در مقایسه با پلی یورتان خالص شیب افت جرم در ناحیه دوم بیشتر و یا برابر با شیب افت جرم پلی یورتان است ولی با افزایش نرخ گرمایش و میزان دما، ناحیه دوم کمتر و کمتر شده و در نهایت با وارد شدن به مرحله سوم میزان افت جرم متناسب با دما در مقایسه با پلی یورتان کاهش خواهد یافت. دلیل این امر این است که رفته رفته با افزایش دما مقدار رهایش فسفر موجود در اوره کندانس افزایش یافته و موجب مقاومت در برابر اشتعال گردد.
نمودار پلی‌یورتان/خاک‌رس/ اوره کندانس میزان افت جرم و شیب افت جرم در نرخ های گرمایش متفاوت در ناحیه دوم با هم برابرند.
در مرحله سوم از تجزیه؛ نانوکامپوزیت پلی‌یورتان/نانورس/اوره کندانس با دو مکانیسم متفاوت تجزیه خواهد شد؛ در ابتدا با افزایش دما و نرخ گرمایش تا دمای ۴۴۵ درجه سانتیگراد رفته رفته نمودار افت جرم با نرخ‌های گرمایش متفاوت به هم نزدیک می‌شود. با توجه به نتایج مشاهده شده در نمودار TGA پلی‌یورتان/اوره کندانس این نوع رفتار در این محدوده‌ی دمایی خاص را به اوره کندانس و عملکرد آن نسبت داد. بعد از گذاشتن از این نقطه رفتارهای حرارتی متفاوتی تا رسیدن به مرحله چهارم در هر نرخ گرمایش مشاهده می‌شود.
در نمودار پلی‌یورتان/خاک‌رس/ اوره کندانس در مقایسه با پلی یورتان/خاک‌رس؛ افت جرم در اوایل ناحیه دوم با سرعت کمتری اتفاق میافتد(اثر برهم افزایی نانو و اوره) ولی بعد از مقداری افزایش دما میزان آن برابر با افت جرم پلی‌یورتان/نانو(کاهش اثر نانو) خواهد شد. با شروع ناحیه سوم میزان افت جرم بشدت کاهش یافته(افزایش اثر اوره کندانس) و مقاومت حرارتی بسیار بالاتر از نمونه پلی یورتان/خاک‌رس می‌شود.
در نمودار پلی‌یورتان/خاک‌رس/ اوره کندانس در مقایسه با پلی یورتان/اوره کندانس؛ همانطور که مشاهده می‌شود در اوایل ناحیه دوم میزان افت جرم در نانوکامپوزیت پلی یورتان/اوره کندانس کمتر از افت جرم در کامپوزیت پلی‌یورتان/اوره کندانس است که همانطور که گفته شد بدلیل اثر هم افزایی خاک‌رس و اوره کندانس است. مقدار افت جرم در شروع ناحیه سوم با هم برابر شده و باز هم بعد از این نقطه میزان افت جرم در نانو کامپوزیت کاهش می‌یابد.
مرحله چهارم؛ این مرحله نشان‌دهنده مقدار بقایای نهایی از تخریب حرارتی است. همانطور که درنمودار کلی نمونه‌ها در شکل ‏۴‑۵ مشاهده میشود، میزان ذغال باقیمانده در پلی یورتان کمترین مقدار و با فاصله کمی از آن پلی‌یورتان/خاک‌رس و بعد از با فاصله نسبتا زیادی پلی‌یورتان/خاک‌رس و در نهایت نانوکامپوزیت پلی‌یورتان/خاک‌رس/اوره کندانس قرار گرفته است. لذا با توجه به مشاهدات می‌توان گفت که اثر خاک رس برروی نتایج و مقادیر باقیمانده از نمونه‌ها در دماهای بالا به مراتب کمتر از اثر اوره کندانس است.
این دو ماده بر روی هم اثر هم‌افزایی^[۲۷۸] داشته و البته این اثر کاملا وابسته به دما بوده و در دماهای مختلف این مقدار برهم‌افزایی تغییر میکند.
