تخمین ضریب هدایت حرارتی فوم‌های پلیمری بر مبنای مدلی تئوری بر اساس اندازه سلولی و چگالی فوم

مکانیزم انتقال حرارت فوم های پلیمری متشکل از سه مکانیزم مختلف از طریق فاز جامد، فاز گاز و تشعشع حرارتی است. ضریب هدایت حرارتی فوم های پلیمری، متاثر از خواص ساختاری این مواد است. از آنجایی که بررسی خواص عایق حرارتی فوم های پلیمری به دلیل وجود خواص مختلف و اثر متفاوت این خواص بر مکانیزم های انتقال حرارت، مشکل است، لزوم استفاده از مدل های تئوری مشهود است. تاکنون مدل های تئوری مختلفی برای تخمین ضریب هدایت حرارتی فوم های پلیمری ارائه شده است ولی در این میان ارائه یک مدل تئوری که براساس تعداد کمتری خواص ساختاری که اندازه گیری آن ها نیز به سهولت انجام گیرد، در کنار دقت و اعتبار کافی می تواند بسیار مفید باشد. بر همین اساس در تحقیق حاضر یک مدل تئوری که صرفاً براساس اندازه سلولی و چگالی فوم، ضریب هدایت حرارتی فوم های پلیمری را تخمین می زند، ارائه شده است. در قیاس با نتایج تجربی مشخص شد که خطای مدل تئوری ارائه شده، در بیشترین حالت تقریباً 8% است. در ادامه، اثر دو پارامتر مهم ساختاری، شامل چگالی فوم و اندازه سلولی روی ضریب هدایت حرارتی، مورد مطالعه قرار گرفت. طبق نتایج به دست آمده، برای دست یابی به کمترین مقدار ضریب هدایت حرارتی، چگالی بهینه نیاز به شناسایی دارد. از طرفی دیگر، انتقال حرارت گاز بیشترین نقش را در انتقال حرارت کل داشته و به منظور کاهش آن، ایجاد سلول های نانومتری به دلیل کاهش انتقال حرارت گاز نقش موثری ایفا می کند.

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

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 rsquo;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.