الخواص الكهربائية الميكانيكية لمتراكبات البولي استر غير المشبع/دقائق نانوية لقياسات العوازل الكهربائية الدقيقة

الباحث

أماني زهير العاني

المشرف

شهاب أحمد زيدان

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم العلوم التطبيقية / تقانات المواد

الشهادة

دكتوراه

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Unsaturated polyester; Nano-oxide composites; Dielectric properties; Electromechanical properties

أن أهمية العلاقة المتبادلة بين الخواص الكهربائية والميكانيكية تبرز في إمكانية تقدير قيمة بعض الخصائص والتي لا يمكن تحديدها بواسطة الأجهزة. لذلك هدفت هذه الدراسة إلى إيجاد علاقة وظيفية بين هاتين الخاصيتين. تم اعتماد عينات زجاجية في هذا العمل ¢ وذلك لأنها مادة متجانسة شكليًا وهشة وبالأضافة الى تحضير عينات مركب البولي آسترغير المشبع (UPE) عن طريق التشتيت بمساحيق السيراميك النانوية ، بنسب وزنية مختلفة (1 ، 2 ، 3 و 964نسبة وزنية). وقد تم أجراء عدة أختبارات كهربائية على العينات وهي : متانة العزل عند معدلات مختلفة لأرتفاع الجهد (RRV) ، وثابت العزل ، والفقدان العزلي ¢ التوصيلية 460 (عند ترددات مختلفة) ، وكثافة الطاقة الكامنة. بينما تم تمثيل الخصائص الميكانيكية من خلال اختبار الأنحناء ثلاثي النقاط (لعينات الزجاج) ، واختبار المكبس على ثلاث كرات للمتراكبات. وقد أظهرت أختبارات الأنهيار الكهربائية أن الزيادة في RRV تؤدي إلى زيادة الأنهيار الكهربائي ، وعليه تم أحتساب الأنهيار الكهروحراري بمعدل منخفض والأنهيار الكهروميكانيكي بمعدل مرتفع. تسببت أختبارات الأنهيار الكهربائية في حدوث تشققات حول نقطة الانهيار. يعبر معامل وايبول adi yall عن تجانس العينات ¢ وبالتالي يمكن أعتماده في توصيف العينة المفردة عن طريق أخذ نقاط مختلفة على سطح العينة. وهذا يختلف في حالة تحديد معامل واييول عن طريق أختبار الكسر الميكانئيكي ¢ حيث يجب وجود مجموعة من Gall لتحقيق هذا الغرض. على العموم ، يتوافق معامل وايي ول الذي تم قياسه بالطرق الميكانيكية والكهربائية عند استخدام RRV العالي ¢ KV/stwald 5 . حيث كان الحد الأقصى لمعامل وايبول والذي تم قياسه بواسطة الانهيار الكهربائي عند RRV العالي ، وهي: 13.68، 35.58، 40.68 و 53.21 JS! من الزجاج ومتراكبات SUPE/AI203 ‘UPE/SiO2* 70 على التوالي. أما في حالة المقاومة الميكانيكية فكانت أقل بكثيرء لتصل الى 12 للزجاج و5 للبولي آستر غير المشبع وتنخفض بأضافة المساحيق النانوية المشتتة. تشير النتائج في هذه الدراسة إلى أن التردد له تأثير على السماحية الكهربائية. وبأخذ النتائج مجتمعة وجد أن ثابت العزل الكهربائي أنخفض مع التردد ضمن Gus (KHz 1000-100) wre كانت قيم Cull العزل للعينات: 6.55 ،)4.2-3.6( ، (3.9-3.65) ،)3.5-3.9( للزجاج ، UPE/ALO3 ،UPE/SiO> و UPE/WO3 على التوالي. تم الحمصول على حالة الاسترخاء للزجاج بتردد 500 كيلو هرتز ، ولم تتجاوز قيمة ظل زاوية فقدان العزل الكهربائي 0.018. بينما حدث الأسترخاء في مجموعة متراكبات البولي آسترغير المشبع بتردد 300 كيلو هرتز ¢ Lal قيم الفقدان فتراوحت بين 0.01 إلى 0.05. زادت التوصيلية مع التردد لجميع العينات. وبعد الحمصول على معامل يونج للعينات ¢ النموذج الرياضي المس تخدم يربط الخواص الميكانيكية والكهر بائية لإيجاد الأنفعال الحقيقي. يمثل هذا الأنفعال مقدار الاس تطالة التي تحدث نتيجة المجال الكهربائي والإجهاد الميكانيكي المقابل. كانت قيمة الأنفعال الحقيقي منخفضة للغاية ، وتقل مع زيادة الأكاسيد النانوية المشتتة. تتراوح قيمة الأنفعال الحقيقي بين 107، (32-8) عند الانهيار الكهروميكانيكي aie (20-5.5)x 107 الأنهيار الكهروحراري. أما الخواص العازلة (ثابت العزل الكهربائي ¢ والفقدان العزلي الكهربائي ، وفولتية الأنهيار) فقد تم ربطهم Lee بعلاقة واحدة تمثل كثافة الطاقة الكامنة.حيث كانت أقصى قيمة (17kJ/m3) ela jl) بينما تراوحت بين GUS) id )3.5-3.6( kT /m? البولي آسترغير المشبع. أظهرت صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) التوزيع المتجانس للمساحيق النانوية داخل المادة الأساس البوليمرية. بعض المسامات موجودة في بنية المادة المتراكبة على الرغم من التدابير المتخذة لزيادة التشتت باس تخدام الموجات فوق الصوتية. هذه المسامات تس ببت بتذبذب النتائج في جميع الاختبارات الكهربائية والميكانيكية.