اثر اوره کندانس بویژه در دماهای بالا قابل مشاهده است اما در دماهای پایین بر روی شروع تخریب اثر منفی گذاشته و باعث شروع زودتر تخریب خواهد شد. اما نانو خاک‌رس مورد استفاده در دماهای بالا تأثیر زیادی بر روی پلی یورتان نگذاشته اما تأثیرات زیادی در دماهای پایین بوِیژه در ناحیه دوم از تجزیه حرارتی روی پلی‌یورتان خالص می‌گذارد.
در مجموع با حضور تأخیر دهنده اشتعال و نانو‌خاک‌رس در نانوکامپوزیت پلی‌یورتان/نانورس/اوره کندانس، شاهد افزایش پایداری حرارتی در نانوکامپوزیت خواهیم بود. در دماهای پایین بدلیل اثر خاک‌رس دمای شروع تجزیه با پلی یورتان خالص برابر خواهد شد و در دماهای بالا به دلیل حضور اوره کندانس میزان ذغال باقیمانده؛ که خود عاملی در برابر هدایت حرارت و سپر و محافظ حرارتی است؛ افزایش خواهد یافت.
با توجه به نتایج بدست آمده از آزمون تفاضل روبشی حرارتی و سطح زیر نمودار هر کدام از نمونه‌ها، نتایج حاصله از مدل هدایت حرارتی می‌توان گفت که با وجودیکه مقدار هدایت حرارتی در تمام نمونه‌ها در دمای محیط به هم نزدیک است و با افزایش دما و افت جرم و ذغالی شدن نمونه‌ها، بطور طبیعی انتظار می‌رود که میزان تخریب؛ لحظه به لحظه افزایش یابد اما روند مکانیسم تجزیه و برهمکنش موجود میان پرکننده‌ها به نحوی است که باعث می‌شود اثر تأخیر در اشتعال را مشاهده کنیم و یکی از شواهد این قضیه داده‌های بدست آمده و محاسبه شده از آزمون تفاضل روبشی حرارتی است. همانطور که از نتایج گرمای تجزیه در طول واکنش هر کدام از نمونه‌ها مشاهده می‌شود؛ مقدار گرمای تجزیه آزادشده برای نمونه پلی‌یورتان/نانورس/اوره کندانس از همه نمونه‌ها به مراتب کمتر است.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

همچنین این مقدار برای نمونه پلی‌یورتان/نانورس نیز نسبت به دو نمونه‌ دیگر کمتر است. پس می‌توان گفت که اثری که نانورس در کاهش گرمای تجزیه حاصل از واکنش دارد بر اثر ایجاد لایه‌های محافظ در برابر حرارت است که اجازه انتقال گرمای تجزیه و گازهای حاصل از تجزیه را به ماده کمتر می‌دهد. نکته قابل توجه و حائز اهمیت این است که ترکیب اوره کندانس و نانورس با پلی‌یورتان بشدت باعث کاهش گرمای حاصل از تجزیه در نانوکامپوزیت شده است و اثر تأخیر در اشتعال؛ با افزودن اوره کندانس بشدت افزایش می‌یابد، اما نمونه حاوی اوره کندانس میزان گرمای تجزیه بیشتری؛ حتی نسبت به پلی‌یورتان خالص؛ دارد، نتیجه اینکه اوره کندانس به تنهایی برای کاهش گرمای تجزیه طی فرایند اثر مطلوبی نخواهد داشت.
با توجه به نتایج مشاهده شده و بدست آمده؛ می‌توان نتیجه گرفت که میان اوره کندانس و نانورس برهمکنشی اتفاق میفتد که باعث ایجاد اثر برهم‌افزایی شده و میزان گرمای حاصله از تجزیه و بعبارتی میزان و سرعت تجزیه بشدت کاهش پیدا خواهد کرد.
در واقع با توجه به تحقیق انجام شده توسط Duquesne و همکاران[۱۰۲] و دیگر مقالات ارائه شده در زمینه پلی یورتان تحت شرایط و اتمسفر اکسیژن، نخست اینکه روند تجزیه و افت جرم به صورت دو مرحله‌ای انجام خواهد شد. البته این روند در برخی پلی یورتان‌ها به دلیل وجود ساختار زنجیره نرم و سخت^[۲۷۹] نیز تحت شرایط اتمسفر نیتروژن مشاهده شده است.
