فهرست مطالب

مواد پر انرژی - سال دوازدهم شماره 1 (پیاپی 33، بهار 1396)

فصلنامه مواد پر انرژی
سال دوازدهم شماره 1 (پیاپی 33، بهار 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/03/11
  • تعداد عناوین: 7
|
  • رضا تیموری مفرد*، منیژه پارچه باف، کشور رحیم پور صفحات 3-10
    در این تحقیق روش جدیدی برای سنتز 4- هیدروکسی بوتیل فروسن از واکنش لیتیو فروسن با تتراهیدروفوران در حضور کلرو تری متیل سیلان تحت گاز آرگون ارائه گردیده است. بهینه سازی های لازم بر روی حلال واکنش، دما و نسبت مولی واکنش دهنده ها، انجام گرفته و در نهایت 4- هیدروکسی بوتیل فروسن با بهره 78% از این روش بدست آمد. واکنش این ترکیب با فسفروس تری کلرید ترکیب 4-کلرو بوتیل فروسن را به عنوان پیش ماده ی اساسی برای تهیه ی بوتاسن نتیجه داده است. در ادامه واکنش کلرودی متیل سیلان با معرف گرینیارد حاصل از واکنش براده منیزیم با 4-کلرو بوتیل فروسن، [4- (دی متیل سیلیل) بوتیل] فروسن را حاصل کرده که این ترکیب طی واکنش هیدروسیلیل دار کردن در حضور کاتالیزگر هگزاکلرو پلاتینیک اسید بر روی پلی بوتادی ان با انتهای هیدروکسیلی (HTPB) قرار گرفت و کاتالیزور تسریع کننده سرعت سوزش بوتاسن با محتوای 8% آهن سنتز گردید. ساختار ترکیبات سنتز شده توسط آنالیزهای FT-IR، 1H NMR، 13C NMR به اثبات رسید. همچنین از روی طیف 1H NMR مقدار درصدآهن نمونه بوتاسن سنتز شده تعیین گردید.
    کلیدواژگان: بوتاسن، فروسن، هیدروسیلیل دار کردن، کاتالیزور سرعت سوزش، 4- هیدروکسی بوتیل فروسن
  • سجاد دمیری*، باقر لایینی، علی موسوی آذر، مهران حیاتی صفحات 11-23
    ترکیب C4 یک فرمولاسیون منفجره متداول نظامی برپایه ماده منفجره سیکلوتری متیلن تری نیترامین (RDX) و بایندر پلیمری پلی ایزوبوتیلن (PIB) می باشد که در که در اثر عوامل محیطی دما و اکسیژن، دچار تغییر رنگ و افت ویژگی های فیزیکی می گردد. استفاده از آنتی اکسیدان ها به منظور کاهش تاثیر عوامل محیطی و افزایش پایداری، زمان نگه داری و انبارداری مواد پلیمری ازجمله C4 بسیار حائز اهمیت می باشد. در این تحقیق تاثیر غلظت های مختلف آنتی اکسیدان ایرگانوکس 1010 بر تخریب پلیمر پلی ایزوبوتیلن و ماده منفجره C4 در دماهای مختلف با ردیابی کیفیت تغییرات شدت جذب طیف بینی فرابنفش-مرئی (UV-Vis) و تغییرات کمی شدت رنگ، آنالیز حرارتی و طیف سنجی مادون قرمز بازتابندگی کل تضعیف شده (ATR) موردبررسی قرارگرفته است. همچنین تجزیه و تحلیل های سینتیکی لازم با استفاده از روش آرنیوس جهت تخمین ثابت سرعت و انرژی فعال سازی (Ea) واکنش های تخریب و تغییر رنگ در فرآیندهای کهولت تسریع یافته برای ماده منفجره C4 وPIB در دماهای متفاوت بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که حضور آنتی اکسیدان در مواد مذکور موجب کاهش نزدیک به 2 إلی 3 برابری در سرعت تخریب و تغییر رنگ مواد مذکور بازمان و افزایش انرژی فعال سازی واکنش های تخریب آن ها می شود. مقادیر Ea به دست آمده نشان می دهد که در حضور 4/0 درصد آنتی اکسیدان، انرژی فعال سازی PIB از kJ/mol 4/67 به kJ/mol 80/97 و برای C4 از kJ/mol 88/117 به kJ/mol 80/136 افزایش می یابد. همچنین در شرایط مذکور و دمای °C 80، طبق روش وانت-هوف، طول عمر شیمیایی C4 برمبنای تغییر رنگ نمونه ها، از 3/1 سال به 0/25 افزایش می یابد.