٢٠١١ ١ العدد ٤مجلة القادسیة للعلوم الھندسیة المجلد ١٨١ التسليح بألياف هجينة وتأثيرها على التوصيل الحراري لمادة متراكبة بولميرية ي إبراهيم الموسويعل. م.م بابل–المعهد التقني الخالصة تهدف هذه الدراسة إلى البحث في تأثير التسليح بألياف هجينة مكونة من ألياف النخيل الطبيعية وألياف تم تسليح الراتنج بألياف النخيل الطبيعية . (AY103)الكاربون على السلوك الحراري لراتنج اإلرلدايت ، (1.75g\cm3) ذات كثافة سطحية) ٠°(ية اإلتجاه أحادخرى مقواة بألياف الكاربونومقارنتها مع مادة ُأ بعدها تم دمج هذين النوعين من األلياف في أرضية واحدة لتكوين مادة متراكبة هجينة والتي تم حساب ادة للم(k) لحساب معامل التوصيل الحراريرإستخدمت معادلة فوري. معامل التوصيل الحراري لها أيضاً لقد أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها من إختبار الموصلية الحرارية إن قيمة التوصيل . المتراكبة الناتجة . هو أعلى منه في حالة التسليح بألياف الكاربون واأللياف الهجينة الطبيعيةالحراري أللياف النخيل .هجينة ألياف لية الحرارية،وِصالممادة متراكبة،: الكلمات الدالة REINFORCING BY HYBRID FIBERS AND ITS EFFECT ON THERMAL CONDUCTING FOR POLYMERIC COMPOSITE MATERIAL Ali I. Al-Mosawi Technical Institute-Babylon ABSTRACT . The aims of this study is to investigation the effect of reinforcing with hybrid fibers included natural palms fibers and carbon fibers on thermal behavior of araldite resin(AY103) . This resin was reinforced with natural palms fibers is studied and compared it with another material reinforced by carbon fibers )°٠( with (1.75g/cm3) density ,and then these two types of fibers combined together in same matrix to make a hybrid composite material and also calculated the range of it's thermal conductivity coefficient .Fourier equation used to calculate the thermal conductivity coefficient(k) to obtained composite material and. the results obtained from thermal conductivity test show that the thermal conducting value of natural palms fibers higher than reinforcing with carbon and hybrid fibers . Keywords: Composite Material, Thermal Conductivity, Hybrid Fibers . ٢٠١١ ١ العدد ٤مجلة القادسیة للعلوم الھندسیة المجلد ١٨٢ ).Introduction( المقدمة عند وجود فرق حراري بين سطحين سوف تنتقل الحرارة من السطح ذو درجة الحرارة األعلى إلى الـسطح وعلى هذا األساس يمكـن تعريـف . ذو درجة الحرارة الواطئة ، وتُعرف هذه الظاهرة بالموِصلية الحرارية رة عبر وحدة المساحة خالل وحدة الزمن عند وجود إنحدار الموِصلية الحرارية على إنها معدل إنسياب الحرا تختلف آلية التوصيل الحراري من مادة إلـى أخـرى ] . 1[ حراري بين سطحين مقداره درجة مئوية واحدة تعتمـد . والذي من خالله تُصنف المادة على إنها موصلة أو عازلـة ) صلبة،سائلة،غازية(وحسب حالة المادة . توجيه الجزيئات ،الحجم البلوري ، ودرجة النقاوة : في الراتنجات على عدة عوامل هي الموِصلية الحرارية وهو أحـد أسـاليب إنتقـال (في المواد غير المعدنية ومن ضمنها الراتنجات يكون إنتقال اإللكترونات ضعيفاً ازات الهيكليـة أو ال يكون هناك إنتقال إلكتروني لذلك فإن التوصـيل الحـراري يتحـدد بـاإلهتز ) الحرارة )Structure Vibration ( وهذا السبب هو الذي يجعل من المواد الراتنجية أقـل توصـيالً للحـرارة مـن ]. 2[المعادن .)Composite Materials(المواد المتراكبة مـن هـذا ية والغـرض ئمختلفتي الخواص الميكانيكية والفيزياأو أكثر تتكون المادة المركبة من جمع مادتين على األمثلة يوجد في الطبيعة الكثير من .