تحت شرایط اتمسفر اکسیژن، شرایط متفاوتی را شاهد هستیم، در این شرایط؛ شاهد پروفایل افت وزن دو مرحله‌ای هستیم در صورتیکه تحت اتمسفر خنثی و نیتروژن شاهد یک تجزیه تک مرحله‌ای بودیم.[۹۴] میزان بقایای ذغال نیز طی هر زمان از فرایند تجزیه؛ تحت شرایط اکسیژن بیشتر از اتمسفر نیتروژن است. زمانیکه لایه تحت مجاورت یک نرخ گرمایش تک بُعدی قرار می‌گیرد، در طول ضخامت لایه این افزایش دما یکسان نیست. نزخ گرمایش در لایه با افزایش فاصله از سطح در مجاوت شعله دچار کاهش می‌شود، از این موضوع جهت توصیف و بهبود مدل حرارتی می‌توان استفاده نمود.[۹۴]
در واقع اتمسفر اکسیژن باعث پایداری ماده در محدوده دمایی ۳۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد خواهد شد. همچنین وجود اکسیژن باعث تخریب در دمای بین ۵۴۰ تا ۴۸۰ درجه سانتیگراد خواهد شد. در دمای ۳۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد، ما شاهد یک رقابت اکسیداسیونی(کاهش جرم پلی‌یورتان) و واکنش با اکسیژن (افزایش جرم پلی‌یورتان) هستیم.[۱۰۲]
با افزایش نرخ گرمایش؛ تجزیه کامپوزیت به سمت دماهای بالاتر شیفت میکند. همچنین روند تخریب دو مرحله ای مشاهده شده در نرخ‌های گرمایش پایین تبدیل به روند تخریب یک مرحله‌ای خواهد شد.[۹۴]
همانطور که از نتایج مشخص شد؛ پلی‌یورتان‌/نانورس/اوره کندانس نسبت به دیگر نمونه‌ها دارای پایداری حرارتی بالاتری است؛ در نتیجه در آتش به میزان کمتری پیرولیز می‌شوند و تولید دود کمتری خواهد کرد. علاوه بر این، افزایش میزان تشکیل ذغال یکی از راه های کم کردن پیرولیز و در نتیجه کاهش میزان تولید دود است. همچنین افزایش مقدار مواد معدنی اوره کندانس و نانورس نیز باعث کاهش تولید دود خواهد شد؛ زیرا مقدار ماده آلی کمتری وجود خواهد داشت تا تولید دود نماید. افزایش نرخ و میزان بر همکنش تجزیه باعث افزایش نرخ رهایش حرارت و دانسیته دود شده و به همین خاطر رابطه زیادی بین این دو خواص بر همکنش آتش برقرار و موجود است.
تشکیل ذغال باعث سنگین شدن و عدم تصاعد گازهای ناپایدار قابل اشتعال شده و در نتیجه برای ادامه اشتعال به مقدار بیشتری اکسیژن نیاز است. به‌علاوه نوع و میزان مواد تأخیردهنده اشتعال و همچنین اشتعال‌پذیری ماتریس بر روی میزان LOI اثرگذار است. البته همانطور که گفته شد؛ نمی توان از شاخص محدودیت اکسیژن به عنوان یک اندازه و پارامتر کمی برای اندازه گیری مقاومت اشتعال استفاده کرد. اما می‌توان از آن برای رتبه‌بندی اشتعال مواد کامپوزیتی مختلف (البته با احتیاط) استفاده کرد.
مقایسه نتایج مدلسازی‌ها با نتایج آزمایشگاهی
نتایج ارائه شده مربوط به مدل سینتیکی و پارامترهای سینتیکی سه گانه بدست آمده برای هر کدام از نمونه‌ها نیز تأیید کننده نتایج مربوط به گرمای تجزیه بدست آمده برای هر نمونه می‌باشد. همانطور که در جدول مشاهده می‌شود مقدار انرژی فعالسازی برای نمونه پلی‌یورتان/نانورس/اوره کندانس از همه نمونه‌ها بیشتر است. در مقابل نمونه پلی‌یورتان/اوره کندانس کمترین مقدار انرژی فعالسازی را به خود اختصاص داده است. مقدار انرژی فعالسازی نمونه پلی‌یورتان حاوی نانو از مقدار بدست آمده برای پلی‌یورتان خالص بیشتر است.
