X
تبلیغات
دنیای پلیمر
 
از دنیای پلیمر بیشتر بدانید
 


 

طيف سنجي مادون قرمز بر اساس جذب تابش و بررسي جهش‌هاي ارتعاشي مولکول‌ها و يون‌هاي چند اتمي صورت مي‌گيرد. اين روش به عنوان روشي پرقدرت و توسعه يافته براي تعيين ساختار و اندازه‌گيري گونه‌هاي شيميائي به کار مي رود. همچنين اين روش عمدتاً براي شناسايي ترکيبات آلي به کار مي‌رود، زيرا طيف‌هاي اين ترکيبات معمولاً پيچيده هستند و تعداد زيادي پيک هاي ماکسيمم و مينيمم دارند که مي‌توانند براي اهداف مقايسه‌ايي به کار گرفته شوند.


تئوري
در مولکول‌ها دو نوع ارتعاش وجود دارد که اصطلاحاً ارتعاش‌هاي کششي و خمشی ناميده مي‌شوند. ارتعاش کششي به دو صورت متقارن و نامتقارن تقسيم‌بندي مي‌شود. هر گاه يک نيم متناوب کششي نامتقارن رخ دهد، گشتاور دو قطبي در يک جهت تغيير مي‌يابد و در نيم تناوب ديگر، گشتاور دو قطبي در جهت مخالف جابه‌جا مي‌گردد. بدين ترتيب گشتاور دو قطبي با فرکانس ارتعاشي مولکول، نوسان مي‌نمايد .( اين نوسان باعث ارتقاي مولکول به نوار جذبي مادون قرمز مي‌گردد و به همين علت آن را فعال مادون قرمز مي‌نامند). در حالت ارتعاش کششي متقارن، دو اتم در يک نيم‌ تناوب ارتعاشي، در جهات مختلف حرکت مي‌کنند که در اين صورت تغيير نهايي در گشتاور دو قطبي مولکول به وجود نمي‌آيد و به همين علت آن را غيرفعال مادون قرمز مي‌نامند. در اين حالت، تغيير در فواصل درون مولکولي، بر قابليت قطبي شدن پيوندها اثر مي‌گذارد. لذا در قطبش پذيري مولکول تغيير حاصل مي‌شود و اين حالتي است که در طيف سنجي رامان مورد توجه قرار مي‌گيرد [1].
برهم‌کنش تابش مادون قرمز با يک نمونه باعث تغيير انرژي ارتعاشي پيوند در مولکول‌هاي آن مي‌شود و روش مناسبي براي شناسايي گروه‌هاي عاملي و ساختار مولکولي است. شرط جذب انرژي مادون قرمز توسط مولکول اين است که گشتاور دو قطبي در حين ارتعاش تغيير نمايد. در طيف الکترومغناطيسي ناحيه بين400-µm 0/8 مربوط به ناحيه مادون قرمز است ولي ناحيه‌ايي که جهت تجزيه شيميائي مورد استفاده قرار مي‌گيرد، بينµm 50- 0/8 است.

شکل 1: ارتعاش‌هاي کششي متقارن و نامتقارن در يک مولکول [1]
ناحيه بالاتر از 50µm را ناحيه مادون قرمز دور ، ناحيه بينµm 0/8-2/5 ناحيه مادون قرمز نزديک و ناحيه بينµm 25-8 را ناحيه اثر انگشت مي‌نامند. هر جسم در اين ناحيه يک طيف مخصوص به خود دارد که براي شناسايي گروه‌هاي عاملي آن به کار مي‌رود.
نمودار جعبه‌اي از اجزاي اصلي موجود در يک طيف نورسنجي قرمز در شکل (2) نمايش داده شده است
.

شکل 2-نمودار ساده يک طيف نورسنج مادون قرمز [1]

تجزيه کيفي
براي شناسايي کيفي يک نمونه مجهول، نوع گروه‌هاي عاملي و پيوندهاي موجود در مولکول‌هاي آن، طيف مادون قرمز نمونه را رسم نموده و با مراجعه به جداول مربوطه که موقعيت ارتعاش پيوندهاي مختلف و يا طيف IR اجسام را نشان مي‌دهند، طول موج يا عدد موج گروه‌ها و پيوندها را شناسايي مي‌کنند.
در طيف نورسنجي معمولي IR، طيف الکترومغناطيسي در ناحيه مرئي تا مادون قرمز گسترده مي‌شود. سپس بخش کوچکي از آن بر حسب فرکانس يا طول موج به آشکارساز رسيده و ثبت مي‌شود. در اين حالت طيف به دست آمده، در محدودة فرکانس يا طول موج ثبت خواهد شد. ويژگي FT-IR اين است که تمام طول موج‌هاي ناحيه طيفي مورد نظر در يک زمان به نمونه تابيده مي‌شود. در حالي که در روش‌هاي پاشنده تنها بخش کوچکي از طول موج‌ها در يک زمان به نمونه مي‌رسند. بنابراين سرعت، قدرت تفکيک و نسبت سیگنال به نويز در روش تبديل فوريه برتري قابل ملاحظه‌اي نسبت به روش معمولي IR دارد [2].


کاربرد

برخی اطلاعاتی که می توان از طيف‌سنجي تبديل فوريه مادون قرمز (FT-IR) بدست آورد شامل موارد ذیل است:
شناسائی کیفی و کمی ترکیبات آلی حاوي نانوذرات، تعیین نوع گروه عاملی و پیوندهای موجود در مولکولهای آن. برای تعیین مقادیر بسیار کم یون هیدروژن فسفات در هیدروکسی آپاتیت که در اعضاء مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد [2]
همچنين براي آنالیز برخی داروهای حاوی نانو ذرات مورد استفاده قرار مي گيرد. [3]

مراجع:
1- D. A. Skoog, D. M. West Holt, "Principle of Instrumental Analysis", Saunders College Publishing, Sixth edition, 1994.
2- E. Vidal, Augusta, E-MRS Meeting, 2003.
3- M. Praisler, S. Gosav, J. Van Bocxlaer, A. De Leenheer, and D.L. Massart."Exploratory analysis for the
identification of amphetamines using neural networks and GC-FTIR data", The Annals of the University "Dunãrea de Jos", Fascicle II, 83-96, 2002.
ضميمه 1- فهرستFTIR هاي موجود در كشور
طيف سنجي مادون قرمز  FTIR ) Fourier Transform Infrared Spectroscopy )
رديف دانشگاه مدل نوع عضويت
1 دانشگاه صنعتي امير كبير پليمر و تركيبات شيميايي - رزرو
2 دانشگاه تبريز دانشكده شيمي TENSOR27 رزرو
ضميمه – فهرست مدل هاي مختلف FT-IR
طيف سنجي مادون قرمز  FTIR ) Fourier Transform Infrared Spectroscopy )
رديف مدل شرکت كشور
1 380 FT-IR Spectrometer Nicolet United States
2 FTIR 8400S Shimadzu Japan
3 FTIR, Model 1600 Perkin Elmer United States
4 Mattson 1000 Unican United States
5 TENSOR 27 Bruker Germany


نانوسکوپ چیست؟


اساس کار نانوسکوپ این است که سوزن مخصوص دستگاه را در فاصله یک نانومتری جسم موردنظر نگه می دارند و بین سوزن و نمونه یک ولتاژ بر قرار می کند.در نتیجه جریانی از الکترون ها از طریق سوزن از نمونه عبور می کند که به آن جریان تونلی می گوییم.با این کار یک تونلی از هوا بین سوزن و نمونه ایجاد می شود.



هر چه قدر فاصله بین سوزن و جسم کمتر باشد جریان عبوری بیشتر است.حال اگر بتوانیم با یک سیستم الکترونیکی فاصله بین سوزن و نمونه را ثابت نگه داریم با اسکن کردن سطح نمونه جریان تونلی کم و زیاد می شود.در نهایت جریان های عبوری تبدیل به سیگنال هایی می شوند که تصویر را برای ما بوجود می آورند. این نانوسکوپ به صورت سه بعدی از سطح اجسام تصویر تهیه می کند.




این نانوسکوپ تولیدی کاملا داخلی دارد و هم اکنون 5 کشور دنیا فناوری ساخت نانوسکوپ را دارند. اولین نانوسکوپ ایرانی با نام تجاری (NAMA)در اواخر اردیبهشت ۸۶ رونمایی شد.









 

کروماتوگرافي گازي در سال 1952 به وسيله جيمز و مارتين براي جدا کردن مقادير کم اسيدهاي چرب به کار برده شد. GC يک روش فيزيکي است که براي جداسازي، شناسايي و اندازه‌گيري اجزاي فرار به کار مي‌رود. به عنوان مثال جدا کردن بنزن (نقطه جوش °1/80) از سيلکوهگزان (نقطه جوش °8/80) بوسيله تقطير جزء به جزء غير ممکن است. در صورتي که آنها را در چند دقيقه مي‌توان به کمک کروماتوگرافي گازي جدا نمود و شناسايي کرد. همچنين حدود 200 جزء مختلف نفت خام را به آساني مي‌توان تشخيص داد. اين روش سريع و ساده است و براي تشخيص ناخالصي‌هاي موجود در يک ماده فرار يا مقادير کم مواد ضد آفت در پوست ميوه‌جات و اندازه‌گیري گازها و آلودگي مواد به کار می رود [1].
در کروماتوگرافي گازي، فاز متحرک يک گاز است. فاز ساکن يک مادة جاذب جامد يا مايع پوشش داده شده و يا داراي پيوند با يک جامد بر روي ديواره ستون است. اگر فاز ساکن جامد باشد، روش را کروماتوگرافي گاز- جامد (GSC) و اگر فاز ساکن مايع باشد، روش را کروماتوگرافي گاز- مايع (GLC) مي‌نامند. هر چند هر دو روش در تجزيه به کار مي‌روند ولي GLC بيشتر مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
جدا شدن اجزاي يک نمونه فرار در GLC بر اساس تقسيم آنها بين دو فاز مايع و گاز است. نمونه در فاز متحرک حل شده و فاز ساکن يک مايع ديرجوش است که به صورت لاية نازکي بر روي ذرات يک جامد گسترده شده است. کروماتوگراف گازي از قسمت‌هاي زير تشکيل شده است [1].

شکل 1:نماي ساده يک کروماتوگراف گازي [1]

گاز حامل بايد يک گاز بي‌اثر باشد تا با فاز ساکن، حلال و يا نمونه واکنش ندهد، به همين دليل معمولاَ از نيتروژن يا هليم استفاده مي‌شود. در دماي ثابت، فشار و سرعت جريان گاز به طرف ستون را با تنظيم کنندة فشار و جريان سنج، ثابت نگه مي‌دارند. مقدار µL 1/0-5 از نمونه مايع به وسيله يک سرنگ مخصوص وارد قسمت تزريق نمونه مي‌شود. نمونه‌هاي جامد را بايد در يک حلال فرار مناسب،‌ حل و سپس تزريق نمود. براي نمونه‌هاي گازي بايد حجم‌هاي بيشتري انتخاب شود. نمونه پس از تزريق در نتيجة گرماي حاصل از سيستم الکتريکي تبديل به گاز مي‌شود و با گاز حامل مخلوط شده، به طرف ستون مي‌رود.
فاز ساکن يک مايع ديرجوش مانند روغن پارافين يا روغن سيليکون است که تا حدود 400 مقاوم است و به صورت لايه نازکي روي ذرات جامد گسترده شده است. مايع به کار رفته بايد از نظر شيميايي غير فعال بوده و براي اجزاي نمونه قابليت انحلال مختلفي داشته باشد. علاوه بر ستون‌هاي پر شده مي‌توان از ستون‌هاي مويين به طول حدود cm 10-100 و قطر داخليcm 0/25-0/32 استفاده نمود که داخل آنها از سليت پوشيده شده است و فيلم نازکي از مايع ديرجوش بر روي پوشش سيليسي قرار دارد.

جدا شدن مواد در ستون، نظير فرايند استخراج است. نمونه که در فاز گاز محلول است از بالاي ستون وارد مي‌گردد و اجزاي آن بر حسب ضريب توزيع خود بين دو فاز مايع و گاز تقسيم مي‌شوند. در نتيجه اجزاي موجود در نمونه بر حسب تمايلي که ستون براي نگهداري آنها دارد از يکديگر جدا شده و به وسيله عبور گاز حامل،‌ اجزا جدا مي‌شوند و به ترتيبي که متناسب با عکس تمايل نگهداري ستون براي آنها است، از انتهاي ستون خارج شده، وارد آشکارساز مي‌گردند. در آشکارساز اجزاء جدا شده موجود در گاز حامل مورد شناسايي و اندازه‌گيري قرار مي‌گيرند.
دماي ستون GC را مي‌توان روي دماي خاصي تنظيم کرده و به صورت همدما جداسازي را انجام داد. همچنين در برخي موارد که اجزاي نمونه در ستون به خوبي جدا نمي‌شوند، براي جداسازي بهتر از روش برنامه‌ريزي دمايي استفاده مي‌شود. در اين روش دماي ستون را طبق برنامه‌اي از پيش تعيين شده و با سرعتي مناسب افزايش مي‌دهند تا مواد به تدريج از يکديگر جدا شوند [1].
کاربردها
برخی از کاربردهای مهم کروماتوگرافی گازی(GC) در فناوری نانو عبارتست از:

1- جداسازی و شناسائی برخی از ترکیبات آلی [2]
2-تعیین ساختار ترکیبات آلی در لاستیک [2]
3-آنالیز برخی داروهای نانو ذرات [3]
مراجع:
1- D. A. Skoog, D. M. West Holt, Principle of Instrumental Analysis, Saunders College Publishing, Sixth edition, 1994.
2- E. Vidal, Augusta, E-MRS Spring Meeting 2003 June 10 - 13, 2003.
3- M. Praisler, S. Gosav, J. Van Bocxlaer, A. De Leenheer, and D.L. Massart. Exploratory analysis for the identification of amphetamines using neural networks and GC-FTIR data, The Annals of the University "Dunãrea de Jos", Fascicle II, p. 83-96, ISSN 1221-4531, 2002.

ضميمه1- فهرست GC-MS هاي موجود در ايران

طيف سنجي جرمي–كروماتوگرافي گازي (Mass Spectroscopy and Gas chromatography (GC-MS
رديف دانشگاه مدل نوع عضويت
1 دانشگاه فردوسي مشهد آزمايشگاه مركزي CH7A عضو
2 پژوهشگاه صنعت نفت اسپكتروسكوپي 8430 Magnetic عضو
3 دانشگاه صنعتي شريف شناسايي و اندازه گيري تركيبات GCHP6890 MSHPSa73 MDS عضو
4 دانشگاه الزهرا تحقيقات شيمي GC6390 عضو
5 دانشگاه تربيت معلم تهران آزمايشگاه شيمي- CP3800GC عضو
6 دانشگاه شهيد بهشتي پژوهشكده گياهان و مواد اوليه داروئي Chrow – cord32 bit عضو
7 دانشگاه علوم پزشكي شهيد بهشتي آززمايشگاه نانو تكنولوژي - عضو
8 مؤسسه تحقيقاتي و آموزشي نور(توان) CP3800 رزرو
9 دانشگاه رازي كرمانشاه آزمايشگاه شيمي تجزيه - رزرو
10 دانشگاه تبريز آزمايشگاه دانشكده شيمي CP3800 رزرو
11 دانشگاه تبريز آزمايشگاه دانشكده شيمي HP5890 رزرو
ضميمه 2– فهرست مدل هاي مختلف GC
طيف سنجي جرمي–كروماتوگرافي گازي (Mass Spectroscopy and Gas chromatography (GC-MS
رديف مدل شرکت كشور
1 GC-8700 Perkin Elmer Unite State
2 GC-3400 Varian Unite State
3 8430 Magnetic Finnigan mat Unite State
4 Hp-6890-5973 Hewlett Packard -HP Unite State
5 Chrom-card 32 bit Thermo Finnigan Unite State




معرفی

در پژوهش‌هاي مربوط به خواص مواد نانوساختاري ميكروسكوپ الكتروني يكي از مهم‌ترين و پركاربردترين دستگاه‌هايي است كه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اغلب مطالعات انجام‌شده روي خواص مواد نانوساختاري براي تعيين اندازه و شكل آنها از ميكروسكوپ عبور الكتروني استفاده شده است. اين روش اندازه و شكل ذرات را با دقت حدود چند دهم نانومتر به دست مي‌دهد كه به نوع ماده و دستگاه مورد استفاده بستگي دارد. امروزه در بررسي خواص مواد نانوساختاري از ميكروسكوپ عبور الكتروني با وضوح بالا (High-Resolution) استفاده مي‌شود. علاوه بر تعيين شكل و اندازة ذرات به وسيله ميكروسكوپ عبور الكتروني با استفاده از پراش الكترون و ساير سازوكارهاي موجود در برخورد الكترون با ماده برخي ويژگي‌هاي ديگر مواد نانوساختاري مانند ساختار بلوري، تركيب شيمياي را مي توان بدست آورد.

  نوشته شده در  پنجشنبه سی و یکم شهریور 1390ساعت 14:12  توسط مجید علیپور  | 
 
مقدمه
پلیمرها، بخش عمده ای از مشتقات نفتی هستند كه در انواع مختلف در صنعت پتروشیمی، تولید و در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند.

امروزه استفاده از پلیمرها به اندازه ای رایج شده كه می توان گفت بدونِ استفاده از آنها بسیاری از حوایج روزمره ما مختل خواهد شد. مقاله حاضر، پلیمرهای مقاوم حرارتی را مورد مطالعه قرار می دهد كه علاوه بر مصارف متعدد، در صنایع هوا- فضا نیز نقش عمده ای ایفا می كنند.


پلیمرها، بخش عمده ای از مشتقات نفتی هستند كه در انواع مختلف در صنعت پتروشیمی، تولید و در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه استفاده از پلیمرها به اندازه ای رایج شده كه می توان گفت بدونِ استفاده از آنها بسیاری از حوایج روزمره ما مختل خواهد شد. مقاله حاضر، پلیمرهای مقاوم حرارتی را مورد مطالعه قرار می دهد كه علاوه بر مصارف متعدد، در صنایع هوا- فضا نیز نقش عمده ای ایفا می كنند. هنگامی كه تركیبات آلی در دمای بالا حرارت داده می شوند، به تشكیل تركیبات آروماتیك تمایل پیدا می كنند. بنابراین می توان نتیجه گرفت كه پلیمرهای آروماتیك باید در مقابل دماهای بالا مقاوم باشند. انواع وسیعی از پلیمرها كه واحد های تكراری آروماتیك دارند، در سالهای اخیر توسعه و تكامل داده شده اند.

 

این پلیمرها در صنایع هوا- فضا مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا در برابر دمای زیاد پایداری مطلوبی از خود نشان می دهند. برای این كه یك پلیمر در برابر حرارت و در برابر گرما مقاوم تلقی شود، نباید در زیر دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد تجزیه شود. هم چنین باید خواص مورد نیاز و سودمند خود را تا دماهای نزدیك به دمای تجزیه حفظ كند. این گونه پلیمرها دارای Tg بالا و دمای ذوب بالا هستند. پس می توان گفت پلیمرهای مقاوم حرارتی به پلیمرهایی گفته می شود كه در دمای بالا بكار برده می شوند، به طوری كه خواص مكانیكی، شیمیایی و ساختاری آنها، با خواص سایر پلیمرها در دماهای پایین متفاوت باشد. پلیمرهای مقاوم حرارتی به طور عمده در صنایع اتومبیل سازی، صنایع هوا- فضا، قطعات الكترونیكی، عایق ها، لوله ها، انواع صافی ها، صنایع آشپزی و خانگی، چسب ها و پوشش سیم های مخصوص مورد استفاده قرار می گیرد. پلیمرهای یاد شده هم به روش آلی و هم به روش معدنی تهیه می شوند. ذكر این نكته مهم است كه روش آلی متداول تر و اغلب پژوهش ها توسط دانشمندان پلیمر در این زمینه ها به ثمر رسیده است.

 

 

پایداری حرارتی
پایداری حرارتی پلیمرها، تابع فاكتورهای گوناگونی است. از آنجا كه مقاومت حرارتی تابعی از انرژی پیوندی است، وقتی دما به حدی برسد كه باعث شود پیوندها گسیخته شوند، پلیمر از طریق انرژی ارتعاشی شكسته می شود. پس پلیمرهایی كه دارای پیوند ضعیفی هستند در دمای بالا قابل استفاده نیستند و از بكار بردن منومرها و هم چنین گروه های عاملی كه باعث می شود این پدیده تشدید شود، باید خودداری كرد.

