Жылуаккумуляторлық материалдар

Сирек жер металдары қосылған органикалық және бейорганикалық қышқылдардың жылуаккумуляторлық қасиеттерін зерттеу

Жылуаккумуляторлары үшін төмен молекулалы органикалық заттармен полиэтиленнің балқымалары

Жұмыстың мақсаты: полиэтиленнің пентадеканмен, гептадекан, октадекан, генэйкозан, май қышқылдарымен қоспаларын алу және олардың жылуаккумуляторлық материалдар ретінде қолдануыдуын анықтау үшін оның балқу температурасын, фазалық ауысулардың меншікті жылуын және балқымалардың эксплуатациялық қасиеттерін анықтап, зерттеу.

Полимерлерді пайдалану аумағының кеңеюі жылуаккумуляторлық материалдар үшін олардың тек термодинамикалық қасиеттерін ғана біліп қоймай, солсияқты осы қасиеттерінің тұрақтылығын да білу керек. Сондықтан, полиэтилендердің алқу температурасы мен жылуын анықтау кезде үлгілер 10 - 15 қыздыру - салқындату циклдеріне ұшырайды. Тәжірибе нәтижелері 1 кестеде келтірілген.

1 кесте

Базалық маркалы полиэтилендердің қасиеттері

Тәжірибелер көрсеткендей, полиэтилендер 110-138 °С балқу температурасына ие болады және фазалық ауысудың жылу эффектісі 56 кДж/кг - ден 300 кДж/кг.

Полиэтилендердің фазалық ауысу жылуы кристалдық фазаның құрамы пропорционалды өзгереді, яғни, полимердің кристалдану дәрежесіне тәуелді, ол өз кезегінде, үлгінің бұрынғы жайтына тәуелді. Тәжірибеде 273 базалық маркалы полиэтилен (Буденнов химиялық комбинаты), Ч (ТУ 6-09-3660-74) квалификациялы гептадекан және ХЧ (МРТУ 6-09-4664-87 ) квалификациялы пентадекан қолданылды.

Балқымаларды біртекті материал алу үшін компоненттерді құм моншасында қыздырып арастырады. Н - парафин 1, 5, 10 және 30 мас. % құрамды қоспалар алынады. Балқу температурасы мен фазалық ауысулардың меншікті жылуын зерттеуді ДСМ-2М диффереренциалды - сканирлейтін калориметрде жүргізеді. Навесканың массасы 0, 04-0, 26 г шектерінде алынды. Сканирлеу біркелкі қыздыруда минутына 8 градус (тепе - теңдік жағдайға келтіру үшін) жылдамдығымен өткізіледі. Эталон зат ретінде микрокалориметр калибровкасы үшін индий, сол секілді танымал балқу температурасы бар пальмитин қышқылы қолданылды.

Фаза ауысу затының жойылуын үлгінің массасының термошкафқа 70°С қыздыруға дейін және қыздырудан кейін массасының айырмашылығымен анықтайды. Массаны әрбір он минут сайын тұрақты шамаға жеткенше анықтап отырады.

Сурет. 3. Қоспаның фазалық ауысуының температурасының пентадекан үлесінің массасына тәуелділігі (Тбалқу= -0, 0068x2 + 0, 5195x + 97, 515 - балқу температурасының пентадекан құрамынан тәуелділігі, Ткр = -0, 0068x2 + 0, 5195x + 96, 515 - кристалдану температурасының пентадекан құрамына тәуелділігі) .

Сурет. 5. н - парафин қоспасының (пентадекан және гептадекан) 273 базалық маркалы полиэтиленмен ликвидус сызығы.

Қоспаны полиэтилен - октадекан және полиэтилен - генэйкозанды компоненттерін араластырып, 130 °С температураға дейін қыздырып алады. Үлгілердің навескасын калориметрге орналастырып, 8 о/мин жылдамдығымен қыздырады.

Алынған мәліметтер қоспалардың балқу температурасы бойынша 4 кестеде көрсетілді.

Алынған мағлұматтар бойынша фазалық ауысу материалы ретінде құрамында 5-30 мас. %. полиэтилен қоспасын пайдалануға ұсынылады.

Кесте. 3. Полиэтилен - октадекан және полиэтилен - генэйкозан қоспаларының балқу температуралары.

