آرامیدها

آرامید مخفف آروماتیک‌پلی‌آمید است. آرامیدها خانواده‌ای از نایلون‌ها هستند، که شامل کِولار و نومِکس می‌باشند. کولار در کاربردهایی مثل جلیقه‌های ضد گلوله و تایرهای دوچرخه‌های مقاوم در برابر پنجر شدن استفاده می‌شود.

آلیاژهایی از نومکس و کولار برای تهیه‌ی لباس‌های ضد حریق به کار می‌روند. نومکس، و آلیاژ آن با کولار، همان چیزی است که آتش‌نشانان را به هنگام انجام عملیات نجات از مرگ در اثر سوختگی حفظ می‌کند.

کولار پلی‌آمیدی است که در آن تمام گروه‌های آمیدی به وسیله‌ی گروه‌های پارا-فنیلن از هم جدا شده‌اند، یعنی گروه‌های آمیدی از دو نقطه مقابل یکدیگر در حلقه‌های فنیل، یعنی از کربن های ۱ و ۴، به این حلقه ها متصل شده اند.

 در مقابل، نومکس دارای گروه‌های متا- فنیلین است به این صورت که گروه‌های آمید در موقعیت‌های ۱ و ۳ به حلقه‌ی فنیل متصل هستند.

 کولار پلیمری بسیار بلورین است. زمان زیادی طول کشید تا دانشمندان فهمیدند که چگونه کولار را فرآیند کنند. زیرا در هیچ چیز حل نمی‌شود. بنابراین، فرآیند این ماده به صورت محلول ممکن نبود. کولار در زیر دمای C °۵۰۰ ذوب نمی‌شود، بنابراین روش ذوب کردن نیز حذف می‌شود. در نهایت یکی از دانشمندان شرکت دوپونت، به نام استفانی کولک ( Stephanie Kwolek )، برای این مشکل یک راهکار عالی ارائه نمود. در کولار، بین زنجیرهای پلیمری پیوندهای هیدروژنی قوی وجود دارد و همین امر سبب می شود تا نتوان آن را ذوب و یا حل نمود. کولک توانست کولار را در N- متیل پیرولینیدون که یک حلال قطبی و غیر پروتونی می باشد، با کمک کلرید کلسیم، حل نماید. نقش کلرید کلسیم این است که جذب اکسیژن گروه های کربنیل شده، در نتیجه زنجیرهای آرامید قادر به تشکیل پیوندهای هیدروژنی نبوده و از هم جدا می شوند.

آرامیدها به شکل الیاف استفاده می‌شوند. آنها حتی بهتر از پلی‌آمیدهای غیرآروماتیک مثل نایلون ۶،۶ به شکل لیف در می‌آیند.

چرا ؟
این موضوع با یک ویژگی عجیب آمیدها ارتباط دارد. آمیدها این توانایی را دارند که به دو شکل یا صورتبندی (کانفورماسیون) متفاوت درآیند. می‌توانید این مسئله را در تصویر یک آمید با وزن مولکولی کم ببینید. هر دو شکل، یک ترکیب هستند در دو صورتبندی متفاوت. شکل سمت چپ، صورتبندی ترانس نامیده می‌شود و شکل سمت راست، صورتبندی سیس.

 در لاتین ترانس یعنی «در طرف دیگر». بنابراین وقتی گروه‌های هیدروکربن آمید در دو طرف پیوند آمید بین اکسیژن کربونیل و نیتروژن آمید قرار می‌گیرند، در این حالت یک ترانس-آمید خواهیم داشت. به همین ترتیب سیس درلاتین به معنای «در یک طرف» می‌باشد، و وقتی گروه‌های هیدروکربن در یک طرف پیوند آمیدی قرار دارند ما آن را سیس-آمید می‌نامیم.

یک مولکول آمید می‌تواند با دادن مقدار کمی انرژی بین صورتبندی سیس و ترانس نوسان کند.

هر دو صورتبندی سیس و ترانس در پلی‌آمیدها وجود دارند. وقتی همه‌ی گروه‌های آمید در یک پلی‌آمید، به عنوان مثال نایلون ۶،۶، در صورتبندی ترانس قرار دارند، پلیمر کاملاً به صورت یک خط راست کشیده شده است. این دقیقاً چیزی است که ما برای الیاف می‌خواهیم. زیرا زنجیرهای بلند و مستقیم و کاملاً کشیده شده در حالت بلوری، بسیار خوب در کنار یکدیگر قرار گرفته و لیف تشکیل می‌دهند. ولی متأسفانه همیشه حداقل تعدادی از اتصالات آمید در صورتبندی سیس قرار دارند. بنابراین زنجیرهای نایلون ۶،۶ هیچ وقت به صورت کاملاً کشیده قرار نمی‌گیرند.

 ولی کولار فرق می‌کند. وقتی زنجیر‌های کولار می‌خواهند بچرخند تا به شکل صورتبندی سیس درآیند، هیدروژن‌های روی گروه‌های بزرگ آروماتیک مانع می‌شوند. صورتبندی سیس هیدروژن‌ها را کمی بیشتر از آنچه که تمایل دارند، نزدیک یکدیگر قرار می‌دهد. بنابراین کولار تقریباً به طور کامل در صورتبندی ترانس باقی می‌ماند. به همین دلیل کولار می‌تواند به طور کامل کشیده شود و الیافی عالی تشکیل دهد.

 شاید نگاه کردن به تصویر فوق از نمای نزدیک‌تر بهتر باشد. به تصویر پایین نگاه کنید. می‌توانید ببینید که وقتی کولار تلاش می‌کند صورتبندی سیس ایجاد کند، فضای کافی برای هیدروژن‌های فنیل وجود ندارد. بنابراین تنها صورتبندی ترانس وجود خواهد داشت.