ترکیب C4 یک فرمولاسیون منفجره متداول نظامی برپایه ماده منفجره سیکلوتری متیلن تری نیترامین (RDX) و بایندر پلیمری پلی ایزوبوتیلن (PIB) می باشد که در که در اثر عوامل محیطی دما و اکسیژن، دچار تغییر رنگ و افت ویژگی های فیزیکی می گردد. استفاده از آنتی اکسیدان ها به منظور کاهش تاثیر عوامل محیطی و افزایش پایداری، زمان نگه داری و انبارداری مواد پلیمری ازجمله C4 بسیار حائز اهمیت می باشد. در این تحقیق تاثیر غلظت های مختلف آنتی اکسیدان ایرگانوکس 1010 بر تخریب پلیمر پلی ایزوبوتیلن و ماده منفجره C4 در دماهای مختلف با ردیابی کیفیت تغییرات شدت جذب طیف بینی فرابنفش-مرئی (UV-Vis) و تغییرات کمی شدت رنگ، آنالیز حرارتی و طیف سنجی مادون قرمز بازتابندگی کل تضعیف شده (ATR) موردبررسی قرارگرفته است. همچنین تجزیه و تحلیل های سینتیکی لازم با استفاده از روش آرنیوس جهت تخمین ثابت سرعت و انرژی فعال سازی (Ea) واکنش های تخریب و تغییر رنگ در فرآیندهای کهولت تسریع یافته برای ماده منفجره C4 وPIB در دماهای متفاوت بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که حضور آنتی اکسیدان در مواد مذکور موجب کاهش نزدیک به 2 إلی 3 برابری در سرعت تخریب و تغییر رنگ مواد مذکور بازمان و افزایش انرژی فعال سازی واکنش های تخریب آن ها می شود. مقادیر Ea به دست آمده نشان می دهد که در حضور 4/0 درصد آنتی اکسیدان، انرژی فعال سازی PIB از kJ/mol 4/67 به kJ/mol 80/97 و برای C4 از kJ/mol 88/117 به kJ/mol 80/136 افزایش می یابد. همچنین در شرایط مذکور و دمای °C 80، طبق روش وانت-هوف، طول عمر شیمیایی C4 برمبنای تغییر رنگ نمونه ها، از 3/1 سال به 0/25 افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: ماده منفجره C4، آنتی اکسیدان، کهولت تسریع یافته، پایداری حرارتی، سینتیک
  • سعید بابایی*، امین عابدینی صفحات 25-32
    یکی از روش های بهبود پایداری حرارتی و فداشوندگی الاستومرهای پلی یورتانی با رویکرد عایق راکت پیشرانه جامد، استفاده از پر کننده هایی با خاصیت فداشوندگی بالا نظیر ذرات سیلیکا می باشد. در این تحقیق به تهیه کامپوزیت های پلی یورتان- سیلیکا (16،25 و 38% وزنی) و نانوکامپوزیت های پلی یورتان- سیلیکا (10، 16 و 25% وزنی) پرداخته شده است و در ادامه برهمکنش ها، مورفولوژی و پایداری حرارتی آن ها با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR & ATR)، میکروسکوپ روبش الکترونی (SEM) و آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA) مورد بررسی قرار گرفته است. طیف های مادون قرمز تائید کننده تشکیل گروه های یورتانی و تصاویر SEM نیز نشان دهنده توزیع مناسب ذرات سیلیکا در زمینه پلی یورتانی می باشند. نتایج TGA نیز نشان می دهند که دمای 50 درصد اتلاف وزن نمونه، با افزایش مقدار سیلیکا به دلیل عملکرد ذرات سیلیکا به عنوان تله زغال پلیمری افزایش یافته که این نتیجه با استفاده از روش وزن سنجی حرارتی تصحیح شده نیز تائید گردید. مقدار جرم باقیمانده کامپوزیت یورتانی حاوی 25% وزنی سیلیکا حدود 72/0 درصد وزنی بوده در حالیکه این مقدار برای نانوکامپوزیت با مقدار یکسان از ذرات سیلیکا برابر با 8/1 درصد وزنی می باشد.