 

 البته گروه هایی مانند اتر یا سولفون، نسبت به گروه هایی مانند آلكیل و NH و OH پایدارتر هستند، ولی وارد كردن گروه هایی مانند اتروسولفون و یا گروههای پایدار دیگر صرفاً بخاطر بالا بردن مقاومت حرارتی نیست، بلكه باعث بالا رفتن حلالیت نیز می شوند. تاثیرات متقابلی كه بین دو گونه پلیمری وجود دارد، ناشی از تاثیرات متقابل قطبی- قطبی، و پیوند هیدروژنی (۶-۱۰ Kcal/mol) است كه باعث بالا رفتن مقاومت حرارتی در پلیمرها می شوند. این قبیل پلیمرها باید قطبی و دارای عامل هایی باشند كه پیوند هیدروژنی را بوجود آورند، مانند: پلی ایمیدها و پلی یورتانها. انرژی رزونانسی كه به وضوح در آروماتیك ها به چشم می خورد، مخصوصاً در حلقه های هتروسیكل و فنیلها و كلاً پلیمرهایی كه استخوان بندی آروماتیكی دارند باعث افزایش مقاومت حرارتی می شوند.

 

در مورد واحدهای تكراری حلقوی، شكستگی یك پیوند در یك حلقه باعث پایین آمدن وزن مولكولی نمی شود و احتمال شكستگی دو پیوند در یك حلقه كم است. پلیمرهای نردبانی یا نیمه نردبانی پایداری حرارتی بالاتری نسبت به پلیمرهای زنجیره باز دارند. بنابراین اتصالات عرضی موجب صلب پلیمرهای خطی می شوند كه شامل حلقه های آروماتیك با چند پیوند یگانه مجزا هستند. با توجه به نكاتی كه ذكر شد برای تهیه پلیمرهای مقاوم حرارتی باید نكات زیر رعایت شوند.


- استفاده از ساختارهایی كه شامل قوی ترین پیوند های شیمیایی هستند. مانند تركیبات هتروآروماتیك، آروماتیك اترها و عدم استفاده از ساختارهایی كه دارای پیوند ضعیف مثل آلكیلن- آلیسیكلیك و هیدروكربن های غیر اشباع می باشند.


- ساختمان تركیب باید به گونه ای باشد كه به سمت پایدار بودن میل كند، پایداری رزونانسی آن زیاد باشد و بالاخره ساختارهای حلقوی باید طول پیوند عادی داشته باشند، به نحوی كه اگر یك پیوند شكسته شد، ساختار اصلی، اتم ها را كنار هم نگه دارد.
 

 


لباس فضا نوردان
امروزه در زمینه پلیمرهای مقاوم حرارتی پیشرفت های زیادی حاصل شده است. پژوهشگری به نام كارل اسی مارول كه یك محقق برجسته در زمینه مقاومت حرارتی پلیمرها است، باعث توسعه تجارتی پلی بنزایمیدازول، با نام تجارتی PBI ، شده است كه به شكل الیاف برای تهیه لباس فضانوردان مورد استفاده قرار می گیرد. البته این تنها یكی از موارد كاربردهای متنوع پلیمرهای مقاوم حرارتی در برنامه های فضایی است. بی تردید اگر سالها پژوهش علمی و آزمایش های گوناگون موجب كشف الیاف پلیمری مقاوم برای تهیه لباس فضا نوردان نمی شد، هیچ فضا نوردی نمی توانست به فضا سفر كند.

 

طی سال های اخیر گونه های وسیعی از پلیمرهای آروماتیك و آلی فلزی مقاوم در برابر گرما، توسعه و تكامل داده شده اند، كه تعداد كمی از آنها به علت قیمت بالای آنها در تجارت قابل قبول نبوده اند. پلیمرهای آروماتیك، به خاطر اسكلت ساختاری صلب، دمای گذار شیشه ای Tg و ویسكوزیته بالا، قابلیت حلالیت كم دارند، بنابراین سخت تر از سایر پلیمرها هستند. در حال حاضر بالاترین حد مقاومت گرمایی از پلیمرهای آلی بدست آمده است، بنابراین در سال های اخیر تاكید روی معرفی تفاوت های ساختاری پلیمرها بوده است.

 

پیوستن گروه های انعطاف پذیر مانند اتر یا سولفون در اسكلت، یك راهكار است. هر چند این اقدامات باعث حلالیت بیشتر، ویسكوزیته كمتر و معمولاً پایداری حرارتی كم می شود. نگرش دیگر برای وارد كردن گروههای آروماتیك حلقه ای این است كه به صورت عمودی در اسكلت صفحه ای آروماتیك قرار می گیرد. همان طور كه در پلی بنزایمیدازول اشاره شد این ساختارها كه »كاردو پلیمر« نامیده می شوند معمولاً پایداری بالایی دارند، بدون این كه خواص دمایی آنها از بین برود. وارد كردن اسكلت با گروههای فعال كه در اثر گرما موجب افزایش واكنش حلقه ای بین مولكولی می شوند، راهی دیگر برای پیشرفت روندكار است.

 

مهم ترین و پرمحصول ترین راه از نقطه نظر توسعه تجارتی، سنتز الیگومرهای آروماتیك یا پلیمرهایی است كه با گروههای پایانی فعالی، خاتمه داده شده اند. الیگومرهایی كه انتهای آنها فعال شده اند، در دمای نسبتاً پایین ذوب می شوند و در انواع حلال ها نیز حل می شوند. هم چنین در موقع حرارت دادن به پلیمرهای شبكه ای پایدار تبدیل می شوند.
 

 


مقاومت در برابر حرارت
هنگامی كه از پلیمرهای مقاومت حرارتی صحبت می شود باید مقاومت حرارتی آنها را برحسب زمان و دما تعریف كنیم. افزایش هر كدام از فاكتورهای ذكر شده موجب كاهش طول عمر پلیمر می شود و اگر هر دو فاكتور افزایش یابند طول عمر به صورت لگاریتمی كاهش می یابد. به طور كلی اگر یك پلیمر به عنوان پلیمر مقاوم حرارتی در نظر گرفته می شود، باید به مدت طولانی در ۲۵۰ درجه سانتی گراد، در زمان های متوسط در پانصد درجه سانتی گراد و در كوتاه مدت در دمای یكهزار درجه سانتی گراد خواص فیزیكی خود را حفظ كند. به طور دقیق تر یك پلیمر مقاوم حرارتی باید طی سه هزار ساعت و در حرارت ۱۷۷ درجه سانتی گراد، یا طی یكهزار ساعت در ۲۶۰ درجه سانتی گراد، یا طی یك ساعت در ۵۳۸ درجه سانتی گراد و یا طی ۵ دقیقه در ۸۱۶ درجه سانتی گراد، خواص فیزیكی خود را از دست ندهد.

 

برخی از شرایط ضروری برای پلیمرهای مقاوم حرارتی، بالا بودن نقطه ذوب، پایداری در برابر تخریب اكسیداسیونی در دمای بالا، مقاومت در برابر فرآیندهای حرارتی و واكنش گرمای شیمیایی است. سه روش اصلی برای بالا بردن مقاومت حرارتی پلیمرها وجود دارد. افزایش بلورینگی، افزایش اتصال عرضی و حذف اتصال های ضعیفی كه در اثر حرارت اكسید می شوند. افزایش بلورینگی، كاربرد پلیمرها را در دمای بالا محدود می كند. زیرا موجب كاهش حلالیت و اختلال در فرآورش می شود. برقرار كردن اتصال های عرضی در الیگومرها روش مناسبی است و خواص پلیمر را به طور واقعی اما غیر قابل برگشت تغییر می دهد.

 

 اتصالاتی كه باید حذف شود شامل اتصال های آلكیلی، آلیسیكلی، غیر اشباع و هیدروكربن های غیر آروماتیك و پیوند NH است . اما اتصالاتی كه مفید است شامل سیستم های آروماتیكی، اتر، سولفون و ایمید و آمیدها هستند. این عوامل پایدار كننده به صورت پل در ساختار پلیمر واقع و موجب پایداری آنها می شوند. از طرفی ضروری است كه پلیمر از قابلیت به كار گیری و امكان فرآورش مناسب برخوردار باشد.

 

پس باید تغییرات ساختاری طوری باشد كه حلالیت و فرآورش مناسب تر داشته باشند. برای این منظور باید از واحد های انعطاف پذیرِ اتر، سولفون، آلكیل و همچنین از كوپلیمره كردن، و تهیه ساختارهایی با زنجیر نامنظم استفاده كرد.به طور كلی پلیمرهای مقاوم حرارتی به چهار دسته تقسیم می شوند. پلیمرهای تراكم ساده، مانند پلیمرهایی كه از حلقه آروماتیك تشكیل شده اند و با اتصالات تراكمی به یكدیگر متصل هستند. پلیمرهای هتروسیكل، یعنی پلیمرهایی كه از حلقه های آروماتیك تشكیل شده اند اما از طریق حلقه های هتروسیكل به هم وصل شده اند. كوپلیمرهای تركیبی تراكمی هتروسیكل، یعنی پلیمرهایی كه شامل تركیبی از اتصال های تراكمی ساده و حلقه های هتروسیكل می باشند و پلیمرهای نردبانی كه شامل دو رشته زنجیر هستند.


  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 16:45  توسط مجید علیپور  | 
حسگر چیست؟
حسگریک وسیله ی الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند وآنها را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می نماید. حسگرها درواقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج وکسب اطلاعات محیطی ونیز داخلی می باشند. ویا به طور کلی ابزارهایی هستند که تحت شرایط خاص ازخود واکنشهای پیش بینی شده ومورد انتظار نشان می دهند. شاید بتوان دماسنج را جزء اولین حسگرهایی دانست که بشرساخت .

ساختار کلی یک حسگر:
درطراحی یک حسگر دانشمندان علوم مختلف مانند بیوشیمی، بیولوژی، الکترونیک، شاخه های مختلف شیمی و فیزیک حضوردارند. قسمت اصلی یک حسگرشیمیایی یا زیستی عنصرحسگر آن می باشد. عنصرحسگر در تماس با یک آشکارساز است. این عنصرمسئول شناسایی و پیوند شدن با گونه ی مورد نظر در یک نمونه ی پیچیده است. سپس آشکارساز سیگنالهای شیمیایی را که در نتیجه ی پیوند شدن عنصرحسگر با گونه ی موردنظر تولید شده است را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. حسگرهای زیستی بر اجزای بیولوژیکی نظیرآنتی بادی ها تکیه دارند. آنزیمها ، گیرنده ها یا کل سلولها می توانند به عنوان عنصر حسگرمورد استفاده قرار گیرند.

خصوصیات حسگرها:
یک حسگرایده آل باید خصوصیات زیررا داشته باشد :
1 . سیگنال خروجی باید متناسب با نوع و میزان گونه ی هدف باشد.
2. بسیار اختصاصی نسبت به گونه مورد نظر عمل کند.
3 . قدرت تفکیک و گزینش پذیری بالایی داشته باشد.
4. تکرارپذیری و صحت بالایی داشته باشد.
5. سرعت پاسخ دهی بالایی داشته باشد ( درحد میلی ثانیه ).
6. عدم پاسخ دهی به عوامل مزاحم محیطی مانند دما ، قدرت یونی محیط و …


نانوحسگرها:
با پیشرفت علم در دنیا و پیدایش تجهیزات الکترونیکی و تحولات عظیمی که در چند دهه ی اخیر و درخلال قرن بیستم به وقوع پیوست نیاز به ساخت حسگرهای دقیق تر،کوچکتر و دارای قابلیتهای بیشتر احساس شد. امروزه از حسگرهایی با حساسیت بالا استفاده می شود به طوریکه در برابر مقادیر ناچیزی از گاز، گرما و یا تشعشع حساس اند. بالا بردن درجه ی حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد. نانو حسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطرکوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس‌العمل نشان می دهند.

انواع نانو حسگرها:

نانوحسگرها براساس نوع ساختارشان به سه دسته ی نقاط کوانتومی ، نانولوله های کربنی و نانوابزارها تقسیم بندی می شوند:

1. استفاده از نقاط کوانتومی درتولید نانو حسگرها:
نقاط کوانتومی به عنوان بلورهای نیمه هادی کوچک تعریف می شوند. با کنترل ابعاد نقاط کوانتومی، میدان الکترومغناطیسی نور را دررنگها و طول موجهای مختلف، منتشرمی کند. به عنوان مثال، نقاط کوانتومی از جنس آرسنیدکادمیوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر می کند؛ درحالی که ذراتی به بزرگی 5/5 نانومتر از همان ماده نور قرمز منتشرمی کند. به دلیل قابلیت تولید نور در طول موجهای خاص نقاط کوانتومی ، این بلورهای ریز در ادوات نوری به کارمی روند. دراین عرصه از نقاط کوانتومی در ساخت آشکارسازهای مادون قرمز، دیودهای انتشار دهنده ی نورمی توان استفاده نمود. آشکارسازهای مادون قرمز از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند. مشکل اصلی این آشکارسازها مسئله ی خنک سازی آنهاست. برای خنک سازی این آشکارسازها از اکسیژن مایع وخنک سازی الکترونیکی استفاده می شود. این آشکارسازها برای عملکرد صحیح باید دردماهای بسیار پائین، نزدیک به 80 درجه کلوین کارکنند، بنابراین قابل استفاده در دمای اتاق نیستند، درصورتی که از آشکارسازهای ساخته شده با استفاده از نقاط کوانتومی می توان به راحتی در دمای اتاق استفاده کرد.

2. استفاده ازنانولوله ها درتولید نانوحسگرها:

نانو لوله های کربنی تک دیواره و چند دیواره به علت داشتن خواص مکانیکی و الکترونیکی منحصر به فردشان کاربردهای متنوعی پیدا کردند که از جمله می توان به استفاده از آنها به عنوان حسگرهایی با دقت بسیار بالا برای تشخیص مواد در غلظتهای بسیار پائین و با سرعت بالا اشاره کرد.

به طورکلی کاربرد نانو لوله ها در حسگرها را می توان به دو دسته تقسیم کرد:


الف ) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای شیمیایی:


این حسگرها می توانند دردمای اتاق غلظتهای بسیارکوچکی از مولکولهای گازی با حساسیت بسیاربالا را آشکارسازی کنند. حسگرهای شیمیایی شامل مجموعه ای از نانولوله های تک دیواره هستند و میتوانند مواد شیمیایی مانند دی اکسید نیتروژن ( NO2 ) وآمونیاک ( NH3 ) را آشکارکنند. هدایت الکتریکی یک نانولوله نیمه هادی تک دیواره که درمجاورت ppm200 از NO2 قرارداده می شود، می تواند در مدت چند ثانیه تا سه برابر افزایش یابد و به ازای اضافه کردن فقط 2% NH3 هدایت دو برابر خواهد شد. حسگرهای تهیه شده ازنانولوله های تک دیواره دارای حساسیت بالایی بوده ودردمای اتاق هم زمان واکنش سریعی دارند. این خصوصیات نتایج مهمی درکاربردهای تشخیصی دارند.


ب) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای مکانیکی:


هنگامی که یک نانولوله توسط جسمی به سمت بالا یا پائین حرکت می کند، هدایت الکتریکی آن تغییر می یابد. این تغییر در هدایت الکتریکی، با تغییر شکل مکانیکی نانولوله کاملا ً متناسب است. این اندازه گیری به وضوح امکان استفاده از نانولوله ها را به عنوان حسگرهای مکانیکی نشان می دهد. یا می توان با استفاده از مواد واسط مانند پلیمرها در فاصله ی میان نانولوله های کربنی وسیستم، نانولوله های کربنی را برای ساخت بیوحسگرها توسعه داد. شبیه سازی های دینامیکی نشان می دهد که برخی پلیمرها مانند پلی اتیلن می توانند به صورت شیمیایی با نانولوله کربنی پیوند یابند. همچنین مولکول بنزن نیز می تواند به وسیله ی پیوندهای واندروالس روی نانولوله ی کربنی جذب شود. این تحقیقات کاربردهای بسیار متنوع و وسیع نانولوله ها ی کربنی را نشان می دهد. تحقیق دراین زمینه هنوزدرحال توسعه وپیشرفت است ومطمئنا ً درآینده ای نه چندان دور شاهد به کارگیری آنها درابزارها و صنایع مختلف خواهیم بود.


3. استفاده ازنانو ابزارها درتولید نانوحسگرها:
با استفاده از این حسگرها شناسایی مقادیر بسیار کم آلودگی شیمیایی یا ویروس و باکتری در سامانه ی کشاورزی وغذایی ممکن است. تحقیقات درزمینه ی نانوابزارها جزء پژوهشهای علمی به روز دنیاست.


 نانو حسگرها و کنترل آلودگی هوا:


یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمرآلودگی هواست. با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت مؤثری در زمینه ی کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. یکی از این راهکارها اختراع غبارهای هوشمند می باشد. غبارهای هوشمند مجموعه ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیارسبک هستند که به راحتی ساعتها درهوا معلق باقی می مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند ازطریق بی سیم موجود درخود اطلاعات موجود در خود را به یک پایگاه مرکزی منتقل کنند. سرعت این انتقال حدود یک کیلوبایت در ثانیه است. هم چنین حسگرهایی از جنس نانولوله های تک لایه ساخته شده اند که می توانند مولکولهای گازهای سمی را جذب کنند و همچنین آنها قادر به شناسایی تعداد معدودی از گازهای مهلک موجود درمحیط هستند. محققان معتقدند این نانوحسگرها برای شناسایی گازهای بیوشیمیایی جنگی و آلاینده های هوا کاربرد خواهند داشت.


  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 16:29  توسط مجید علیپور  | 
 

مقدمه

هوشمندي در مواد، خاصيتي است كه مختص به گروه خاصي نبوده و در اغلب گروه­هاي مواد ديده مي­شود. پليمرها نيز از اين قضيه مستنثنا نيستند و در برابر محرك­هاي مختلف مثل دما، ميدان­هاي الكتريكي و ميدانهاي مغناطيسي، عكس‌العمل­هاي متفاوتي از خود نشان مي‌دهند. اين پليمرها به گروه‌هاي مختلفي تقسيم ‌مي‌شوند و داراي خواص و كاربردهاي متفاوتي مي‌باشند. در ذيل به معرفي، تقسيم‌بندي، كاربردها و بازار اين مواد به طور مختصر اشاره شده است:

1) پليمرهاي فعال الكتريكي (EAP)


مكانيزم هوشمندي در اين مواد، عكس‌العمل‌ در برابر تحريكات الكتريكي خارجي است. اين عكس‌العمل، تغيير در ابعاد و هندسه ماده را شامل مي شود.

اين پليمرها كه در سال 1990 شناخته شده­اند، كاربردهاي زيادي در پزشكي، صنعت و مهندسي عمران دارند. اين پليمرها به دو دسته عمده تقسيم مي‌شوند:

الف)پليمرهاي فعال الكتريكي الكترونيكي كه به منظور حفظ تغيير مكان ايجاد شده در اثر اعمال ولتاژ DC مورد استفاده قرار مي‌گيرند و كاربردهاي زيادي در رباتها دارند. اين دسته خود از جنبه كاربردي به دو گروه تقسيم مي‌شود كه عبارتند از: گروهي كه در حسگري خود از رسانايي و هدايت الكتريكي بهره مي‌برند و گروهي كه از فعاليت الكتريكي خود در اثر تحريك خارجي به عنوان محرك استفاده مي‌كنند.

كاربردهاي اين پليمرها در صنايع مختلفي است كه مي‌توان از جمله آنها مواد الكترواستاتيك در لباسهاي ضد الكتريسيته، چسب‌هاي رسانا، حفاظ‌هاي الكتريكي و مغناطيسي، تخته‌هاي مدار چاپي الكترونيكي، رشته‌هاي اعصاب مصنوعي، سازه‌هاي هواپيما و پيزوسراميك­ها را نام برد.

ب)پليمرهايفعالالكتريكييوني هستند كه در غشاهاي مبادله­گر يوني، محرك‌هاي الكترومكانيكي، سنسورهاي حرارتي- شيميايي، الكتروليت­هاي جامد، باطري‌هاي قابل شارژ و سيستم‌هاي رهايش دارو در پزشكي كاربرد دارند.

پليمرهاي فعال الكتريكي به عنوان دي­الكتريك نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرند. به عنوان نمونه پليمرهاي كه داراي سفتي (Stiffness) و ثابت دي­الكتريك بالا مي‌باشند، در محرك­هاي(Actuator) با كرنش بالا مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه به طور نمونه در پيزوالكتريك­ها كاربرد دارند.

قابل ذكر است كه الاستومرهاي بلور مايع، الاستومرهاي الكتروويسكوالاستيك، پليمرهاي فروالكتريك، نانولوله‌هاي كربن و پليمرهاي رسانا كه بعنوان شناساگرهاي گازهاي سمي (حسگرهاي يوني) در پالايشگاهها و صنايع نظامي كاربرد دارند، نيز در اين گروه قرار مي‌گيرند
.

2) سيالات مغناطيسي و رئولوژيكي (MRF)



در اين نوع از پليمرهاي هوشمند، با تغيير ميدان مغناطيسي، ويسكوزيتة آنها تغيير مي‌كند و عملكرد آنها مشابه سيالات الكتريكي رئولوژيكي مي‌باشد.

3) سيالات الكتريكي رئولوژيكي (ERF)



اين سيالات اساس پليمري دارند و در برابر ميدان الكتريكي از خود تغيير ويسكوزيته نشان مي‌دهند كه مي­توان با اين تغيير ابعاد را تحت تاثير قرار داد. به طور مثال اين مواد در كمك فنرهاي خودرو در خودروهاي جديد كاربرد دارند و با تغيير جريان مي‌توان ارتفاع خودرو را تنظيم نمود.

اين نوع پليمرها در راه‌سازي، پل‌سازي و صنعت ساختمان نيز استفاده مي‌شود و امروزه در تكيه‌گاه خيلي از پل‌ها خصوصاً پل‌هاي معلق از اين مواد استفاه مي‌شود.

سيالات ERF داراي سه نوع مثبت، منفي و مواد نوري الكتريكي هستند. اگر با اعمال ميدان الكتريكي، ويسكوزيته افزايش يابد ERF مثبت است، اگر با افزايش ميدان الكتريكي ويسكوزيته كاهش يابد ERF منفي است و اگر با تاباندن اشعه ماوراء بنفش ويسكوزيته تغيير كند ERF از نوع نوري و الكتريكي مي‌باشد.

4) ژل‌هاي پليمري هوشمند



با تغيير در زنجيره پليمرها مي‌توان ژل­ها را ساخت كه اين كار با تعويض بعضي از مونومرهاي زنجيره با مواد شيميايي صورت مي‌گيرد. تفاوت اصلي ژل­ها با پليمرها سازگاري شيميايي و ترموديناميكي آنها با حلال‌ها مي‌باشد و نيز خاصيت رطوبت‌گيري كه در آنها وجود دارد.

ژل­ها براساس ويژگي‌هايي نظير طبيعت گروه‌هاي تشكيل­دهنده، خواص مكانيكي، ويژگي‌هاي ساختاري و شكل شبكه تقسيم‌بندي مي‌شوند و در برا بر محرك‌هاي مختلف فيزيكي و شيميايي نظير دما، ميدان الكتريكي و مغناطيسي، نور، فشار و PH، از خود عكس‌العمل‌ نشان مي‌دهند و در صنايع دفاعي، زيستي، داروسازي و غيره مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

5) پليمرهاي با حافظه شكلي



مشابه آلياژهاي حافظه‌دار هستند به اين ترتيب كه در اثر تغييرات دمايي از خود تغييرات ابعادي نشان مي‌دهند كه علت آن تغيير در مورفولوژي زنجيره‌ها است. اين پليمرها در مواردي مثل جيگ و فيكسچرهاي ماشينكاري كاربرد دارند.


بررسي بازار

پليمرهاي هوشمند هنوز خيلي تجاري نشده‌اند، بنابراين بازار خيلي بزرگي را به خود اختصاص نمي‌دهند. البته 5 تا 15 سال آينده اين بازار رشد بسيار خوبي خواهد داشت زيرا كاربردهاي آينده اين مواد كه در حوزه‌هاي مختلفي چون پزشكي، كامپيوتر، خودرو، تلويزيون، پول الكترونيكي، كنترل­كننده‌هاي بهداشتي، هوافضا، بيوتكنولوژي، صنايع نظامي، الكترونيك و فناوري نانو خواهد بود، نويددهنده بازار بزرگي براي اين مواد است.

در بين سال­هاي 2010-1992 بر اساس پيش­بيني­هاي انجام شده، در برخي از كاربردهاي اصلي اين مواد مثل غلافها و پوششهاي سيم و كابل، باطري‌هاي ذخيره انرژي با ظرفيت بالا و سپرهاي تجهيزات الكترونيك كه در فضاپيماها و محافظ‌هاي الكترونيك كاربرد دارند، روند مصرف رو به افزايش است و بازار خوبي را به خود اختصاص خواهند داد. مثال­هاي زير به صحت اين ادعاها اشاره دارد:

از سال 2000-1992 مصرف اين مواد رو به افزايش بوده بطوري كه مصرف پليمرهاي هادي استفاده در باطري‌ها در سال 2000 معادل 500 هزار پوند بالغ بر 50 ميليون دلار بوده است.

بازار سپرهاي الكترونيك در سال 1988، 116 ميليون دلار و در سال 1993، 165 ميليون دلار بوده است و امروزه پوشش­هاي هادي و صفحات پليمري 75 درصد بازار مواد مشابه را به خود اختصاص داده­اند.

هزينه پوشش­هاي پلاستيكي نسبت به ساير مواد پايين‌تر است و 1.25 تا 2.5 دلار به ازاي هر فوت مربع ذكر شده است.

البته عمده بازار مواد هوشمند پليمري در كشورهاي پيشرفته است و بايد اين بازار را به كشورهاي در حال توسعه گسترش داد و اين نياز را براي اين كشورها به وجود آورد. پيش‌بيني انجام­شده در مورد بازار اين مواد تا سال 2010 بالغ بر 457 ميليون دلار خواهد بود.

  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 16:18  توسط مجید علیپور  | 

پلیمر های متداول امروزی از نفت خام ساخته می شوند كه با توجه به محدود بودن منابع نفتی باید به تدریج با بیوپلیمر ها كه از منابع تجدید شونده ساخته می شوند، جانشین شوند.

بیوپلیمر از نظر بیوشیمی دان ها عبارت است از ماكرومولكول های بیولوژی كه از تعداد زیادی زیر واحد كوچك و شبیه به هم كه با اتصال كووالانسی به هم متصل شده اند ویك زنجیره طولانی را ایجاد می كنند، ساخته شده اند.


پلیمر های متداول امروزی از نفت خام ساخته می شوند كه با توجه به محدود بودن منابع نفتی باید به تدریج با بیوپلیمر ها كه از منابع تجدید شونده ساخته می شوند، جانشین شوند. بیوپلیمر از نظر بیوشیمی دان ها عبارت است از ماكرومولكول های بیولوژی كه از تعداد زیادی زیر واحد كوچك و شبیه به هم كه با اتصال كووالانسی به هم متصل شده اند ویك زنجیره طولانی را ایجاد می كنند، ساخته شده اند.

 

 در روند طبیعی، بیوپلیمر ها و یا همان ماكرومولكول ها، تركیبات داخل سلولی هستند كه قابلیت زنده ماندن را به ارگانیسم در شرایط سخت محیطی می دهند.مواد بیوپلیمری در شكل های گوناگونی توسعه یافته اند؛ بنابراین ظرفیت استفاده در صنایع گوناگون را دارند. توسعه مواد بیوپلیمری به چنددلیل اهمیت دارد. اول این كه این مواد بر خلاف پلیمر های امروزی كه از مواد نفتی به دست می آیند، به محیط زیست برگشت پذیر هستند؛ بنابراین موادآلوده كننده محیط زیست به شمار نمی آیند. در این خصوص مواد بیوپلیمری در ساخت پلاستیك ها به دو صورت استفاده قرار می شوند.

 

 اول استفاده از پلاستیک هایی كه درآنها یک ماده تخریب پذیر(مانند نشاسته) به یک پلاستیک متداول (مانندپلی اتیلن) اضافه می شود، درنتیجه این ماده به افزایش سرعت تخریب پلاستیک کمک می کند. این مواد چند سالی هست که وارد بازار شده اند و با آن که کمک زیادی به کاهش زباله های پلاستیکی کرده اند، اما به دلیل این که در آنها از همان پلاستیک های متداول تخریب ناپذیر استفاده می شود و استفاده از مقدار زیادی مواد تخریب پذیر در پلاستیک ویژگی آن را تضعیف می کند، موقعیت چندان محکمی ندارند.

 

دوم استفاده از پلاستیک های تخریب پذیر ذاتی است که به دلیل ساختمان شیمیایی خاص به وسیله باکتری ها، آب یا آنزیم ها در طبیعت تخریب می شوند و خیلی سریع تر از نوع اول به محیط زیست بر می گردند، دردرجه دوم اهمیت مواد بیوپلیمری به وسیله موجودات زنده ساخته می شوند و در نتیجه در چرخه ساخت و تجزیه مواد بیولوژیك قرار می گیرند، پس هیچ گاه منابع آن محدود و تمام شدنی نیست، در حالی كه مواد پلیمری و پلاستیكی امروزی از سوخت های فسیلی ساخته می شود كه منابع آن محدود و تمام شدنی است. هر چند این منابع در حال حاضر و به ویژه در كشور ما به وفور یافت می شوند، ولی روزی تمام خواهند شد. سومین مزیت بیوپلیمر ها، اقتصادی بودن این مواد است، زیرا تولید بیوپلیمر نیاز زیادی به كارخانه و صنعت پیشرفته ندارد و با حداقل امكانات می توان به تولید آن مبادرت ورزید. همچنین قیمت بالای نفت خام، كشور ها را به سوی استفاده از این مواد سوق داده است.

 

هر چند امروزه برای کاربردهای بسیار خاص مانند نخ بخیه جراحی(نخ بخیه حل شونده) به کار می روند، ولی دیری نخواهد پایید كه به استفاده گسترده از این پلیمر ها توجه خواهد شد. سه گروه از موجودات زنده می توانند بیوپلیمرها را تولید كنند كه عبارتند از:گیاهان، جانوران و میكروارگانیسم ها كه از این میان گیاهان و میكروارگانیسم ها اهمیت بیشتری دارند.

گیاهان تولیدكننده
بیشترین تحقیقات بیوپلیمری روی مهندسی ژنتیك گیاهان تولیدكننده فیبر مانند كتان، كنف و ... متمركز شده است. به عبارت دیگر، توسعه واكنش های مولكولی درون سلولی گیاهان كه به تولید مواد بیوپلیمری منجر می شود، مورد توجه مهندسان ژنتیك و بیوتكنولوژی قرار گرفته است. مواد بیوپلیمری كه در سلول های گیاهی ساخته می شود، بیشتر از جنس پلی هیدروكسی بوتیرات (PHB) است. این ماده از نظر خصوصیات فیزیكی و مكانیكی بسیار شبیه پلی پروپیلن حاصل از مواد نفتی است. امروزه با همسانه سازی كردن ژن تولید كننده پلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات در گیاهان معمولی كه قابلیت تولید بیوپلیمر را ندارند، توانسته اند این محصول پلیمری را به طور انبوه تولید كنند. گیاهان، نیشكر، یونجه، درخت خردل و ذرت برای تولید این بیوپلیمر از طریق مهندسی ژنتیك انتخاب شده اند كه ژن تولید كننده این پلیمر به داخل ژنوم این گیاهان وارد می شود و گیاه یادشده را به ساختن بیوپلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات قادرمی سازد.

ارگانیه های تولیدكننده بیوپلیمر ها
درحدود ۸۰ سال قبل برای نخستین بار بیوپلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات از باكتری باسیلوس مگاتریوم جدا سازی شد. ازآن پس دانشمندان بیوپلیمر به دنبال یافتن راه هایی هستند كه تولیدات بیوپلیمری باكتریایی را توسعه دهند و به صورت تجاری درآورند.


بیوپلیمر هایی كه سلول های باكتریایی قادر به تولید آن هستند و از آنها جداسازی شده اند، عبارتند از: پلی هیدروكسی آلكانوات (PHA)، پلی لاكتیك اسید (PLA) و پلی هیدروكسی بوتیرات (PHA). این بیوپلیمر ها از نظر خصوصیات فیزیكی به پلیمر های پلی استیلن و پلی پروپیلن شبیه هستند. بیوپلیمر های میكروبی در طبیعت به عنوان تركیبات داخل سلولی میكروب ها یافت می شوند و بیشتر زمانی كه باكتری ها در شرایط نامساعد محیطی قرار می گیرند، اقدام به تولید این مواد می كنند. این مواد در حالت طبیعی به عنوان یك منبع انرژی راحت و در دسترس عمل می كنند.

 

 همچنین هنگامی كه محیط اطراف باكتری غنی از كربن باشد و از نظر دیگر مواد غذایی مورد استفاده باكتری دچار كمبود باشد، باكتری اقدام به ساخت بیوپلیمر های یادشده می كند. باكتری ها برای ساختن بیوپلیمر های PHA و PHB از واكنش های تخمیری استفاده می كنند كه در این واكنش ها نیز ازمواد خام گوناگونی استفاده می شود. PHB به وسیله یك باكتری به نام استافیلوكوكوس اپیدرمیس ساخته می شود كه روی تفاله های حاصل از واكنش های روغن گیری دانه های كنجد رشد می كند و این بیوپلیمر را می سازد.

 

 PHB در درون سیتوپلاسم باكتری به صورت دانه های ذخیره ای (اینكلوژن بادی) ذخیره می شود كه این مواد را به وسیله سانتریفیوژ و واكنش های شست وشوی چند مرحله ای می توان استخراج و خالص سازی و ازآن استفاده كرد.در یك نتیجه گیری كلی در مورد استفاده از بیوپلیمر ها به جای پلاستیك ها و پلیمر های نفتی می توان گفت كه با توجه به ماهیت و خصوصیات بیوپلیمر ها كه مواد تجدید شونده و قابل برگشت به محیط زیست و یا به عبارتی دوست محیط زیست هستند، استفاده از آنها كاری معقول و اقتصادی خواهد بود. از سوی دیگر، با توجه به قیمت بالای نفت خام و محدود بودن منابع آن، استفاده از آن برای تولید مواد پلاستیكی كه هم آلوده كننده محیط زیست است و هم در جامعه ما ارزش چندانی ندارد، كاری غیر اقتصادی است. پس امید می رود با توجه به سرعت روز افزون علم در زمینه مواد بیوپلیمری در بیشتر كشورها، دركشور ما نیز به این مقوله توجه بیشتری شود و با جانشین كردن مواد بیوپلیمری با پلیمر های نفتی، طلای سیاه را برای آیندگان به میراث بگذاریم.


 

  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 16:13  توسط مجید علیپور  | 
تاریخچه

سابقه استفاده از مواد رنگی توسط انسان به دوران غارنشینی می رسد. اولین کاربرد واقعی و عملی مواد رنگی را می توان در ساختن کشتی نوح مربوط دانست که برای جلوگیری از نفوذ آب و پوسیدگی آن از مواد رنگی استفاده شده بود. بعدها از مواد رنگی برای حفاظت چوب از پوسیدگی در بناهای چوبی و زمانی که استفاده از وسایل آهنی متداول شد. برای جلوگیری از زنگ زدن آنها استفاده می شد .


 اجزای تشکیل دهنده رنگ ها

هر رنگ اصولا از دو قسمت اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

  رنگ دانه :

که ماده رنگی نامحلول در آن است ( خاک رس ناخالص رنگی و پودر برف از سنگهای رنگی به عنوان اولین رنگ دانه ها مورد استفاده انسان قرار می گرفتند ).

  محمل رنگها:

مایعی است که با رنگ دانه مخلوط شده کاربرد آنرا آسان می کند و در چسبیدن آن کمک می کند ( از سفیده تخم مرغ چسب عسل محلول قند به عنوان محمل های رنگ استفاده می شد. امروزه متداول ترین محمل های رنگ دانه ها را آب یا روغن تشکیل می دهد. از اینرو رنگ ها را به دو دسته رنگ‌های روغنی و رنگ‌های آلی تقسیم می کنند.


 انواع رنگ دانه ها

اکسید ها :

 لیمونیت ( Fe2O3.2H2O ) برای تهیه رنگ قرمز مصرف می شود و یکی از قدیمی ترین رنگ دانه هاست.

 هماتیت ( Fe2O3 ) برای تهیه رنگ قرمز روشن بکار می رود.

 دی اکسید تیتان ( TiO2 ) برای تهیه رنگ سفید روشن و بسیار مرغوب که در هوا تیره نمی شود به کار می رود. معمولا آن را با سولفات باریم مخلوط می کنند.

 ZnO که از مهم ترین رنگ دانه های سفید است و از تجزیه کربنات روی و یا سوزاندن فلز روی در هوا حاصل می شود.

سرنج ( Pb2O3 ) که رنگ سرخ یا قرمز تیره دارد و بیشتر برای پوشانیدن سطح قطعات فو لادی به منظور حفاظت آن ها از زنگ زدن ، کاربرد دارد.

 سولفید روی و لیتوپن :

سولفید روی برای تهیه رنگ سفید مات مصرف می شود و از مزایای آن این است که بر خلاف سفید اب سرب در هوا سیاه نمی شود. این رنگ دانه معمولا در تجارت بصورت مخلوطی از سولفید روی و سولفات باریم به نام لیتوپن مصرف دارد که رنگ سفید بسیار مرغوب است.

 سفید اب سرب :

این رنگ دانه عمدتا شامل Pb(OH)2 , pbCO3 که از قرن ها پیش شناخته شده بود . قدرت پوشش آن ها زیاد است ولی در هوا به علت وجود H2O به مرور سیاه می شود . برای تبدیل مجدد آن به رنگ سفید می توان از تاثیر پر اکسید هیدروژن بر آن استفاده کرد.

 دوده چراغ و زغال استخوان :

یکی از اجزایی رنگ سیاه و مرکب است و برای تغییر رنگ سفید به میزان دلخواه نیز مصرف می شود.


 رنگ دانه های فلزی :

مانند پودر آلومینیم در روغن جلا که که از آن برای حفاظت وسایل آهنی و فولادی استفاده می شود.

برنز آلومینیم ( آلیاژ AL,CU) در روغن جلا که از آن برای ایجاد رنگ بسیار زیبای طلایی برای دور قاب ها و ... استفاده می شود.

  رنگ دانه های آبی :

مهم ترین این این رنگ دانه ها آبی پروس و آبی نیلی یا لاجورد است. آبی پتروس که یکی از مهم ترین رنگ های آبی است . لاجورد نیز یکی از رنگ های آبی مرغوب است که از حرارت دادن مخلوط کائولین ، کربنات سدیم ، گوگرد و زغال سنگ در غیاب هوا حاصل می شود.

 رنگ دانه های زرد :

مهم ترین این رنگ دانه ها کرومات روی و کرومات سرب است . از قطران زغال سنگ نیز رنگ دانه های الوانی بصورت نمک های نامحلول فلزات به دست می آید که در هیدروکسید آلومینین بصورت ژله می بندد. این ژله را پس از خشک کردن به صورت پودر با رنگ دانه های نظیر کربنات کلسیم و سیلسس مخلوط می کنند و در انواع رنگ های مورد نیاز به کار می برند.

 رنگ‌های روغنی

در این نوع رنگ‌ها ، رنگ دانه را در یک روغن خشک شونده که استر گلیسیرین با اسیدهای چرب نظیر اسیدهای اولیک و یا لینولنیک می باشد حل می کنند. این روغن‌‌ها در هوا اکسیده شده و به ترکیبات سیر شده تبدیل می شوند و لایه‌ای سخت مقاوم و محافظ تشکیل می دهند که از نفوذ آب در رنگ دانه جلوگیری می کنند.

 رقیق کننده :

برای رقیق کردن و سهولت کاربرد رنگ به کار می رود و معمولا یک حلال هیدرو کربنی نظیر ترپنتین است که به روغن تربانتین شهرت دارد.

 خشک کننده :

یکی از اجزای رنگ‌های روغنی است که در حقیقت نقش کاتالیزور در تسریع اکسیداسیون و خشک شدن رنگ ها را دارد و معمولا مخلوطی از اکسید های سرب ، منگنز و کبالت در ( روغن بزرک )بصورت استر مصرف می شود.


 رنگ‌های پلاستیکی

با اضافه کردن رزین های سنتزی نظیر رزین حاصل از فنل و فرمالدئید که خاصیت پلاستیکی دارد در روغن جلا رنگ های پلاستیکی حاصل می شود. این نوع رنگ ها به خاطر دوام و قابل شستشو بودن اهمیت و کاربردهای زیادی دارد.

 رنگ‌های لعابی یا مات

با اضافه کردن رنگ هایی نظیر TiO2 به روغن جلا آن را به صورت مات درآورده و بعد برای مات کردن هر نوع رنگی به کار می رود .

 رنگ اتومبیل

این نوع رنگ ها باید این ویژگی را داشته باشند که به سرعت در هوا خشک شوند. برای این منظور رنگ دانه را در حلال های آلی بسیار فرار نظیر استات آمیل ، استات اتیل یا استات بوتیل حل می کنند . برای رنگ‌های متالیک ( فلزی ) از رنگ دانه های فلزی استفاده می شود .

 رنگ‌های محلول در آب

این نوع رنگ ها از معلق کردن رنگ دانه ها در آب مخلوط با یک چسب محلول در آب تهیه می شوند. از رنگ‌های روغنی ارزانترند و قابل شستشو نمی باشند .


  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 16:10  توسط مجید علیپور  | 

تاریخچه

سابقه استفاده از چسب توسط انسان را می‌توان در واقع از عصر سنگ و دوران غارنشینی در تهیه تیر و کمان و یا نقاشی حیوانات غول پیکر بر روی تخته سنگها با استفاده از رنگدانه‌ها دانست. بدون شک ، خون نخستین ماده‌ای بود که بشر از آن به عنوان چسب استفاده می‌کرد که البته کیفیت خوبی نداشت و متداول نشد. به تدریج بشر به وجود مواد چسب دار طبیعی پی برد و استفاده از آنها را آموخت.در واقع اولین ماده چسب دار که بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته بود، مواد نشاسته‌ای ، قندی ، صمغ‌ها ، و شیره‌های برخی از گیاهان بود.

مثلا رومیان از سقز (ماده چسبدار و صمغی که از درختان برگ سوزنی نظیر سرو و کاج و یا درخت صنوبر ترشح می‌شود) در صنعت کشتی سازی استفاده می‌کردند. به تدریج مواد دیگری مانند موم ، عسل و یا مواد ژله مانندی از ماهی ، شاخ حیوانات یا شیر و تخم مرغ بکار گرفته شده بعدها ، با پیشرفت صنایع و استخراج و پالایش نفت ، از قیر و قطران چوب و ... به عنوان چسب استفاده به عمل آمد. اگر چه کائوچوی طبیعی (شیوه لاتکس) از مدتها قبل شناخته شده بود، اما چون حلال مناسبی برای آن موجود نبود، کاربردی به عنوان ماده چسبی پیدا نکرد تا اینکه با دستیابی به روغن‌های نفتی که کائوچو را در خود حل کرده و مایع چسبناکی را به وجود می آورند، کاربرد آن به عنوان ماده چسبی متداول شد.

 


کاربردهای متنوع چسب‌

از قرن نوزدهم بتدریج با پیدایش چسب‌های سنتتیک ساخته شده در صنعت پلیمر ، چسب‌های سنتی و گیاهی و حیوانی از صحنه خارج شده است. صنعت چسب به صورت گسترده ای در حال رشد می‌باشد و تعداد محدودی وسایل مدرن ساخت بشر وجود دارد که از چسب در آنها استفاده نشده است. در اتصالات اغلب وسایل از یک جعبه بسیار ساده غلات گرفته تا هواپیمای پیشرفته بوئینگ 747 از چسب استفاده شده است.

 امکانات بشر می‌تواند بوسیله چسب‌ها اصلاح گردد. این مطلب ، شامل استفاده از سیمان‌های سخت شده توسط UV در دندانپزشکی و سیمان‌های پیوند آکلریلیک در جراحی استخوان می‌باشد. پیشرفت جدیدی که اخیرا در کاربرد چسب حاصل گشت، اتصال ریل‌های فولادی و تراموای جدید شهر منچستر بود. چسب‌ها نه تنها برای موادی که بایستی چسبانده و بهم پیوسته شوند، بلکه در ایجاد چسبندگی برای موادی از قبیل جوهر تحریر ، رنگها و سایر سطوح پوششی ، وسایل بتونه کاری و وجوه میانی در مواد ترکیبی از قبیل فولاد یا بافت پارچه ، در تایرهای لاستیکی و شیشه‌ یا الیاف در پلاستیک‌ها ضروری هستند.


اجزای تشکیل دهنده چسب‌ها

مواد پلیمری

چسب‌ها ، همگی حاوی پلیمر هستند یا پلیمرها در حین سخت شدن چسب‌ها بوسیله واکنش شیمیایی پلیمر شدن افزایشی یا پلیمر شدن تراکمی حاصل می‌شوند. پلیمرها به چسب‌ها قدرت چسبندگی می‌دهند. می‌توان آنها را به صورت رشته‌هایی از واحدهای شیمیایی همانند که بوسیله پیوند کووالانسی به هم متصل شده‌اند، در نظر گرفت.

پلیمرها در دماهای بالا روان می‌گردند و در حلال‌های مناسب حل می‌گردند. خاصیت روان شدن آنها در چسب‌های حرارتی و خاصیت حل شوندگی آنها در چسب‌های بر پایه حلال ، یک امر اساسی می‌باشد. پلیمرهای شبکه‌ای در صورت گرم شدن جریان نمی‌یابند، ممکن است در حلال‌ها متورم گردند، ولی حل نمی‌شوند. تمامی چسب‌های ساختمانی ، شبکه‌ای هستند، زیرا این مورد خزش (تغییر شکل تحت بار ثابت) از بین می‌برد. فزودنیهای دیگر بسیاری از چسب‌ها ، علاوه بر مواد پلیمری دارای افزودنیهایی هستند از قبیل:

مواد پایدار کننده در برابر تخریب توسط اکسیژن و UV.

مواد نرم کننده که قابلیت انعظاف را افزایش می‌دهد و دمای تبدیل شیشه‌ای (Tg ) را کاهش می‌دهد.

مواد پر کننده معدنی که میزان انقباض در سخت شدن را کاهش می‌دهد و خواص روان شدن را قبل از سخت شدن تغییر می‌دهد و خواص مکانیکی نهایی را بهبود می‌بخشد.

مواد تغلیظ کننده.

معرف های جفت کننده سیلانی.

آماده سازی سطح برای چسبندگی

آماده سازی نامناسب یا نادرست سطح ، احتمالا دلیل عمده شکسته شدن اتصالات چسبی می‌باشد. آماده‌ سازی سطح یک جسم با روش‌های زیر انجام می‌گیرد: روش های سائیدگی ، استفاده از حلال‌ها ، تخلیه شعله وکرونا ، حک کردن تفلون ، حک کردن فلزات ، آندی کردن فلزات ، استفاده از چند سازه ها.


انواع چسب‌ها

چسب‌هایی که توسط واکنش شیمیایی سخت می‌شوند

 چسب‌های اپوکسیدی:

اپوکسیدها ، بهترین نوع چسبهای شناخته شده ساختمانی هستند و بیشترین کاربرد را دارند. رزین اپوکسی که اغلب در حالت معمول استفاده می‌شود، معمولا دی گیلیسریل اتراز بیس فنل DGEBA)A) نامیده می‌شود و بوسیله واکنش نمک سدیم از بیس فنل A با اپی کلروهیدرین ساخته می‌شود. آمینهای آروماتیک و آلیفاتیک به عنوان عامل سخت کننده استفاده می‌شوند. این چسب‌ها به چوب ، فلزات ، شیشه ، بتن ، سرامیک‌ها و پلاستیک‌های سخت بخوبی می‌چسبند و در مقابل روغن‌ها ، آب ، اسیدهای رقیق ، بازها و اکثر حلال‌ها مقاوم هستند. بنابراین کاربرد بیشتری در چسباندن کفپوش‌های وینیلی در سرویس‌ها و مکان‌های خیس و به سطوح فلزی دارند.

چسب‌های فنولیک برای فلزات:

وقتی که فنل با مقدار اضافی فرمالدئید تحت شرایط بازی در محلول آبی واکنش کند، محصول که تحت عنوان رزول شناخته شده و الیگومری شامل فنل‌های پلدار شده توسط اتروگرومتیلن روی حلقه‌های بنزن می‌باشد، بدست می‌آید. برای جلوگیری از تشکیل حفره‌های پر شده از بخار ، اتصالات چسب‌های فنولیک تحت فشار ، معمولا بین صفحات پهن فولادی گرم شده توسط پرس هیدرولیک سخت می‌شوند. بدلیل شکننده بودن فنولیکها ، پلیمرهایی از جمله پلی وینیل فرمال ، پلی وینیل بوتیرال ، اپوکسیدها و لاستیک نیتریل اضافه می‌شود تا سخت‌تر گردند.

چسب‌های تراکمی فرمالدئید برای چوب:

تعدادی از چسب‌های مورد استفاده برای چوب نتیجه تراکم فرمالدئید با فنول و رزوسینول (1و3 دی هیدروکسی بنزن) هستند. بقیه با اوره یا ملامین متراکم می‌شوند.

 چسب‌های آکریلیک:

چسب‌های ساختاری شامل منومرهای آکریلیک توسط افزایشی رادیکال آزاد در دمای محیط سخت می‌شوند. منومر اصلی ، متیل متاکریلات (MMA) می‌باشد، اما موارد دیگری از قبیل اسید متاکریلات برای بهبود چسبندگی به فلزات بوسیله تشکیل نمکهای کربوکسیلات و بهبود مقاومت گرمایی و اتیلن گلیکول دی متیل اکریلات برای شبکه‌ای کردن نیز ممکن است مورد استفاده قرار گیرد.

 کلروسولفونات پلی اتیلن ، یک عامل سخت کننده لاستیک است و کیومن هیدورپراکساید و N,N دی متیلن آنیلین ، اجزاء یک آغازگر اکسایشی- کاهشی هستند. پیوند دهنده هایی که برای اتصالات محکم مصنوعی به استخوان‌های انسان و پوششهای چینی برای دندان‌ها استفاده می‌شود نیز بر مبنای MMA هستند و بطورکلی برای جسباندن فلزات ، سرامیک‌ها ، بیشتر پلاستیک‌ها و لاستیک‌ها استفاده می‌شود و اتصالات پرقدرتی را ایجاد می‌کنند.

چسب‌های غیر هوازی:

چسب‌های غیر هوازی در غیاب اکسیژن که یک بازدارنده پلیمر شدن است، سخت می‌گردد. این چسب‌ها اغلب بر پایه دی متاکریلات‌هایی از پلی اتیلن گلیکول هستند. کاربرد این چسب‌ها ، اغلب در محل اتصال چرخ دنده ها ، تقویت اتصالات استوانه‌ای و برای دزدگیری می‌باشد.

 چسب های پلی سولفیدی:

پلی سولفیدها در ابتدا به عنوان دزدگیر استفاده می‌شدند و یک کاربرد مهم دزدگیری لبه‌های آینه‌های دوبل می‌باشد. هر دو برای اینکه واحدها را باهم نگه دارند و مانعی در برابر نفوذ رطوبت ایجاد کنند. آنها به وسیله بیس (2- کلرواتیل فرمال) با سدیم پلی سولفید تهیه می‌شوند و به منظور کاهش قیمت از پرکننده های معدنی استفاده می‌شود. به عنوان نرم کننده ، از فتالات‌ها و معرف‌های جفت کننده سیلانی استفاده می‌شود و عامل سخت کننده آنها شامل دی اکسید منگنز و کرومات هستند.

سفت شدن لاستیکی چسب‌های ساختمانی:

بسیاری از چسب‌های ساختمانی ، پلیمرهای لاستیکی حل شده ای در خودشان دارند. وقتی که چسب‌ها سخت می‌شوند، لاستیک به صورت قطراتی با قطر حدود 1µm رسوب می‌کند. لاستیکهای استفاده شده در این روش شامل پلی وینیل فرمال (pvf) و پلی وینیل بوتیرال (PVB) هستند که هر دو بوسیله واکنش آلدئید مناسب با پلی وینیل الکل ساخته می‌شوند.

سیلیکون‌ها:

چسب‌های یک جزئی سیلیکون اغلب به چسب‌های ولکانیزه شونده در دمای اطاق (rtv) معروفند و شامل پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) با جرم‌های مولکولی در محدود 1600-300 با گروههای انتهای استات ، کتوکسیم یا اتر هستند. این گروهها توسط رطوبت اتمسفر ، هیدرولیز شده ، گروههای هیدروکسیل تشکیل می‌دهند که بعدا با حذف آب متراکم می‌شوند.

 چسب‌های سیلیکونی نرم و مطلوب هستند و دارای مقاومت محیطی و شیمیایی خوبی هستند. این چسب‌ها به عنوان بهترین پوشش برای استفاده در حمام شناخته شده‌اند.


 چسب‌هایی که بدون واکنش شیمیایی سخت می‌شوند

 این چسب‌ها شامل سه نوع زیر می‌باشند

 چسب‌هایی که در اثر حذف حلال سخت می‌شوند:

چسب‌های تماسی: چسبهای تماسی احتمالا از معروف‌ترین چسب‌ها بر پایه حلال هستند. این‌ها محلول‌هایی از پلیمر در حلال آلی هستند که در دو سطح بکار می‌روند تا متصل شوند. ماده اصلی این چسب‌ها ، لاستیک پلی کلروپرن (پلی کروپرن ، پلی کلرو بوتادین) است و برای چسباندن روکش‌های تزئینی و پلاستیکهای محکم دیگر مثل ABS , DVC به چوپ و محصولات فلزی و چسبهای تماسی DIY برای تخت کفش بکار می‌روند.

چسب‌های پمادی: چسب‌های بر پایه حلال مشهور که در ظروف پماد مانند به عموم فروخته می‌شوند، اغلب محلول‌هایی از لاستیک نیتریل (همی‌پلیمر یا بوتادین و آکریلونیتریل) در حلال‌های آلی هستند.


چسب‌هایی که با از دست دادن آب سخت می‌شوند:

محلول‌های آبی و خمیرها: نشاسته ، ذرت و غلات ، منابع عمده برای استفاده چسب هستند. موارد مصرف عمده برای چسباندن کاغذ ، مقوا و منسوجات می‌باشد. کاربردهای آن شامل صفحات موجدار ، پاکتهای کاغذی ، پنجرگیری تیوپ ، چسباندن کاغذ دیواری و چسب‌های تر شدنی مجدد با آب می‌باشد. چسب‌های تر شدنی توسط آب شامل پلی (وینیل الکل) (DVOH) که در تمبر‌های پُستی مورد استفاده قرار می‌گیرند و از لاتکس صمغهای طبیعی (مثلا صمغی و دکسترین) و پلی وینیل استات (DVN) همراه با مقدار زیادی DVOH پایدار کننده تولید می‌شوند. DVOH تنها پلیمرمعروفی است که از منومر خودش ساخته نمی‌شود.

امولسیونهای آبی: اجزا ترکیبی برای پلیمریزه شدن امواسیونی عبارتند از: آب ، منومرها ، پایدار کننده ها و آغازگر. محصول پلیمر شدن امولسیونی ، شیرابه ای از ذرات پلیمر با پایدار کننده‌های جذب شده می‌باشد. معروف‌ترین مثال ،‌ چسب چوب DIY است که شیرابه آن ، شامل پلیمر پلی وینیل استات (DVA) است و به میزان زیادی در کارهای کارگاهی و در چسباندن اتصالات تاق و زبانه برای درها ، پنجره ها و مبلمان در کارخانه‌ها استفاده می‌شود و مثال دیگر در رنگهای امولسیونی بر پایه DVA هستند که برای پوشش سطح یا به عنوان چسب استفاده می‌شود.


چسب‌هایی که به وسیله سرد کردن سخت می‌شوند:

چسب‌های ذوبی: ماده اولیه چسب‌های ذوبی که از ابزار تفنگ شکلی خارج می‌شود، معمولا اتیلن وینیل استات (EVA) می‌باشد. کاربرد این چسب‌ها شامل استفاده در جعبه‌های مقوایی ، صفحه کتاب ، اتصالات حرارتی و نئوپان می‌باشد. از دیگر چسب‌های ذوبی می‌توان چسب‌های ذوبی پلی آمیدی ، پلی اورتان ، استرهای آلیفاتیک ، پلی استر اشاره کرد.

چسب‌های حساس به فشار : چسب‌های حساس به فشار ، دائما چسبناک باقی می‌مانند و به خاطر استفاده در نوار چسب‌ها و برچسب‌ها معروف هستند. این چسب‌ها بطور عمده بر پایه لاستیک طبیعی ، همی پلیمر دسته‌ای و تصادفی ، استیرن - بوتادین و آکریلیک هستند. PVC نرم شده و پلی اتیلن ، مواد نوار معمولی هستند. یک طرف نوار با یک آستری یا لایه زیری پوشیده شده است. به همین دلیل ، چسب دائما چسبناک می‌ماند و طرف دیگر ، دارای پوشش آزاد کننده ای است که وقتی که نوار باز می‌شود، با چسب جدا می‌گردد. مواد آزاد کننده که اغلب استفاده می‌شود، همی پلیمری از وینیل الکل و وینیل اکتادسیل کاربامات است که در اثر واکنش با DVOH با اکتادسیل ایزوسیانات ساخته می‌شود.


 معایب و مزایای چسب‌ها

 معایب

 عموما چسب‌ها بوسیله آب یا بخار آب سست می‌شوند.

محدوده رهایی کار آنها کمتر از چسباننده‌های فلزی (مهره ها ،پیچ ها و بست‌های آهنی و غیره) است.

چسب‌ها توسط دمای تبدیل شیشه ای (Tg) و تخریب شیمیایی محدود شده‌اند.


مزایا

 اتصال مواد غیر مشابه و لایه‌های نازک از مواد

گسترش بار بر روی یک ناحیه وسیع

زیبایی و حالت آئرودینامیک آنها بر روی سطوح خارجی اتصال

کاربرد آنها با استفاده از ماشین روبات می‌باشد.


 .

  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 16:0  توسط مجید علیپور  | 

 پروتئینی که عنکبوت را قادر می سازد خود را آویزان کند و همچنین به شکار طعمه کمک می کند، نظر دانشمندان را به خود جلب کرده است . مولکول های این پـروتئین بسیار کشسان و قـوی هستند ، تقریباً ۲۰ برابر از نایلون کشسان تر و ۹ برابر از فولاد در قطر مساوی قوی تر می- باشد .علاقـه به تـار عنکبوت در حالی است که زمینه مـواد زیستی، مورد بسیـار قابل توجه و رو به رشــدی در زمینه پـژوهش های مــواد است .دلیل توجه ارتش ایالات متحده به این ماده استفاده از آن در ساخت جلیقه های ضد گلوله و محافظ هاست. هدف عمده ی پژوهش های دانشمندان، درک چگونگی چین خوردن این پروتئین و سازماندهی رشته تار عنکبوت است . پژوهشگران با استفاده از روش میکروسکوپ نیروی اتمی و یک کشنده مولکولی، با تصویربرداری و کشش این پروتئین، به سر نخ هائی دست یافته اند.این مشاهدات به پژوهشگران کمک می کند تا آنچه را در هنگام تشکیل تار عنکبوت در غده تراوش تارعنکبوت رخ می دهد ، شبیه سازی کنند .آنها دریافته اند که وقتی پروتئین باز می شود به صورت تکه تکه است . در ضمن این پروتئین دارای پیوندهایی است که هنگام افزایش بـار ، باز شده و تغییر شکل می دهند ، این امر از الگوئی پیروی می کند که در دیگر پروتئین های تحت بار کشف شده است .تار عنکبوت دارای بخش های کریستالی و بخش های شبه لاستیکی کشسانی است.پژوهشگران دریافته اند که مولکول های منفرد دارای هر دو بخش هستند .پـژوهشگران بر این باورنـد که با مطالعه توانمندی عنکبوت ها در تنیدن تــار می توان به راز تولید مواد قوی تر و بهتر پی برد . آن ها بر این باورند که می توانند با تقلید از عنکبوت فر آیند طراحی مواد را بهبود بخشند .به این ترتیب آن ها می توانند کارآیی محصولات گوناگون، از راکت تنیس گرفته تا بمب افکن استلث(stealth) بهبود بخشند .

 آزمایش های انجام شده نشان می دهد که تارعنکبوت در برابر تغییر خواص ، فوق العاده مقـاوم است و می توان آن را در هوا یا زیر آب تنید .الیاف تار عنکبوت، با ظرافت بسیار (قطری در حدود ۰۲/۰ میکرون) برتری های فراوانی دارند . ویژگی های ذاتی تار عنکبوت برای مهندسانی که در حال طراحی مواد برای مشتریان وبازار صنعتی هستند، بسیار جذاب است .آنها می گویند:" بطورمعمول می توان موادی فوق العاده قوی ساخت ولی با این کار چقـرمگی کاهش می یابد؛ هم چنین می توان موادی با چقرمگی فوق العاده بالا ساخت ولی استحکام کاهش خواهد یافت . ترکیب این دو ویژگی همان گونه که در تار عنکبوت مشاهده می شود، هدف ماست.

  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 15:49  توسط مجید علیپور  | 
 

 

 

پلی وینیل کلراید (PVC)

 اولین بار در سال 1835 به صورت اتفاقی کشف شد و سالها بعد در مقیاس تجاری تولید شد.
پلیمریزاسیون به دو روش  Suspension, Emulsion انجام می شود که Suspension رایج ترین روش تولید پلی وینیل کلراید (PVC) است.
 
پلی وینیل کلراید (PVC) به دست آمده پس از فرآیند پلیمریزاسیون سخت و شکننده است و برای استفاده در تولید کالاهای مختلف ممکن است نیاز به افزودن پلاستایزر، استابلایزر و مودیفایر به آن باشد.
 
پلی وینیل کلراید (PVC) از نظر حجم تولید پلاستیک ها پس از پلی اتیلن ها و پلی پروپیلن ها در رده سوم قرار دارد و قابل بازیافت است.
 
-ویژگی ها
مقاومت خوب در برابر چربی ‌ها ، اسید‌ها و بازها ، عایق الکتریسیته از جمله ویژگی های پلی وینیل کلراید (PVC) محسوب می شود. 
 
پلی وینیل کلراید (PVC) به دو صورت کلی تولید می شود: سخت که مقاومت و سختی قابل ملاحظه ای دارد؛ نرم و قابل انعطاف که نسبت زیادی پلاستایزر جهت نرمی و خاصیت کشسانی به آن اضافه می شود.
 
-موارد مصرف

پلی وینیل کلراید (PVC) به صورت عمده در سه دسته Injection Moulding (قالب تزریقی) ، Pipe Extrution (پایپ) و Film (فیلم) تولید می شود.
پلی وینیل کلراید (PVC) ترموپلاستی  (گرما نرم) با موارد مصرف گسترده و گوناگون است. نوع سخت آن که بدون افزودن پلاستایزر تولید می شود در ساخت لوله های ساختمانی ، لوله مجرای سیم ، فریم در و پنجره، تایل های سقف، تور های محافظ فنس ، کارت های اعتباری ، اسباب بازی ، قطعات اتومبیل کاربرد دارد و نوع نرم و قابل انعطاف آن در ساخت شیت ، فیلم ، پوشش فیلم و کابل ، کف سازی ، پرده های حمام، پارچه ، چرم های مصنوعی کاربرد دارد. 
 پلی وینیل کلراید (PVC) به روش تولید Emulsion در تولید روکش ها ، چرم مصنوعی ، روکش کف سازی استفاده می شود و در دیگر کاربردهای پلی وینیل کلراید (PVC) به روش Suspention تولید می شود.
 بیشترین کاربرد پلی وینیل کلراید (PVC) در ساختمان سازی و بناست و به علت ویژگی ضد آتش آن رفته رفته جایگزین مصالح سنتی چون چوب ، فلز می شود.
 
-تولیدکنندگان
 
از جمله تولیدکنندگان پلی وینیل کلراید (PVC) در جهان می توان به LG Chem  (ال جی) ، Formosa (فورموسا) ، Teknor (تکنور) ، Sabic (سابیک) اشاره کرد. 
پلی وینیل کلراید (PVC) در ایران توسط پتروشیمی بندر امام تولید می شود؛ گرید های تولیدی این محصول به شرح زیر است:
 
پلی وینیل کلراید (S6058 (PVC پودر پی وی سی - پتروشیمی بندر امام.
پلی وینیل کلراید (S6558 (PVC پودر پی وی سی - پتروشیمی بندر امام.
پلی وینیل کلراید (S7054 (PVC پودر پی وی سی - پتروشیمی بندر امام.

  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 15:46  توسط مجید علیپور  | 

به طور کلی محصولات ساخته شده از پلیمرها نارسا نا بوده و مقاومت زیادی در برابر عبور جریان الکتریسیته از خود نشان می دهند. به همین دلیل از مواد پلیمری درصنعت الکترونیک و الکتروتکنیک استفاده می شود برای مثال از پلیمرها برای عایق کاری کابلهای انتقال الکتریسته، صفحات انتقال الکتریسیته و روکش باطریها استفاده می شود، اما در بعضی موارد همین مقاومت زیاد در مقابل عبور جریان الکتریسیته باعث ذخیره شدن الکتریسیته می گردد که مجموعه ای از مشکلات ناخواسته را به دنبال دارد. مثلاً ایجاد الکتریسیته ساکن در خود تسمه ها و جعبه های حفاظ دستگاهای الکتریکی، کف پوشها، البسه وغیره که باعث تولید جرقه الکتریکی می شود و در بعضی موارد ایجاد آتش سوزی می کند . در این گونه موارد، هدایت الکتریسیته به محیط اطراف مورد نیاز است. یکی از روشهای رسانا ساختن پلیمرها امتزاج آنها با مواد رسانای الکتریسیته است. با توسعه وتولید بیشتر این نوع پلیمرها در سالهای اخیر استفاده از آنها در زمینه های گوناگون نیز افزایش یافته است برای مثال در دستگاهای استفاده از انرژی خورشیدی، تابلوهای برق، دستگاهای مصرف انرژی و موتورهای مکانیکی و قسمتهای الکتریکی اتومبیل ها از این پلیمرها استفاده می شود .موادی که جهت امتزاج با موادپلیمری مورد استفاده قرار می- گیرند عبارت اند از: دوده رسانا، پودر رسانا، پودر فلزات، الیاف شیشه یا الیاف فلز ( ۲ و۱) و... میزان رسانندگی الکتریکی پلیمرهایی که از طریق امتزاج با مواد پیش گفته، رسانا شده اند حد ومرزی دارد که بیش از آن امکان پذیر نیست. علاوه بر آن مصرف بیش از حد این مواد در پلیمر باعث تخریب و تغییرات بسیار زیاد خواص فیزیکی و مکا نیکی خود پلیمر می گردد. از این رو جهت رفع این گونه نواقص، خواص رسانش الکتریکی را می توان به طور مستقیم در خود پلیمرها به وجود آورد.اگر از یک زنجیر پلیمری دارای پیوند π که لایه های والانس مولکولهایی آن تکمیل شده است یک الکترون برداشته شود (اکسایش)، یا به آن یک الکترون اضافه گردد(کاهش )، در آن صورت با ایجاد یک آرایش مناسب شبیه به فلزات می توان خاصیت رسانش الکتریکی را در آن ایجاد کرد .پلیمرهایی که به این ترتیب رسانای جریان الکتریسیته شده اند را فلزات آلی نیز می نامند. در دماهای معمولی نیز می توان توسط ایجاد حا لت های فضایی مناسب از ماکرومولکولها ابر- رسانا به وجود آورد. البته جهت اثبات این نظر دلیل آزمایشگاهی مورد نیاز است.از لحاظ خواص فیزیکی، ساختار مولکولی و ویژگیهای فضایی در فرآیند رسانایی، رابطه نزدیکی بین پلیمرهای رسانای الکتریسیته و سرامیک های ابر رسانا وجود دارد که این موضوع در فیزیک مورد بررسی زیاد قرار گرفته است.- پلیمرهای رسانای الکتریسیته :در اینجا سنتز پلی استیلن را که یکی از مهمترین پلیمرهای رساناست و در مراکز تحقیقاتی وعلمی جهان بیشتر مورد مطالعه وبررسی قرار گرفته است مطرح می کنیم .البته کارهای تحقیقاتی وسیع انجام شده در این زمینه را می توان در کتب مرجع یافت. پلی استیلن برای اولین بار در اواخر سال ۱۹۵۰ در آزمایشگاه "ناتا" به طور مستقیم از پلیمریزه شدن استیلن به دست آمد اما احتمالاً به علت حساسیت پودر سیاه رنگ حاصل ، در مقابل اکسایش و نبود تکنو لوژی مناسب جهت بهره- برداری از آن آزمایش های بیشتر روی آن انجام نشد و حتی در این مورد مطلبی هم نوشته نشد. اما چند سال بعد در سال ۱۹۷۰ در اثر یک اتفاق ساده یکی ازدانشجویان انستیتو تکنولوژی توکیو به نام "شیراکاوا" ، پلی استیلنی را به دست آورد، که حاصل تلاش مشترک " شیراکاوا ، مک دایارمید و هیگر" بر روی پلیمر به دست آمده توسط عمل دوپه کردن بود. آنها توانستند برای اولین بار میزان رسانندگی الکتریکی پلی- استیلن را تقریباً تا ۱۰میلیارد برابر حالت معمولی پلیمر افزایش دهند .بعد از کشف اثر دوپه کردن درپلی- استیلن از سال ۱۹۷۷ به بعد توجه مؤسسات تحقیقاتی و مراکز علمی بسیاری به این نوع پلیمرها معطوف گردید و در این زمینه پیشرف های بسزایی حاصل شد. برای مثال تعداد زیادی از پلیمرهای حاوی پیوند های یگانه و دوگانه ی متناوب (سیستم مزدوج) کشف گردید. از آن تاریختاکنون تعداد نا محدودیکارهای نظری در این زمینهصورت گرفته است ولی از نظرتکنولوژی هنوز مشکلات فراوانی وجود دارد.- رابطه نظم فضایی وخواص فزیکی در پلیمرهای رسانای الکتریسیته :هر جامدی الکترون دارد؛ مسئله مهم در رسانش الکتریکی چگونگی پاسخ الکترونها به میدان ا لکتریکی اعمال شده است. ناحیه هایی ازانرژی که برای آنها هیچ اوربیتالالکترونی موج گونه وجود ندارد، نوارهای والانس و رسانش را از هم جدا می کنند. چنین نواحی ممنوعی را شکافهای نواری می نامند. این نواحی از بر هم کنش امواج الکترونهای رسانش با مغزهای یونی بلور، حاصل می شوند. در شکل۱ ، نوارهای انرژی مجاز و شکافهای انرژی (فاصله بین نوارهای والانس و رسانش) برای (ا لف) نارسانا (ب) نیمه رسانا و(ج) رسانا نشان داده شده است .اگر نوارهای ا نرژی مجاز کاملاً پر یا خالی باشند ماده مانند یک عایق رفتار می کند، زیرا در این صورت هیچ الکترونی نمی- تواند درمیدان الکتریکی حرکت کند.اگر کسری مثلاً ۱۰تا ۹۰ درصد از یک یا چند نوار پر باشند، ماده مانند فلز رفتار می کند. ا گر تمام نوارها به استثنای یک یا دو نوار که اندکی پر یا خالی اند، کاملاً پر باشند، ماده نیمه رسانا خواهد بود. همه پلیمرهای رسانا مجموعه ای از واحدهای ساختاری مشابه دارند. جهت شناور ساختن الکترون در طول زنجیر پلیمر، احتیاج به واحدهای ساختاری مناسب با شکاف انرژی کمتر می باشد. به عنوان مثال از پلی استیلن که فقط دارای پیوندهای یگانه و دو گانه متناوب است و یا سیستم های آروماتیکی می توان نام برد.

 ترانس پلی استیلن trans-polyacetyleneسیس پلی استیلن

polyacetylene cis-پلی ۱و۶- هپتا دی اِن poly 1,6- heptadieneپلی پارا فنیلن poly – p – phenyleneپلی بی تیوفن poly bithiopheneپلی۳- آلکیل تیوفن poly – 3 – alkyl thiopheneپلی پیرول poly pyrroleپلی ان آلکیل پیرول poly – N – alkyl pyrroleپلی وینیلن فنیلن poly vinylene phenyleneپلی بنزن تیول poly benzenethiolپلی آنیلین poly anilineپلی بنزوتیوفن poly benzothiopheneپلی ان متیل کربازول poly – N – methylcarbazol

  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 15:43  توسط مجید علیپور  | 

 

 

Polymer= Poly + Mer

 Poly: زیاد

مر(mer): قطعه، تکه

 

منومر(monomer): تکپار؛ به مولکولهایی که در ساخت پلیمر بکار گرفته می شود گویند. مثل:-( CH2-CH2)-

دیمر(Dimer): دوپار

تریمر(Trimer): سه پار

پلیمر(polymer): بسپار

 

پلیمریزاسیون(polymerization): بسپارش

 

ماکروملکول(Macromolecule): درشت مولکول، پلیمر

 

درجه پلیمریزاسیون(degree of polymerization): تعداد منومرهای موجود در زنجیر یک درشت مولکول یا تعداد مولکولهای به هم چسبیده را گویند.

 

الیگومر(oligomer): چندپار، مادی با جرم مولکولی کمتر از پلیمرها

 

هموپلیمر(homo polymer): پلیمری که تنها از یک نوع منومر بوجود آمده باشد را جورپلیمر گویند:

-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-

 

کوپلیمر(copolymer): پلیمری شامل دو نوع منومر را گویند:

A-B-A-B-A-B-B-A-A-A-A-B-B

ترپلیمر(terpolymer): پلیمر شامل سه نوع منومر راگویند:

 C-A-B-C-A-A-C-C-B-C-C-B-A-B-

 

هموپلیمر خطی(linear homopolyme): وقتی اتمهای یک منومر به صرت خطی دنبال یکدیگر قرار بگیرند، هموپلیمر خطی ایجاد می شود.

 

همو پلیمر شاخه ای(branch homopolymer): وقتی اتم های یک پلیمر به صورت شاخه ای قرار گیرند، هموپلیمر شاخه ای ایجاد می شود:

 

هموپلیمر مشبک یا سه بعدی (tridimentional homopolymer or crosslinked homopolymer ): پلیمری که در بین زنجیرهای آن اتصالات عرضی وجود دارد:

هموپلیمر زنجیری(homo chain polymer): اگر زنجیرهای پلیمر دارای اتم های یکسان باشند(کربن و هیدروژن) آنها را هموپلیمر زنجیری گویند.

 

هترو پلیمر زنجیری(hetro chain polymer): گاهی در زنجیر، اتمی غیر از اتم های اصلی(H,C) وجود دارد(مثل Si) اینگونه پلیمرها را هترو پلیمر زنجیری گویند. مانند ترکیبات سیلیکون(دی متیل سیلوکسان)

 

ترموپلاست(thermoplast): پلیمرهایی هستند که بر اثر گرما نرم می شوند ومی توان آنها را قالب گیری کرد؛ دارای ساختار دو بعدی اند و در حلال حل می شوند.

 

ترموست(thermoset): پلیمرهایی هستند که بر اثر گرما، نرم نمی شوند و قابلیت قالبگیری مجدد ندارند؛ دارای ساختار سه بعدی اند و در حلال حل نمی شوند.

 

الاستیسیته(elasticite): تغییر شکل موقتی و برگشت پذیر که بر اثر اعمال نیرو یا تنش بوجود می آید و پس از حذف آن، بازگشت به حالت اولیه صورت می گیرد.

 

پلاستیسیته(plasticite): تغییر شکل دائمی و بازگشت ناپذیر که بر اثر نیرو یا تنش بوجود می آید و پس از حذف آن، بازگشت به حالت اولیه صورت نمی گیرد .

 

  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 15:16  توسط مجید علیپور  | 

 

 پيشينه نانو کامپوزیت ها

اولين منبع ثبت شده مـربـوط بـه فناوری نانو را در سـال 1959 فيـزيكدانـي بـه نام ريچـارد فيـنمن[1] به چاپ رسانده است. فناوري نانو يك فناوري معكوس (پايين به بالا) است كه اجزاي مواد را در ساختار بسيار كوچك كنار هم گذاشته و ساختاري متفاوت از مواد متداول توليد شده به روش بالا به پايين ايجاد مي‌كند. بنابراين مواد توليد شده به اين روش نقايص كمتر وكيفيت بالاتري دارند.نانوكامپوزيت‌هاي پليمري در بيست سال اخير در مجامع علمي و صنعتي مورد توجه قرار گرفته‌اند. به عنوان مثال تنها در آمريكا در سال 1997، 116 ميليون دلار براي تحقيق در اين زمينه هزينه شده است كه در سال 2004 اين رقم به 961 ميليون دلار رسيده است يعني در هفت سال تقريباً 9 برابر شده است. شركت (Business communications Co. Inc. BCC) در يك بررسي اقتصادي نشان داده است كه بازار نانوکامپوزيت‌هاي پليمري در سال2003، 5/24 ميليون پوند به ارزش 8/90 ميليون دلار بوده است و پيش بيني مي‌شود كه اين رقم با رشد متوسط 4/18 درصد در سال 2008 به 1/211 ميليون دلار برسد. حتي پيش‌بيني شده است كه اگر پيشرفت فناوري نانو با موارد فني همگام روبه‌رو شود در بعضي از كاربردها اين بازار با سرعت بيش‌ از 20 درصد در سال رشد كند. نانوکامپوزيت‌هاي پليمري جايگزيني قوي براي پليمرهاي پرشده (حاوي تقویت کننده) يا آلياژهاي پليمري متداول هستند. بر خلاف كامپوزيت‌هاي متداول كه تقويت در آنها در ابعاد ميكرون روي مي‌دهد، در نانوکامپوزيت‌ها اين ابعاد به چند نانومتر مي‌رسد. ارزش افزوده نانوکامپوزيت‌هاي پليمري تنها بر اساس بهبود خواص مكانيكي پليمر‌ها يا جايگزيني پركننده‌هاي متداول‌ نيست بلكه تقویت کننده های نانو در مقادير بسيار كم، خواص ويژه‌اي را بدون ايجاد تغيير زياد در فرآيند‌پذيري، در پليمرها ايجاد مي‌كنند كه پليمر اوليه فاقد آن است، متداول‌ترين تقویت کننده های نانو در پليمرها، سيليكات‌هاي لايه‌اي نانوونانولوله‌هاي كربني هستند.



 تقویت کننده های لايه‌اي نانو سيليكا[2]

سيليكات‌هايي كه در ساخت نانوکامپوزيت‌ها به كار مي‌روند، ساختاري لايه‌اي با ضخامت حدود يك نانو متر دارند كه طول آنها متغير است و به چند ميكرون هم مي‌رسد. بنابراين نسبت منظر (نسبت طول به ضخامت) آن بسيار بالا و بيشتر از هزار است. اين لايه‌ها توده‌اي تشكيل مي‌دهند كه در بين آن فاصله‌هايي وجود دارد كه آنها را با نام بين‌لايه‌ها[3] خواهيم شناخت.

با جايگزيني ايزومورفيك[4] بين لايه‌ها (جايگزيني Mg+2 با Al+3) يك بار منفي ايجاد مي‌شود كه ساختار آلكالي يا آلكالين كاتيون‌هاي معدني درون بين لايه‌ها را موازنـه مـي‌كند. سطح كاتيـون‌ها مانند يـون‌هاي توده‌اي آلكيل آمونيوم، فاصله بين لايه‌ها را افزايش داده و انرژي سطحي پركننده را كاهش مي‌دهد. بنابراين اين پركننده‌هاي اصلاح شده كه به رس آلي[5] معروفند، با پليمرها سازگارترند و نانوکامپوزيت‌هاي لايه‌اي با سـيـليــكـا شــكل مـي‌گـيـرد. مـونـت‌مـوريـلـونـيـت[6]، هكتوريت[7] و ساپونيت[8] متداول‌ترين تقویت کننده های سيليكايي لايه‌اي هستند.


روش‌هاي ساخت نانوکامپوزيت‌ها

از آنجا كه در صنايع پليمري نانوسيليكات‌ها ، متداول‌تر از بقيه مواد نانو هستند. از اين پس بيشتر به اين مواد خواهيم پرداخت. روش‌هاي مختلفي براي ساخت نانوکامپوزيت‌هاي سيليكات‌هاي لايه‌اي به كار رفته است. اما سه روش، استفاده بيشتري دارند.

 

  الف- پليمريزاسيون درجا[9]:

اين روش براي اولين بار در تهيه مواد پليمري حاوي نانوکلي(clay) بر پايه پلي‌آميد-6 به كار رفته است. در اين روش سيليكاهاي لايه‌اي به وسيله مونومر مايع يا محلول مونومر، متورم مي‌شود، سپس مونومرها به درون لايه‌ها سيليكات نفوذ كرده و پليمريزاسيون در بين لايه‌ها اتفاق مي‌افتد.

  ب- روش محلولي[10]:

اين روش مشـابه روش قبـلي است. ابـتـدا رس آلي در يك حلال قطبي مانند تولوئن يا NَN,- دي متيل فرماميد متورم شده، سپس پليمر حل شده در حلال به محلول قبلي افزوده شده و بين لايه‌ها جاي مي‌گيرد. مرحله نهايي كار، تبخير حلال است كه معمولاً در خلا اتفاق مي‌افتد. مزيت اين روش اين است كه براي همه مواد پليمري قابل اجراست اما اشكال عمده آن غير قابل اجرا بودن آن در مقياس صنعتي مي‌باشد.

  ج- روش اختلاط مذاب[11]:

در اين روش پليمر مذاب كه داراي ويسـكوزيـتـه پاييـني است با تقویت کننده Nano clay آميخته مي‌شود. در اين روش به دليل افزايش بي‌نظمي، پليمر به داخل لايه‌هاي كلي نفوذ مي‌كند. اين روش، به دليل پتانسيل بالايي كه براي اجرا در مقياس صنعتي دارد به شدت مورد توجه قرار گرفته است و نانوکامپوزيت‌هاي كلي بسيار زيادي به روش اكستروژن توليد شده است. تعداد زيادي از ترموپلاستيك‌هاي قطبي مانند پلي‌آميد-6، اتيل وينيل استات و پلي استايرن به اين روش درون لايه‌هاي سيليكاتي نفوذ كرده‌‌اند اما در مورد پلي اولفين‌ها كه مصرف بسيار زيادي نيز دارند اين فرآيند موفق نبوده است. اجراي اين روش در لاستيك‌ها به دليل ويسكوزيته بسيار زياد و پديده‌هاي الاستيك با موانع زيادي روبرو است و همين امر دليل عدم پيشرفت قابل توجه نانوکامپوزيت‌هاي الاستومري در مقايسه با پلاستيك‌ها است.

 


 ساختار نانوکامپوزيت‌ها:

بسته به طبيعت اجزاي يك نانوکامپوزيت مانند نوع پليمر، ماتريس و سيليكات لايه‌اي يا كاتيون آلي بين لايه‌هاي سيليكاتي سه ساختار در نانوکامپوزيت‌ها ممكن است ايجاد شود:

  الف- ساختار فاز‌هاي جدا[12]:

اگر پليمر نتواند بين لايه‌هاي سيليكاتي نفوذ كند يك ميكروكامپوزيت توليد مي‌شود كه مانند كامپوزيت‌هاي متداول بوده و امكان جدايي فازي در آن وجود دارد. به جز اين نوع متداول كامپوزيت‌ها، امكان ايجاد دو ساختار ديگر وجود دارد.

  ب- ساختار لايه لايه[13]:

اين ساختار با نفوذ يك يا چند زنجير پليمري به درون لايه‌هاي سيليكا و ايجاد ساختار ساندويچي حاصل مي‌شود.


  ج- ساختار پراكنده يا پخش شده[14]:

اين ساختار وقتي حاصل مي‌شود كه لايه‌هاي تقویت کننده سيليكاتي به طور همگن و يكنواخت در بستر پليمري توزيع شده باشند. اين ساختار لايه‌هاي كاملاً جدا شده از اهميت بسيار ويژه‌اي برخوردار است زيرا بر همكنش لايه‌هاي Clay و پليمر را به حداكثر رسانده و تغييرات بسيار مشهودي را در خواص فيزيكي مكانيكي پليمر ايجاد مي‌كند.

 

 


خواص نانوکامپوزيت‌ها


نانوکامپوزيت‌ها در مقادير 5-2 درصد وزني، خواص پليمرهاي خالص را به طرز قابل توجهي بهبود مي‌دهند. اين ارتقاي خواص عبارتند از:
   • خواص عبور پذيري  مانند نفوذپذيري و مقاومت در برابر حلال‌ها؛
   • خواص نوري ؛
   • هدايت يوني
خواص ديگر حاصل از ساختار لايه‌اي نانو سيليكات‌ها در نانوکامپوزيت‌هاي پليمري، افزايش پايداري حرارتي و مقاومت در برابر شعله (آتش) در مقادير بسيار كم پركننده مي‌باشد.

 


 نانوکامپوزيت‌هاي مورد استفاده در صنعت لاستيك

با توجه به مسائلي كه پيش‌تر به آن اشاره شد و مشكلات اجراي روش اختلاط مذاب در مورد الاستومرها، هنوز محصولات زيادي از نانوکامپوزيت‌هاي الاستومري به بازار عرضه نشده است، اما تحقيقات بسيار گسترده‌اي در شركت‌ها و مراكز تحقيقاتي مختلف بر روي اين نانوکامپوزيت‌ها در حال اجراست.به عنوان مثال بنيان‌گذاران شركت Inmat به دنبال استفاده از Nano clay در ساختار قطعات لاستيكي ورزشي هستند و يك روكش نانوکامپوزيتي به ضخامت 30-10 ميكرون با خواص نفوذنا‌پذيري و انعطاف‌پذيري بسيار بالا با پايه آلي ساخته‌اند. كه مي‌تواند بدون پارگي تا بيش از 20% كشيده شده و در ساخت قطعات لاستيكي نفوذنا‌پذير به كار روند. آنها ادعا مي‌كنند كه با استفاده از اين روكش‌ها، توپ‌هاي تنيس تا 12 ماه باد درون خود را نگه مي‌دارند، توپ‌هاي فوتبال و بسكتبال به مدت زياد نياز به باد كردن مجدد ندارند و تايرها به جاي هر سه ماه يكبار باد كردن هر سال يكبار باد مي‌شوند كه منجر به كاهش تصادفات ناشي از مشكل باد تايرها خواهد شد. با توجه به ضخامت ناچيز اين روكش‌ها (30-10ميكرون) افزايش وزن و تغيير خواص مكانيكي لاستيكي در اثر استفاده از اين روكش‌ها قابل اغماض است. لازم به ذكر است روش محلولي در ساخت اين نانوکامپوزيت به كار رفته است.

 

كاربرد ذرات نانومتري خاك رس در لاستيك:

يكي از مواد نانومتري كه كاربردهاي تجاري گسترده اي در صنعت لاستيك پيدا كرده است و اكنون شركت هاي بزرگ لاستيك سازي بطور گسترده اي از آن در محصولات خود استفاده مي كنند، ذرات نانومتري خاك رس است كه با افزودن آن به لاستيك خواص آن بطور قابل ملاحظه اي بهبود پيدا مي كند كه از جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد :

1)    افزايش مقاومت لاستيك در برابر سايش

2)    افزايش استحكام مكانيكي

3)    افزايش مقاومت گرمايي

4)     كاهش قابليت اشتعال

5)    بهبود بخشيدن اعوجاج گرمايي


 
  ايده هاي مطرح شده:

 افزايش دماي اشتعال لاستيك : تهيه نانوكامپوزيت الاستومرها از جملهSBR[15] مقاوم، به عنوان مواد پايه در لاستيك سبب بهبود برخي خواص از جمله افزايش دماي اشتعال و استحكام مكانيكي بالامي شود و دليل اصلي آن حذف مقدار زيادي از دوده است.

 كاهش وزن لاستيك : تهيه و بهينه سازي نانوكامپوزيت الاستومرها با وزن كم از طريق جايگزين كردن اين مواد با دوده در لاستيك، امكان حذف درصد قابل توجهي دوده توسط درصد بسيار كم از نانوفيلر وجود دارد. بطوريكه افزودن حدود 3 تا 5 درصد نانوفيلر مي تواند استحكام مكانيكي معادل 40 تا 45 درصد دوده را ايجاد كند. بنابراين با افزودن 3 تا 5 درصد نانوفيلر به لاستيك، وزن آن به مقدار قابل توجهي كاهش مي يابد.

 قطعات لاستيكي خودرو : نانوكامپوزيت الاستومرها مي تواند به عنوان يك ماده پرمصرف در صنايع ساخت و توليد قطعات خوردو بكار رود. از ويژگي هاي اين مواد، بالا بودن مدول بالا ، ، پايداري ابعاد,وزن كم مي باشد. لذا نانوكامپوزيت الاستومرهاي  پايهEPDM  مي توانند تحول چشمگيري را در ساخت قطعات خوردو ايجاد نمايد.

افزايش مقاومت سايشي لاستيك : استفاده از نانوسيليكا و نانواكسيدروي در تركيبات تاير سبب تحول عظيمي در صنعت لاستيك مي شود. بطوريكه با افزودن اين مواد به لاستيك علاوه بر خواصي ويژه اي كه اين مواد به لاستيك مي دهند، امكان افزايش مقاومت سايشي اين لاستيكها وجود دارد.


  نسبت وزن تاير به عمر آن : با افزودن ميزان مصرف يكي از نانوفيلرها مي توان مصرف دوده را پايين آورد. به عبارت ديگر اگر وزن تاير كم شود، عمر لاستيك افزايش مي يابد. بنابراين جهت بالا بردن عمرلاستيك كافي است با افزودن يك سري مواد نانومتري به لاستيك عمر آن را افزايش داد.



[1].Richard Phinmen

[2].Nano silica

[3].Interlayer

[4].Isomorphic

[5].Organo clay

[6].montmorillonite

[7].Hectorite

[8].Saponite

[9].In situ Polymerzation

[10].Suspension Polymerzation

[11].Melt Compounding

[12].Conventional Structure

[13].Intercalated Structure

[14].Exfoliated Structure

[15].Styrene Butadiene Rubber

  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 14:28  توسط مجید علیپور  | 

اکسترودرها عموماً به دو دستۀ کلی ، اکسترودر های تک پیچه (Single Screw  ) و اکسترودرهای دو پیچه (Twin Screw  ) تقسیم بندی می شوند . از اکسترودرهای تک پیچه برای مذاب کردن پلیمر های گرمانرم نظیر پلی اتیلن و پلی پروپیلن استفاده می شود . مواد بصورت گرانول (دانه دانه )وارد اکسترودر شده و در اثر چرخش پیچ اکسترودر ، ضمن آنکه به جلو رانده می شوند ، در اثر اصطکاک زیاد با بدنه اکسترودر و اعمال حرارت خارجی بصورت مذاب در می آیند . پی وی سی به حرارت بسیار حساس است و گرمای زیاد موجب تخریب و تجزیۀ آن می گردد. برای ذوب نمودن پی وی سی به منظور تولید لوله از اکسترودر دو پیچه (Twin Screw  ) استفاده می شود . اینگونه اکسترودرها نظیر یک پمپ جابجائی مثبت عمل کرده و خروجی آنها نیز برای یک ماه پلیمری تنها وابسته به سرعت چرخش پیچ های آن است . اکسترودر های دو پیچه خود انواع مختلفی دارند عبارتند از :

 ـ Meshing   ـNon   :  پره های پیچ های اینگونه اکسترودرها مقابل هم بوده و به همین دلیل آنها اکسترودرها ی دو پیچه واقعی نیستند و به آنها اکسترودر با دو پیچ (Double Screw )گفته می شود ، (بمانند اینکه از دو اکسترودر تک پیچه استفائه شود ).

ـ   Meshing   :  هنگامی که پره های پیچ های اکسترودر در هم فرو رفته باشند به آنها اکسترودر های دو پیچه ( Screw ـ Twin  )گفته می شود .

ـ هنگامی که پره های پیچ های اکسترودر که بصورت mesh   هستند کاملاً درون هم فرو رفته باشند ، به آنها Conjugated  گفته می شود و هنگامی که کاملاً در هم فرو نرفته اند ، Non Conjugated  نامیده می شوند .

ـ   اگر پیچ های اکسترودر در موافق هم بچرخند ، به آنها اکسترودر ها دو پیچ (CO – rotating ) و هنگامی که پیچ ها مخالف هم چرخش کنند ، به آنها (Counter – rotating  )گویند . شکل پیچ ها در هر کدام با یکدیگر متفاوت می باشد.

 

 

  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 14:13  توسط مجید علیپور  | 

                                                          لوله های پلیمری

 

امروزه تولید و استفاده از لوله های پلیمری بسیار متداول و همگام با پیشرفت در علوم مهندسی پلیمر تولید لوله های پلیمری روزبروز در حال گسترش می باشد . مهمترین مزایای کاربرد لوله های پلیمری عبارتند از :

       1ـ مقاومت در برابر زنگ زدگی

       2 ـ سبکی وزن

       3 ـ سهولت نصب

       4 ـ نارسائی الکتریکی

       5 ـ عدم نیاز به رنگ و یا پوشش خارجی

       6ـ سهولت شکل پذیری

       7 ـ عدم تشکیل رسوب و افت فشار ناچیز بعلت صیقلی بودن سطح داخلی آن

       8 ـ مقاومت در برابر بسیاری از مواد شیمیایی و خوردگی

       9 ـ پایین بودن قیمت تمام شده محصول

       از نقطه نظر نحوۀ تولید ، ساخت لوله های پلیمری به دو صورت کلی ، مداوم (continuous ) و غیر مداوم (Discontinuous) انجام می شود پس از تشریح این روش ها ، به مزایا و معایب هر یک اشاره خواهد شد:

 تولید لوله به روش غیر مداوم (Discontinuous )

     تولید لوله به روش غیر مداوم به دو صورت ، قالبگیری تزریقی (Injection Moulding ) و الیاف پیچی (Filament Winding) انجام می پذیرد .

 

تولید لوله به روش قالبگیری تزریقی   (Injection Moulding)

    در این روش ، مذاب پلیمری از طریق دستگاه (Injection Moulding  )به درون یک قالب که برای تولید لوله طراحی و ساخته شده است ، هدایت می شود و بدین ترتیب مذاب پلیمری پس از سرد شدن در درون قالب به شکل لوله در می آید   ، ابتدا بدنه های اصلی قالب به هم جفت می شود و سپس پین(Pin) قالب وارد محفظه خالی بدنه قالب می گردد و بدین ترتیب شکل لوله درون قالب ایجاد می شود . مذاب پلیمری از طریق مجرای ورود مذاب ، به درون قالب هدایت می شود و با سرد شدن مذاب پلیمری که فضای خالی درون قالب را پر نموده ،لوله شکل می گیرد .با بیرون کشیدن پین (Pin  ) از درون قالب ، بدنه های قالب از یکدیگر جدا می گردند و بدین ترتیب لوله پلیمری از درون قالب بیرون می آید . دمای قالب پایین تر از دمای مذاب می باشد و این بدان علت است که سریعاً مذاب پس از شکل گیری ، سرد شده و فرم قالب را به خود بگیرد اما این امر سبب می گردد که مذاب پلیمری به سرعت سرد شود و در ترموپلاستیکها تنش پس مانده (گرمایش و مکانیکی )در قطعه باقی بماند . این تنش باقی مانده در قطعه ، موجب تغییر شکل آن به هنگامی که دمای آن بالا می رود ، می گردد. با استفاده از این روش لوله هایی با قطر و طول کم می توان تولید نمود . برای تولید لوله هایی با قطر و طول بزرگتر ، احتیاج به دستگاه تزریق با میزان زیادتر و قالبهائی بزرگتر است ، که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمی باشند. یکی از مهمترین نارسائی در قالبگیری تزریقی نحوۀ کنترل آرایش یافتگی (Orientation  )زنجیرهای پلیمری داخل حفره قالب است که وابستگی زیادی به شکل هندسی قالب و موقعیت دریچه تزریق دارد .

 

تولید لوله به روش الیاف پیچی     (Filament winding  )

      در این روش الیاف بلند تقویت کننده از درون مخزن حاوی رزین ، عبور کرده و بدور یک استوانه (Mandrel  ) که می تواند با سرعتی مشخص حول محور مرکزی خود بچرخد ، پیچیده می شوند.

جهت پیچش ، تعداد لایه ها ، همچنین تعداد الیاف آغشته به رزین ، بسته به نحوۀ طراحی می تواند تغییر  کند . پس از آنکه الیاف به دور استوانه (Mandrel  ) پیچیده شده و شکل لوله طراحی شده ، بدست آمد، لولۀ حاصل روی استوانه را پخت می نمایند و پس ازخت استوانه را از درون لوله پخت شده بیرون می آورند . لوله هائی که با این روش تولید می گردند ، دارای استحکام زیاد در جهت محیطی، مقاومت خوردگی و ضربه ای خوب و انبساط حرارتی کم می باشند . همچنین ، این لوله ها از مقاومت خوبی در برابر فشار های داخلی زیاد ( High Internal Pressure ) برخوردار می باشند . تولید لوله با این روش گرانتر از روش های قالبگیری تزریقی و روش اکستروژن است .

 تولید لوله به روش مداوم     (Continuous  )

     در این حالت ، معمولاً از اکسترودر (Extruder  )استفاده می نمایند . برای تولید لوله های پلاستیکی ابتدا ماده پلاستیکی بصورت پودر یا گرانول (دانه دانه )به اکسترودر تغذیه می شود . ماده پلاستیکی در درون اکسترود بصورت مذاب در می آید و از انتهای اکسترودر وارد یک شکل دهنده (دای ) (Die ) که بصورت دو استوانه موازی متداخل هم مرکز (Annular )است ،می گرددو پس از اینکه شکل لوله را بخود گرفت از طرف دیگر دای (Die )خارج می شود که متعاقباً ، مراحل اندازه شدن ابعاد ( Sizing ) و سرد شدن (Cooling  ) و در انتها مرحله برش (Cutting ) را سپری می کند . خط تولید لوله از اکسترودر .


                                مواد مورد استفاده برای تولید لوله در اکسترودر

       پلی اتیلن و پی وی سی (PVC   ) از جمله مواد گرما نرمی هستند  که برای تولید لوله بکار می روند. در تولید لوله های پلی اتیلنی از پلی اتیلن با چگالی زیاد(HDPE  ) و یا متوسط (MDPE  ) استفاده می شود.

از پلی اتیلنهای با چگالی پائین ( HDPE ) می توان استفاده نمود . لوله های پی وی سی ، بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند و عمر مفید آنها از سایر لوله های پلاستیکی بیشتر است . مخلوط پلی مرهائی مثل پلی استایرن و   ABSیا پلی پروپلین و پلی استال از مهمترین مواد برای تولید لوله بشمار می روند . برای بدست آوردن لوله هائی با مقاومت مکانیکی بیشتر ، مواد گرمانرم مذکور را با الیاف مخلوط و لوله های کامپوزیتی به روش مداوم و یا غیر مداوم تولید می نمایند .

 

  نوشته شده در  پنجشنبه بیستم مرداد 1390ساعت 14:3  توسط مجید علیپور  | 

 

TPE

 گروهي از مواد هستند كه نقش پل ارتباطي بين ترموپلاستيك‌ها و ترموست رابرها را ايفا مي‌كنند كه به‌صورت مواد آماده به مصرف (مستربچ) در اختيار توليدكنندگان قرار مي‌گيرند. قطعات توليد شده با اين مواد در محدوده سختي بين 35 ShoreA تا 50Shore D قرار مي‌گيرند.

در سال‌هاي اخير، رشد توليد و مصرف بسيار بالاتري نسبت به سال‌هاي آغازين توليد آنها (اوايل دهه ميلادي) مشاهده مي‌شود كه يكي از مهم‌ترين بازارهاي رشد، مصرف آنها در صنعت خودرو است.

از جمله كاربردهاي اين مواد در صنعت خودرو مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

- Glass run channels

-Hood-to-cowl seals

-Hood-to-radiator seals

-Belt line seals

-Roof gutter seals

-Glass encapsulation applications

سير مواد نوارهاي آب‌بندي در صنعت خودرو به شكل زير است:

Flocked Cloth  =>  Latex   =>  SBR =>  EPDM => TPV

الزامات جديد صنعت خودرو نظير: كاهش وزن، كاهش قيمت، آزادي در طراحي، رنگ‌پذيري، خواص ظاهري و امكان استفاده مجدد تمايل به مصرف TPEها بجاي رابرهاي سنتي را افزايش داده است.

قيمت تمام شده قطعات TPE، به رغم قيمت مواد اوليه بالاتر نسبت به كامپاندهاي رابري سنتي، به دليل تكنولوژي فرايندي اقتصادي‌تر، پايين‌تر است.

كاهش قيمت، ناشي از كاهش وزن قطعه، زمان كوتاهتر فرايند، ضايعات كمتر، بازيافت ضايعات و انعطاف طراحي است. بالاتر از همه اين فوايد، TPEها مواد زيست سازگار هستند.

 

نماهاي كليدي TPEها و دسته‌بندي

تقريباً تمامي TPEهاي تجاري‌شده، داراي نماي عمومي واحدي هستند. همگي آنها، داراي سيستم‌هاي فازي مجزا هستند كه يكي از فازها، در دماي اتاق، سخت است و ديگري نرم و الاستومري.

فاز سخت به TPEها استحكام مي‌دهد و وقتي در ماشين‌هاي ترموپلاستيك ذوب مي‌شوند، ويژگي فرايندپذيري را به آنها مي‌دهد. فاز نرم به TPEها الاستيسيته و كارايي رابري مي‌دهد.

در واقع اين مواد، مشابه ترموپلاستيك‌ها فرايند مي‌شوند، اما خواص فيزيكي مشابهي با الاستومرها دارند. اين قطعات را مي‌توان با فرايندهاي اكستروژن، قالبگيري دمشي، قالبگيري تزريقي يا فشاري و بدون نياز به مرحله زمان بر پخت لاستيك‌ها، تهيه كرد. حذف زمان لازم براي ولكانيزاسيون، مزاياي زيادي را در پي خواهد داشت. ضمن اينكه اين مواد، از قابليت فرايندشدن مجدد و جوش خوردن برخوردارند.

توانايي TPEها در پيدا كردن مكرر حالت سيالي (وقتي كه گرم مي‌شوند) و حالت جامد (وقتي كه سرد مي‌شوند) توانايي توليد قطعات شبه رابري با ماشين‌هاي صنعت پلاستيك را به سازندگان مي‌دهد. ضايعات آنها نيز معمولاً دوباره خرد شده و مصرف مي‌شوند. گفتني است كه براي دستيابي به يك ترموپلاستيك الاستومر قابل فرايندشدن، به حداقل 25درصد وزني رزين پلي‌الفيني نياز است.

استفاده از فرايند سريع ترموپلاستيك‌ها، زمان كوتاه فرايند توليد، نرخ پايين ضايعات، اتوماسيون بالا و هزينه‌هاي پايين كارگري، از جمله مزيت‌هاي توليد با TPEها براي توليدكنندگان است.

در بازار، خانواده‌هاي گوناگوني از TPEها شناخته شده‌اند، بنابراين دسته‌بندي شيميايي آنها مفيد خواهد بود.

مهم‌ترين گروه TPEها، ولكانيزه‌هاي ترموپلاستيكي هستند كه EPDM كاملاً ولكانيزه شده در ماتريس PP پخش شده است. اتصالات عرضي فاز رابري معمولاً از طريق ولكانيزاسيون ديناميكي انجام مي‌شود. در واقع مقادير كمي از يك سيستم پخت در حال اختلاط مذاب، به مخلوط اضافه مي‌شود كه باعث ولكانيزاسيون در جاي ذرات متفرق لاستيك خواهد شد. نكته مهم اين است كه عمل اختلاط بايد بدون وقفه و تا وقوع ولكانيزاسيون اتفاق افتد. اگر پس از اتمام اختلاط، باز هم پخت قابل ملاحظه‌اي انجام شود، ممكن است ماده ترموست غيرقابل فرايندي به‌دست آيد.

توزيع فاز نرم رابري در فاز سخت PP، توازني عالي از خواص شبه رابري و فرايندپذيري ترموپلاستيكي را نتيجه مي‌دهد.

محصولات بر پايه EPDM، كاملاً ولكانيزه شده و به عنوان TPV,TPE-V, EPDM-X+PP شناخته مي‌شوند كه داراي بالاترين قابليت براي جايگزيني مواد رابري ترموپلاستيك در قطعات صنعت خودرو، نظير نوارهاي آب‌بندي هستند. مهم‌ترين برند در اين دسته از TPEها، برند SANTOPRAN است. در جدول شماره1، دسته‌بندي كلي TPEها ارائه شده است.

 

جدول1: گونه‌هاي مختلف TPE

مقدمه
خواص مواد نانوساختاري به شكل و اندازة آنها بستگي دارد و از اين‌رو مطالعه پيرامون شكل، اندازه و آرايش مواد نانوساختاري از نظر فهم پديده‌هاي موجود و درنهايت استفاده از آنها در كاربردهاي مختلف ضروري است. روش‌هاي مختلفي براي تعيين شكل و اندازة ذرات به كار مي‌رود كه ازجملة آنها مي‌توان به ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، طيف‌سنجي عبور نوري، پراش اشعة X و مانند آن اشاره كرد. برخي از اين روش‌ها شكل و اندازة ذرات را به طور مستقيم به دست نمي‌دهند. براي مثال در پراش اشعة X اندازة ذرات از رابطة زير به دست مي‌آيد:

 

كه رابطة‌ فوق براي تعيين اندازة نانوذرات دقيق نيست و در اندازه‌هاي پايين داراي خطاي قابل ملاحظه‌اي نسبت به مقادير واقعي است. اين روش براي نانوذرات غيربلوري نيز مناسب نيست. از طيف عبور نوري مواد نانوساختاري نيز مي‌توان براي تعيين اندازة ذرات استفاده كرد كه روش اندازه‌گيري و تعيين قطر ذرات پيچيده مي‌باشد و براي برخي از مواد قابل استفاده نيست. باتوجه به مطالب فوق استفاده از روشي براي تعيين اندازه و شكل ذرات بادقت مناسب در حوزه پژوهش‌هاي مواد نانوساختاري بسيار مهم و مورد نياز جدي است.
در پژوهش‌هاي مربوط به خواص مواد نانوساختاري ميكروسكوپ الكتروني يكي از مهم‌ترين و پركاربردترين دستگاه‌هايي است كه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اغلب مطالعات انجام‌شده روي خواص مواد نانوساختاري براي تعيين اندازه و شكل آنها از ميكروسكوپ عبور الكتروني استفاده شده است. اين روش اندازه و شكل ذرات را با دقت حدود چند دهم نانومتر به دست مي‌دهد كه به نوع ماده و دستگاه مورد استفاده بستگي دارد. امروزه در بررسي خواص مواد نانوساختاري از ميكروسكوپ عبور الكتروني با وضوح بالا (High-Resolution) استفاده مي‌شود. علاوه بر تعيين شكل و اندازة ذرات به وسيلة ميكروسكوپ عبور الكتروني با استفاده از پراش الكترون و ساير سازوكارهاي موجود در برخورد الكترون با ماده برخي ويژگي‌هاي ديگر مواد نانوساختاري مانند ساختار بلوري، تركيب شيمياي را مي توان بدست آورد.
برخي از روش‌هاي مورد استفاده در ميكروسكوپ عبور الكتروني براي بررسي ويژگي‌هاي مواد عبارتند از:
تصويربرداري (ميدان تاريك و ميدان روشن)
پراش الكترون
پراش الكترون با باريكه واگرا (SAD)
تصويربرداري Phase-Contrast در (HRTEM)
تصويربرداري Z-Contrast
طيف‌نگاري پاشندگي انرژي اشعة X (EDS)
● طيف‌نگاري اتلاف انرژي الكترون (EBLS)

اساس كار ميكروسكوپ عبور الكتروني
برخورد الكترون با ماده شامل سازوكارهاي مختلفي مي‌باشد كه از مهم‌ترين آنها مي‌توان به برخورد و توليد الكترون ثانويه پس‌پراكندگي و پيش‌پراكندگي توليد اشعة X و الكترون اوژه اشاره كرد. باتوجه به سازوكارهاي موجود تحليل نتايج هريك از اين سازوكارها داده‌هايي را در مورد شكل و اندازه، ساختار و تركيب شيميايي م%D


نوارهاي آب‌بندي

نوارهاي آب‌بندي در تمامي خودروها، دور همه درها و شيشه‌ها را پر مي‌كنند و نقش اصلي آنها، ايجاد آسودگي و امنيت داخل خودرو در برابر باد، باران، نويز و آب ناشي از شست‌و‌شوي خودرو است. آنها همچنين در زيبايي و سازگاري تزييني با طراحي كلي خودرو نقش دارند.

در حال حاضر، عمده توليد نوارهاي آب‌بندي با الاستومر EPDM است. بر طبق آمار منتشره، بازار جهاني نوارهاي آب‌بندي سالانه حدوداً 500هزار تن مواد الاستومري مصرف مي‌كند كه 90درصد اين ميزان را EPDM به خود اختصاص مي‌دهد. اين نوارها، علاوه بر اينكه فاقد امكان فرايند مجدد هستند، در توليد پروفيل آنها (بويژه در نوارهاي آب‌بندي ديناميكي) به منظور نگهداري شكل و جلوگيري از سهولت دمونتاژ، از فلز وتجهيزات فرم‌دهي به عنوان بخشي از سطح مقطع، استفاده مي‌شود.

توليدكنندگان TPE معتقدند كه محصول آنها مي‌تواند نوارهاي آب‌بندي توليد كند كه بين 20 تا 30درصد كاهش وزن داشته و بجاي استفاده از فلزات مختلف، از يك ستون ترموپلاستيك الفيني با درصد انقباض طولي بسيار پايين، به عنوان بخش «ساليد» كه بر روي خودرو نصب مي‌شود و يك لبه ترموپلاستيك الاستومري (TPV) كه سطح آب‌بندي‌كننده است، استفاده كند.

يكي از مزاياي توليد نوارهاي آب‌بندي با TPEها نسبت به EPDM، توليد نوار با مدول 30درصد بالاتر در سختي مشابه و تلرانس توليد 3 برابر دقيقتر، است. براي توليد نواري با نيروي مونتاژ و دمونتاژ مشابه، مي‌توان 15 تا 20درصد از مواد مصرفي را كاهش داد. همچنين با استفاده از گريدهاي مناسب TPE، مي‌توان تا 30درصد كاهش تقريبي چگالي نسبت به EPDM را به دست آورد.

از ديگر پتانسيل‌هاي مزيتي توليد با TPE، اكستروژن همزمان TPEها (برخي از گريدها) با پوشش لغزنده روي آن و همچنين استفاده مجدد از قطعات برگشتي از خودروساز به تامين‌كننده است.

از معايب TPEها، مانايي فشاري بالاي آنها نسبت به EPDM است كه در گريدهاي اخير TPEها، مانايي فشاري 30درصد و حتي پايين‌تر از EPDM (تا 20درصد در 22ساعت و 70درجه سانتي‌گراد) نيز مشاهده شده است.

 

 

 

 

 

نوارهاي آب‌بندي استاتيك

اين نوارها به منظور آب‌بندي، به‌طور دائمي تحت تنش ثابت قرار داشته و دچار تنش‌هاي ديناميكي نمي‌شوند. نمونه آنها عبارتند از: گروه نوارهاي دور شيشه جلو و عقب و نوارهاي تزييني نظير زه‌هاي بالاي سقف، زه‌هاي دور بدنه و نوارهاي دور شيشه بالاي سقف. مهم‌ترين عامل، تنش ثابت در طول زمان است. به منظور طراحي بهينه سطح مقطع اين نوارها، اندازه‌گيري‌هاي آسودگي انجام مي‌شود.

تجاري‌سازي توليد اين نوع از نوارها با TPE از اوايل دهه 80ميلادي صورت پذيرفته است كه كاهش قيمت بسيار مناسبي (اطلاعات منتشر نشده تا 30درصد) را نشان داده است.

اغلب اين نوارها، پروفايل‌هايي دو جزيي هستند كه جزء سخت آن PP و لبه نرم آنها (EPDM-X+PP) است. اين تركيب، در مقايسه با سيستم‌هاي EPDM به دليل هم‌افزايي موثر بين جنس پلاستيك (PP) براي پايه ساليد و TPE براي لبه، آن هم با طراحي بهينه، اقتصادي‌تر است.

 

 

فرصت ديگر رشد اصلي در سيستم آب‌بندي استاتيك براي TPEها، فرايند ENCAPSULATION شيشه‌ها (در واقع توليد مستقيم پروفايل‌ها روي شيشه) است. براي اين كار مي‌توان از دو فرايند استفاده كرد:

 

1. قالبگيري تزريقي

2. اكستروژن رباتيك

هر دو فرايند مي‌بايستي محصولي ارائه دهند كه كمترين شكست شيشه را داشته و آب‌بندي خوبي را انجام دهد. يكي از نمونه‌هاي ENCAPSULATION شيشه با TPEها، در مرسدس كلاس M قابل مشاهده است.

 

 

 

 

 

نوارهاي آب‌بندي ديناميك

اين نوارها تحت تنش ديناميك (باز و بسته شدن درب‌ها و يا بالا و پايين آمدن شيشه‌ها) قرار دارند. نمونه اين دسته از نوارها، عبارتند از: آبگيرها و گردگيرهاي بيروني و دروني، نوارهاي آب‌بندي دور كلاف شيشه، سيستم‌هاي آب‌بندي دور درهاي جانبي و دور صندوق يا اتاق باز كه داراي بحراني‌ترين كاربردها با بالاترين سطح كارايي هستند. از آنجا كه اين سيستم‌ها با تناوب در تغيير شكل و آسودگي مواجه هستند، ميزان مانايي فشاري آنها در دماهاي متفاوت، عاملي تعيين‌كننده است.

تست‌هاي آزمايشگاهي انجام شده بين TPEهاي مهندسي و EPDM نشان داده است كه در دماهاي بالاتر نظير 70 تا 100درجه سانتي‌گراد، TPEهاي كاملاً كراس لينك شده (EPDM-X+PP) نتايج مانايي فشاري قابل رقابت با EPDM را از خود نشان مي‌دهند. از سوي ديگر، عامل زمانمندي كه به عنوان نقطه ضعف EPDM شناخته مي‌شود، با جايگزيني TPE در توليد نوارهاي آب‌بندي، مرتفع مي‌شود.

در اندازه‌گيرهاي موازي، ثابت شده است كه طراحي پروفايل‌هاي رابري ترموست EPDM را مي‌توان به‌وسيله TPEها و به منظور رسيدن به بالاترين سطح كارايي، بهينه كرد. نتايج بررسي‌هاي آزمايشگاهي و شرايط واقعي نشان داده است كه TPEهاي مهندسي با كارايي بالا، مواد ايده‌آل براي توليد نوارهاي BELT LINE (آبگيرهاي بيروني و گردگيرهاي داخلي) است.

از BELT LINEها به عنوان تركيبات سخت/نرم طراحي شده از TPEها استفاده مي‌شود. قسمت سخت، ساختاري براي سهولت مونتاژ را مهيا كرده و مي‌تواند از PP تقويت شده يا ABS نيز توليد شود. لبه آب‌بندي نيز براساس يك TPE با الاستيك بالا و مدول پايين طراحي مي‌شود.

آبگيرها، سريع‌ترين رشد را در توليد با TPEها از خود نشان داده‌اند و اين امر ناشي از مزاياي واضح استفاده از ترموپلاستيك‌هاست كه كاهش هزينه و حذف مشكلات ناشي از عدم استفاده از EPDM، نظير مشكل اكسترود همزمان بخش خيلي سخت (سختي بالاتر از 45ShD) با كامپاند نرمتر (75ShA) و همچنين انقباض ابعادي قطعه را به همراه دارد.

نوارهاي آب‌بندي دور كلاف شيشه، از ديگر كاربردهاي TPEهاست كه واجد ارزش افزوده‌اي شامل كاهش قيمت و وزن و قابليت بازيافت است. ضمناً گريدهايي از TPE توليد شده است كه جايگزين لايه رويي با ضريب اصطكاك پايين به‌منظور لغزش شيشه بر روي LIP در تماس با آن است و مي‌تواند به صورت اكسترود همزمان بر روي نوار توليد شود. يكي از مواد قابل صرفه و با كارايي بالا كه مي‌تواند به‌عنوان لايه رويي مورد استفاده قرار گيرد. XL-HDPE NexCoat است.

اين تكنولوژي، بر پايه گرافت كردن سيلان[1] بر زنجيره اصلي HDPE و سپس اختلاط با يك مستربچ كاتاليستي و در نهايت اكسترود كردن اين كامپاند بر روي نوار است.

شركت‌هاي تويوتا و Rover از TPE در طراحي نوارهاي آب‌بندي دور كلاف شيشه استفاده مي‌كنند.

شركت پژو در مدل 1007 (سري جديد طراحي) خود توليد نوارهاي دوركلاف شيشه را با TPE از نوع SBS آغاز كرده است. در مقايسه TPVها قيمت پايين‌تري دارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

توليد نوارهاي اسفنجي با TPE

يكي از روش‌هاي توليد اسفنج‌ها با استفاده از مواد TPE، استفاده از آب به عنوان عامل پف‌زاست. مزيت اصلي TPEهاي اسفنجي با آب، اين است كه فرايند موردنظر با يك ماده TPE كاملاً ولكانيزه شده شروع شده و تنها متغير كنترلي طي اكستروژن، اسفنج‌سازي ماتريس PP است كه بوسيله تزريق آب در مذاب و كنترل به موقع دماي اكسترودر است.

بازخورد عالي اين روش از طريق نوارهاي «بونت ميتسوبيشي» مشاهده شده است. سطح مقطع‌هاي دوجزيي (دو اكسترودره) نيز توسعه يافته‌اند كه ازنمونه‌هاي اقتصادي شده آن مي‌توان به نوار دور در صندوق خودروسازي ميتسوبيشي نام برد كه البته پايه ساليد آن با فلز قابل تصويه تقويت شده است.

براي اين نوع قطعات، كاهش قيمت بين 5 تا 10درصد نسبت به توليد با EPDM است. خواص مقايسه‌اي بين دور در صندوق توليد شده با سيستم TPE و epdm با كارايي بالا، به صورت مقايسه‌اي در جدول شماره2 آمده است.

 

 

 

 

جدول2: مقايسه خواص بين tpe و epdm در توليد نوار دور در صندوق


اگر به نتايج حاصله در جدول2 دقت كنيم، خواهيم ديد كه سيستم TPE نواري با چگالي مشابه epdm، اما با كارايي بالا توليد مي‌كند.

درصد جذب آب اين نوار نيز مناسب است. البته همانطور كه انتظار مي‌رفت مانايي فشاري سيستم epdm نتايج بهتري را نشان مي‌دهد. در هر حال، در دماي منفي 40درجه سانتي‌گراد، هر دو سيستم روش مشابهي را نشان مي‌دهند.

روشي براي بهينه‌سازي مانايي فشاري براي پروفايل‌هاي tpe، مي‌تواند كاهش چگالي اسفنج باشد.

تغييرات نيروي فشردگي (cld) در سيستم tpe قابل رقابت با epdm است. البته نيروي فشردگي با انتخاب توازن درست بين شكل پروفايل و چگالي اسفنج قابل بهينه‌سازي است.

زبري سطح، مشابه است، اما epdm در چگالي 0.59 در انتهاي حد قابل قبول كارايي خود قرار دارد، ولي tpe مي‌تواند تا چگالي 0.3 با حفظ خواص ظاهري و عملكردي لازم، توليد شود. اين امر توسعه و اقتصادي بودن پتانسيل tpeها را در توليد نوارهاي آب‌بندي ديناميكي اثبات مي‌كند.

خصوصيات ويژه نظير رنگ‌پذيري آسان و كاهش وزن قابل توجه تا درجه 2/1kg/car با مواد tpv قابل دستيابي است.

شكل شماره 1، انواع نوارهاي آب‌بندي را كه در توليد آنها از TPE (عمدتاً از نوع TPV) استفاده شده است، ارائه مي‌دهد.

 

 

 

 

 

                                شكل شماره 1، انواع نوارهاي آب‌بندي

 

با وجود اينكه مواد TPV به طور موفقيت‌آميزي در حال جايگزيني با لاستيك‌هاي ترموست نظير EPDM و پلي‌كلروپرن (Neoprene) و PVC هستند، خواص فيزيكي مواد TPV موجود هنوز كاملاً به خواص مواد ذكرشده نرسيده است.