 ولی پلیمر دیگری وجود دارد که حتی بهتر کشیده می‌شود و نام آن پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا می‌باشد. این پلیمر حتی می‌تواند جایگزین کولار برای تهیه‌ی جلیقه‌ی ضد گلوله باشد.

ولی برگردیم به کولار …

همچنین حلقه‌های فنیل زنجیرهای مجاور به راحتی و خیلی مرتب روی یکدیگر انباشته می‌شوند و پلیمر با بلورینگی بیشتر و الیافی قوی‌تر می‌سازند.

02432464407-9

بازار جهانی

مقایسه پلی آمید های PA6-PA6,6-PA11- PA12

۱-ساختار شیمیایی:

پلی آمید ها با توجه به مونومر سازنده ی آنها به دو دسته ی مهم تقسیم می شوند.

۱-پلی آمید های بر پایه دی آمین با فرمول ذیل:

(-NH-(CH2)a-CO-)n

نام گذاری این پلیمر ها برحسب تعداد اتم کربن در ملکول اولیه می باشد. که از جمع(C+1)a حاصل می شود. و a بیانگر تکرارگروه CH2 می باشد.

PA6 ; a=5 PA11 ; a=10 PA12 ; a=11

۲-پلی آمین های بر پایه دی آمین و اسید دی کربن با فرمول ذیل:

(NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)b-CO-)n

نام گذاری این پلیمر ها بر اساس تعداد اتم کربن در هریک از گروه است. b عدد دوم فرمول طبق (C+2)b بدست

می آید.

PA6,6 ; b=4 PA6,10 ;b=8 PA6,12 ; b=10

کاربرد ها

نایلون ۶٫۶ یا PA 6,6:

این دسته از پلی‌آمید ها از هگزا متیل دی آمین و اسید آدیپیک سنتز می شوند. و به خاطرنقطه‌ی ذوب بالا، مقاومت حرارتی نسبت به نایلون ۶، مقاومت سایشی، استحکام و پایداری بالایی که دارند. در ساخت انواع قطعات اتومبیل، کیسه هوا، پوشاک، الیاف فرش، ساخت سی دی، چرخ دنده ها بلبرینگ ها، عایق برق و… کاربرد دارند. جذب بالای آب و مقاومت شیمیایی پایین از معایب این گرید از پلی آمید به شمار می آید. تولید محصولات پلی آمید ۶٫۶ بصورت قالب ریزی تزریقی برای ساخت لوله، پروفیل ها، شیلنگ، خودکار مورد استفاده قرار می گیرند. برای افزایش سختی، مقاومت حرارتی وخزشی و… این پلی آمید می توان از الیاف شیشه استفاده کرد.

نایلون ۶ یا PA 6

این پلی آمید نیمه کریستالی مقاومت کششی، انعطاف پذیری، ضد چروک، مقاومت سایشی و مقاومت شیمیایی در برابر اسیدها و بازها را داراست. رنگ پذیری خوب از ویژگی های بارز این پلیمر به حساب می آید. نایلون ۶ را می توان با استفاده از تثبیت کننده ها در طول پلیمریزاسیون اصلاح کرده و خواص شیمیایی و واکنش پذیری آن را تقویت نمود. نایلون ۶ پایداری هیدرولیکی خوب، هزینه ی ساخت و تولید کمتر و در تست های حرارتی عملکرد خیلی خوبی نسبت به نایلون ۶٫۶ دارد. نایلون ۶ در صنعت هواپیما و خودروسازی، ساخت تور،کالاهای مصرفی وصنعتی، طناب، لباس های کشی، ساخت رشته ی ابزار آلات موسیقی(تار، سه تارو ویولن)، صنایع الکترونیکی و برق مورد استفاده قرار می گیرند. فرایند ساخت و تولید نایلون ۶ خیلی سخت و پیچیده نیست. ولی شرکت ها و صنایع خاص آن را تحت استاندارد و لیسانس های خاصی به کیفیت مرغوب و خوبی از محصولات آن دست می یابند.

نایلون ۱۱ یا PA 11

این نایلون ها از روغن کرچک سنتز می شوند، وبه آنها بیوپلاستیک نیز گفته می شود. ولی با این وجود در محیط تجزیه نمی شوند. و زیست تخریب پذیر نیستند. نایلون ۱۱دارای مقاومت حرارتی کمی است. ولی با این وجود در طولانی مدت کارکرد و توانمندی خود را حفظ کرده، و در طیف گسترده ای از تغییرات(دما، فشار،تغییرات شیمیایی و…) کاربرد دارد. این پلی آمید ها نسبت به سایر نایلون ها در برابر اشعه ی فرابنفش مقاوم هستند. ولی در برابر هالوژن ها و اسید های قوی مقاومت خیلی کمی دارند. این گرید دانسیته و نقطه ی ذوب کمتری نسبت به نایلون ۶ دارد. نوع شفاف آن که انعطاف پذیری تقریبا خوبی دارد برای ساخت انواع قطعات وارد بازار شده است. نایلون ۱۱ در تولید لوازم ورزشی، دسته ی ابزارآلات، چرخ دنده‌ ها، خطوط سوخت خودرو، قطعات مکانیکی و پوشش‌ پودری و…استفاده می‌شوند

02432464407-9 

مقایسه و کاربرد پلی آمید های PA6-PA6,6-PA11- PA12

مقایسه پلی آمید های PA6-PA6,6-PA11- PA12

۱-ساختار شیمیایی:

پلی آمید ها با توجه به مونومر سازنده ی آنها به دو دسته ی مهم تقسیم می شوند.

۱-پلی آمید های بر پایه دی آمین با فرمول ذیل:

(-NH-(CH2)a-CO-)n

نام گذاری این پلیمر ها برحسب تعداد اتم کربن در ملکول اولیه می باشد. که از جمع(C+1)a حاصل می شود. و a بیانگر تکرارگروه CH2 می باشد.

PA6 ; a=5 PA11 ; a=10 PA12 ; a=11

۲-پلی آمین های بر پایه دی آمین و اسید دی کربن با فرمول ذیل:

(NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)b-CO-)n

نام گذاری این پلیمر ها بر اساس تعداد اتم کربن در هریک از گروه است. b عدد دوم فرمول طبق (C+2)b بدست

می آید.

PA6,6 ; b=4 PA6,10 ;b=8 PA6,12 ; b=10

کاربرد ها

نایلون ۶٫۶ یا PA 6,6:

این دسته از پلی‌آمید ها از هگزا متیل دی آمین و اسید آدیپیک سنتز می شوند. و به خاطرنقطه‌ی ذوب بالا، مقاومت حرارتی نسبت به نایلون ۶، مقاومت سایشی، استحکام و پایداری بالایی که دارند. در ساخت انواع قطعات اتومبیل، کیسه هوا، پوشاک، الیاف فرش، ساخت سی دی، چرخ دنده ها بلبرینگ ها، عایق برق و… کاربرد دارند. جذب بالای آب و مقاومت شیمیایی پایین از معایب این گرید از پلی آمید به شمار می آید. تولید محصولات پلی آمید ۶٫۶ بصورت قالب ریزی تزریقی برای ساخت لوله، پروفیل ها، شیلنگ، خودکار مورد استفاده قرار می گیرند. برای افزایش سختی، مقاومت حرارتی وخزشی و… این پلی آمید می توان از الیاف شیشه استفاده کرد.

نایلون ۶ یا PA 6

این پلی آمید نیمه کریستالی مقاومت کششی، انعطاف پذیری، ضد چروک، مقاومت سایشی و مقاومت شیمیایی در برابر اسیدها و بازها را داراست. رنگ پذیری خوب از ویژگی های بارز این پلیمر به حساب می آید. نایلون ۶ را می توان با استفاده از تثبیت کننده ها در طول پلیمریزاسیون اصلاح کرده و خواص شیمیایی و واکنش پذیری آن را تقویت نمود. نایلون ۶ پایداری هیدرولیکی خوب، هزینه ی ساخت و تولید کمتر و در تست های حرارتی عملکرد خیلی خوبی نسبت به نایلون ۶٫۶ دارد. نایلون ۶ در صنعت هواپیما و خودروسازی، ساخت تور،کالاهای مصرفی وصنعتی، طناب، لباس های کشی، ساخت رشته ی ابزار آلات موسیقی(تار، سه تارو ویولن)، صنایع الکترونیکی و برق مورد استفاده قرار می گیرند. فرایند ساخت و تولید نایلون ۶ خیلی سخت و پیچیده نیست. ولی شرکت ها و صنایع خاص آن را تحت استاندارد و لیسانس های خاصی به کیفیت مرغوب و خوبی از محصولات آن دست می یابند.

نایلون ۱۱ یا PA 11

این نایلون ها از روغن کرچک سنتز می شوند، وبه آنها بیوپلاستیک نیز گفته می شود. ولی با این وجود در محیط تجزیه نمی شوند. و زیست تخریب پذیر نیستند. نایلون ۱۱دارای مقاومت حرارتی کمی است. ولی با این وجود در طولانی مدت کارکرد و توانمندی خود را حفظ کرده، و در طیف گسترده ای از تغییرات(دما، فشار،تغییرات شیمیایی و…) کاربرد دارد. این پلی آمید ها نسبت به سایر نایلون ها در برابر اشعه ی فرابنفش مقاوم هستند. ولی در برابر هالوژن ها و اسید های قوی مقاومت خیلی کمی دارند. این گرید دانسیته و نقطه ی ذوب کمتری نسبت به نایلون ۶ دارد. نوع شفاف آن که انعطاف پذیری تقریبا خوبی دارد برای ساخت انواع قطعات وارد بازار شده است. نایلون ۱۱ در تولید لوازم ورزشی، دسته ی ابزارآلات، چرخ دنده‌ ها، خطوط سوخت خودرو، قطعات مکانیکی و پوشش‌ پودری و…استفاده می‌شوند

02432464407-9 

شکل های مختلف الیاف شیشه

 

دسته رشته(Strand): مجموعه ای از فیلامنت ها (filament) که در کنار هم قرار میگیرند. این نوع الیاف برای ساخت نخ استفاده میشوند و به صورت مجزا در بازا وجود ندارند.

نخ ها(Yarn): رشته هایی که قطر یکسانی حدودا بین ۴ تا ۱۳ میکرون به هم پیچیده میشوند تا نخ تولید شود. نخها در وزن های متنوع با تکس ۵ الی ۴۰۰ در بازار ارائه میشوند . واحد نام گذاری وزنی آنها تکس (وزن به گرم به ازای ۱۰۰۰ متر طول) و یا معادل کاربردی آن دنیر (وزن به پوند به ازای ۱۰۰۰۰ یارد طول) می باشد.

الیاف شیشه به شکل نخ
نیم تاب ها(Roving): اگر دسته ای از رشته ها با قطرهای مشابه ( ۱۳-۲۴ میکرون) را بهم نپیچیدند تا به صورت آزاد در کنار هم قرار بگیرند به آنها نیم تاب میگویند. نیم تاب ها در وزن های ۳۰۰ الی ۴۸۰۰ تکس در بازار ارائه میشوند.

نیم تابها
دو نوع از نیم تاب ها وجود دارند، نیم تابهای مستقیم و نیم تابهای مجتمع شده. نیم تاب های مستقیم از گردآوری مجموعه ای از رشته ها بعد ذوب بوجود می آیند و اگر در فرآیند تولید، چند دسته رشته را به طور جداگانه کنار هم دسته بندی شوند نیم تاب های مجتمع شده تولید میشوند. رشته های این نیم تابها قطر کمتری نسبت به نیم تاب مستقیم دارند. این قطر کم در مجموع مساحت خیس شدگی را بالاتر میبرد و رزین بیشتری در هنگام ساخت جذب میشود و باعث میشود تا خواص مکانیکی کامپوزیت افزایش یابند. ساخت این نوع نیم تاب دشوارتر است که در نهایت قیمت آن را بالاتر میبرد.

02432464407-9

تقسیم بندی شش نوع الیاف شیشه

A – glass: درمواردی که نیاز به مقاومت در برابر اسید وجود دارد از این نوع الیاف استفاده میشود. در ساخت این نوع الیاف، مواد قلیایی به کار میرود.

E – glass (الکتریکی): همانطور که گفته شد بیشتر الیاف موجود در بازار از این نوع است. یکی از خواص اصلی این نوع الیاف رسانایی الکتریکی به همراه مقاومت کششی مناسب است که در کنار انعطاف پذیری این الیاف را برای ساخت در قطعات الکترونیکی به گزینه مناسبی تبدیل میکند. این الیاف به نسبت نوع A مواد قلیایی کمتری دارند در نتیجه مقاومت به اسید آنها کمی کمتر است اما استحکام کششی و فشاری خوبی دارند. فراوانی این الیاف آنها را به یکی از ارزان ترین نوع الیاف تبدیل کرده است.

E – glass
C – glass (شیمیایی): برای حصول سطحی صاف و صیقلی و همچنین افزایش مقاومت به خوردگی و جلوگیری از تخریب قطعات در صنایع کامپوزیت و FRP، از الیـاف تیشـو به عنوان اولین لایه در سطح قطعه، استفاده می شود. این نوع الیاف به دلیل داشتن مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی و آب عموما به صورت تیشو استفاده میشودند. برای ایمن کردن مخازن و لوله های آبی که ممکن است در برابر خوردگی ناشی از مواد شیمیایی قرار بگیرند نیز استفاده از این الیاف توصیه میشود.

S – glass: در صنعت هوافضا نست مدول بالا به وزن پایین ویژگیه مهمی محسوب میشود که این نوع الیاف با فراهم کردن این ویژگی به یکی از پرکاربردترین الیاف شیشه در صنعت هوافضا تبدل شده اند. این نوع الیاف محدوده استفاده دمایی زیادی دارند.

S-glass
R – glass: مقاومت در برابر خوردگی اسیدی و مقاومت مکانیکی بالا به صورت همزمان را فراهم میکنند.

D – glass: دارای خواص دی الکتریک قوی برای کاربردهای الکتریکی

ECR – glass: تقریبا میتوان گفت مجموعه از خواص مناسب نوع E وC را فراهم میکند به اضافه اینکه خواص دی الکتریک مناسب تری دارد یعنی هم مقاومت شیمیایی و هم رسانایی الکتریکی و همچنین به دلیل نداشتن بور برای محیط زیست نیز مناسب تشخیص داده شده.

R , S – glass یا T – glass: انواعی از الیاف نوع E که در هنگام ساخت و ترکیب با رزین استحکام خود را حفظ میکنند و مدول و استحکام کششی بالاتری را ارائه میکنند با این نام های تجاری شناخته میشوند. رشته های این الیاف استحکام برشی بین لایه ای را به دلیل قطر کوچکشان تامین میکنند.

شیشه S در آمریکا توسط شرکت OCF و AGY در انگلستان، شیشه SR در کارخانه Vetrotex و شیشه T در ژاپن به وسیله مجموعه Nittobo تولید میشوند. این نوع الیاف گران تر هستند و در صنایع تخصصی مثل هوافضا و بالستیکی استفاده میشوند

 

شکل های مختلف الیاف شیشه

دسته رشته(Strand): مجموعه ای از فیلامنت ها (filament) که در کنار هم قرار میگیرند. این نوع الیاف برای ساخت نخ استفاده میشوند و به صورت مجزا در بازا وجود ندارند.

نخ ها(Yarn): رشته هایی که قطر یکسانی حدودا بین ۴ تا ۱۳ میکرون به هم پیچیده میشوند تا نخ تولید شود. نخها در وزن های متنوع با تکس ۵ الی ۴۰۰ در بازار ارائه میشوند . واحد نام گذاری وزنی آنها تکس (وزن به گرم به ازای ۱۰۰۰ متر طول) و یا معادل کاربردی آن دنیر (وزن به پوند به ازای ۱۰۰۰۰ یارد طول) می باشد.

2432464407-9

 

کامپوزیت چیست

کامپوزیت چیست ؟

کامپوزیت یا ماده مرکب، ترکیبی است که از دو فاز تشکیل شده است:

فاز ماتریس یا زمینه

فاز تقویت کننده

فاز ماتریس یا زمینه ضمن این که میتواند از مواد متنوعی باشد چند وظیفه به شرح ذیل دارد که صرف نظر از نوع ماده ایی که استفاده می­گردد این وظایف به عهده اش میباشد:

نگهداری فاز تقویت کننده

محافظت فاز تقویت کننده از عواملی مانند سایش –ضربه و شرایط محیطی

فاز تقویت کننده همانطور که از نامش معلوم است وظیفه تقویت و بهبود خواص فاز ماتریس را عهده دار است

حال با تعریف اجمالی فوق که میتوان تکمیل شده اش را در هر کتاب کامپوزیت یافت اشاره ای به روشهای تولیدقطعات کامپوزیت می­شود.

کامپوزیتها با روشها و مواد  بسیار متنوعی تولید میشوند، عواملی که منجر به انتخاب نوع روش  و ماده تشکیل دهنده تولید یک قطعه کامپوزیت میگردد عبارتند از:

ابعاد قطعه

تیراژ

خواص مکانیکی

خواص شیمیایی

 

اطلاع از هر یک از موارد فوق طراح را در جهت طراحی فرایند تولید و نوع مواد مصرفی یاری مینماید لذا روشن نمودن این پارامترها از نکات بسیار اساسی در تولید میباشد.

02432464407-9

آشنایی با کامپوزیت ها و کاربرد آنها در خودرو و ساختمان

در کاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوافضا، کاربردهای زیر آبی، حمل و نقل و امثال آنها، امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک بوده و مقاومت سایشی خوبی داشته باشند.

از آنجا که نمی توان ماده ای یافت که همه خواص مورد نظر را دارا باشد، باید به دنبال چاره ای دیگر بود. کلید این مشکل، استفاده از کامپوزیت هاست.

کامپوزیت ها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنکه اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می بخشند. در کامپوزیت های پلیمری حداقل دو جزء مشاهده می شود: 

1 - فاز تقویت کننده که درون ماتریس پخش شده است. 

2 - فاز ماتریس که فاز دیگر را در بر می گیرد و یک پلیمر گرماسخت یا گرمانرم می باشد که گاهی قبل از سخت شدن آن را رزین می نامند.

خواص کامپوزیت ها به عوامل مختلفی از قبیل نوع مواد تشکیل دهنده و ترکیب درصد آنها، شکل و آرایش تقویت کننده و اتصال دو جزء به یکدیگر بستگی دارد.

از نظر فنی، کامپوزیت های لیفی، مهم ترین نوع کامپوزیت ها می باشند که خود به دو دسته الیاف کوتاه و بلند تقسیم می شوند. الیاف می بایست استحکام کششی بسیار بالایی داشته، خواص لیف آن (در قطر کم) از خواص توده ماده بالاتر باشد. در واقع قسمت اعظم نیرو توسط الیاف تحمل می شود و ماتریس پلیمری در واقع ضمن حفاظت الیاف از صدمات فیزیکی و شیمیایی، کار انتقال نیرو به الیاف را انجام می دهد. ضمناَ ماتریس الیاف را به مانند یک چسب کنار هم نگه می دارد و البته گسترش ترک را محدود می کند. مدول کششی ماتریس پلیمری باید از الیاف پایین تر باشد و اتصال قوی بین الیاف و ماتریس به وجود بیاورد. خواص کامپوزیت بستگی زیادی به خواص الیاف و پلیمر و نیز جهت و طول الیاف و کیفیت اتصال رزین و الیاف دارد. اگر الیاف از یک حدی (طول بحرانی) کوتاه تر باشند، نمی توانند حداکثر نقش تقویت کنندگی خود را ایفا نمایند.

● الیافی که در صنعت کامپوزیت استفاده می شوند به دو دسته تقسیم می شوند: 

الف)الیاف مصنوعی 

ب)الیاف طبیعی

کارایی کامپوزیت های پلیمری مهندسی توسط خواص اجزاء آنها تعیین می شود. اغلب آنها دارای الیاف با مدول بالا هستند که در ماتریس های پلیمری قرار داده شده اند و فصل مشترک خوبی نیز بین این دو جزء وجود دارد.

ماتریس پلیمری دومین جزء عمده کامپوزیت های پلیمری است. این بخش عملکردهای بسیار مهمی در کامپوزیت دارد. اول اینکه به عنوان چسب الیاف تقویت کننده را نگه می دارد. دوم، ماتریس تحت بار اعمالی تغییر شکل می دهد و تنش را به الیاف محکم و سفت منتقل می کند.

سوم، رفتار پلاستیک ماتریس پلیمری، انرژی را جذب کرده، موجب کاهش تمرکز تنش می شود که در نتیجه، رفتار چقرمگی در شکست را بهبود می بخشد.

تقویت کننده ها معمولا شکننده هستند و رفتار پلاستیک ماتریس می تواند موجب تغییر مسیر ترک های موازی با الیاف شود و موجب جلوگیری از شکست الیاف واقع در یک صفحه شود.

بحث در مورد مصادیق ماتریس های پلیمری مورد استفاده درکامپوزیت ها به معنای بحث در مورد تمام پلاستیک های تجاری موجود می باشد. در تئوری تمام گرماسخت ها و گرمانرم ها می توانند به عنوان ماتریس پلیمری استفاده شوند. در عمل، گروه های مشخصی از پلیمرها به لحاظ فنی و اقتصادی دارای اهمیت هستند.

در میان پلیمرهای گرماسخت پلی استر غیر اشباع، وینیل استر، فنل فرمآلدهید(فنولیک) اپوکسی و رزین های پلی ایمید بیشترین کاربرد را دارند. در مورد گرمانرم ها، اگرچه گرمانرم های متعددی استفاده می شوند، PEEK، پلی پروپیلن و نایلون بیشترین زمینه و اهمیت را دارا هستند. همچنین به دلیل اهمیت زیست محیطی، دراین بخش به رزین های دارای منشا طبیعی و تجدیدپذیر نیز، پرداخته شده است.

از الیاف متداول در کامپوزیت ها می توان به شیشه، کربن و آرامید اشاره نمود. در میان رزین ها نیز، پلی استر، وینیل استر، اپوکسی و فنولیک از اهمیت بیشتری برخوردار هستند.

فایبر گلاس

نمای میکروسکوپی از خواص دوگانه (استحکام و کشش) در فایبرگلاس

کاربرد کامپوزیت ها در صنعت خودرو:

کامپوزیت های الیاف طبیعی مورد استفاده در خودروسازی را می توان به دو دسته تقسیم بندی نمود: 

1) نخست آنهایی که صرفاً در ساخت قطعات تزئینی به کار می روند و نیاز به مقاومت چندان بالایی ندارند. 

2) دسته دیگر آنهایی که کاربرد نیمه باربر دارند و لازم است تا مقاومت مکانیکی نسبتاً بالایی از خود نشان دهند.

دسته اول بیشتر در ساخت قطعات داخل اتاق خودرو همچون رودری، طاقچه عقب و داشبورد کاربرد دارند. دسته دوم در ساخت پوشش سقف و صندوق عقب مورد استفاده قرار می گیرند و لازم است تا در برابر ضربه و بار اعمالی استحکام لازم را داشته باشند.

کامپوزیت های الیاف طبیعی مصرفی در قطعات خودروها علاوه بر داشتن حداقل خواص مکانیکی، از رفتار شکست بسیار خوبی برخوردار هستند. این کامپوزیت ها به صورت غیر ناگهانی و تدریجی می شکنند و همچنین در حین تصادفات، کمتر لبه های تیز و برنده که سرنشین خودرو را زخمی کند تولید می کنند. این کامپوزیت ها به طور خلاصه نسبت به مواد متداول از خواصی مناسب زیر برخوردارند: 

1) سطح نهایی بسیار صاف و نرمی دارند. 

2) ظاهر آنها بسیار بهتر از پلاستیک های ارزان قیمت است. 

3) ازنظر حرارتی در برابر شعله بسیار مقاوم تر از پلاستیک ها هستند. 

4) جاذب اصوات بیرونی هستند. 

5) به مرور زمان تغییر شکل نمی دهند. 

6) نسبت به تغییرات جوی همچون رطوبت مقاوم هستند. 

7) هزینه پایینی دارند.

کاربرد کامپوزیت ها در صنعت ساختمان:

صنعت ساختمان یکی از بزرگ ترین بازارهای کامپوزیت های الیاف طبیعی به شمار می آید. استفاده از کامپوزیت های الیاف طبیعی به عنوان جانشین های مناسب چوب و آهن در ساخت و ساز به شدت در حال گسترش است. در ساخت پارتیشن ها، سقف های کاذب، حصارها نرده ها، کف ها و نمای دیوارها به خوبی می توان از این نوع کامپوزیت ها استفاده کرد. در کشورهای آسیایی ساخت کیوسک ها، خانه های پیش ساخته، خوابگاه ها، سایبان ها و پناهگاه ها به کمک این کامپوزیت ها مورد استقبال فراوان واقع شده است.

این کامپوزیت ها در مقایسه با فایبرگلاس و آهن بسیار ارزان تر بوده و بسیار سبک تر است. کامپوزیت های الیاف طبیعی مصرف شده در ساختمان را با انواع فرایندهای شکل دهی می توان به سهولت تولید نمود. این الیاف به راحتی می توانند به صورت پروفیل های پالتروژنی که در ساخت قاب ها به کار می روند شکل داده شوند.

همچنین پانل های تولیدشده به روش تزریق رزین می توانند به عنوان جانشین های مناسبی برای فیبرهای چوبی و صفحات MDF مطرح شوند. به کمک فرایند پرس گرم نیز می توان تخته های بسیار نازک با ضخامت های گوناگون را تهیه نمود که در ساخت روکش های تزئینی کاربرد دارد. سطوح این کامپوزیت ها نیز مشابه چوب بوده و به کمک یک لایه جلادهنده براقی ویژه ای پیدا می کنند. امروزه استفاده از کامپوزیت های الیاف طبیعی به عنوان روکش های تزئینی شکیل در بسیاری از کشورها دنبال می شود.

02432464407-9

آشنایی با انواع پلیمر - نتیجه گیری

پلیمرها به طور کلی به سه گروه اصلی گرمانرم ها یا تروموپلاستیک ها، گرما سخت ها یا ترموست ها، الاستومرها دسته بندی می‌شوند.

ترموپلاستیک ها با افزایش دما نرم شده و با خنک شدن به سختی اولیه اشان برمی گردند و بیشتر قابل ذوب هستند، به عنوان مثال، نایلون، پلاستیک های گرما سخت (ترموست ها) وقتی گرم می شوند، سخت شده و هنگام سرد شدن به سختی اولیه برمی گردند. این مواد توسط کاتالیزورها یا گرم شدن تحت فشار به یک شکل دائمی تبدیل می شوند. الاستومرها نظیر رابرها می توانند بدون پاره شدن و گسستن در برابر تغییر شکل مقاومت کنند.

در سه مطلب اخیر ارائه شده، انواع محدودی از پلیمرهای هر گروه و کاربرد و خواص آنها مورد بررسی قرار گرفت. در پایان به نتیجه گیری مباحث فوق می پردازیم:

نتیجه‌گیری:

با توجه به مطالب ارایه شده در مباحث فوق الذکر، پلیمرها به سه گروه اصلی ترموپلاستیک‌ها، ترموست‌ها و الاستومرها تقسیم می شوند که بعضی انواع آن از نظر خواص فیزیکی و کاربردهای آنها بیان شد. نتیجه حاصل از بررسی انواع مختلف پلیمرها مشخص می‌کند که هر سه گروه مذکور داری مقاومت شیمیایی بسیار بالا در برابر اسیدهای معدنی بوده و تقریباً همه آنها در مقابل تابش اشعه UV، مخصوصاً تابش نور خورشید، بسیار حساس هستند.

ترموپلاستیک‌ها با توجه به خواص مکانیکی و شیمیایی مناسب، در بسیاری کاربردهای صنعتی نظیر لوله‌ها و تجهیزات انتقال، تجهیزات الکتریکی، پوشش‌ها، اتصالات و نظایر آن استفاده می‌شوند.

ترموست‌ها برخلاف ترموپلاستیک‌ها دارای مقاومت خوردگی پایینی هستند و در نتیجه استفاده از آنها در صنایع محدود به ساخت لوله‌ها، شیرها، پمپ‌ها، ظروف، پوشش‌های محفاظ، عایق‌کاری، چسبنده‌ها و … می شود.

الاستومرها نیز به عنوان مواد پوشش‌ مخازن، تانکها و لوله‌ها استفاده شده و از نظر شیمیایی در مقابل اسیدهای معدنی رقیق، قلیاها و نمک ها مقاوم هستند.

02432464407-9

آشنایی با انواع پلیمر - الاستومرها

پلیمرها به طور کلی به سه گروه اصلی گرمانرم ها یا تروموپلاستیک ها، گرما سخت ها یا ترموست ها، الاستومرها دسته بندی می‌شوند.

ترموپلاستیک ها با افزایش دما نرم شده و با خنک شدن به سختی اولیه اشان برمی گردند و بیشتر قابل ذوب هستند، به عنوان مثال، نایلون، پلاستیک های گرما سخت (ترموست ها) وقتی گرم می شوند، سخت شده و هنگام سرد شدن به سختی اولیه برمی گردند. این مواد توسط کاتالیزورها یا گرم شدن تحت فشار به یک شکل دائمی تبدیل می شوند. الاستومرها نظیر رابرها می توانند بدون پاره شدن و گسستن در برابر تغییر شکل مقاومت کنند.

در مطلب حاضر، انواع محدودی از پلیمرهای گروه سوم (الاستومرها) و کاربرد و خواص آنها مورد بررسی قرار می گیرد.

الاستومرها

رابرها و الاستومرها عمدتاً بعنوان مواد پوشش برج ها،مخازن، تانکها، و لوله ها استفاده می شوند. مقاومت شیمیایی بستگی به نوع رابر و ترکیبات آن دارد. اخیراً رابرهای مصنوعی به بازار عرضه شده که نیازهای صنایع شیمیایی را تا حد زیادی تامین کند. هرچند هیچ یک از رابرهای تهیه شده دارای خواص رابر طبیعی نیست، ولی در یک یا چند مورد نسبت به آن برتری دارد. از رابرهای مصنوعی، ترانس – پلی ایزوپرن سیس- پلی بوتادین، شبیه رابر طبیعی هستند. تفاوت رابرها و الاستومرها در کاربردهای خاص، مشخص می شود.

الف) رابر طبیعی (NR)

رابر طبیعی یا سیس – ۱ و ۴- پلی‌ایزوپرن دارای منومر اولیه سیس – ۱ و ۴- ایزوپرن (این ماده گاهی کائوچو نامیده می‌شود) است. رابر طبیعی توسط فرآوری عصاره درخت رابر

(Heva Brasiliensis) با بخار، و ترکیب آن با عوامل ولکانیزه، آنتی‌اکسیدان‌ها و پرکننده تهیه می‌شود. رنگهای دلخواه می‌تواند با ترکیب رنگدانه‌های مناسب (به عنوان مثال، قرمز: اکسید آهن- Fe2O3، سیاه: کربن سیاه و سفید: اکسید روی – ZnO) حاصل شود. رابر طبیعی دارای خواص دی‌الکتریک مناسب قابلیت ارتجاعی عالی، قابلیت جذب ارتعاش بالا و مقاومت شکست مناسب است. بطور کلی، رابرهای طبیعی از نظر شیمیایی در مقابل اسیدهای معدنی رقیق، قلیا و نمکها مقاوم هستند. رابر طبیعی، براحتی توسط مواد شیمیایی اکسید‌کننده، اکسیژن اتمسفری، ازن، روغن‌ها، بنزن و ستن‌ها مورد حمله قرار گرفته وغالباً دارای مقاومت شیمیایی کم در مقابل نفت و مشتقات آن و بسیاری مواد شیمیایی آلی هستند، بطوری که در معرض آنها نرم می‌شوند. علاوه بر این، در مقابل تابش اشعه UV (به عنوان مثال، قرار گرفتن در معرض نور خورشید) بسیار حساس هستند.

در مجموع این ماده برای کاربردهایی که به مقاومت سایشی، مقاومت الکتریکی و خواص جذب ضربه یا ارتعاش نیاز دارند، بسیار مناسب است. با وجود این، به واسطه محدودیت مکانیکی رابر طبیعی، و همچنین بسیاری رابرهای مصنوعی، توسط ولکانیزاسیون و ترکیب با افزودنیهای دیگر این مواد به محصولات پایدارتر و سخت‌تر تبدیل می‌شوند. فرآیند ولکانیزاسیون شامل اختلاط رابر طبیعی یا مصنوعی خام با ۲۵ درصد وزنی سولفور و حرارت مخلوط در OC150 است. مواد رابر حاصله به واسطه واکنش‌های زنجیری بین رشته‌های کربن مجاور به مراتب سخت‌تر و قوی‌تر از مواد اولیه هستند. بنابراین، کاربردهای صنعتی رابر طبیعی ولکانیزه شده شامل مواردی نظیر: پوشش داخلی پمپ‌ها، شیرها، لوله‌ها، خرطومی‌ها و اجزای ماشین کاری است. به دلیل مقاومت شیمیایی پایین و حساسیت این رابر به نور خورشید، که یک خاصیت نامطلوب در صنایع است، امروزه این ماده با انواع جدید الاستومرها جایگزین می‌شود.

ب – ترانس- پلی‌ایزوپرن رابر (PIR)

ترانس – ۱ و ۴- پلی‌ایزوپرن رابر، یک رابر مصنوعی با خواص مشابه نوع طبیعی آن است. این ماده اولین بار در طول جنگ جهانی دوم به واسطه مشکلات تامین رابر طبیعی بطور صنعتی شناخته شد. گرچه، این ماده حاوی ناخالصی‌های کمتری نسبت به رابر طبیعی بوده و فرآیند تهیه آن بسیار ساده است، به دلیل قیمت بالای آن، زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرد. خواص مکانیکی و مقاومت شیمیایی آن، مشابه رابر طبیعی بوده و مانند بسیاری از انواع دیگر رابرها خواص مکانیکی آن توسط فرآیند ولکانیزاسیون بهبود می‌یابد.

ج- رابر استایرن بوتادین (SBR)

رابر استایرن بوتادین، یک کوپلیمر استایرن و بوتادین است. این رابر تحت نام تجاری Buna S شناخته شده است. مقاومت شیمیایی آن مشابه رابر طبیعی است و دارای مقاومت پایین در مقابل اکسید‌کننده‌ها، هیدروکربن‌ها و روغن‌های معدنی است. از این رو از نظر شیمیایی مزیت خاصی نسبت به دیگر رابرها ندارد این رابر در تایر اتومبیل، تسمه‌ها، واشرها، لوله‌های خرطومی و دیگر محصولات متنوع استفاده می‌شود.

د- رابر نیتریل (NR)

نیتریل رابر، یک کوپلیمر از بوتادین و آکریلونیتریل است. این ماده در نسبتهای متفاوت از ۲۵:۷۵ تا ۷۵:۲۵ ساخته می‌شود که سازنده باید درصد آکریلونیتریل را در محصول خود مشخص کند. رابر نیتریل تحت نام تجاری Buna N شناخته شده و نظر به مقاومت در برابر متورم شدن در حالت غوطه‌وری در روغن‌های معدنی، دارای مقاومت بالا در مقابل روغن‌ها و حلا‌ل‌ها است. علاوه بر این، مقاومت شیمیایی آن در مقابل روغن‌ها متناسب با میزان آکریلونیتریل آن است. گرچه این ماده در مقابل اکسید‌کننده‌های قوی نظیر اسید نیتریک مقاوم نیست، مقاومت خوبی در مقابل ازن و تابش اشعه UV نشان می‌دهد. رابر نیتریل برای لوله‌های پلاستیکی گازوئیل، دیافراگم پمپ‌های سوخت، واشرها، آب‌بندها و درزگیرها (نظیر او- رینگ‌ها) ونهایتاً زیره‌های مقاوم در برابر روغن برای کفش‌های کار ایمنی استفاده می‌شوند.

ه) بوتیل رابر

بوتیل رابر، یک کوپلیمر از ایزوبوتیلن و ایزوپرن است. بوتیل رابر از نظر شیمیایی در مقابل اسیدهای معدنی رقیق، نمکها و قلیاها مقاوم بوده و مقاومت شیمیایی خوبی در مقابل اسید‌های غلیظ به استثنای اسیدنیتریک و اسید سولفوریک دارا است. این رابر در مقابل ازن نیز مقاومت بالایی دارد. گرچه به راحتی در مقابل مواد شیمیایی اکسید‌کننده، روغن‌ها، بنزن، و ستن‌ها مورد حمله قرار می‌گیرد، دارای مقاومت شیمیایی پایین در مقابل نفت و مشتقات آن و دیگر مواد شیمیایی آلی است. علاوه بر این، رابر بوتیل در مقابل اشعه UV (مانند قرار گرفتن در معرض نور خورشید) بسیار حساس است. مشابه دیگر رابرها، خواص مکانیکی آن توسط فرآیند ولکانیزاسیون بهبود می‌یابد. کاربردهای صنعتی آن مشابه کاربردهای رابر طبیعی است. بوتیل رابر برای تیوبهای داخلی تایر و لوله‌های خرطومی استفاده می‌شود.

024324664407-9

آشنایی با انواع پلیمر - ترموست ها

پلیمرها به طور کلی به سه گروه اصلی گرمانرم ها یا تروموپلاستیک ها، گرما سخت ها یا ترموست ها، الاستومرها دسته بندی می‌شوند.

ترموپلاستیک ها با افزایش دما نرم شده و با خنک شدن به سختی اولیه اشان برمی گردند و بیشتر قابل ذوب هستند، به عنوان مثال، نایلون، پلاستیک های گرما سخت (ترموست ها) وقتی گرم می شوند، سخت شده و هنگام سرد شدن به سختی اولیه برمی گردند. این مواد توسط کاتالیزورها یا گرم شدن تحت فشار به یک شکل دائمی تبدیل می شوند. الاستومرها نظیر رابرها می توانند بدون پاره شدن و گسستن در برابر تغییر شکل مقاومت کنند.

در مطلب حاضر، انواع محدودی از پلیمرهای گروه دوم (ترموست ها) و کاربرد و خواص آنها مورد بررسی قرار می گیرد.

ترموست ها

الف – پلی اورتان ها (PUR)

این پلیمرها در فرمهای مختلف نظیر فوم های انعطاف پذیر و سخت، الاستومورها و رزین های مایع استفاده می شوند. پلی اورتان ها در برابر اسیدها و بازهای قوی و حلال های آلی دارای مقاومت خوردگی پایین هستندو فوم های انعطاف پذیر عمدتاً برای کاربردهای خانگی (نظیر بسته بندی ) استفاده می شوند، در حالیکه فوم های سخت به عنوان مواد عایق حرارتی برای انتقال سیالات کرایوژنیک و محصولات غذایی سرد بکار گرفته می شود.

ب – پلاستیک های فوران

این پلاستیک ها از فنولیگ گران تر هستند، اما استحکام کششی بالاتری دارند. بعضی مواد در این دسته دارای مقاومت قلیایی بیشتر هستند. مقاومت حرارتی این پلی استرها حدود 0C80 است.

رزین‌های اپو کسی (EP)اپوکسی های با پایه گلیسیدال اتر شاید بهترین ترکیب از نظر مقاومت سایشی و خواص مکانیکی باشند. اپوکسی های تقویت شده با فایبر گلاس استحکام بسیار بالا و مقاومت حرارتی خوبی دارند و مقاومت شیمیایی رزین اپوکسی در مقابل اسیدهای ضعیف بسیار عالی و در مقابل اسیدهای قوی نامناسب می باشد. مقاومت قلیایی آن، در محلول های ضعیف بسیار خوب است. اپوکسی در قالب ریزی، اکستروژن ها، ورقه ها، چسبنده ها و پوشش ها کاربرد دارند. این مواد بعنوان لوله ها ، شیرها، پمپ ها، تانک های کوچک، ظروف، سینک ها، آسترکاریها، پوشش های محافظ، عایق کاری، چسبنده ها و حدیده ها بکار می روند.

02432464407-9