Development of paraffin-nanofiber nanocomposite for thermal hysteresis enhancement of paraffin actuators

Abstract

Otomotivden, elektronik ve dayanıklı ev aletlerine kadar çok geniş alanda kullanıma sahip olan parafin aktivatörlerin en büyük sorunu parafin malzemesinin ısı iletkenliğinin düşük olması ve dolayısıyla ısıl histerezis değerlerinin kötü olmasıdır. Bu çalışmanın amacı nanoliflerin takviyesinin parafin aktivatörlerin ısıl histerezis özelliklerine etkisinin incelenmesidir. Öncelikle nanolif yüzeyi ve farklı karbon atom sayısına sahip sıvı parafinin etkileşimi elektroçekim yöntemiyle üretilmiş nanolif ile deneysel olarak değerlendirilmiştir. Tek iğneli uniaksiyel elektroçekim ile tek adımda hızlı ve kolay bir parafin/poliakrilonitril hibrid nanolif üretimi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Üretilen hibrid parafin/poliakrilonitril yapısı parafin aktivatörün histerezis değerinin iyileştirilmesi için kullanılmıştır. Dört farklı erime noktasına sahip parafin çeşidi ile ağırlıkça %2.5, 5, 7.5 ve 10 oranlarında parafin/poliakrilonitril karışımı kullanılarak parafin aktivatör üretilmiş ve ısıl histerezis değerinde %15.3 oranına kadar iyileşme sağlanmıştır. Isıl histerezisde nanolif takviyesi ile elde edilen iyileşme, metal oksit nanoparçacık takviyesi ile kıyaslanmıştır. CuO, , ZnO, nanoparçacıkları ve poliakrilonitril nanolif takviyesi üretilen parafin aktivatör numuneleri, sırasıyla %24.6, 26.2, 20.0, 29.2 ve 30.8 oranlarında ısıl histerezis iyileştirmesi gözlenmiştir. Dispersiyon ısıl stabilitesinin, parafin aktivatörün histerezis performansına etkisini ölçmek için bu numuneler yüksek ısıda yaşlandırma testine tabi tutulmuştur. Nanolif kullanımında histerezis değerinde en yüksek iyileşme görülürken, yüksek sıcaklıkta yaşlandırma tetsi sonunda yine nanolif katkılı numune en düşük performans kaybına uğramıştır.

The most important problem of paraffin actuators, which are used in a wide range of technical areas from automotive engine cooling systems to electronics and household appliances, is the low thermal conductivity of the paraffin material and its poor thermal hysteresis. This study determines the effect of nanofiber addition on the thermal hysteresis behavior of paraffin actuators. Interactions of electrospun nanofibers mat with the liquid paraffins with different amount of carbon were also investigated. Preparation of paraffin/polyacrylonitrile hybrid nanofibers via single needle (uniaxial) electrospinning system was studied. As-spun paraffin/polyacrylonitrile nanofibers were used for thermal hysteresis enhancement. Paraffin actuators are prepared with paraffins of four different melting points consisting paraffin/polyacrylonitrile nanofiber with the wt.% of 2.5, 5, 7.5 and 10. The hysteresis value was enhanced up to 15.3%. CuO, , ZnO, metal oxide nanoparticles addition and polyacrylonitrile nanofiber addition are used for thermal hysteresis enhancement comparison and an improvement as 24.6, 26.2, 20.0, 29.2 and 30.8 % sequentially for the samples compared with pure paraffin. Dispersion thermal stability effect on hysteresis performance of those paraffin actuators are also compared and nanofiber added paraffin actuator showed at least hysteresis performance loss at high temparature storage test.