اثر نانوخاك‌رس بر خواص مكانيكي و رفتار فداشوندگي عايق گرمايي بر پايه لاستيك نيتريل

Effect of Nanoclay on Mechanical Properties and Ablation Behavior of a Nitrile-Based Heat Insulator

يكي از مهم‌‌‌ ­ترين كاربردهاي مواد الاستومري فداشونده، عايق گرمايي موتور موشك است. احتراق سوخت جامد در موتور موشك، محيطي متلاطم متشكل از گازهايي با سرعت بيش از m/s 1000، دماي بيش از C?3000 و فشاري متجاوز از MPa10 ايجاد مي­كند كه هر آلياژ فلزي را تخريب مي­كند. عايق­هاي گرمايي نانوكامپوزيتي الاستومري در مقايسه با عايق­ هاي گرمايي مشابه بر پايه غيرالاستومري، به دليل تحمل تنش ­هاي گرمايي و تغيير شكل بيشتر مورد توجه ويژه هستند. لاستيك نيتريل با خواص گرمايي مناسب گزينه مناسبي براي چنين كاربردهاست. امروزه تلاش براي افزايش كارايي خواص فداشوندگي اين عايق ­ها مورد توجه پژوهشگران است. تاكنون پژوهش‌هاي اندكي در زمينه استفاده از نانوذرات خاك‌رس براي افزايش خواص فداشوندگي و مكانيكي عايق گرمايي فداشونده الاستومري موتور موشك انجام شده است. در اين پژوهش، به كمك نانوفناوري، عايق فداشونده الاستومري با خواص فداشوندگي و مكانيكي برتر ارايه شد. نتايج نشان داد، عايق گرمايي نانوكامپوزيتي الاستومري حاوي %15 وزني نانوخاك‌رس، در مقايسه با نوع كامپوزيتي، مشخصه‌هاي برتر زير را نشان مي‌دهد: %46 استحكام كششي بيشتر، %60 كرنش در نقطه پارگي زيادتر، 7/1 برابر مدول كششي بيشتر (در 100% كرنش) نسبت به كامپوزيت الاستومري، %62 افزايش در عدد شاخص عايق، %36 كاهش در سرعت‌هاي فداشوندگي جرمي و پسروي سطح تحت شار گرمايي 2kW/m2500 به مدت s 15

Thermal insulation of rocket motor chamber is one of the most important functions of elastomeric ablative material. Combustion of solid rocket motor propellant produces turbulent media containing gases with a velocity more than 1000 m/s, temperature and pressure more than 3000°C and 10 MPa, respectively, which destroys all metallic alloys. Elastomeric nanocomposite heat insulators are more attractive subjects in comparison to their non-elastomeric counterparts, due to their excellent thermal stresses and larger deformation bearing capacity. Nitrile rubber with high thermal properties is a proper candidate in such applications. Development in ablation performance of these heat shields is considered as an important challenge nowadays. A few works have been recently carried out using organoclay to enhance the ablation and mechanical properties of heat insulators. In this work, an elastomeric heat insulator with superior ablative and mechanical properties was presented using nanotechnology. The results showed that an elastomeric nanocomposite heat insulator containing 15 wt% organoclay exhibits superior characteristics compared to its composite counterpart such as: 46% more tensile strength, 60% more elongationat- break, 1.7 times higher modulus (at 100% strain), 62% higher “insulating index number” and 36% lower mass ablation and erosion rates under a standard test with a heat flux of 2500 kW/m2 for 15 s.