızı da sıcaklık ve basınca göre değişir. Bu nedenle lifin yüzey pürüzlülüğünün ve yüzey alanının artması, yapıdaki büzülmeyi artırarak ses yalıtımını artırmak için uygulanan temel prensiptir.
Termal İletkenlik
- Gözenekliliğin Termal İletkenliğe Etkisi
- Termal İletkenliğin Ölçüm Teknikleri
- Otomotivde Termal İletkenlik
Isı yalıtım özelliği daha yüksek ve maliyeti daha düşük olan katı polimerler ve seramikler (özellikle amorf silis), ısıl iletkenlik değerleri en düşük olan malzeme yapılarıdır. Kurumsal Ortalama Yakıt Ekonomisi (CAFE) standardı, otomotiv endüstrisindeki tüm orijinal ekipman üreticilerinin (OEM'ler) ortalama filo ağırlığına göre yakıt verimliliği hedefini karşılamasını gerektirir. Katedilen kilometre başına CO2 emisyonu (g/km) açısından, binek otomobiller için ortalama yakıt tüketimi hedefi de çoğu ülke ve bölge için zorlayıcı olabilir.
Yakıt ekonomisinin ve emisyon kontrolünün iyileştirilmesinin yanı sıra, daha yüksek performansa ve daha kolay geri dönüştürülebilirliğe daha fazla önem verilmesi, daha hafif, daha güçlü ve daha çevreci otomobiller geliştirmeye yönelik teşvikleri artırıyor. Elektrikli araçların pazardaki penetrasyonunu artırmak için elektrik motorlarının daha güçlü olması ve daha yüksek güç yoğunlukları, daha yüksek tork yoğunlukları ve daha yüksek hızlar sağlaması gerekir. Genel olarak, motorlar daha yüksek güç yoğunlukları için tasarlandığından, motorlardaki kayıp yoğunluğu hızla artarak termal yönetimi zorlaştırır ve performans ölçümleri için ana sınırlayıcı faktör haline gelir.
Aerojel
- Aerojellerin İçeriklerine Göre Sınıflandırılması
- Aerojellerin Kurutma Şekillerine Göre Sınıflandırması
- Aerojeller Ve Sentez Adımları
- Aerojellerin Örnek Uygulama Çalışmaları
Aerojellerin hazırlanmasında, geleneksel sol-jel tekniği, aerojeli sentezlemek için kullanılan ana prekürsöre bağlı olarak tek adımlı, iki adımlı veya çok adımlı olarak kullanılabilir. Taramalı elektron mikroskobu sonuçlarına göre PC/PMMA/SA (25/75/3) kompoziti en iyi dağılımı, PC/PMMA/SA (75/25/25/5) kompoziti ise çekmede en iyi sonuçları vermiştir. güç ve Young modülü. Çalışma ayrıca PC/PMMA/SA'nın ortalama olarak PC/PMMA'dan daha yüksek ışık absorpsiyonuna sahip olduğunu gösterdi.
Çalışma sonucunda PC/PMMA/SA kompozitin olası izolasyon ve şeffaflık uygulamalarında kullanılmasının uygun olacağı belirtilmiştir. Çalışma sonucunda, TGA analizlerinde 600 °C'de silika aerojel ve silanla modifiye edilmiş SiO2'nin %13,19 oranında eklenmesiyle hazırlanan reçine kaplı kumaşın ısıl kararlılığının önemli ölçüde arttığı belirtildi. Amorf silika aerojel ile işlenmiş polyester/polietilen dokunmamış ısıl sargılar, Venkataraman, M., ve diğerleri tarafından araştırılmış ve bunların sıfırın altındaki sıcaklıklarda termodinamik özellikleri karakterize edilmiştir.