Сурет. 6. Н - парафин қоспаларының (октадекан мен генэйкозан) 273 базалық маркалы полиэтиленмен ликвидус сызығы.

ДСК әдісімен полиэтилен балқымаларының В3 және В4 маркалы парафиндермен, стеарин қышқылымен, түрлі молекулалық массалы полиоксиэтиленмен балқу және кристалдану сипаты зерттеліп анықталды. Балқымалардағы парафин құрамы 10 - нан 80 мас. %, стеарин қышқылының 10 - нан 90 мас. %, полиоксиэтиленнің 10 - нан 90 мас. % құймаларында бастапқы заттардың балқу температурасына сәйкес келмейтін фазалық ауысуда екі эндотермиялық эффект байқалды. Барлық жүйелер айналған эвтетиканы түзеді. Полиэтиленнің парафин көмірсутектерімен немесе май қышқылдарымен балқымалары жоғары құрылысты гельқұрылысқа ие болады. Жоғары дисперсті тор құрылысқа 130 - 150°С температураға дейін балқымаған жағдайда түзеді, бұдан жоғары температурада балқымадан бөлінбеген парафин көмірсутектер немесе май қышқылдары 110 ± 10°С төмен температурада полиэтиленнің жұмсаруы байқалады. Балқымалардың механикалық қаситтері полиэтиленнің механикалық қасиеттері ұқсас келеді. Балқымадағы фаза ауысудың жоғары шек саны балқыманың механикалық беріктілігімен шектеледі, ал фаза ауысудың төменгі шек саны балқыманың жылу сыйымдылығымен шектеледі. Бұл термотұрақталудың үлкен уақытына жеткілікті қамтамасыз етуі керек.

Масса шығынының ззерттеу нәтижелері 4 кестеде келтірілген.

4 кесте. 130°С температурада үлгі массасының өзгеруі

6 және 7 суретерде полимердің ұстап тұратын қабілетін сипаттайтын үлгінің массасының өзгеру динамикасы берілген. Ұқсастық тәуелділігі октадекан мен генэйкозан жағдайында байқалады. Бұл нәтижелер ЖАМ композициясы ретінде құрамында 30 мас % н-парафинді ұсынуға болады. Төмен балқитын компоненттің құрамының 70 мас. % ұлғаюы мақсатты түрде жүзеге асады, яғни, бұл заттың балқу және қайта кристалдану кезінде үлкен шығынына байланысты болады.

6 сурет. Үлгі массасының массаның шығыны:

гептадекан - полиэтилен ( 30 мас %)

пентадекан - полиэтилен ( 30 мас %)

гептадекан - полиэтилен ( 10 мас %)

пентадекан - полиэтилен ( 10 мас %)

7 сурет. Үлгі массасының 100°С температурада ұстап тұрған кездегі массаның өзгеруі.

Полиолефин негізіндегі балқымалар композициялық типті материалдар үшін толтырғыштар ретінде пайдаланылуы мүмкін, соның ішінде термотұрақтылықтың екі температуралық интервалдарымен ТАМ ретінде де пайдаланылады.

Алынған нәтижелерге сүйеніп, полиэтилен мен полипропиленнің стеарин қышқылымен, парафин мен ПЭГ - 115 полиэтиленгликольмен балқымасы дайындалды. Жылуаккумуляторлық жүйеде қолданылатын перспективті балқымалардың қасиеттері 5 кестеде келтірілді.

5 кесте. Полиэтилен негізіндегі балқымалардың физика - химиялық қасиеттері

5 кестеде келтірілген материалдар үшін балқыту кезінде массаның шығыны 0. 5-3 мас. % кем емес. Полипропилен негізіндегі балқымалар полиэтилен негізіндегі балқымаларға қарағанда аз сомалық жылу сыйымдылығымен сипатталады. Материалдардың тығыздығы 0, 87 - 0, 92 г/см аспайды.

Барлық алынған балқымала құю әдісімен жылуаккумуляторлық бұйымдарды жасау үшін пайдаланылады. Полиэтиленнің н - парафиндермен балқымалары парафин (30 - 50 мас. %) мен полиэтилен (қалған мөлшері) балқымасынан тұтқырланған жазық цилиндр түрінде дайындалған термобигуди ретінде қолданылады.

Жұмсартуда полиэтиленнің бастапқы температурасы 120°С аз болмауы керек, ал парафин - фазалық ауысу температурасы 45°С кем болмауы керек.

Зерттеу жылуэнергетика аумағына жатады, жиірек, жылуаккумуляторлық заттар ретінде қолданылатын галогенидтер, метаванадтар, сульфаттар және сілітілік элементтердің молибдатын құрайтын жылуаккумуляторлық құрамдарды өңдеуде қолданылады. Құрамы 6, 1-6, 2% литий фториді, 23, 4-24, 2 литий хлориді, 24, 8-27, 6% литий метаванадаты, 27, 1-27, 6% литий молибдаты және 17, 3-17, 8% литий сульфаты. Сол сияқты жылутехникада пайдаланылатын тұрақты температураны ұстап тұру үшін жылу аккумуляторларында және соған ұқсас құралдарда қолданылады.

Құрамында фторид, хлорид және литий молибдаты бар жылуаккумуляторлық құрам белгілі. Жылу аккумуляторындағы қоспаның жұмыстық балқу температурасы 436°С тең (Жылуаккумуляторлық құрам. А. С. №1274287 01. 08. 86 ж. ) . Қоспаның балқу температурасы 387°С, балқудың меншікті энтальпиясы 222 Дж/г (Бейорганикалық химия журналы. - 2000. - 45, №12. - С. 2072-2074) . Балқудың жоғары температурасы бұл құрамды тұрақты температура жағдайында 360-363°С интервалында ұстап тұруға мүмкіндік жоқ.

Қазіргі зерттеу жылуаккумуляторлық материал ретінде 360-363°С температура интервалында құрамның жұмысын қамтамасыз етеді.

Құрамында фторид, хлорид, метаванадат және литий молибдаты, қосымша келесі қатынаста литий сульфаты бар жылу аккумуляторлық құрамның техникалық нәтижесіне қол жеткіземіз, мас. %:

Литий фториді 6, 1-6, 2

Литий хлориді 23, 4-24, 2

Литий метаванадаты 24, 8-25, 3

Литий молибдаты 27, 1-27, 6

Литий сульфаты 17, 3-17, 8

Шахталық типті электропештерге сусындандырылған тұздар квалификациясын балқытады «х. ч. ».

Мысал 1. 0, 61 г (6, 1 мас. %) литий фториді + 2, 42 г (24, 2 мас. %) литий хлориді+ 2, 48 г (24, 8 мас. %) литий метаванадаты + 2, 71 г (27, 1 мас. %) литий молибдаты + 1, 78 г (17, 8 мас. %) литий сульфаты. Қоспаның балқу температурасы. Балқудың меншікті энтальпиясы 280 Дж/г.

Мысал 2. 0, 62 г (6, 2 мас. %) литий фториді + 2, 34 г (23, 4 мас. %) литий хлориді + 2, 53 г (25, 3 мас. %) литий метаванадаты + 2, 76 г (27, 6 мас. %) литий молибдаты + 1, 75 г (17, 5 мас. %) литий сульфаты. Қоспаның балқу температурасы 360°С. Балқудың меншікті энтальпиясы 280 Дж/г.

Мысал 3. 0, 62 г (6, 2 мас. %) литий фториді + 2, 37 г (23, 7 мас. %) литий хлориді + 2, 52 г (25, 2 мас. %) литий метаванадаты + 2, 76 г (27, 6 мас. %) литий молибдаты + 1, 73 г (17, 3 мас. %) литий сульфаты. Қоспаның балқу температурасы 363°С. Балқудың меншікті энтальпиясы 278 Дж/г.

Мысал 4. 0, 61 г (6, 1 мас. %) литий фториді + 2, 42 г (24, 2 мас. %) литий хлориді + 2, 50 г (25, 0 мас. %) литий метаванадаты + 2, 74 г (27, 4 мас. %) литий молибдаты + 1, 73 г (17, 3 мас. %) литий сульфаты. Қоспаның балқу температурасы 363°С. Балқудың меншікті энтальпиясы 284 Дж/г.

Берілген конструктивті интервалдардан тыс балқу температурасы жоғарылап бірфазалық бұзылады, яғни, жылу бөліну біртекті болмайды.

Кестеде түпнұсқа ретінде таңдалған құрамжәне ұсынылатын құрамның физика - химиялық қасиеттерінің салыстырмалы физика - химиялық сипаттамалары.

Кестенің нәтижелеріне сүйенсек, ұсынылатын құрамның түп нұсқаға қарағанда айтарлықтай артықшылықтары бар: жылу аккумуляторында 360-363°С температура диапазонында жұмыс істеу қабілеттілігін қамтамасыз етеді; 56-69 Дж/г жоғары меншікті балқу энтальпиясы. Келтірілген құрам жылу аккумуляторлық материал ретінде ғана емес, сол сияқты жылу тасымалы ретінде де қолданылуы мүмкін.

Қазіргі таңда энергия сыйымдылық материалдарды іздеу барлық бағытта жүргізіліп жатыр, бұлар тек жасанды материалдар емес, сол сияқты табиғи текті материалдар болып табылады. Жылуаккумуляторлық материалдар ретінде балауыз сияқты табиғи олигамерлер қолданылуы мүмкін.

Таулы балауыздардың кен орны қол жетімді болуы, оның ерекше қасиеттері, яғни пластикалығы, араласуы және фазалық ауысудың жеткілікті жоғары жылуының болуы жылуаккумуляторлық композициясының негізгі компоненті ретінде перспективті етеді. Біз өсімдік және жануар текті балауыздарды зерттедік: карнаубский, канделильский, семеновский, техникалық, церизин, қоңыр көмір, озокерит және торфтық балауыздар келесі мақсатта жылуаккумуляторлық материалдар негізі ретінде қолданылады. Балауыздардың термодинамикалық қасиеттерін зерттеу үшін сканирлейтін калориметрде дифференциалдау әдісімен өткізілді. Осы арқылы фазалық ауысудың температурасы мен фазалық ауысудың меншікті жылуы анықталды.

Тәжірибе көрсеткендей, балауыздардың балқу жылуы мен балқу температуралық интервалдары кең шектерде өзгереді: энтальпиясы бойынша торытық балауыз үшін 54 кДж/кг дейін ал канделильск 175 кДж/кг дейн; температура бойынша 46 °С торфтық балауыздан 89 °С қоңыр көмірлік балауызға дейін өзгереді. Температура диапазондары жеткілікті түрде кең, сондықтан, балауыздардың әрбір түрі ЖАМ үшін негізгі қызығушылықтарды көрсетеді.

Көзқарас бойынша балауыздардың химиялық құрылымы жоғары молекулалы қышқылдардың күрделі эфирлері мен спирттердің қоспасы түрінде болады. Бізге балауыз молекуласының құрылысы мен оның балқу энтальпиясы арасындағы байланысты зерттеу мүмкіндіктері туды. Балауыздарды модифицирлеу жолымен анағүрлым энергия сыйымдылықты материалдарды алуға мүмкіндік берер еді. Бұл балауыз үшін параллельді түрде дифференциалды сканирлейтін микрокалориметрде жүргізіліп және ИҚ - спектрофотометрде спектралды анализге берілді. Бұл балауыздардан төртхлорлы көміртек түрінде бірдей концентрацияда мицеллалы ерітінділер дайындалды.

ИҚ - спектрдің спецификалығы шағылысуды жұту молекуланы жалпылай тәуелді болмай, сол секілді анықталған атомдар тобы мен атомдар арасындағы жеке байланыстардың болуына да байланысты болады. Кейбір атом топтарының тербелуі молекуланың қалған бөлігінің тербелісімен байланысты болса, онда олардың жиілігі атом тобының құрылысы мен байланыс сипатымен анықталады және қоршаған атомдар мен байланыстарға тәуелді болады. Сондықтан, осындай атом топтары немесе байланыстары бар түрлі молекулалардың жұтылу спектрінде сәйкес келетін атом топтары мен байланыстардың тербелістерінде бір немесе бірнеше бірдей жолақ болады. Сипаттамалық жиіліктерді спектрелі бойынша мынадай функционалдық топтары бар молекулада анықтауға мүмкіндік береді: карбонил, гидроксил, қаныққан эфир топтары, үшіншілік радикалдар.