در مقياس تركيبات با سختي پايين (Shore 55A to 75A)، اصولاً تركيبات EPDM داراي استحكام كششي و پارگي بالاتري نسبت به تركيبات TPV هستند. البته با پيشرفت‌هاي اخير در تكنولوژي TPV، بهبود قابل توجهي در استحكام مكانيكي در محدوده‌هاي سختي Shore 40A تا 50 D اتفاق افتاده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

TPV

ترموپلاستيك الاستومرها از جمله مواد پليمري هستند كه ضمن برخورداري از خواص فيزيكي و مكانيكي و كارايي لاستيك هاي پخت شده، ويژگيهاي فرايند پذيري ترموپلاستيك را نيز دارا مي باشند. ترموپلاستيك الاستومرهاي پخت شده ديناميكي (TPV) از جمله ترموپلاستيك الاستومرهايي هستند كه به روش آلياژسازي تهيه مي گردند و بدليل ويژگيهاي خاصي كه دارند مورد توجه روزافزون صنايع مختلف واقع شده اند. اين دسته مواد پليمري از اختلاط يك يا چند ترموپلاستيك و يك نوع الاستومر همراه با بكارگيري ولكانش ديناميكي تهيه مي شوند. فرايند ولكانش ديناميكي باعث مي گردد تا ذرات الاستومر تشكيل شده در حين فرايند اختلاط مذاب ولكانيزه شده و بصورت ذرات پخت شده متفرق در بستر فاز پيوسته ترموپلاستيك توزيع گردد. نتايج محققين نشان داده است كه رفتار رئولوژيكي و خواص فيزيكي مكانيكي ترموپلاستيك الاستومرهاي پخت شده ديناميكي بطور قابل ملاحظه اي توسط مورفولوژي فازي بخصوص اندازه ذرات فاز الاستومر كنترل مي گردد. اگر چه در طول سالهاي اخير، تلاش هاي وسيعي در جهت شناسايي و نقش عوامل موثر در تعيين مورفولوژي اينگونه سيستمها صورت پذيرفته است با اينحال بدليل گوناگوني و پيچيدگي نقش پارامترهاي موثر تا كنون مدل جامعي كه بتواند مكانيزم تشكيل مورفولوژي را در ترموپلاستيك الاستومرهاي پخت شده ديناميكي (TPV) بيان كند ارائه نگرديده است.

 

 

مواد اوليه مورداستفاده در تهيه ترموپلاستيك الاستومرهاي TPV (موردمصرف در نوارها)

اين تركيبات از آلياژ يك رزين پلي‌الفيني و لاستيك كوپليمر مونوالفيني كه توسط عامل پخت فنوليك به‌طور كامل پخته مي‌شود، تشكيل مي‌شوند. اگر درصد رزين در آلياژ بيشتر از مقدار بحراني باشد (البته اين عدد به نوع رزين بستگي دارد) اين تركيبات كاملاً پخت شده، باز هم ترموپلاستيك هستند. گفتني است كه نسبت رزين پلي‌الفيني و لاستيك EPDM به حضور ديگر مواد افزودني در تركيب نيز بستگي دارد. مثلاً، پركننده‌هاي خنثي نظير دوده يا سيليكا باعث كم‌شدن رنج كاري مي‌شوند، در حالي‌كه روغن‌ها و پلاستي سايزرها، باعث افزايش رنج كاري خواهند شد.

به‌طور كلي اين تركيبات، حاوي 15 تا 75درصد وزني از رزين پلي‌الفين كريستالين ترموپلاستيك و حدود 25 تا 85درصد وزني از لاستيك EPDM هستند. البته ترجيحاً بهتر است كه مقدار رزين پلي‌الفيني در آنها از 50درصد بالاتر نرود.

·  رزين‌هاي پلي‌الفيني ترموپلاستيك: در واقع محصولات جامد كريستالي با وزن مولكولي بالا هستند كه از پليمريزاسيون يك يا تعداد بيشتري مونوالفين در فرايندهاي فشار بالا يا پايين، تهيه مي‌شوند. نمونه‌هايي از الفين‌هاي مناسب شامل اتيلن، پروپيلن، بوتن، پنتن و... است كه از ميان آنها، رزين‌هاي پلي‌الفيني تجاري شده، پلي‌اتيلن و پلي‌پروپيلن هستند. براي كاربرد فعلي، پلي‌پروپيلن ارجحيت دارد.

·  لاستيك EPDM: يا گريدهاي خاصي از EPM متناسب براي اين كاربرد، در بازار موجود است. بويژه آنهايي كه تحت نام تجاري Buna و توسط شركت Bayer ارائه مي‌شوند، بهتر هستند. مثلاً، در جديدترين خانوادهNexPrene TPV از لاستيك EPDM گريد Buna EPT 8902 استفاده مي‌شود كه داراي وزن مولكولي بالا با خواص ويژه است. وزن مولكولي بالاي EPDM در كنار فرايندي خيلي موثر، باعث افزايش خواص در استحكام كششي و پارگي مي‌شود.

·  سيستم پخت مي‌تواند هر نوع سيستم پخت فنوليكي باشد كه EPDM را كاملاً به پخت مي‌رساند درخصوص لاستيك‌هايي كه براحتي با رزين‌هاي فنوليك پخت نمي‌شوند، استفاده از تركيب هالوژن‌دهنده و اكسيد روي، توصيه شده است. به‌طور شگفت‌انگيزي كشف شده است كه EPDM توليدشده با روش اسلاري[2] كه داراي موني لزجت بالاست، باعث ايجاد خواص بسيار بالاتري در تركيب TPV نهايي مي‌شود.

· افزودني‌هاي مهم كه ترجيحاً قبل از ولكانيزاسيون ديناميكي اضافه مي‌شود شامل دوده، روغن بسط‌دهنده يا هر دوي آنهاست. دوده، باعث افزايش استحكام كششي و روغن بسط‌دهنده، باعث تقويت مقاومت به تورم در روغن‌ها، پايداري حرارتي، هيسترزيس، هزينه، تغيير شكل دائمي و همچنين بهبود فرايندپذيري TPV مي‌شود.

 

 

منابع

1. new tpe development for automotive weather seals Omneox. Com (special chem.. 1sep 2007)

2. www.granta material intelegence.com

3. www.Exxon mobil chemical.com4. European rubber journal july 1 2007


 

 

  نوشته شده در  جمعه یازدهم بهمن 1387ساعت 23:7  توسط مجید علیپور  | 

 

 

علم شیمی یک علم پرهیجان است و تعداد شاخه های آن بدون وقفه رو به افزایش است.علم شیمی ماکرومولکولها یکی از پرشور- ترین این شاخه ها می باشد.علم پلیمر که شاخه ای از شیمی آلی به شمار می آید، از علوم بسیار جوانی است که برای اولین بار توسط مطالعات و تحقیقات پرفسوراستادینگر(Stadinger.H) در بین دو جنگ جهانی اول و دوم پا به عرصه ی وجود گذاشت؛ ولی رشد و توسعه ی آن چنان سریع بوده است که آگاهی یافتن از آن ضروری به نظر می- رسد. پلیمرهای مصنوعی در زندگی روزمره ی ما مصرفی چشمگیر یافته و نیز کاربرد های صنعتی گوناگونی پیدا کرده اند.این مواد جانشین شیشه، فلزات، سرامیک، چوب و مقوا شده اند. در پی توسعه ی صنعتی این رشته، وجود مواد اولیه ی در کشورما(که یک کشور نفت خیز است) نیاز به متخصصان کارآزموده ی بسیاری حس می- شود.بسپارها،مولکولهای بسیار بزرگی هستند که از تعداد زیادی اتم تشکیل شده اند. شیمی پلیمرها شاخه ای از شیمی آلی است که به لحاظ ویژگی های خاص خود نسبت به سایر شاخه های آن از رشد بیشتری برخوردار بوده.ریز مولکولها عمدتا ًدارای وزن مولکولی کمی هستند و وزن آنها بین۵٠ تا ۲٥٠است ولی ماکرومولکولها(پلیمرها) محدودیتی برای وزن مولکولی ندارند و تا بیش از چند هزار و در مولکول های سه بعدی، تا بیش از چندین هزارتغییر می کند.واژه پلیمرازکلمات یونانی(Poly) به معنای " بسیار" و (Meros) به معنای " قسمت " گرفته شده است.همچنین در کلمه ی بسپار (بس) به معنای بسیار و (پار) به معنای واحد بسیار تکرار شونده، واژه ی بسپار را می سازند.طبیعت خیلی پیش از آنکه انسان بتواند بسپارهای سنتزی را بسازد، بسپارهایی مانند سلولز را ساخته بود. سلولز جزء اصلی تشکیل دهنده ی الیاف پنبه و چوب است. پروتئین ها، کائوچو و برخی رزین ها از این دسته بسپارها هستند. بدن ما نیز خود از بسپارها تشکیل شده. ماهیچه ها، پروتئین ها، ژن ها و کروموزوم ها همه از بسپار ساخته شده اند. لباسی که بر تن می کنیم از این مولکولهای بلند که به شکل لیف در آمده اند تشکیل شده است. ظروف آشپزخانه که هر روز مصرف می کنیم، لاستیک خودروها- که از الاستومر هستند- روکش کابل- های برق، شیشه ها، چسب ها، رنگ ها، پوشش ها، دریچه های- مصنوعی قلب، تاندون های- مصنوعی عضلات، کامپوزیت هایی که جهت پر کردن دندان به کار می روند، حتی دندان های- مصنوعی، محمل های دارویی، سرنگ های یکبار مصرف وتمام قطعات لاستیکی و پلاستیکی که در ماشین ها کاربرد دارند، همگی پلیمرهستند.به طور خلاصه می توان گفت، محصولات پلیمری در مقایسه با کل مواد مورد مصرف در جهان، از مواد غیر پلیمری (فلزات و استیل)، پیشی گرفته است. در واقع پلیمرها نه تنها جای خود را در میان مواد باز کرده اند، بلکه توانسته اند جایگزین آنها نیز بشوندتاریخچه:انسان به قدمت عمر خود از پلیمرها استفاده کرده است. از گوشت و سبزی ها برای خوراک، چوب و نی برای خانه سازی، چرم و پنبه برای لباس و کاغذ برای ارتباطات استفاده کرده است، که همگی پلیمرهای طبیعی هستند. در دوران باستان(بیش از پنج هزار سال پیش)، سامری ها از آسفالت برای پوشش کف پیاده رو ها استفاده می کردند و در مصر باستان تابوت های حجاری شده را با پلیمرهای طبیعی (مانند وارنیشvarnish) جلا می دادند. این پلیمرها در قرون وسطی نیز برای حفاظت چوب و نقاشی هاکاربرد داشتند. در ابتدای قرن هفدهم استفاده از ترشحات پلیمری کرم ابریشم آغاز شد و با کشف(چارلز گودیر Goodyear )در سال١٨۳٩ میلادی دوره ی موسوم به (عصر جدید) آغاز شد. این دانشمند به چگونگی تبدیل لاستیک به لاستیک ولکانیزه پی برد. لاستیک تقریباً صد سال پیش از آن ازطریق آمریکای جنوبی به اروپا معرفی شده بود و نام آن از اولین کاربردش که مداد پاک کن بود،(Rubber) گذاشته شد.در١٨٦٩ میلادی، سلولوئید از واکنش اسیدها با سلولز و تهیه ی سلولزنیترات حاصل شد. در این سال ها پلیمرها به شکل الیاف و دیگر اشکال تهیه شدند که بسیاری از آنها تا جنگ جهانی اول مورد استفاده قرار نگرفتند.اولین پلیمرهای مصنوعی تجاری پلاستیکهای فنول-فرمالدهید بودند که (آتو باکلند) آنها را در سال١٩٠٧ ساخت و باکلیت نام گرفتند. بسیاری از پلاستیکها در حین تحقیقات، وبسیاری به طور اتفاقی تهیه شده اند. یکی از معروف ترین این تحقیقات برای مواد جدید( که منجر به کشف نایلون شد) کارهای (کاروتز) بود. این کارها در سال١٩٣٩ به منظور تولید الیاف جدید صورت نگرفت، بلکه به هدف فرا گیری بیشتر در مورد پلیمرها انجام شد.


 

  نوشته شده در  پنجشنبه پانزدهم آذر 1386ساعت 23:57  توسط مجید علیپور  | 

 

توسعه ی كاربرد مواد كامپوزيتی در خودروکامپوزیت ها

گردآوری:مجید علیپور

منبع: سايت تحليل گران تكنولوژی ايران

تحقيق در مورد مواد كامپوزيتی برای ساخـت قطعـات و بـدنـه خودرو چنـديـن دهـه است كـه جريان دارد. در دهه ۱۹۳۰ بنا به درخـواسـت هـنـری فــورد، دانشمندان شركت "فورد موتور" شروع به جسـتجوی راه ‌هـای توسعه قطعات ارگانيكی ( آلی) خودرو كردنـد. در سـال ۱۹۴۰ ماده مناسبی برای اين كار پيدا شد و آن روغن سويا بود.بنا به گفته دانشمندان، روغن سويامی­توانست در داخل پلاستيك تقويت‌ شده با الياف، قالب­گيری شود و به طور شگفت‌انگيزی استحكام داشته باشد. (مقاومت به ضربه آن ۱۰ برابر فولاد بود) و هنری فورد، خود با ضربه زدن با يك تبر به يك قطعه ساخته شده از روغن سويا آن را امتحان كرد. اما روغن سويا دارای دو مشكل عمده بود: زمان زيادی برای خشك شدن نياز داشت و براحتی قالب­گيری نمی­شد.امروزه تحقيقات برای مواد كامپوزيتی ايده­آل ادامه دارد. اما تمركز بر روی مواد بشرساخته­ای است كه قابليت قالب­گيری و شكل­دهی برای بدنه­های سبك و آﺋروديناميك داشته باشند، زيرا اين مشخصه­ها برای خودرو‌های آينده ضروری به نظر می­رسند.كامپوزيت‌ های پيشـرفـته كـه امروزه توسعـه يافـته­اند، مـواد پليمری بشرساخته­ای هستند كه پس از تشكيل، محكم­تروچقرمه­تر (Tougher) و بسيار بادوام­تر از هر دو ماده اوليه می شوند. اين مـواد جديد، تركـيبی از اليـاف محكم كـربن و الياف چقـرمـه "كِولار" با پلاستيك­های مقاوم در برابر خوردگی هستند كه با هم تشكيل كامـپوزيتی می­دهند كـه بسيار بهتر از فولاد و آلومينيوم عمل می كند. اما اصولی كه در پس اين كامپوزيت­های پيشرفته وجود دارد، چيزی غير از آنچه كه هنری فورد در سال ۱۹۴۰ برای دستيابی به آن تلاش می­كرد نيسـت. شايد كامـپوزيـت‌هـای پيشرفته بيشتر در كاربردهـای ويـژه نظامی نظيـر هواپيماهـا شـناختـه شـده باشـد، ولــی در بسياری از اشيای روزمره نظير بدنه قايق­ها، چوب­های ماهی­گيری، اسنوبورد و راكت‌های تنيس نيزمی­توان آنهارا به‌كاربرد. كامپوزيت‌های ساختاری، نوع ديگری از كامپوزيت‌ها هستند كه دارای كارايی كمتری نسبت به كامپوزيت‌های پيشرفته می­باشند و در سـقف خـودرو و قسـمت داخـلی درهـای خـودرو‌هـای امروزی استفاده می‌شوند. داشبوردهای ضد ضربه­ای كه بر روی ماشين­های كوپه، ون­ها و خودرو­های چهاردر ديده می­شوند، ازكامپوزيت‌های ساختاری ساخته شده­اند كه نسبت به قطعات فولادی مشابه، دارای مقاومت در برابر ضربه و خوردگی بهتری می باشند. اگر چه مدل­های ويژه­ای نظير: "شورولت كوروت"، " ساترن" و"داج‌وايپر"، دارای داشبوردهای ساخته شده از كامپوزيتهای ساختاری می­باشند، ولی برای استحكام بيشتر به وسيله يك چارچوب فولادی تقويت شده­اند.كامـپوزيت­هـای پيشرفته­ تر كـه برای خودرو­ها و كاميون­های آينده در حال توسعه هستند، نقشی بيشتـر از يك شـئ تـزئينـی در اتوميبل­های آينده خواهند داشت و آنقدر مستحكم خواهند شد كه كل خودرو از آن ساخته شوداستحكام بالا و وزن سبك کامپوزيت‌های پيشرفتهكامپوزيت­های پيشرفته به اين خاطر در خودرو­هـای مسابقه­ای مورد استفاده قرار می­گيرند كـه علاوه بر وزن بسـيار سـبك، در مقـابل فشار زيادی كـه در طول مسابقه خصوصاً هنگام تصادفات ايجاد می شود، مقاوم هستند.ازاوايل دهه ی۸۰ كامپوزيت‌های پيشرفـته به طور مـتداول در اتاق سـرنشـين خودرو­های مسابقـه­ای فرمـول يك، مورد اسـتفاده قـرار می­گيرنـد و به گـونه­ای طـراحی شده­اند كه از جان راننده هنگام تصادفـات با سـرعت‌هـای بالای ۱۰۰ مايل در ساعت، محافـظت كنند.راه‌ حـل كـليدی بـرای كـاهش مصرف سوخـت در خودرو­هـا، بـدون كـاهش فـضای داخـلی و كارايی خودرو استفاده از مواد سبك نظير كامپوزيت‌ها می باشد. مصـرف سـوخت كـم ، شتـاب و كاركـرد بـالای ماشين هـمگی با كـاهش وزن آن قـابـل دسـتيـابـی است.
۵
در سال ۱۹۹۱ جنرال موتورز خودروی به نام" اولترالايت" كه تماماً از كامپوزيت­های پيشرفته تشكيل شده بـود، سـاخت. اين ماشين تقـريباً ۵۰ درصد سبكـتر از خودرو­های چهار سرنشين هم‌اندازه خود بود كه به آن شتاب۸/۷ (برای صفر تا ۶۰ مايل) می­بخشيد و مسافت طی شده، ۶۲ مايل به ازای هر گالن سوخت گازی بود.از زمان آزمايش هنری فورد در دهه ۱۹۳۰، سازندگان خودرو به گران‌قيمت بودن قطعات خودرو كـامپوزيتی پی بـرده­اند و تنهـا برای خـودرو‌های ويژه­ای نظير "كوروت" كه از سال ۱۹۵۳ با داشبوردهـای فايبرگـلاس توليد شده‌اند ، از كامپوزيت‌ها استفاده می­كردند.با اين حال در طی اين سال‌ها، روش­های توليد پيشرفت كرده­اند و اكنون كامپوزيت‌های ساختاری كه ارزانتـر از كامـپوزيت‌هـای پيشـرفته می­باشند در خودرو­های امـروزی بسـيار متداول شده­اند. روش­های ساخـت جديد ماننـد "RTM " (فوق پرسرعت) و "خشـك شـدن سـريع تـوسـط پرتوهای الكترونی" ، قيمت‌ها را تا حدی پايين آورده است كه به زودی استفاده از كامپوزيت‌های پيشرفته در خودرو­های معمولی توجيه اقتصادی خواهد داشت. ü توسعه ی کاربرد كامپوزيتهای پيشرفته در خودروشركت‌های خودرو­سازی نظير "جنرال موتورز" ، " فورد" و "دايملر- كرايسلر" ، تمام تلاش تحقيقاتی خود را بر روی توسعه كـامپوزيت‌های پيشـرفته بـرای مصارف خودرو قرار داده­اند. كرايسـلر در تحـقيقات كامپوزيت پيشتاز است و برنامه تحقيقاتی را از سـال ۱۹۹۴ در دستـور كـار خود قرار داده و هدف آن توليد يك ماشين ارزان‌قيمت برای توليد در كشـورهـای در حـال توسعـه نظير چين بود. نتيجه اين برنامه توليد (CCV) يا (Composite Concept Vehicle) بود كه در سال ۱۹۹۷ در نمايشگاه خودرو، در فرانكفورت به نمايش درآمد. اگـرچـه اين خودرو هرگـز توليد نشد ولی ثابت كرد كـه قـطعـات بزرگ ساخته شده از كامپوزيت، مقاومت لازم در برابر فشارهای حاصل از رانندگی و تصادف را دارنـد. بدنـه سـاخـته شـده از كامپوزيت ساختاری در"CCV" در واقـع چهـار بخـش بـود كـه همگی از PET ( پلی اتيلن­ تری فتالات) تقـويت شـده با الـياف كوچـك شيشـه ساختـه شـده بـود.در حـال حاضـر تـلاش‌هـای "دايملر- كرايسلر" بر توسعه ی فرآيند ساخت قطعات مجزا، مانند سـقـف­های محكـم بـرای" جـيپ- رانگلر"، استوار شده است، به اين اميد كه روزی بدنه ی كامل يك خودرو را با يك قالب توليد نمايد.خودرو‌های تماماً ساخته شده از كامپوزيت­های پيشرفته نيز از اهداف مورد توجه شركت­های خودروسازی هستند. مدل فولكس واگن "Lupu" كه از كامپوزيت‌های پيشرفته ساخته شده است، برای توليد در سال ۲۰۰۴ برنامه­ريزی شده است و ادعا می­شود كه دارای مسافت طی شده ی ۲۳۵ مايل به ازای هر گالن سوخت ديزلی می­باشد.در چند سال آينده ما شاهد توليد انبوه، اولين خودرو­های  سوخت بسيار بهتری خواهند داشت.

  نوشته شده در  چهارشنبه بیست و سوم آبان 1386ساعت 19:36  توسط مجید علیپور  | 
 
  POWERED BY BLOGFA.COM