األصليةستنباط خواص جديدة لم تكن متوفرة في المواد إالجمع هو ـ أما. السليلوز مع مادة الخشب أليافالمواد المركبة ومنها باألليـاف ن تـسليح الراتنجـات إ في الصناعة ف ]:4 [ر مادتين هما لتصنيع مادة مركبة يجب توفو. ]3[ نتشاراًإ األكثرالصناعية هي وتكون أما مواد معدنية أو سيراميكية أو مواد راتنجية وهي األكثر ) : Matrix Material( مواد األساس-١ ومن األمثلة على المواد الراتنجية . إستعماالً وإنتشاراً ِلما تتميز به من خواص ميكانيكية وعزل حراري جيد .لبولي أسترهو راتنج الفينول ، اإليبوكسي ، وراتنج ا التسليح ،دة طرق للتسليح منها التسليح بالدقائقهناك ِع): Reinforcement Material( مادة التسليح -٢ باأللياف وكمثال على أنواع األلياف المستخدمة هي ألياف الكاربون وألياف كيفالر و ، والتسليحبالتشتت ما شيوعاً نظراً ِلأكثر مواد التسليح ) Reinforcing by Fibers (باأللياف التسليح يعتبر . ألياف الزجاج بأنواع وأشكال مختلفة فمنها ما يكون بشكل األليافتتميز به من قوة كبيرة مقارنة بالمواد الراتنجية،وتكون بشكل ظفائر محاكةأو طع مقَأومستمر ٢٠١١ ١ العدد ٤مجلة القادسیة للعلوم الھندسیة المجلد ١٨٣ .) 103AY( ))103AY (ResinAraldite(إلرلدايت راتنج ا ة ب مجموعـة الراتنجـات المتـصل والذي يقع ضمن اإليبوكسي إلى راتنج (AY103)إلرلدايت ي راتنج ا ينتم التي تتألف (Epoxide) يحتوي راتنج اإليبوكسي على مجموعتين أو أكثر من مجاميع اإليبوكسايد. بالحرارة الجزيئـات اُألخـرى من ذرة ُأوكسجين مرتبطة مع ذرتي كاربون ترتبط مجموعة اإليبوكسي كيميائيـاً مـع ـ ت].5 [(Curing)لتشكيل شبكة ثالثية األبعاد ذات ربط تشابكي بعملية المعالجة اإليبوكـسي اتتميـز راتنج بالصالدة والمقاومة الكيميائية العاليتين نسبياً إضافة إلى ذلك يمتلك هذا الراتنج قابلية إلتصاق نـوعي عـالي لمتمثل في مجموعة اإليثرات والهيدروكسيل والمجاميع القطبية التـي بسبب التركيب الكيميائي لهذا الراتنج وا .تعطي متانة وإلتصاق عالية وتكسب المادة صالدة وقوة تتفاعل هـذه الراتنجـات مـع . اإليبوكسي في التطبيقات التي تتطلب إداءاً وظيفياً عالياً اتستعمل راتنج ت بإنبعاث الماء أو تحرر أي منتجات ثانوية مما يجعـل المصلدات أثناء المعالجة ويكون التفاعل غير مصحوب وبالتالي يكتسب الراتنج قوة وخواص ميكانيكية عالية إضـافة إلـى %) ٢أقل من (التقلص الحجمي قليل جداً الربط التشابكي ووجود الـسالسل ذلك تمتلك راتنجات اإليبوكسي المعالجة متانة عالية نتيجة للبعد بين نقاط .(AY103)إلرلدايت راتنج ا يوضح التركيب الكيميائي ل)١(الشكل رقم ].4[ لمتكاملةاإلليفانية ا .)Carbon Fibers (ألياف الكاربون الخمولية حيث تمتلك مقاومة عالية ضد الرطوبة وألغلب :تمتلك ألياف الكاربون العديد من المزايا منها رارية عالية على طول محور األلياف ، وثبات األبعاد المواد الكيميائية الشائعة ، موصلية كهربائية وح تعاني جميع أنواع ألياف الكاربون من . نصهار عاليةإمتالكها لدرجة إوإنخفاض التمدد الحراري المحوري ،و تتضمن ألياف . الكسر الهش تحت تأثير اإلجهاد وهذا متوقع نظراً إلرتفاع مقاومتها وإنخفاض مطيليتها . والتي هي أحد األشكال المتآصلة للكاربون(Turbostratic Graphite)صغيرة من مادة الكاربون بلورات ألياف بشكل أو (Woven Roving) بشكل ظفائر محاكة نحيث تكوألياف الكاربون عدة من هنالك أنواع . ]6[شرطة أ على شكل خيوط وأو (Chopped Strand)مقطعة ٢٠١١ ١ العدد ٤مجلة القادسیة للعلوم الھندسیة المجلد ١٨٤ .)Palms Fibers (ألياف النخيل والـسيليلوز ) Cellulose Fibers(إلى مجموعة األليـاف الـسليلوزية ) Palms Fibers(مي ألياف النخيلتنت . متكون من جزيئات الكلكوز المرتبطة مع بعضها بسالسل خطية ) PolySaccaride(عبارة عن سكر متعدد يمكـن أن تـستخدم . ل فيه تتوفر ألياف النخيل بكثرة في العراق نظراً لكونه البلد األول من حيث عدد النخي األلياف السليلوزية ومن ضمنها ألياف النخيل بشكلها الخام فـي الـصناعة لكلفتهـا المنخفـضة وخواصـها .