    کلیدواژگان: پلی یورتان، کامپوزیت، نانوکامپوزیت، سیلیکا، عایق حرارتی، پایداری حرارتی
  • رمضانعلی ایزدی فرد*، رضا قلی پور، حامد حاجی کریمیان صفحات 33-43
    بررسی رفتار تیرهای بتن مسلح تحت بارگذاری انفجاری و برآورد آسیب وارده امری مهم در تحلیل و طراحی سازه های مقاوم در برابر انفجار است. در این مقاله ابتدا نتایج حاصل از آزمایش انفجاری بر روی ده عدد تیر بتن مسلح ارائه شده است. این نتایج نشان می دهند با افزایش شدت انفجار، تغییر مکان بیشینه و نهایی وسط دهانه تیر زیادتر می گردد و نیز بر شدت آسیب های وارد بر تیر افزوده می شود. آزمایش ها در محدوده ای از فاصله مقیاس شده انفجار انجام شده است که نتایج آن از آسیب بسیار جزئی تا آسیب های بسیار شدید را دربر گیرد. سپس با انجام شبیه سازی دقیق در نرم افزار ABAQUS و راستی آزمایی با نتایج آزمایشگاهی، داده های بیشتری برای مقادیر مختلفی از مواد منفجره تولید شد. بررسی داده ها نشان می دهد بین لگاریتم فاصله مقیاس شده انفجار و لگاریتم تغییر شکل تیر می توان رابطه ای خطی برقرار نمود. در ادامه مقاله با استفاده از مقادیر تغییر مکان نهایی و بیشینه و بررسی مفاهیم آن دو، شاخصی برای ارزیابی آسیب های وارده و نیز شاخصی برای بقا و ماندگاری تیر پیشنهاد، و مقادیر متناظر با آسیب جزئی، آسیب شدید قابل ترمیم و آسیب بسیار شدید معرفی می گردد.
    کلیدواژگان: تیرهای بتن مسلح، بارگذاری انفجار، شاخص آسیب، شاخص بقا
  • محسن قادری درباغی، محمود رضوی زاده، محمدرضا پورحسینی* صفحات 45-54
    سوخت مایع جت ده (JP-10) آخرین نسل از سری سوخت های مایع جت و ماه ای سنتزی است که خصوصیت های فیزیکی و شیمیایی مختلفی از آن گزارش شده است. این سوخت سنتزی تک مولکولی با خواص خوب و شبیه به سوخت مایع جت چهار توانایی طی مسافت بیشتری را دارا است و همین وجه تمایز باعث می شود تا این سوخت در صنایع هوانوردی مورد استقبال فراوانی قرار بگیرد.
    بر اساس منابع موجود اطلاعات چندانی از خصوصیات شیمی- فیزیکی این سوخت مایع موجود نیست. از این رو این پژوهش به منظور ارزیابی ضریب حلالیت، (δ )، این سوخت با استفاده از نمودار تورم تعادلی شبکه لاستیکی صورت پذیرفت که در نهایت منجر به گزارش مقدار 83.14 در واحد جذر مگاپاسکال و 63.7 در واحد جذر کالری بر سانتیمتر مکعب برای پارامتر حلالیت این سوخت شد. مقایسه این داده با مقدار بدست آمده از ترکیب روش سهم گروه فدور و کرولن – هافتیزر بیان گر اختلاف کمتر از %2 درصدی این مقدار برای ضریب حلالیت سوخت مایع جت ده در واحد جذر مگاپاسکال است.
    اختلاف بسیار کم و قابل قبول مشاهده شده بین نتایج تجربی و تئوری به ساختار مولکولی ساده این سوخت مرتبط است. عدم حضور برهمکنش های ساختاری مانند پیوندهای هیدروژنی، قطبی، و... در ساختار این سوخت منجر به مشاهده این تطابق مناسب نتایج شده است
    کلیدواژگان: سوخت مایع محرک جت ده، ضریب حلالیت، نمودار تورم تعادلی
  • مجتبی ذوالفقاری*، سید وحید میرآقایی صفحات 55-67
    در این مقاله با بررسی مکانیک نفوذ پرتابه های تکه ای در اهداف سرامیکی مدل ریاضی جدیدی جهت پیش بینی نفوذ پرتابه های تکه ای در اهداف نیمه بی نهایت سرامیکی ارائه شده است. در بررسی ها سه عامل سرعت برخورد، طول تکه ها، فاصله بین تکه ها و تعداد تکه ها مورد توجه قرار گرفته است. بررسی ها نشان داد سرعت برخورد مهمترین عامل در افزایش عمق نفوذ بوده و بر خلاف مکانیک نفوذ در پرتابه های میله بلند یکپارچه سرعت حدی هیدرودینامیکی برای نفوذ وجود ندارد. علاوه بر این شکل ایده آل برای تکه ها همان شکل دیسکی تکه ها می باشد که نشان گر نقش فاز پس جریان در مکانیک نفوذ پرتابه های تکه ای است. پس از اطمینان ازنتایج به دست آمده در شبیه سازی های عددی، مدلی ریاضی بر اساس روش سطح پاسخ ارائه گردید. این مقاله می تواند به عنوان مبنایی جدید در مطالعه نفوذ پرتابه های تکه ای در اهداف با ساختار پیچیده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: پرتابه تکه ای، هدف سرامیکی، نفوذ، مدل هلم کویئست، روش سطح پاسخ
  • علی شیخ پور، سید قربان حسینی *، سعید توانگر، محمدحسین کشاورز صفحات 69-78
    ترمیت های سنتی عموما از ذرات آلومینیم میکرو تشکیل شده اند. این گونه از ترمیت ها معمولا ویژگی های واکنش پذیری ضعیفی نظیر آزادسازی گرمای اندک و دمای اشتعال بالا ارائه می دهند. در این پژوهش، اثر افزودنی منیزیم- ویتون بر رفتار حرارتی ترمیت های Al/CuO با استفاده از روش های آنالیز حرارتی مورد بررسی قرار گرفت. در این مقاله، مخلوط های ترمیتی به دو روش تهیه شدند. در روش اول، از اختلاط فیزیکی ساده برای تهیه ترمیت های μm-Al/nm-CuO و nm-Al/nm-CuO استفاده شد. در روش دیگر، مخلوط های (μm-Al/nm-CuO)+Mg/Viton و (nm-Al/nm-CuO)+Mg/Viton با استفاده از روش حلال-ناحلال تهیه شدند. نتایج آنالیز حرارتی نشان داد که مخلوط (μm-Al/nm-CuO)+Mg/Viton در °C 9/781 مشتعل می شود و انرژی چشمگیری برابر Jg-1 4/2621 آزاد می کند. تحلیل رفتار حرارتی این مخلوط نشان داد که واکنش نیتریداسیون افزودنی منیزیم در هوا باعث آغازش واکنش ترمیتی بین آلومینیم و اکسیدمس می گردد. همچنین داده های TG-DSC مخلوط (nm-Al/nm-CuO)+Mg/Viton بیانگر این واقعیت است که افزودن منیزیم-ویتون تاثیر محسوسی بر بازدهی حرارتی ترمیت nm-Al/nm-CuO ندارد.
    کلیدواژگان: ترمیت Al-CuO، افزودنی منیزیم-ویتون، آنالیز حرارتی، دمای اشتعال، گرمای واکنش
|
  • Dr Reza Teimuri-Mofrad *, Manizheh Parchehbaf, Keshvar Rahimpour Pages 3-10
    In this study a novel method has been introduced for the synthesis of 4-hydroxylbutylferrocene by the reaction of lithiated ferrocene with THF in the presence of chlorotrimethylsilane under argon atmosphere. Essential optimization on the reaction solvent, temperature and molar ratio of reactants was conducted and finally 4-hydroxybutylferrocene was obtained in the yield of 78% using this method. Reaction of this compound with phosphoros trichloride result in the formation of 4-chlorobutylferrocene as the basic fundamental precursor for the synthesis of butacene. In the following, Grignard reagents obtained from the reaction between Mg turning and 4-chlorobutylferrocene, react with chlorodimethylsilane to form [4-(dimethylsilyl)butyl]ferrocene, which this compound undergoes a hydrosilylation reaction with hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB) in the presence of hexachloroplatinic acid as the catalyst and butacene was synthesized as burning rate accelerator catalyst containing 8% of iron. FT-IR, 1H and 13C NMR analysis supported the predicted structure of the product. Also, iron percentage of the synthesized butacene was determined using 1H NMR spectrum..