Кесте 1. Балауыздардың термодинамикалық қасиеттері

Спектралды анализге сол секілді балауыздар ерітіндісін фильтрлеу арқылы алынған құрғақ қалдық балауыздарды да ұшыратады. Тұнбалардың спектрограммасы мицеллалы ерітінділердің абсолютты бірдей көрініс көрсетеді, яғни, мицелладағыдай сол функционалдық топтардың болуын анықтайтын сипаттамалық жолақтар құрайды. Алынған нәтижелердің анализі көрсеткендей: төртхлорлы көміртектің өңдеуге өткен құрғақ балауыздардың энтальпиясы жоғары болды. Бұл шикі балауыз құрамындағы қоспалардың болуымен түсіндіріледі, бұл балқудың жылжытылған нүктесін көрсетеді.

Спектрограмманың шифрын шешуде балқу энтальпиясы мен аталған функционалдық топтардың күрделі корреляциондық тәуелділігін көрсетті.

Алынған нәтижелерден келесі қорытындыларды шығаруға болады.

Балауыз молекуласында бос гидроксил тобы қаншалықты көп болса, соншалықты балқу энтальпиясы да көп болады. Мұндай тәуелділікте, балқу энтальпиясы мен карбон қышқылының карбоксил топ құрамы, күрделі эфир тобы мен үшіншілік радикалдар орналасады. Бұл, үшіншілік радикалдар мен қаныққан күрделі эфирлік топтар тармақталған қаңқа түзеді, молекула ішілік және молекулааралық байланыстар түзіледі, бұған сызықыты көмірсутектік қаңқасы бар молекуладағы байланыстарды үзуге қарағанда көп энергия жұмсалады. Бұл жерде молекуланың үлкен тұйық ішкі энергиясы. Кейін, табиғи олигамерлерді модифицирлеу жолымен молекулаға үшіншілік радикалдар, карбоксилді енгіземіз, бұл молекуланың энергия құрамын жоғарылатады.

Жылуаккумуляторлық материалдар

Қолданылуы: жылутехникада жылуды шоғырландыру үшін жұмыстық температурасы 1400°C дейін энергетикалық қондырғылы жоғары температуралық аккумуляторларда фазалық ауысудың жылуын пайдаланады.

Ойлап шығарылған қондырғының мәні: жылуаккумуляторлық материал керамикалық жабындысы бар кремнийден, алюминий негізіндегі 12, 5 - 90 мас. % заэвтетикалық балқымадан тұратын түйіршіктерден тұрады. Түйіршіктер жылуға тұрақты тасымалдаушыларда келесі қатынастарда анықталған об. %: керамикалық жабындысы бар түйіршіктер 31, 6 - 71, 5, термотұрақты тасымалдаушы 100 дейін; диаметрі 1 - 20 мм болатын керамикалық жабындысы бар түйіршіктер; түйіршіктердегі жабындылар аз дегенде екі қабаттан тұрады, бірінші қабаты заэвтетикалық балқымаға жанасқан алюминй мен кремний оксидінен тұрады, келесі қабаттары заэвтетикалық балқыманың термиялық кеңейту коэффициентіне жақын болатын отқа төзімді материалдан тұрады; тасымалдаушы отқа төзімді күйдірілген материалдан немесе ұнтақ тәрізді материалдан немесе термотұрақты жасанды материалдан тұрады.

---

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.

• Іс жүргізу
• Автоматтандыру, Техника
• Алғашқы әскери дайындық
• Астрономия
• Ауыл шаруашылығы
• Банк ісі
• Бизнесті бағалау
• Биология
• Бухгалтерлік іс
• Валеология
• Ветеринария
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Дін
• Ет, сүт, шарап өнімдері
• Жалпы тарих
• Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
• Журналистика
• Информатика
• Кеден ісі
• Маркетинг
• Математика, Геометрия
• Медицина
• Мемлекеттік басқару
• Менеджмент
• Мұнай, Газ
• Мұрағат ісі
• Мәдениеттану
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
• Педагогика
• Полиграфия
• Психология
• Салық
• Саясаттану
• Сақтандыру
• Сертификаттау, стандарттау
• Социология, Демография
• Спорт
• Статистика
• Тілтану, Филология
• Тарихи тұлғалар
• Тау-кен ісі
• Транспорт
• Туризм
• Физика
• Философия
• Халықаралық қатынастар
• Химия
• Экология, Қоршаған ортаны қорғау
• Экономика
• Экономикалық география
• Электротехника
• Қазақстан тарихы
• Қаржы
• Құрылыс
• Құқық, Криминалистика
• Әдебиет
• Өнер, музыка
• Өнеркәсіп, Өндіріс