شکل ‏۴‑۶: مقایسه نمودارهای انرژی فعالسازی در برابر افت جرم در تمامی نمونه‌ها
از نمودار انرژی فعالسازی(J/mol) در برابر افت جرم(شکل ‏۴‑۶) می‌توان نتیجه گرفت که روند تغییرات انرژی فعالسازی در پلی‌یورتان و پلی‌یورتان/نانو تقریباً نسبت به دو نمونه دیگر یکنواخت‌تر است. البته بهبود خاصیت نآخیر در اشتعال در نمونه حاوی نانو نسبت به نمونه خالص مشهود است.
در میزان‌های پایین افت جرم همانطور که مشاهده می‌شود اوره کندانس باعث کاهش انرژی فعالسازی می‌شود و رفته‌رفته با افزایش افت جرم و بعبارتی افزایش دما؛ میزان تأثیر اوره بویژه در مقادیر افت جرم بالاتر از ۵۵/۰ افزایش خواهد یافت. در مقابل نانورس در میزان‌های پایین افت جرم، میزان انرژی فعالسازی را نسبت به اوره خیلی بیشتر افزایش داده است و در مقابل در افت جرم‌های بالا و بعد از افت جرم ۵/۰ و بعبارتی در دماهای بالاتر، این انرژی فعالسازی کاهش یافته است. حال با ترکیب این دو ماده؛ تقریباً در تمامی افت جرم‌ها؛ چه در دماهای بالا و چه در دماهای پایین؛ مقدار انرژی فعالسازی بشدت افزایش یافته است.
همانطور که مشاهده می‌شود؛نتایج حاصل از مدل سینتیکی تأیید کننده نتایج بدست آمده از نحوه تأثیر پرکننده در دماهای مختلف آزمون گرماوزن‌سنجی است.
نتایج مربوط به مدلسازی پاسخ حرارتی هر کدام از نمونه‌ها بصورت شکل ‏۳‑۱۷ تا شکل ‏۳‑۲۰ نشان داده شده است.
همانطور که مشاهده می‌شود؛ در نمودار جمعی حاصل از مدل، در ابتدا و انتهای نمودار افت جرم در برابر دما، نتایج مدل با نتایج آزمایشگاهی بیشترین تطابق رانشان داده است. البته میزان تطابق در مرحله اول تجزیه نسبت به مرحله چهارم به مراتب بیشتر است. دلیل این امر را می‌توان به وابستگی دمایی پارامترهای بدست آمده، دانست. در مرحله اول تجزیه افزایش دما بر روی هدایت حرارتی و ظرفیت حرارتی تأثیر چندانی نمی‌گذارد و همچنین واکنش شیمیایی و واکنش تجزیه رخ نمی‌دهد. این امر در انتهای فرایند تجزیه و مرحله ذغالی شدن نیز دیده می‌شود البته باز در آن مرحله؛ ذغال وابستگی حرارتی بیشتری نسبت به مرحله اول دارد اما باز هم پارامترهای فیزیکی-حرارتی میزان تغییرات کمتری نسبت به افت جرم و دما از خود نشان می‌دهد و در برخی مراجع حتی میزان این وابستگی را صفر در نظر گرفته‌اند. به عبارت دیگر هر چه میزان ذغال در نمونه افزایش می‌یابد اختلاف میان نتایج کاهش می‌یابد. در فاصله دمایی۵۰۰-۲۵۰ درجه سانتیگراد نیز رفتار کلی افت جرم بر اساس کاهش دما و نحوه اثرگذاری تأخیر دهنده‌های اشتعال در مدل با نتایج آزمایشگاهی مطابقت دارد.
شکل ‏۴‑۷: نمودار جمعی بدست آمده از مدلسازی پاسخ حرارتی- افت جرم در برابر دما