    Keywords: Butacene, Ferrocene, Hydrosilylation, Burning rate accelerator catalyst, 4-Hydroxybutyl ferrocene
  • S. Damiri *, B. Laeini, A. Mousavi-Azar, M. Hayati Pages 11-23
    C4 composition is a conventional military explosive formulation based on cyclotrimethylenetrinitramine explosive (RDX) and polyisobutylene binder (PIB), which some environmental factors such as thermal and oxygen lead to change in its color and physical characteristics. Using anti-oxidant to reduce the impact of environmental factors and increasing the stability of materials such as C4 during their storage and applications is the very useful. In this research, the effect of different concentrations of Irganox 1010 antioxidant on thermal degradation and stability of PIB and C4 at different temperatures was investigated using ultraviolet-visible (UV-Vis.) absorption spectroscopy, colorimetric histograms, thermal analysis and attenuated total reflection (ATR) infrared spectroscopy techniques, then the quality, absorption and color of the materials were studied quantitatively. Also, the necessary kinetic analyses were evaluated by Arrhenius method to estimate the rate constants and activation energies (Ea) of the thermal degradation reactions, from accelerated aging results on C4 and PIB at different temperatures. The results show that presence of antioxidant in the mentioned materials leads to 2-3 times reduction in the degradation and color change kinetics, and also increasing of activation energy of reactions. In the presence of 0.4 wt. % antioxidant, activation energies are increased from 67.4 to 97.8 kJ/mol for PIB, and from 117.88 to 136.80 kJ.mol for C4. Moreover, the chemical lifetime of C4 based on the color change, predicted using Vant-Hoff equation, in the temperature of 80.0 °C and the presence of 0.4 wt. % antioxidant, are changed from 1.3 to 25.0 years.
    Keywords: C4 Explosive, Antioxidant, Accelerated Ageing, Thermal Stability, Kinetics
  • S. Babaee*, A. Abedini Pages 25-32
    One way to thermal stability and ablation improving of polyurethane elastomers with approach of solid propellant rocket insulation, is use of fillers such as silica particles with property of high ablation. In this study, it was paid to prepare polyurethane-silica composites (16,25 and 38% by weight) and polyurethane-silica nanocomposites (10, 16 and 25% by weight) and then interaction, morphology and thermal stability of them has been investigated by using of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR & ATR), scanning electron microscopy (SEM) and thermal gravimetric analysis (TGA). Infrared spectra are confirm the formation of polyurethane and SEM images also show the proper distribution of the silica particles in the matris of polyurethane. TGA results also show that the temprature of 50 percent weight loss, due to function of silica particles as char trap, is increased that this result was approved by using of corrected thermal gravimetry method. The amount of residual mass of polyurethane composite containing 25 wt% silica was about 0.72 wt.% while this amount for the nanocomposite with the same amount of silica particles was equal to 1.8 wt.%.
    Keywords: Polyurethane, Composite, Nanocomposite, Silica, Thermal Insulator, Thermal Stability
  • Dr. Ramezan Ali Izadifard *, Reza Gholipour, Hamed Hajikarimian Pages 33-43
    One way of thermal stability methods and ablation improving for polyurethane elastomers to solid propellant rocket insulation, is using of fillers with high ablation property such as silica particles. In this research, first polyurethane-silica composites (16, 25 and 38% by weight) and polyurethane-silica nanocomposites (5, 10, 16 and 25% by weight) were prepared and then interaction, morphology and thermal stability of them have been investigated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR & ATR), scanning electron microscopy (SEM), thermal gravimetric analysis (TGA) and corrected thermal gravimetry method. Infrared spectra confirmed the formation of urethane groups and SEM images also showed proper distribution of silica particles in the polyurethane matrix. TGA results too revealed that 50% weight loss temprature of the sample, due to function of silica particles as char trap, were increased with increasing of silica amount that these results were approved by using of corrected thermal gravimetry method again. Residual mass amount of the polyurethane composite contain 25 wt% silica was 0.72 wt% while this amount for the nanocomposite with that same of silica particles was resulted to 1.8 wt%.