الميكانيكية والحرارية الجيدة ، أو يمكن أن يتم تحويلها إلى أنواع جديدة من األلياف ومنها الحرير الصناعي .المواد المستخدمة في البحث :لبحث إستخدام المواد التالية تم في هذا ا هـذا الـراتنج % .٢ إليه بنسبة (HY956)يصلد هذا الراتج بإضافة مادة : (AY103) اإلرلدايت راتنج-١ .(Ciba-Geigy)مجهز من شركة ذات كثافة سطحية ) ٠°( اإلتجاه تم إستخدام ألياف الكاربون ُأحادية : (Carbon Fibers) ألياف الكاربون -2 (1.75g/cm3). من شركة ةمجهزهذه األلياف (Hyfil Ltd .,UK). الجـزء (تم إستخدام األلياف التي تحيط بقلب النخلة .(Natural Palms Fibers) ألياف النخيل الطبيعية -3 ) . الداخلي .تحضير نماذج إختبار الموصلية الحرارية اإلرلدايت راتنج يتم خلط كمية من : ي وهي تحضر كاآلت (3mm) وسمك (25mm)تكون هذه النماذج بقطر (AY103) الراتنج على سطح القالب الداخلي وتنشر بفرشة لـضمان هذا توضع كمية من بالمادة المصلدة ثم ج عليها وهكـذا لبقيـة تن من الرا أخرى ثم نضع كمية األلياف من األولىتوزيعه بانتظام بعدها توضع الطبقة تم إستخدام الطريقة الوزنية في حساب كمية كل من األلياف .لسمك المطلوب الطبقات لتتكون مادة متراكبة با أليـاف % ٥٠+ ألياف كاربون % ٥٠راتنج أما نسبة األلياف فهي % ٤٠ألياف و % ٦٠والراتنج والتي هي ـ يرك لتتصلب ، بعدها تهذه النماذج وت كبسنخيل في المادة المتراكبة الهجينة ،بعدها ت ب تم إخراجها من القال .مال التصلبإلك) 75ºC( في فرن درجة حرارته هاووضع ٢٠١١ ١ العدد ٤مجلة القادسیة للعلوم الھندسیة المجلد ١٨٥       ∆ ∆ ××−= X T AkQ ( )XT∆∆ . قياس الموصلية الحرارية وينص هذا ) (k في حساب معامل الموصلية الحرارية (Fourier Law) ستخدام قانون فورير إيمكن : القانون على : حيث Q = كمية الحرارة المارة بوحدة الزمن وتقاس بوحدات( W ) k = الموصلية الحرارية ويقاس بوحدات معامل ( W/m.ºC ) A = نسياب الحرارة وتقاس بوحداتإمساحة مقطع (m2) ( ºC/m )التدرج الحراري نسبة للمسافة ويقاس بوحدات = والمصنع من قبل (Heat Conduction Unit) لية الحراريةوِص يوضح جهاز قياس الم( 2 )الشكل رقم . (P.A.Hilton Ltd England)كة شر . ) Discussion& Results (النتائج والمناقشة وعالقتها بدرجة الحرارة ، حيث تزداد (AY103)راتنج اإلرلدايتل يمثل الموصلية الحرارية)3(الشكل رقم دة اإلهتزازات في هذه الموصلية بزيادة درجة الحرارة وهذا اإلرتفاع في الموصلية الحرارية يعود إلى زيا تستخدم التسليح باأللياف للحصول . الهيكل الداخلي للراتنج نتيجة إلرتفاع درجة الحرارة التي يتعرض لها على خواص حرارية وميكانيكية جديدة غير متوفرة في الراتنجات حيث تتم التسليح بأنواع مختلفة من .]7[األلياف الصناعية ليح بألياف النخيل على الموصلية الحرارية لراتنج اإلرلدايت ، حيث تبدأ يبين تأثير التس)4(الشكل رقم الموصلية الحرارية للمادة المتراكبة باإلرتفاع بزيادة درجة الحرارة ويعزى السبب في ذلك إلى إن ألياف ة إلى النخيل تعمل على إمتصاص الطاقة الحرارية وبالتالي ترتفع درجة حرارتها ومن ثم إنتقال هذه الحرار ، ويكون اإلنتقال الحراري عالي نسبياً بسبب قدرة هذه )منطقة تدرج حراري(الجهة اُألخرى من العينة .