MATERYAL ve YÖNTEM
Kullanılan Malzemeler
- Keçe
- Tela
- Silika Aerojel Sentezinde Kullanılan Kimyasal Malzemeler
- Poliimid Aerojel Sentezinde Kullanılan Kimyasal Malzemeler
- Silika-Poliimid Hibrit Aerojel Sentezinde Kullanılan Kimyasal Malzemeler
Monolitik Poliimid Aerojel sentezinde Sigma Aldrich'ten temin edilen 4,4'-oksidianilin (ODA) (saflık değeri Bifeniltetrakarboksilik dianhidrit (BPDA) (saflık değeri %97), piromelitik dianhidrit (PMDA) (saflık değeri Benzentrikarboniltriklorür (saflık değeri) ) ) ) saflık değeri %98 , N-Metil-2-Pirolidon (NMP) ve elde edilen metanol (MetOH) (saflık değeri %99,8) Silika-Polyimid hibrit aerojel sentezinde, metanol (MetOH) (saflık değeri %) den temin edilmektedir. Sigma Aldrich firması kullanılmıştır 99.8), tetraetil ortosilikat (TEOS) (saflık değeri oksidianilin (ODA) (saflık değeri Bifeniltetrakarboksilik asit dianhidrit (BPDA) (saflık değeri %97), piromelitik dianhidrit (PMDA) (saflık değeri Benzentrikarboniltriklorür (saflık değeri) BTC) BTC ) (%98 saflıkta)), Isolab firmasından temin edilen N-Metil-2-Pirolidon (NMP) ve %25 amonyum hidroksit (NH4OH) ve 0,5 N hidroklorik asit (HCl) kimyasalları kullanılmıştır (Tablo 3.1 ve 3.2).
Yöntem
- Aerojellerin Sentezlenmesi
- Aerojellerin Toz Formunda Kompozit Yapıya Uygulanması
- Aerojellerin Film Formunda Kompozit Yapıya Uygulanması
- Aerojellerin Kaplama Yöntemi İle Kompozit Yapıya Uygulanması
- Aerojellerin Daldırma Yöntemi İle Kompozit Yapıya Uygulanması
- Süperkritik Kurutma İşlemi
- Isıl Pres İle Form Verme
- Aerojel Aktarılmış Keçe Malzemelerin Termal İletkenlik Ölçümü
- FT-IR Analizi
- SEM Analizi
- TGA Analizi
Sol-jel yöntemiyle sentezlenen ve aerojellerin sentezi bölümünde anlatıldığı gibi 48 saat yaşlandırılan Si, PI ve PI-Si jelleri 100 bar'da 40 derecede süperkritik kurutmaya tabi tutuldu. Toz haline getirilmiş aerojeller (Şekil 3.1), 6 cm çapındaki ara kesim ile keçe arasına keçe-ara katman kombinasyonunun ağırlıkça %10'u yerleştirilerek oluşturulmuştur. Aerojellerin kompozit yapıya film formunda uygulanması.. jel yöntemi ile sentezlenen ve 48 saat yaşlandırılan Si, PI ve PI-Si jelleri 100 bar'da 40 derecede süperkritik işleme tabi tutuldu.
Formfleks'in kullandığı PU reçineye %1 ilave edilerek SA katkılı PU tabakası, PIA katkılı PU ve PISA katkılı PU film tabakası Şekil 3.2'de gösterildiği gibi elde edildi. Aerojel tozu hazırlama, astarlama ve keçeleme işlemlerinin son aşaması olan süperkritik kurutma işlemi Superex Aero-1000 ile gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.5). Hazırlanan astar keçe kombinasyonlarının kompozit malzemeye dönüştürülmesi işlemi Bursa Teknoloji Koordinasyon Araştırma ve Geliştirme Merkezi'nde Şekil 3.6'da görülen POLMAK-PLM30T cihazında 170 °C'de gerçekleştirilmiştir.
BULGULAR ve TARTIŞMA
Aerojelsiz Tela-Keçe Kompozit yapının incelenmesi
Geri dönüştürülmüş keçenin SEM görüntüsü (Şekil 4.3), düzensiz şekilli liflere ve ağ yapısına sahip oldukça gözenekli bir yüzey göstermektedir. Yüzeyin bazı alanları daha homojen bir lif dağılımı ile daha pürüzsüz görünürken, diğer alanlar daha pürüzlü ve dokulu görünür. Genel olarak, SEM görüntüsü, geri dönüştürülmüş keçenin yüksek derecede gözenekliliğe sahip karmaşık, heterojen bir malzeme olduğunu göstermektedir.
