بهينه سازي ضرايب هدايت حرارتي جامد و تشعشعي فوم هاي پليمري با استفاده از روش رويه پاسخ براساس يك مدل تئوري جديد

Optimization of solid and radiation thermal conductivity of polymeric foams using response surface method based on a novel theoretical model

فوم هاي پليمري يكي از بهترين كانديداها به منظور ساخت عايق هاي حرارتي هستند. بر همين اساس بررسي خواص عايق حرارتي فوم هاي پليمري، در ساليان اخير مورد توجه جوامع علمي قرار گرفته است. در تحقيق حاضر بهينه سازي خواص عايق حرارتي فوم هاي پليمري از دو جنبه ضريب هدايت حرارتي جامد و تشعشعي صورت گرفته است. به اين منظور مدلي تئوري بر مبناي چگالي فوم و اندازه سلولي ارائه شده است. صحت مدل تئوري ارائه شده در قياس با نتايج تجربي متعددي به اثبات رسيده است. نتايج گوياي اين است كه خطاي مدل تئوري ارائه شده كمتر از 5% است. همچنين نتايج نشان دادند كه با كاهش چگالي فوم، ضريب هدايت حرارتي جامد و تشعشعي به ترتيب كاهش و افزايش مي يابد. ضمن اينكه كاهش اندازه سلولي سبب كاهش ضريب هدايت حرارتي تشعشعي مي شود. به منظور بهينه سازي ضرايب هدايت حرارتي جامد و تشعشعي از روش طراحي آزمايش رويه پاسخ استفاده شد. نتايج حاكي از اين بود كه چگالي فوم 23/5كيلوگرم بر متر مكعب و اندازه سلولي 53ميكرومتر، شرايط ساختاري بهينه هستند كه در اين شرايط هر دو ضريب هدايت حرارتي جامد و تشعشعي كمتر از 3ميلي وات بر متر كلوين است. مطابق نتايج آشكار شد كه داده هاي حاصل از مدل تئوري ارائه شده و روش رويه پاسخ تطابق مطلوبي با يكديگر دارند. در اين شرايط بهينه، ضريب هدايت حرارتي كلي فوم پليمري تقريبا 30ميلي وات بر متر كلوين خواهد بود كه در بازه اندازه هاي سلولي مذكور، مقدار بسيار مطلوبي است.

Polymeric foams are one of the best candidates for thermal insulation. Accordingly, to investigate the thermal insulation properties of polymeric foams has attracted the attention of scientific communities in recent years. In this study, optimization of thermal insulation properties of polymeric foams is performed from solid and radiation thermal conductivities points of view. In this regard, a theoretical model based on cell size and foam density is developed. The results of the developed theoretical model are verified in comparison to various experimental results. Based on the results, the error of the theoretical model is lesser than 5%. Decreasing the foam density increases and decreases the solid and radiation thermal conductivity, respectively. Also, the radiation thermal conductivity is decreased by reducing the cell size. Response surface method (RSM) is applied in order to optimize the solid and radiation thermal conductivities. The results illuminate that the foam density of 23.5 kg.m-3 and cell size of 53 μm are the optimum conditions. At the optimum conditions, both of the solid and radiation thermal conductivities are lesser than 3 mW/mK. According to the results, the data obtained from developed theoretical model and RSM are in a good agreement. The total thermal conductivity is 30 mW/mK at optimum conditions which is a desirable value at aforementioned cell size range.