    Keywords: RC Beams, Blast Loading, Damage Index, Survival Index
  • Mohsen Qaderi Darbaqi, Mahmod Razavi Zadeh, Mohammad Reza Pourhossainy * Pages 45-54
    Jet propellant 10, JP-10, is the latest synthetic product in the jet propellant series with several reports on the chemical and the physical properties. This synthetic single molecular fuel with suitable properties similar to Jet propellant 4, has ability to operate on longer distance. This difference leads to more attention at aerospace industries..
    According to literatures, they are not much data about the physicochemical information of this fuel. Therefore, this study run to evaluate the solubility parameter, ( δ), of JP-10 by using swelling equilibrium curve of rubbery network. Evaluated results lead to report the amount of 14.63 (MPs)0.5 and 7.63 (Cal/cm3)0.5 for solubility parameter of JP-10. Comparing these data with the results of combined group contribution methods of Van Krevelen–Hoftyzer and Fedors, shows less than 2% differences on (MPs)0.5 units for the solubility parameter of JP-10.
    This little and acceptable observed difference, between theoretical and experimental results, refers to simple molecular structure of JP-10. The absence of structural interactions, (like as hydrogen bonding, polar bonding and etc.), between the JP-10 structure lead to observe this suitable accommodation of present results.
    Keywords: Solubility parameter, Equilibrium Swelling Curve, Jet propellant 10
  • Mojtaba Zolfaghari * Pages 55-67
    In this paper by analyzing the penetration mechanics of the segmented rods into semi-infinite ceramic targets, a mathematical model is provided to predict segmented rod projectiles penetration into semi-infinite ceramic targets. In analysis three factors of segments length, segments distance and number of segments are considered. Results suggest that the most important factor in penetration depth is impact velocity. Against the penetration mechanics of long rod projectiles, there is no hydrodynamic limit. In addition ideal shapes for segments is a disk-like shape. Disk-like shape as ideal shape for segments shows the important role of “after flow phase” in segmented rod penetration mechanics. After making sure of accuracy of the simulation results, a mathematical model based on Response Surface method (RSM) is proposed. This paper can generate a suite base to study penetration of segmented rod into targets with complex structures.
    Keywords: Segmented rod, ceramic target, Holqmuist material model, Response surface method
  • Ali Sheikhpour, Seyed Ghorban Hosseini *, Saeed Tavangar, Mohammad Hossein Keshavarz Pages 69-78
    Traditional thermites are generally composed of micron-Al particles. These kinds of thermites usually exhibit poor reactivity characteristics such as a poor heat release and high ignition temperature. In this research, the influence of Mg-Viton as additive on the thermal behavior of Al/CuO systems was verified using thermal analysis techniques. In this paper, thermite mixtures are prepared using two approaches. In one, simple physical mixing was used to prepare µm-Al/nm-CuO and nm-Al/nm-CuO thermites. In the other approach, the (µm-Al/nm-CuO)㈏햊� and (nm-Al/nm-CuO)㈏햊� mixtures were prepared using solvent/nonsolvent method. Thermal analysis results indicated that the (µm-Al/nm-CuO)㈏햊� mixture is ignited at 781.9 °C with significant heat of reaction of 2621.4 Jg-1. Analysis of thermal behavior of this mixture showed that the nitridation of magnesium additive in air initiates the thermite reaction between Al and CuO. Moreover, TG-DSC data of the (nm-Al/nm-CuO)㈏햊� mixture indicated that the addition of Mg-viton has no significant effect on the thermal efficiency of nm-Al/nm-CuO thermite.
    Keywords: Al - CuO thermite_Mg- Viton additive_Thermal analysis_Ignition temperature_Heat of reaction