Polyester astarın SEM görüntüsü (Şekil 4.4), hafif pürüzlü bir dokuya ve rastgele bir elyaf dağılımına sahip bir yüzeyi göstermektedir. Bazı alanlar daha kompakt ve yoğun bir şekilde paketlenmiş görünürken, diğerleri daha gevşek, daha açık bir yapıya sahiptir.
Toz Formunda Uygulama
Isıl iletkenlik performanslarına bakıldığında SA tozu içeren yapının diğer yapılara göre en iyi değere sahip olduğu görülmüştür. Gaz fazı küçük hücreler/gözenekler içinde tutulur, yani gaz MFP'lere (atmosferik basınçta ve haznede. Aerojel tozu, üç boyutlu bir yapı oluşturan birbirine bağlı nano boyutlu parçacıklardan oluşan bir ağdan oluşan oldukça gözenekli bir malzemedir.
Bu benzersiz yapı, aerojel tozuna, çok düşük termal iletkenlik de dahil olmak üzere olağanüstü termal özellikler verir. Bununla birlikte, PISA hibrit toz yapısında gözlenen termal iletkenlik artışının, sıkıştırma veya yüksek sıcaklıklara maruz kalma nedeniyle çökmüş veya daha az düzenli hale gelmiş olabileceğine ve bunun sonucunda termal iletkenliğin artmasına neden olduğuna inanılmaktadır. Keçe kompozit yapı ile %10 aerojel (1: standart keçe + standart ara katman, 3: standart keçe + %10 PIA tozu + standart ara katman, 4: standart keçe + %10 SA tozu + standart ara katman) ile oluşturulan yapıların ısıl iletkenliklerinin karşılaştırılması, 5: standart keçe + %10 PISA tozu + standart ara katman).
Film Formunda Uygulama
Keçe PU film ile %1 Aerojel katkılı PU filmlerin çapraz bağlı kompozit yapısı ile oluşturulan yapıların ses yutum katsayılarının karşılaştırılması. αort2: Standart Keçe + PU Film + Standart Tela, αort6 : Standart Keçe + %1 PIA tozu katkılı PU Film+. Standart Tela, αort7 : Standart Keçe + %1 SA Toz Katkılı PU Film+ Standart Tela, αort8 : Standart Keçe + %1 PISA Toz Katkılı PU Film+ Standart Tela). Ses emme performansını incelerken, ses emilimindeki spesifik iyileşmenin PU köpüğe eklenen aerojel tipine ve miktarına bağlı olduğunu ve genel olarak karışımdaki aerojel miktarını artırmanın daha iyi performansa yol açabileceğini yukarıda belirtmiştik. ses emilimi. ancak yoğunluk, dayanıklılık ve termal iletkenlik gibi diğer özellikleri de etkileyebilir.
Burada %1 SA ve PIA yapılarının PU köpük ile karışımında ses yutma özellikleri iyileştirilmiş olmakla birlikte, termal iletkenlik. Termal iletkenlik sonuçları incelendiğinde, PISA - PU filmin yapısının, özellikle silis varlığında mikroskobik düzensizliklerin oluşumunu etkilediği varsayılmaktadır. Keçeden yapılan PU film kompozit yapı ile %1 aerojel ilavesi ile PU filmlerle oluşturulan yapıların ısıl iletkenliklerinin karşılaştırılması.
Kaplama Formunda Uygulama
FT-IR ara katman diyagramının PIA (a) ve aerojelsiz FT-IR ara katman diyagramı (b) ile karşılaştırılması. SA (a) içeren ara katmanın FT-IR diyagramlarının ve aerojel içermeyen ara katmanın (b) FT-IR diyagramlarının karşılaştırılması. FT-IR ara katman diyagramının PISA (a) ve aerojelsiz FT-IR ara katman diyagramı (b) ile karşılaştırılması.
1500 cm-1 seviyesindeki C=C aromatik bağ tepe noktası, PIA ara bağlantısının FT-IR diyagramında da görülebilir. Aerojel astarlı yapıların ses yutum katsayıları karşılaştırıldığında (Şekil 4.15), telalı aerojel yapıların aerojelsiz yapılardan daha iyi performans gösterdiği görülmektedir. Astarlı yapıların aerojel ile ısıl iletkenlikleri karşılaştırıldığında (Şekil 4.16), tela şeklindeki aerojel yapılarının aerojelsiz yapıya göre daha iyi performans gösterdiği görülmektedir.
