تخمين ضريب هدايت حرارتي فوم هاي پليمري بر مبناي مدلي تئوري بر اساس اندازه سلولي و چگالي فوم

Estimating the Thermal Conductivity of Polymeric Foams Based on a Theoretical Model Using Cell Size and Foam Density

مكانيزم انتقال حرارت فوم هاي پليمري متشكل از سه مكانيزم مختلف از طريق فاز جامد، فاز گاز و تشعشع حرارتي است. ضريب هدايت حرارتي فوم هاي پليمري، متاثر از خواص ساختاري اين مواد است. از آنجايي كه بررسي خواص عايق حرارتي فوم هاي پليمري به دليل وجود خواص مختلف و اثر متفاوت اين خواص بر مكانيزم هاي انتقال حرارت، مشكل است، لزوم استفاده از مدل هاي تئوري مشهود است. تاكنون مدل هاي تئوري مختلفي براي تخمين ضريب هدايت حرارتي فوم هاي پليمري ارائه شده است ولي در اين ميان ارائه يك مدل تئوري كه براساس تعداد كمتري خواص ساختاري كه اندازه گيري آن ها نيز به سهولت انجام گيرد، در كنار دقت و اعتبار كافي مي تواند بسيار مفيد باشد. بر همين اساس در تحقيق حاضر يك مدل تئوري كه صرفا براساس اندازه سلولي و چگالي فوم، ضريب هدايت حرارتي فوم هاي پليمري را تخمين مي زند، ارائه شده است. در قياس با نتايج تجربي مشخص شد كه خطاي مدل تئوري ارائه شده، در بيشترين حالت تقريبا 8% است. در ادامه، اثر دو پارامتر مهم ساختاري، شامل چگالي فوم و اندازه سلولي روي ضريب هدايت حرارتي، مورد مطالعه قرار گرفت. طبق نتايج به دست آمده، براي دست يابي به كمترين مقدار ضريب هدايت حرارتي، چگالي بهينه نياز به شناسايي دارد. از طرفي ديگر، انتقال حرارت گاز بيشترين نقش را در انتقال حرارت كل داشته و به منظور كاهش آن، ايجاد سلول هاي نانومتري به دليل كاهش انتقال حرارت گاز نقش موثري ايفا مي كند.

Heat transfer of polymeric foams is consisting of three different mechanisms including heat transfer through a solid phase, gas phase, and thermal radiation. Thermal insulation properties of polymeric foams are affected by different structural properties. Also, these structural properties have a different influence on the different heat transfer’s mechanisms. Therefore, it is necessary to use theoretical models. Several theoretical models have been presented so far, meanwhile, providing theoretical models that can estimate the thermal conductivity using the easiest measurable properties along with sufficient accuracy and reliability can be very helpful. In this regard in the present study, a theoretical model based on cell size and foam density is developed in order to predict the thermal properties of polymeric foams. It was concluded that the error of the developed theoretical model is lower than 8% in comparison to the experimental results. In the following, the effect of most important structural parameters i.e. foam density and cell size on the thermal conductivity is investigated. Based on the results, determining the optimum density is necessary to achieve the lowest thermal conductivity. Also, the gas thermal conduction has the most contribution to the overall thermal conductivity and achieving the nanometer cell sizes can be useful in order to decrease it.