األلياف على نقل الحرارة ٢٠١١ ١ العدد ٤مجلة القادسیة للعلوم الھندسیة المجلد ١٨٦ يبين الموصلية الحرارية لراتنج اإلرلدايت المسلح بألياف الكاربون ،إذ تؤدي هذه األلياف إلى )5(الشكل رقم وهذه الزيادة في الموصلية متوقعة نظراً لقدرة األلياف على التوصيل رفع الموصلية الحرارية للراتنج تكون الزيادة في الموصلية الحرارية في حالة التسليح بألياف الكاربون أقل . الحراري مقارنة بالمادة الراتنجية كاربونية مما هي حالة التسليح بألياف النخيل حيث إمتصاص الحرارة ومن ثم نقلها تكون أقل في األلياف ال . لمدى أعلى من ألياف النخيلةألنها تقاوم الحرار يوضح التأثير المزدوج للتسليح بألياف النخيل وألياف الكاربون على الموصلية الحرارية )٦(الشكل رقم ، وكما هو واضح من الشكل فإن الموصلية الحرارية تبدأ باإلرتفاع )مادة متراكبة هجينة( لراتنج اإلرلدايت ادة درجة الحرارة ولكن بنسبة أقل مما في ألياف النخيل وأعلى بقليل نسبياً في حالة ألياف الكاربون ، مع زي إذ تقوم ألياف الكاربون بالحد من الموصلية الحرارية أللياف النخيل بسبب الفرق في معامل الموصلية .]8[الحراري بينهما وبالتالي خفض الموصلية الحرارية للمادة المتراكبة ككل ).Conclusions(اإلستنتاجات ألياف النخيل ، ألياف ( إرتفاع الموصلية الحرارية للراتنج بعد التسليح باأللياف ولحاالت التسليح الثالث-١ ).الكاربون ، األلياف الهجينة ف الكاربون التوصيل الحراري للمادة المتراكبة المقواة بألياف النخيل هو أعلى منه في حالة التسليح بأليا-٢ .واأللياف الهجينة . إمكانية إستخدام التسليح باأللياف الهجينة من الناحية اإلقتصادية وكذلك موصليتها الحرارية المعتدلة -٣ ).References(المصادر 1- Incropera ,F.P. and DeWitt ,D.P. , 1996 “Introduction to Heat Transfer”,3rd Edition, John Wiley &Sons. 2- Halem, Ali Hoby,1999 “ Improvement Properties of Reinforced Plastic Materials ”, MSC Thesis , Engineering College , Babylon University , Iraq. 3- Moslem,Ali Ibrahim ,2003 “ Study Using of Antimony Trioxide Material as a Flame Retardant Material ”, MSC Thesis , Babylon University , Iraq . 4- Mallick ,P.K. ,2007 “Fiber-Reinforced Composites: Materials, Manufacturing, and Design” Third Edition , CRC Press, Nov. 5- Michel Biron, 2007 “ Thermoplastics and Thermoplastic Composites ” , First Edition , Elsevier. ٢٠١١ ١ العدد ٤مجلة القادسیة للعلوم الھندسیة المجلد ١٨٧ ]4 [(AY103)اإلرلدايت التركيب الكيميائي لراتنج) : ١(الشكل رقم جهاز قياس الموصلية الحرارية) : ٢(الشكل رقم 6- E.P.DeGarmo, J.T. Black, and R.A. kohser, 2008 “ Materials and processes in Manufacturing ” , 10th Edition , john Wiley & Sons. 7- Bogomolov V. and Kartenko N. , 2003 “Thermal Conductivity of the Opal- Epoxy Resin Nanocomposite ” , Physics of the Solid State , Vol 45,No 5,PP.957-960. 8- Craig W. Ohlhorst Wallace L. Vaughn, Philip O. Ransone, and Hwa-Tsu Tsou, 1997 “Thermal Conductivity Database of Various Structure Ca rbon-Carbon Composite Materials ”,NASA Technical Memorandum 4787 , November. ٢٠١١ ١ العدد ٤مجلة القادسیة للعلوم الھندسیة المجلد ١٨٨ ألياف النخيل+ راتنج :)٤(الشكل رقم Th er m al C o nd uc ti vi ty , k ( W /m . º C ) Temperature, ºC ج اإلرلدايت راتنالتوصيل الحراري ل :)٣(الشكل رقم Th er m al C o nd uc ti vi ty , k ( W /m . º C ) Temperature, ºC ألياف الكاربون+ راتنج :)٥(الشكل رقم Th er m al C o nd uc ti vi ty , k ( W /m . º C ) Temperature, ºC ألياف هجينة+ راتنج :)٦(الشكل رقم Th er m al C o nd uc ti vi ty , k ( W /m . º C ) Temperature, ºC 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 2.60 2.70 2.80 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0