Daldırma Formunda Uygulama
Aerojel katkılı keçe astar kompozit yapı ile aerojel katkılı astarın termal iletkenliklerinin karşılaştırılması. Keçenin FT-IR diyagramının PIA (a) ile ve aerojelsiz keçenin FT-IR diyagramlarının (b) karşılaştırılması. Keçenin FT-IR diyagramının SA (a) ile ve aerojelsiz keçenin FT-IR diyagramının (b) karşılaştırılması.
Aerojel içermeyen keçe kompozit yapı ile aerojel eklenmiş keçe yapıların ses yutum katsayılarının karşılaştırılması. Aerojel eklenmemiş bir kompozit keçe ara katman yapısının ve aerojel eklenmiş kalıplanmış bir keçe ara katman yapısının termal iletkenliğinin karşılaştırılması. Ayrıca yapının tuzla dolu olması nedeniyle hem eskitme fazında hem de süperkritik fazda proseslerin etkinliğinin doğrulanması gerekmektedir.
Sentezlenmiş Olan Aerojel Yapıların TGA Grafiklerinin incelenmesi
Hem PIA hem de SA TGA grafikleri ve bu grafik yapıların ana yapısının 600 °C'ye kadar korunduğunu göstermektedir. Ancak literatürde PI'nin sıcaklıkla gözenekli yapısını kaybettiği ancak hibrit yapıda Si tarafından bu yapının korunduğu da belirtilmektedir.
Tüm numunelerin termal ve ses iletim değerlerinin karşılaştırılması
Yapılan araştırmalarda en iyi sonuçların gerek giysilik olarak gerekse üretim sırasında elyafa yapılan feminizasyon işlemi sırasında partiküllerin dokusuz yüzeylere orantılı olarak verilmesi şeklinde elde edildiği görülmektedir. yapının. Ayrıca yapılan literatür araştırmasında uygulamada kullanılacak aerojel partiküllerinin boyutlarının, uygulama şeklinin, oranlarının ve yapı içindeki dağılımlarının da yapılacak uygulamaya bağlı olarak önemli olduğu belirlenmiştir. Ayrıca bir diğer önemli nokta da aerojel ile yapılan çalışmalarda belirtildiği gibi aerojel miktarının yüksek olması yapının performansını her zaman artırmamaktadır.
Termal (Şekil 4.27) ve empedans (Şekil 4.28) performansını karşılaştırırken, Standart Keçe + %10 SA Toz + Standart Tela, Standart Keçe + %1 PISA Toz Katkılı PU Film + Standart Tela, Standart Keçe + PIA Tela, Standart Keçe diyagramlar + SA Tela ve Standart Keçe + PISA Tela numunelerinin olduğunu göstermektedir. Ancak bahsedildiği gibi partikül boyutunun, numunenin kalınlığının ve yapıdaki homojen dağılımın sonuçları etkileyebileceğine inanılmaktadır. Yapıda Si varlığı, ısıl işlem sonrasında gözenek boyutlarını koruduğu için, silika içeren yapıların performansının diğer yapılardan daha iyi olduğu görülmektedir.
SONUÇ
Çalışmada literatürdeki veriler doğrultusunda gözenekliliğin ısıl ve akustik özelliklerini artırma sonuçları gözlenmiştir. Bunun sebebinin yapı arasında kalmaları ve gözenekli yapının yetersiz oluşması nedeniyle daha rijit bir yapı oluşması olduğu düşünülmektedir. Daha önceki çalışmalarda belirtildiği gibi, gözenekli yapının termal ve akustik performansını artıran açık gözenekli yapıların korunmasında Silika'nın kantitatif varlığı önemlidir.
Özellikle motorlu araçlarda ihtiyaç duyulan kompozit yapıların ince, hafif, termal ve akustik özelliklerinin elde edilmesi için elde edilen sonuçların umut verici ve geliştirilmeye açık olduğu düşünülmektedir. Hidratlı cam geçiş katmanlarıyla ilgili bileşimlerle jellerin sol-jel sentezi ve karakterizasyonu. Tekstil yapısının ve silika bazlı aprenin pamuklu kumaşların ısı yalıtım özelliklerine etkisi.