The importance of the interrelationship between electrical and mechanical properties arises in the possibility of estimating the value of some properties that cannot be determined by devices. The study aimed to find a functional relationship between these two characteristics. The soda lime glass specimens was adopted in this work, as it is a morphologically homogeneous and brittle material. Also, Unsaturated polyester (UPE) composite specimens were prepared by dispersed with nano-ceramics powders, with different weight percentages (1, 2, 3 and 4 wt%). Electrical tests carried out on the specimens are: Dielectric Strength at different rates of rising voltage (RRV), dielectric constant, dielectric loss, AC conductivity (at different frequencies) and electrical energy storage density. While the mechanical properties were represented three point bending teat (for glass specimens), and the Piston-on-Three-Ball Test for the composites. Electrical breakdown tests showed that an increase in the RRV leading to increase the electrical breakdown, and from this, the electrothermal breakdown at a low rate and electromechanical breakdown at a high rate were determined. Electrical breakdowns caused cracks to form around the breakdown point. The high Weibull modulus express the homogeneity of the specimens, and therefore can be adopted in the characterization of the single specimen by taking different points on the surface. This is different in the case of determining the Weibull modulus by mechanical tests, where a set of specimens is needed to achieve this purpose. In general, the Weibull modulus measured by the mechanical and electrical corresponds when using high RRV, especially 5 kV/s. the maximum Weibull modulus measured by the electrical breakdown were at high RRV, which are: 13.68, 34.58, 40.68 and 53.21 for Glass, UPE/SiO2, UPE/Al2O3 and UPE/WO3 respectively. While it was much lower in the case of mechanical strength, to reach 12 for glass and 5 for polyester and decreased by adding dispersed powders. The results shows that frequency can have an effect on electrical permittivity. Taken together, dielectric constant decreased with frequency in range (100 – 1000 kHz). The values of the dielectric constant were: 6.55, (4.2-3.6), (3.9-3.65), (3.5-3.9) for Glass, UPE/SiO2, UPE/Al2O3 and UPE/WO3 respectively. The relaxation state was obtained of glass at a frequency of 500 kHz, and the dielectric loss angle tangent value did not exceed 0.018. While the relaxation of the UPE composites group occurred at a frequency 300 kHz, and the loss values ranged between0.01 to 0.05. AC conductivity increased with frequency for all specimens. After obtaining the Young’s modulus, a mathematical model was used that relates the mechanical and electrical properties to find the true strain. This strain represents the amount of elongation that occurs as a result of the electric field and the corresponding mechanical strain. The true strain value is very low, and it decreased with the increase of the dispersed oxides. The true strain range is (32-8) ×10-7 upon electromechanical breakdown and (20-5.5) ×10-7 upon thermoelectric breakdown. The dielectric properties were linked together by a relationship representing the stored energy density. Its maximum value for glass was 17 kJ/m3, while it ranged between (3.5-3.6) kJ/m3 for UPE composites. Scanning electron microscope (SEM) images showing the homogeneous distribution of the nano-ceramics powders within the polymeric matrix. Some pores were present in the structure of the composite caused fluctuating results in all electrical and mechanical tests.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب