پلیمرها-کامپوزیتهاو...

[ghasem motamedi]

آشنایی با پلیمر ها
پليمرها ، ابرمولکول هايي با وزن مولکولي بسياربالا هستند .که از واحدهاي تکرار شونده تشکيل شده اند .پليمرها ممکن است آلي (organic ) ،غيرآلي (inorganic)يا آلي ـ فلزي (organometallic )باشند .و ازديدگاه نحوه ي به وجود آمدن ممکن است مصنوعي يا طبيعي باشند .پليمرها ازجمله ي مواد ضروري براي بسياري از صنايع از جمله :چسب ها (adhesives ) ، مصالح ، ساختماني ، کاغذ، لباس ، الياف ، پوشش ها ، پلاستيک ها ، سراميک ، بتون ، کريستال مايع ، مقاومت هاي نوري و ...هستند .پليمرها درعلومي همچون :تغذيه ،مهندسي ، بيولوژي ، داروسازي ، کامپيوتر ،اکتشافات فضايي ، بهداشت و محيط زيست اهميت دارد .
پليمرهاي غيرآلي که به صورت طبيعي وجود دارند شامل :الماس ها ، گرافيت ، آزبست (پنبه ي نسوز )،شن،عقيق ، فلدسپار ،ميکا ،کوارتز ،تالک و ... مي شوند .
پليمرهاي آلي که به صورت طبيعي يافت مي شود عبارت اند از :پلي ساکاريدها (پلي کربوهيدرات ها )مانند :نشاسته و سلولز ،نوکلئيک اسيدها و پروتئين ها .
پليمرهاي غيرآلي ،مصنوعي عبارت اند از :نيتريد بور (Boron nitride )، بتون (Concrete )،بسياري از ابر رسانه هاي دما بالا و شماري از شيشه ها .
پلي سيلوکسين ها (Polysi loxanes )که به سيلوکسين نيز معروف اند .نمونه اي از پليمرهاي آلي ـ فلزي محسوب مي شود که به صورت مصنوعي تهيه مي گردد .
پليمرهاي مصنوعي که براي در ساختار برخي وسايل استفاده مي شود به طور قابل ملاحظه اي از فلزات سبک ترند .اين مواد به کاهش ميزان مصرف سوخت در وسايل نقليه و سفينه هاي فضايي کمک مي کند .زماني که به نسبت برابر وزني ازپليمر به جاي فلز استفاده کنيم مواد پليمري حتي از فلز نيز بهتر کار مي کنند .مثلاً http://iran-eng.com/images/smilies/frown.gifدرمورد کشش ).مواد پليمري باپيشرفت هاي انجام شده توانايي استفاده براي اهداف مهندسي به عنوان مثال :يراق آلات ، بلبرينگ ها و غشاهاي ساختاري را پيدا کرده اند .


http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(1).jpg
شکل 1 : به سیاره ي پلیمر خوش آمدید

نام گذاري (Nomenclature ):

بسياري از پليمرها هم داراي نام معمولي ()و هم نام برپايه ي ساختارشان هستند .نام گذاري بر پايه ي ساختار به وسيله ي سازمان بين المللي شيمي محض و کاربردي (International Union of Pure and Applied Chemistry )که به اختصار IUPAC ناميده مي شود .پايه گذاري شده است .
بعضي از پليمرها به وسيله ي علامت اختصاري شان (واژه اي که از حروف اول چند واژه ايجاد شده )شناخته مي شوند .بعضي از شرکت هاي توليد کننده ي مواد پليمري ،نام هاي تجاري را براي توليدات پليمري خاصي که خود توليد کرده اند تعريف مي کنند .براي مثال پلي استر فرترل ( FortreL@polyester)شامل الياف پلي اتيلن کرفتالات ( PET)است .پليمرها معمولاً با نامگذاري سنتي ديده مي شوند .مثلاً دايون ، پلي استر ، نايلون و ...

ساختار (Composition):

ساختارهاي پليمري را مي توان به وسيله ي ساختارهاي ساده تر که در کل پليمر تکرار مي شوند، معرفي کرد .اين ساختارهاي شبيه به هم که در طي زنجيره ي پليمري تکرار شده اند را واحد تکرار شونده گويند .اين واحدهاي تکرار شونده را مونومريتر گويند .مونومرها با هم واکنش داده و پليمررا توليد مي کنند .واحد تکرار شونده ي پلي پروپيلن در شکل 2 نشان داده شده است .


http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(2).jpg
شکل 2 : مونومر پلی اتیلن
به جز درپايان زنجيره هاي پليمري ، پلي پروپيلن از واحدهاي کاملاً تکرار شونده و شبيه به هم تشکيل شده اند .
عدد واحدها (The Namber of units )دريک زنجيره ي پليمري درجه ي پليمريزاسيون (degree of polymerization )ناميده مي شود که با DP نمايش داده مي شود .

ساختار ابتدايي (Primary Structure ):

ترتيب واحدهاي تکرار شونده در يک پليمرساختار ابتدايي Primary Structure ناميده مي شود .عوامل واکنش دهنده ي نامتقارن ، به عنوان مثال جانشيني مونمرهاي وينيل ، صرفاً توليداتي به صورت سر به ته ( head-to-tail)مي دهد ،که عامل جانشيني R ، بر روي کربن هاي يکي در ميان (متناوب )قرار مي گيرد .هراتم کربن داراي عامل R ، مرکز چيرال (Chiral center )با احتمال ژئومتري مختلف است .(هراتم در مولکول با 4 اتم واکنش مي دهد ).
آرايش هاي جايي که جانشين بر روي کربن چيرال به صورت رندوم است ساختارهاي اتاکتيک (Atactic structures )ناميده مي شود .
ساختارهايي که دراطراف کربن چيرال هستند .هندسه ي يکساني دارند که به آنها ايزوتاکتيک (Isotactic )يا استرورگيولر (Stereo regular)گويند.
ـ پليمرها مي توانند خطي (Linear )يا شاخه اي ( Branched )با مقدار طول شاخه ي متفاوت باشند .که اکثر پليمرها شامل تعدادي شاخه مي شوند .
ـ کوپليمرها (Copolymers )ازدو نوع مختلف مونومر مشتق شده اند .که ممکن است به صورت نمادهاي AوB نمايش داده بشوند .براين اساس ساختارهاي مختلفي در کوپليمرها رخ مي دهد که هرساختار خواص خاص خود را دارد .اين تنوع در نحوه ي قرارگيري مونومرهاي مختلف در کوپليمر شامل :يکي در ميان (Alternating )،راندوم ( Random )، بلوک (block )و گرافت (graft )مي شود .

ساختارثانويه (Secondary Structure ):

ساختار ثانويه به شکل محلي پليمر برمي گردد .که معمولاً برآيند و حاصل پيوند هيدروژني است .بيشتر زنجيره هاي پليمرهاي خطي انعطاف پذير تا نيمه انعطاف پذير منجر به ايجاد دو ساختار مارپيچ (helical ) و چين دار (pleated skirt )مي گردد .براي هردو نوع قطبي و غير قطبي از زنجيره هاي پليمري ، تمايل به گرفتن حالت مارپيچ با اجتماع مرکزدار وجود دارد که در داخل آن ها نيروهاي پيوند ثانويه وجود دارد .

سومين ساختار (Tertiary Structure ):

سومين ساختاريک پليمر به شکل سرتا سر يک پليمر اشاره دارد .به عنوان مثال در هم گيرکردن پلي پپتايد (poly peptide ).پروتئين هاي کروي شبيه گوي هاي ناهموارند که علت آن ترکيب پيچيده ي محيطي و محدوديت هاي مولکولي و فرصت هاي پيوندي است .
خيلي از پليمرهاي طبيعي و مصنوعي داراي ابرساختارند (Super structures )،به عنوان مثال :پروتئين هاي کروي و تجمع زنجيره هاي پليمري ، که ايجاد کلاف و دسته بندي هايي مي کند .

چهارمين ساختار (Duaternary structune ):

چهارمين ساختار به نحوه ي قرارگيري درفضاي دو يا بيشتر زير واحدهاي پليمر است .که اغلب از تجمع سومين ساختار حاصل مي شود .براي مثال : هموگلوبين (چهارمين ساختار )ترکيبي ضروري از چهار واحد ميوگلوبين ( سومين ساختار )است .بسياري از پليمرهاي مصنوعي به حالت کروي فورم مي گيرند .

توليد (Synthesis ):

براي اينکه پليمريزاسيون اتفاق بيفتد ، مونمرها بايد حداقل 2 نقطه ي واکنش پذير يا گروه هاي عاملي داشته باشند .دو راه اصلي در ايجاد پليمرهاي مصنوعي وجود دارد که يکي از روش ها ، روش افزايشي و ديگري روش تراکمي است .در سينتيک شناسي نوع زنجيري ،آغاز واکنش با ترکيب يک سري از مونومرها شروع مي گردد که نتيجه ي آن مخلوطي از تعداد زيادي مونومر واکنش نداده و پليمر است .
پليمرهاي وينيلي (Vinil Polymers )ازمونومرهاي وينيل مشتق مي شوند .و دراسکلت اصلي آنها فقط اتم کربن وجود دارد .مثال هايي از پليمرهاي وينيلي شامل پلي استيرن (Polystyrene ) ، پلي اتيلن (Polyethylene )، پلي بوتادي ان (Poly buta diene )، پلي پروپيلن (poly propylene )و پلي وينيل کلرايد (Poly vinid choloride )است .


http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(3).jpg
شکل 3 : پلی اتیلن با دانسیته ی پایین (LDPE)
دومين روش عمده ي پليمريزاسيون مرحله اي (step - wise polymerization )است .پليمريزاسيون در مراحل داراي شکل جهت داراتفاق مي افتد .که موجب ايجاد يک ميانگين اندازه ي زنجيره اي مي گردد .
که امکان دارد از مخلوط واکنش يک عدد يا درجه ي پليمريزاسيون سر تاسري 2 ، سپس 5 ، سپس 10 و به همين منوال داشته باشيم تا همه ي مخلوط به پليمرهاي بزرگ تبديل شوند که تعداد مونومرهاي موجود اندک يا اصلاً وجود ندارد .پليمرهايي که به طورخاص از اين روش ايجاد مي شوند .شامل : پلي کربنات ها ( polycarbonates )،پلي استرها ( polyesters )و پلي يوريتان ها (polyurethanes )هستند . شکل 4


http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(4).jpg
شکل 4 : پلی کربنات
زنجيرهاي پليمري که به روش تراکمي تهيه شده اند داراي اين خاصيت اند که اتم هاي غيرکربن نيز در ساختار آنها وجود دارد .براي پلي آميد ، نيتروژن در ساختار اصلي پليمر وجود دارد .درحالي که براي پلي کربنات ها اکسيژن در ساختار اصلي اضافه شده است .
پليمرهاي تراکمي درحالت مذاب توليد مي شوند (يعني اينکه واکنش دهنده ها حرارت داده مي شوند تا مذاب گردند ).يا اينکه در حالت محلول هستند ( يعني واکنش دهنده ها درحلال حل شده اند )و درحالتي ديگر واکنش بين فازي است (يعني اينکه واکنش دهنده ها در حلال هاي متفاوت از لحاظ امتزاج حل شده اند ).

خواص مولکولي (Molecular Properties ):

اين بخش براي اين مورد استفاده قرارگرفته تا کمک به فهم ساختار و رفتار پليمرها بکند وزن مولکولي يک زنجير پليمر خاص به وسيله ي مجموع وزن مولکولي واحدهاي تکرار شونده ايجاد مي شود .درميانگين آماري پليمرها را توصيف مي کند که يکي از آنها (وزن مولکولي ميانگين شماره اي است و ديگري وزن مولکولي ميانگين وزني است .)
اندازه مهمترين خاصيت پليمرهاست که به آنها اجازه ي انبارکردن اطلاعات را مي دهد .(پروتئين هاي و نوکلئيک اسيدها )،مواد پليمري هر عملي را که زنجيره هاي پليمري يا اجزاي پليمر را کج و راست کند به خاطر مي آورند . مثلاً خم کردن ،کشيده شدن ها ويا ذوب شدن ها.
اندازه ي همچنين به عنوان يک تجمع درون زنجيري ثانويه به شمار مي آيد که توسط نيروهاي واندروالس ايجاد گشته اند .براي پليمرهاي غيرقطبي ، مثلاً پلي اتيلن ، نيروي جاذبه براي هر واحد تکرار شونده کمتر از پليمرهاي قطبي است .پلي وينيل کلرايد که يک پليمر قطبي است .شامل نيروهاي جاذبه اي که منشا آنها گسيختگي ساختار و نيروهاي دو قطبي ، است که مجموع اين نيروها از نيروهاي موجود در پلي اتيلن کمتر است .پليمرهاي حاوي پيوند هيدروژني (مثلاً پلي ساکاريدها ، پروتيئن ها و نوکلئيک ها اسيدها و نايلون است ). نيروهاي جاذبه ي حتي بزرگتري نسبت به حالات قبل دارند .پيوند هيدروژني به قدري در سلولز قوي است که موجب عدم حلاليت آن درآب تا حدي که پيوندهاي بين زنجيري هيدروژني شکسته نشوند است .


http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(5).jpg
شکل 5 : مونومر وینیل
پليمرها معمولاً ترکيبي از مناطق با آرايش منظم و نواحي بدون آرايش منظم هستند .
به نقاط با آرايش منظم بخش هاي کريستالي شده و به نواحي بي نظم بخش هاي آمورف گفته مي شود .نواحي کريستالي زيادي صلب اند و به پليمرها استحکام و مقاومت در برابر نيروهاي خارجي را اعطا مي کنند .نواحي آمورف، نيز به پليمر خاصيت انعطاف پذيري مي دهد .
اکثر پليمرهاي تجاري داراي تعادل در ميزان نواحي آمورف و کريستالين هستند که به پليمرخاصيتي مي دهند که هم انعطاف پذير و هم مستحکم باشند .
پليمرها مواد ويسکوالا هستند .پليمرهاي نرم ، مثلاً پلي اتيلن و پلي پروپيلن داراي تحمل در برابر کشيدگي بالاي دارند و درهنگام کشيدگي مقاومت و جهت گيري زنجيره اي پيدا مي کنند .
پليمرهاي ترد ،مثلاً پلي استيرن ، استقامت کافي ندارند .و درکشش هاي کمتر شکسته مي شوند .


http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(6).jpg
شکل 6 : مونومر استیرن
ـ ليف (fiber )،يک ماده ي پليمري است که بسياربلند است و طول آن از ابعاد ديگرآن بسيار بزرگ تر است ، يک ليف يا رشته ي مقاومت کششي بالا ، سختي بالا و افزايش طول کمي درحين کشش دارد .

مواد (materials ):

الياف(fibers )مواد پليمري هستند که در يک جهت بسيار محکم اند و بيش از 100برابر عرضشان کوچکتر است .
ـ الاستومرها (elastomers )که به آنها رابرتير مي گويند مواد پليمراند که درهنگام اعمال نيرو بر آنها تغيير شکل داده و هنگامي که نيرو برداشته شود .به شکل اوليه باز مي گردند .
ـ پلاستيک ها ، موادي اند که خواصشان ميان الياف و الاستومرهاست .آنها سخت و انعطاف پذير هستند .پوشش ها و چسب ها عمدتاً از مشتقات مواد پليمري اند .البته از گروه هاي ديگر نيز مي توانند کمک بگيرند به عنوان مثال ، پلي سيلوکسان (polysiloxanes )الاستومراست در حالي که به عنوان چسب نيزاستفاده مي شوند .
چسب ها و پوشش هاي مورد استفاده درصنعت شامل :لامينات ها ( laminates )
ـ مواد لايه مانند ، درزگيرها و بتونه ها (Sealants and Caulks )، کامپوزيت ها (composites )،غشاها ( films)، کريستال هاي مايع (liquid crystals )، سراميک ها ، سيمان ها و مواد *مي شود .

افزودني ها (additives ):

مواد پليمري مورد استفاده معمولاً ترکيبي از يک پليمر و يک يا چند جزء ديگر است .که به پليمر اضافه شده اند .و نقش بهبود و خواص ، کمک به پروسه ي توليد و ايجاد خواص جديد را دارد .
مواد افزودني مي توانند جامد ، مايع و گاز باشند .افزودني هاي جديد نيز مانند :پلاستيسايزها (plasticizers )، آنتي اکسيدان ها ( antioxydants )،مواد افزودني رنگ زا ( colorants )، پرکننده ها (fillers )و تقويت کننده ها (reinforce ments )هستند .

بازيافت (Recycling ):

بسياري از پليمرها ترموپلاست (Thermoplastics )هستند. ازاين جهت اين مواد را مي توان پس از کاربرد دوباره ذوب و شکل دهي کرد .و با گرم کردن و فشار آنها دوباره محصولات جديد توليد کرد .بازيافت پليمرهاي ترموست (Thermosets)مشکل تر است .زيرا اين پليمرها ذوب نمي شوند و پيش از نرم شدن تخريب مي شوند .اين مواد در اکثر موارد آسياب شده و به پودر نرم تبديل مي شوند .اين پودر نرم با افزودني ها (معمولاً چسب ها ، باندها (Binders )آميخته شده و سپس شکل دهي مي شوند.

[ghasem motamedi]

لوله های کامپوزیتی





مواد اولیه : الیاف ، رزین ها ، و دیگر پرکننده ها

لوله های FRP با استفاده از تقویت کننده های الیاف شیشه ، رزین های گرما سخت ، مواد linerviel و انواع دیگر افزودنی ها ساخته می شوند . الیاف تقویت کننده معمولا ً از جنس الیاف شیشه E است . مشخصات اسمی الیاف شیشه E عبارتند از سفتی کششی در حدود 72400 مگا پاسکال ، استحکام کششی در حدود 3450 تا 3800 مگا پاسکال و درصد افزایش طول در حدود 4 تا 5 درصد . انواع دیگری از الیاف در این رده عمومی وجود دارند که نیازهای گوناگون مقاومت به خوردگی را برطرف می کنند اما الیاف شیشه E تا حدودی تمام بازار را تحت سلطه خود درآورده است . الیاف تقویت کننده دیگری برای کاربردهای ویژه و شرایط خورنده منحصربه فرد وجود دارد مانند FCR ، C ، AR و جز آن . الیاف تقویت کننده بسته به فرآیند ساخت لوله و تحمل بار مورد نیاز ، تغییر می کنند . الیاف تک جهته تابیده شده ، الیاف کوتاه ، تقویت کننده های رشته ای ، نمد ، الیاف بافته شده و انواع دیگر الیاف درساخت لوله های FRP کاربرد گسترده ای دارند .
درصد وزنی الیاف به طراحی محصول نهایی وابسته خواهد بود . جهت الیاف ، شیوه چیدمان لایه ها روی هم و تعداد لایه های تقویت کننده ، ویژگی های مکانیکی ، سفتی و استحکام واقعی لوله را تعیین می کند . رزین مورد استفاده در ساخت لولۀ FRP ویژگی های خاص خود را دارد . درحالی که ویژگی های استحکام و سفتی رزین چندین بار کم تر از الیاف است ، رزین نقش اساسی را ایفا می کند . رزین های گرما سخت گروه عمده ای هستند که در ساخت لوله FRP به کار می روند . رزین به عنوان چسب عمل کرده و الیاف را در ساختار لایه ای محصول پخت شده به هم متصل می کند . رزین در برابر خوردگی ناشی از عبور گازها و سیالات از درون لوله مقاومت می کند . مشخصات فیزیکی و شیمیایی رزین ، مقاومت حرارتی که به شکل یک مشخصه که دمای انتقال شیشه ای ، Tg ، نامیده می شود و ویژگی های روش ساخت نقشی کلیدی در طراحی لوله ایفا می کنند . درحالی که رزین های پلی استر ، وینیل استر و اپوکسی قصد تسلط بر بازار لوله های FRP را دارند ، رزین های دیگری نیز وجود دارند که مقاومت به خوردگی منحصر به فردی ایجاد می کنند . پلی استرها اغلب برای تولید لوله هایی با قطر زیاد استفاده می شوند . وینیل استرها مقاومت به خوردگی بیشتری معمولا ً در برابر مایعات خورنده قوی مانند اسیدها و سفیدکننده ها دارند . رزین اپوکسی معمولا ً برای لوله هایی با قطر کم تراز 750 میلی متر و فشارهایی در حدود 8/20 مگا پاسکال تا 6/34 مگا پاسکال استفاده می شوند .

طراحی و تولید لوله های FRP اغلب به اجزای افزودنی نیز نیاز دارد . بیشترین افزودنی ها به شکل دهی رزین های گرما سخت کمک می کنند و همچنین ممکن است برای تکمیل واکنش های شیمیایی و پخت چند لایی مورد نیاز باشند . کاتالیزورها و سخت کننده ها در این دسته قرار می گیرند . پرکننده ها ممکن است به علت مسایل اقتصادی و یا افزایش کارایی استفاده شوند . بعضی از لوله ها به ویژه لوله های گرانشی به شدت به سفتی خمشی بالایی نیاز دارند . در مورد لوله های زیر خاک ، سفتی خمشی با عامل EI اندازه گیری می شود که حاصل ضرب سفتی چندلایی کامپوزیتی E و ممان اینرسی سطح مقطع لوله I است . سفتی چندلایی E را می توان با تغییر جهت الیاف و افزایش حجم الیاف و موارد دیگر افزایش داد . از آنجایی که ممان اینرسی I با توان سوم ضخامت دیوار نسبت دارد ؛ هرگونه کوششی برای افزایش ضخامت دیواره ، ممان اینرسی را به طور چشمگیری افزایش می دهد . در نتیجه بعضی از لوله های گرانشی با افزودن شن در مرحله تولید ساخته می شوند . افزایش شن مایۀ افزایش ضخامت دیواره و در نتیجه افزایش ممان اینرسی و افزایش عامل EI می شود . این کار افزایش سفتی با استفاده از ماده نسبتا ً ارزان مانند شن نامیده می شود . بنابراین شن می تواند یک افزودنی مهم در ساخت لولۀ FRP باشد .

چندین روش برجسته در صنعت

لوله های FRP به دو روش اصلی ساخته می شوند : ریخته گری گریز از مرکز و پیچش الیاف . با این وجود روش های بسیار متغیر و بهبود یافته ای در این سالها ایجاد شده است . در روش ریخته گری گریز از مرکز ، الیاف درون یک لولۀ فولادی قالب قرار داده می شوند . مواد تقویت کننده خشک هستند و در این مرحله به رزین آغشته نمی شوند . لایه چینی ویژه مواد در لوله فولادی به وسیله مهندس طراح و با توجه به کارآیی نهایی مورد نیاز ، مشخص می شود . هنگامی که الیاف در سر جای خود قرار گرفتند ، لوله فولادی با سرعت بالایی آغاز به چرخیدن می کند . رزین مایع در مرکز لوله پاشیده می شود و با توجه به نیروی گریز از مرکز ، تقویت کننده خشک را آغشته می کند . پوسته کامپوزیتی در حال چرخش با استفاده از گرما به لوله ای با سطح داخلی و خارجی صاف تبدیل می شود . سطح داخلی ، اغلب یک سطح هموار و غنی از رزین است .
روش شرح داده شده ، روش ریخته گری گریز از مرکز معمولی و متداول است . الیاف بافته شده ، پارچه و نمدهای سوزنی از مواد ساختاری این روش هستند . درصد وزنی الیاف دراین روش ساخت ، معمولا ً بین 20 تا 35 درصد است . می توان با استفاده از بافت های متراکم تر با افزایش سرعت چرخش برای دست یابی به فشردگی بیشتر به درصد وزنی الیاف بالاتری دست یافت .
برای ساخت لوله های گرانشی با قطرهای زیاد که سفتی لوله یک عامل بحرانی است و به سختی حاصل می شود ، اغلب اوقات از روش بهینه شده ای به نام ریخته گری گریز از مرکز Hobas استفاده می شود . روش Hobas شبیه به ریخته گری گریز از مرکز معمولی است ، افزون براین که برای افزایش عامل EI ، شن نیز به مواد اولیه افزوده می شود . این روش اغلب در قطرهای بزرگ تر از 500 میلی متر استفاده می شود و شن بخش عمده ای از سازه خواهد شد . درصد وزنی الیاف حدود 20 درصد است . درصد وزنی رزین 35 درصد و مقدار شن 45 درصد وزنی است . بنابراین درصد بالای شن باعث افزایش سفتی مقطع I می شود ولی سفتی الاستیک E را افزایش نمی دهد . به خاطر اینکه شن یک ماده ساختاری نیست ، از لولۀ Hobas به عنوان لوله گرانشی استفاده می شود نه لوله فشاری . در فرآیند پیچش الیاف ، پوسته ای پیرامون یک سنبه چرخان با قطری برابر با قطر داخلی لوله به طور پیوسته پیچیده می شود و به طور کلی در این روش ، تغییراتی ایجاد شده است . در فرآیند پیچش الیاف دو جهته یا مارپیچی ، الیاف تحت زاویه و به صورت مارپیچی روی سنبه پیچیده می شود ، تا هنگامی که تمام سطح پر شود و تعداد لایه های درست روی هم چیده شود . زاویه پیچش معمولا ً در محدوه زاویه بهینه تئوری و بین 55 تا 75 درجه است . طراحی ، زاویه پیچش مناسب را مشخص می کند . این روش بیشترین سفتی E و استحکام را ایجاد می کند ؛ چون الیاف پیوسته هستند نه بریده شده و می توان به درصد وزنی الیاف 60 تا 80 درصد رسید .
یک نسخه بهینه شده این روش ، روش پیچش الیاف پیوسته Drostholm است که برای ساخت لوله های پیوسته نوآوری شده است . در این روش یک سنبه انعطاف پذیر به کار می رود که پس از پخت لوله و حرکت لوله به جلو به جای اول خود برمی گردد . به خاطر اینکه در این روش لایه چینی به صورت کاملا ً مارپیچی امکان ندارد ، پیچش الیاف به صورت حلقه ای 90 درجه انجام می شود و بین لایه های محیطی الیاف کوتاه پاشیده می شود ، ممکن است پرکننده های شنی و الیاف نمدی نیز به کار روند . درهر حال الیاف محیطی بریده شده ساختار اولیه هستند . درصد وزنی الیاف در این روش بین 45 تا 70 درصد است . در حالت ثابت بودن طول لوله که از پیچش الیاف به صورت محیطی به همراه الیاف کوتاه استفاده می شود ، این فرآیند پیچش حلقوی کوتاه Chop-Hoop Winding نامیده می شود . ممکن است از شن نیز در این روش استفاده شود . با این کار درصد وزنی الیاف نیز به 45 تا 65 درصد کاهش می یابد .
ممکن است بر سر این که کدام یک از این روش ها بهینه است ، بحث باشد . با این وجود بحث های فنی کلیدی معمولا ً پیرامون اثر افزایش شن بر روی ویژگی های مکانیکی چند لایی کامپوزیت FRP است . اثرات دراز مدت تحمل بار و رفتار خزشی در حضور پرکننده شنی در سالهای اخیر مورد توجه بوده است .

ملاحظات طراحی و محیطی

طراحی لوله های FRP با توجه به موضوعات هیدرولیکی و شارجریان انجام می شود ؛ چون این مسایل از ملاحظات اساسی در طراحی مؤثر جریان گاز و سیال در سیستم های لوله کشی هستند . لوله های FRP برتری های قابل توجهی نسبت به مواد مرسوم مانند لوله های فلزی و بتنی دارند . به عنوان مثال ، هموار بودن سطح داخلی لوله FRP باعث کاهش مقاومت سیال و انرژی لازم برای جریان یافتن سیال در داخل لوله می شود . به دلیل مقاومت لوله FRP در برابر خوردگی ، با گذشت زمان و استفاده از لوله ، سطح داخلی هموار باقی مانده و مقاومت در برابر خوردگی نیز نقش اساسی در لوله های FRP بازی می کند .
گستره دمایی در طراحی لوله های FRP به نوع کاربرد و نوع ماده ای که در درون لوله جریان خواهد داشت بستگی دارد . لوله های زیرزمینی برای دمای ثابتی که میانگین دمای محیط پیرامون آن ها با توجه به شرایط محلی است ، طراحی می شوند . لوله های سطح زمین چون تحت شرایط باد ، باران ، برف و پرتوهای فرابنفش قرار می گیرند گستره دمایی وسیع تری دارند . در هر دو حالت گستره دمایی براساس آب و هوا و شرایط منطقه ای که لوله در آن نصب می شود تثبیت می شود . این شرایط معمولا ً از محدوده 20 تا 65 درجه سانتی گراد خارج نمی شود . در حقیقت به جز در موارد اندک ، محدوده دمای کاری معمولا ً بین 20 تا 55 درجه سانتی گراد قرار دارد .
با این وجود توجه به دمای سطح داخلی لوله مهم است چون معمولا ً سیال یا گاز در دماهای بالایی بین 52 تا 150 درجه سانتی گراد در داخل لوله جریان می یابد . رزین و لایه آستر درونی اغلب اوقات بر اساس نوع ماده خورنده عبوری از درون لوله و دمای فرآوری آن برگزیده می شود . لوله های FRP را می توان برای بسیاری از کاربردها ساخت .
طراحی لوله FRP هم چنین به شدت ، تحت تأثیر محدوده فشار کاری است ؛ در حالی که بیشتر لوله ها طی عمر کاری خود در معرض فشار داخلی مثبت قرار دارند . بار خلأ نیز می تواند به عنوان یکی از فاکتورهای طراحی لوله ، به ویژه در مورد لوله های زیرزمینی مورد توجه قرار بگیرد . در مورد لوله های گرانشی زیرزمینی ، لوله های FRP اساسا ً بر مبنای سفتی مورد نیاز و با توجه به شرایط خاک ، عمق دفن و فشار خارجی طراحی می شوند .
با این وجود ، اگرچه لوله های گرانشی در رده های متفاوت سفتی طراحی می شوند ولی این طراحی به گونه ای است که لوله بتواند در محدوده فشار روزانه که به وسیله کاربر نهایی مشخص می شود ، به طور موفقیت آمیزی کار کند . دور از انتظار نیست که حتی یک لوله گرانشی FRP هنگام کار تحت فشارهای حدود 8 مگا پاسکال قرار بگیرد . در حقیقت لوله های گرانشی نیز برای تحمل خوب بارهای طولانی مدت طراحی می شوند . لوله های فشاری درواقع بنابر شرایط تحمل بارهای فشاری بلند مدت برای کار پیوسته در خط طراحی می شوند . در نتیجه ، لوله های فشاری FRP اساسا ً برای تأمین استحکام طراحی می شوند تا سفتی ؛ چون در شرایط بارگذاری کوتاه مدت و بلند مدت بارهای فشاری ، بسیار مورد توجه هستند .
بارهای خارجی می توانند به صورت بارهای ناشی از دفن لوله لوله های زیرزمینی ، بارهای خمشی و یا تماسی ، لوله های سطح زمین و یا بارهای حاصل از ترافیک لوله های زیرزمینی باشند . بسیاری از این بارها ممکن است در کارآیی بلند مدت لوله FRP بحرانی باشند و محاسبه جابه جایی ها و تنش های چندلایی تحت بار برای تضمین یک پارچگی سازه در طول عمر مفید مورد انتظار مهم است . بسیاری از راهنماهای طراحی و استانداردها ، طراحی لوله های FRP را از طریق این گونه محاسبات و تأییدیه ها کنترل می کنند .

در برخی از کاربردها که قابلیت اشتعال ، دود ، مقاومت در برابر آتش و سمی بودن مهم هستند ، مقاومت در برابر شعله می تواند از اصول طراحی باشد . از جاهایی که این مسایل مورد توجه هستند ، سکوهای نفتی دور از ساحل است . تولید کننده ها می توانند از رزین های گوناگون مقاوم در برابر شعله و یا لایه های خارجی مقاوم ، برای این منظور استفاده کنند .

[ghasem motamedi]

آشنایی با کامپوزیت ها
مقدمه:
بسیاری از فن آوریهای نوین به موادی نیاز دارند که ترکیب غیر معمولی از خواص را با آلیاژهای فلزی ، سرامیکی و پلیمرهای معمولی حاصل نمی آید بدست می دهد . به عنوان نمونه مواد مورد نیاز درسفینه های فضائی ، زیر دریائی ها و کاربردهای حمل و نقل از این قبیل است که باید در عین چگالی کم ، استحکام سفتی و مقاومت به سایش و ضربه نیز وجود داشته باشد.معمولا مواد مستحکم نسبتا چگال هستند واستحکام ضربه کمی دارند . کامپوزیت عبارت است از هر ماده چند فازی که سهم کافی از خواص هریک از فازها در آن وجود دارد وبنابراین ترکیب مناسبی از خواص بدست می آید.برخی انواع کامپوزیت مانندآلیاژ های فلزی چند فازی ، سرامیکها وپلیمرها مورد بحث واقع می شود .بعنوان مثال ریزساختار فولاد های پرلیتی متشکل از لایه های فریت و سمنتیت است . فاز فریت نرم و انعطاف پذیر است در حالی که سمنتیت بسیار ترد و سخت است. ترکیب مطلوب استحکام و انعطاف پذیر ی بالا در پرلیت ناشی ازوجود دو فاز مختلف فریت وسمنتیت است.کامپوزیت هایی درطبیعت نیز یافت می شود.چوب متشکل ازالیاف سلولزی مستحکم وانعطاف پذیر است که توسط یک ماده سفت تر به نام لیگنین کنار هم قرار گرفته اند.استخوان نیز یک کامپوزیت مستحکم و ترد است.
کاپوزینت یک ماده چند فازی است که بصورت مصنوعی ساخته می شود فازها باید از لحاظ شیمیائی متفاوت باشد و با فصل مشترکهایی مچزا شوند. مطابق این تعریف ، اغلب آلیاژهای فلزی و بسیاری از سرامیکها کامپوزیت نیستند زیرا فارهای چند گانه آنها درنتیجه یک پدیده طبیعی تشکیل شده است .بسیاری از کامپوزیت هاتنها از دو فاز تشکیل شده اند:

فاز زمینه که پیوسته است وفاز دیگر که غالبا فاز پراکنده است گفته می شود در بر گرفته است . خواص کامپوزیت به خواص فازهای تشکیل دهنده آن ، مقادیر آنها و هندسه فاز پراکنده شده وا بسته است . منظور از هندسه فاز پراکنده شده ، شکل و اندازه ذرات ، نحوه توزیع و جهت آنهاست .



کامپوزیت های ذره ای تقویت شده
فاز پراکنده شده در کامپوزیت های تقویت شده با ذرات هم محور و همسواست ، یعنی ذرات تقریبا در همه جهات همسو هستند. دو زیر دسته این نوع کامپوزیت ها عبارتند از : کامپوزیت های درشت ذره و مستحکم شده به وسیله پراکندگی ذرات .تفاوت این دو گروه به مکانیزم مستحکم شدن یا تقویت شدن بستگی دارد واژه درشد بدین جهت استفاده می شود که نشان دهد فعل و انفعال بین ذره – زمینه نمی تواند در مقیاس اتمی یا مولکولی صورت گیرد ومکانیک محیط های پیوسته استفاده می شود . در بیشتر این نوع کامپوزیت ها ، فاز پراکنده سخت تر وسفت تر از زمین است این ذرات تقویت شده جابجائی و حرکت فاز زمینه را در مجاور خود و مهار ومتوقف می کنند. اساسا زمینه ، مقداری از تنش اعمال شده را به ذرات منقل می کنند . میزان تقویت شدن یا بهبود رفتار مکانیکی به استحکام پیوند در فصل مشترک زمینه – ذره بستگی دار د . در کامپوزیت های مستحکم شده با ذرات پراکنده ، ذرات معمولا بسیار کوچکتر هستند و اندازه آنها بین nm10 تا nm 100 است . فعل وانفعال ذره – زمینه که به مستحکم شدن منجر می شود در مقیاس اتمی یا مولکولی رخ می دهد . بنابر این تغییر شکل مومسان مشکل می شود و استحکام کششی ، تسلیم و سختی بهبود می یابد .

کامپوزیتهای درشت ذره
کامپوزیتهای درشت ذره آشنای دیگر بتون است که زمینه آن سیمان است وذرات شن ماسه در آن وجود دارد . تقویت شدن موثر مستلزم آن است که ذرات کوچک باشد و بخوبی ر زمینه پراکنده شده باشد کامپوزیت های درشت ذره با هرسه نوع ماده ( فلزات ، پلیمرها، سرامیکها ) مورد استفاده قرار می گیرند . سرمتها نمونه کامپوزیتهای سرامیک – فلز هستند . معروف ترین سرمتها کاربید های سمانته هستند که از ذرات بسیار سخت یک سرامیک کاربیدی دیرگداز مثل کاربید تنگستن ( wc) یا کاربید تیتانیوم ( TiC) در زمینه از یک فلز مثل کبالت یا نیکل تشکیل شده اند . از این کامپوزیتها به عنوان ابزار فولادهای سخت کاری شده استفاده می شود . ذرات خاصیت برشی را ایجاد می کنند و زمینه ، از بهم پیوستن این ذرات ترد وامکان اشاعه ترک از طریق آنها جلوگیری به عمل می آورد . دیرگداز بودن زمینه و ذرات باعث می شود که دمایی که در اثر برش مواد بسیار سخت ایجاد می شود تحمل شود . هیچ ماده ای به تنهایی ترکیب خواص سرمت را نمی تواند داشته باشد. درصد حجمی ذرات میتواند تا 90% افزایش یابد و عمل سایندگی و برش را به حداکثر برساند.
الاستومر ها و پلاستیک ها غالبا" با ذرات مختلفی نظیر کربن سیاه تقویت می شوند. کرین سیاه ذرات بسیار ریز و کروی شکل کربن هستند که از طریق احتراق گاز طبیعی یا روغن در محیطی کم هوا تولید می شود . این ماده ارزان وقتی به لاستیک ولکانیزه شده افزوده می شود استحکام کششی، چقرمگی و مقاومت سایندگی و گسیختگی را افزایش می دهد . تایر خودرو محتوی 30%-15% حجمی کربن سیاه است . اندازه ذرات nm50-20 است. ذرات کربن سیاه پیوند چسبنده مستحکمی با ماده لاستیک برقرار می سازند در حالی که سایر مواد مثل سیلیس چنین نیستند

بتن یک کامپوزیت معروف از نوع درشت ذره است که درآن هر دو زمینه فاز پراکنده شده ، مواد سرامیکی هستند .
کامپوزیتهای مستحکم شده با ذرات پراکنده
فلزات و آلیاژهای فلزی را می توان با پراکنده سازی یکنواخت چند درصد حجمی ذرات ریز از یک ماده سخت و خنثی مستحکم نمود . فاز پراکنده شده فلزی یا غیر فلزی است . غالبا از مواد اکسیدی استفاده می شود . مکانیسم استحکام دهی در اینجا مانند سخت کاری رسوبی شامل فعل وانفعال بین ذرات و نابجائی ها درون زمینه است .

کامپوزیت های رشته ای تقویت شده
از لحاظ تکنولوژیکی ، مهمترین کامپوزیتها آنها هستند که فاز پراکند ه شده به شکل رشته است . کامپوزیتهای رشته ایی تقویت شده استحکام و یا سفتی بالائی دارند . این ویژگی به عنوان عواملی نظیر استحکام ویژه و مدول ویژه بالا می شود دو زیر گروه این دسته از کامپوزیتها بر اساس طول رشته نعیین می شوند . خواص مکانیکی این کامپوزیت ها به خواص رشته و میزان نیروی منتقل شده به رشته از سوی فاز زمینه بستگی دارد .بنابراین طول بحرانی رشته در استحکام دهی و سفت سازی موثر کامپوزیت نقش دارد.

کامپوزیت های رشته پیوسته وهمسو
خواص مکانیکی این نوع کامپوزیت ها به رفتار تنش – کرنش رشته و فاز زمینه ، درصد حجمی فاز و جهت اعمال نیرو بستگی دارد همسو بودن رشته ها ، رفتار غیر همسو را در خواص به دنبال دارد . در این حالت بسته به جهت طولی عمال نیرو جهت عرضی و عمود بر جهت رشته ها رفتار تنش – کرنش متفاوت خواهد بود ..

رشته ها
هر چه قطر رشته کوچکتر باشد ، رشته مستحکم تر از ماده زمینه خواهد بود. موادی که بعنوان رشته های تقویت کننده بکار میرود استحکام کششی بالایی دارند.براساس قطر و مشخصه رشته ها به 3 دسته تقسیم می شوند :ویسکرها ،رشته ها و سیم ها. ویسکر ها تک بلورهای بسیار نازکی هستند که نسبت طول به قطر آنها فوق العاده زیاد است.آنها مستحکم ترین موادی هستند که شناخته شده اند. مواد ویسکریشامل گرافیت ، کاربید سیلیسیم، نیترید سیلیسیم و اکسید آلومینیم است.

فاز زمینه
فاز زمینه کامپوزیت های رشته ای می تواند فلز ، پلیمر یا سرامیک باشد . معمولا از فلزات یا پلیمرها به عنوان ماده زمینه استفاده می شود زیرا انعطاف پذیری مطلوبی دارند . در کامپوزیت های زمینه سرامیکی جز تقویت کننده برای بهبود چقرمگی شکست استفاده می شود . در انتخاب ترکیب زمینه – رشته ، مهمترین عامل استحکام پیوند است .

کامپوزیت های زمینه پلیمری
کامپوزیتهای زمینه پلیمری از یک رزین پلیمری ( پلاستیک تقویت شده مولکول درشت ) به عنوان زمینه با رشتهایی به عنوان عامل تقویت کننده تشکیل شده است . از ویژگیهای این دسته از کامپوزیت ها ، کاربرد متنوع و گسترده ، خواص خوب در دمای محیط ، سهولت ساخت و هزینه کم است . این نوع کامپوزیت ها بر اساس نوع تقویت شدن به شیشه ایی ، کربنی و آرامید تقسیم می شود کامپوزیت های پلیمری رشته شیشه ای شامل رشته های شیشه ایی پیوسته یا ناپیوسته در زمینه پلیمری است در آینده بجای شیشه بیشتر از کربن به عنوان رشته تقویت کننده در کامپوزیت های پلیمری استفاده خواهد شد چون رشته های کربنی بیشترین استحکام ویژه و مدول ویژه را در میان مواد رشته های تقویت کننده دارا هستند . رشته های آرامید موادی با استحکام و مدول بالا هستند که در اوایل دهه 1970 عرضه شدند .
در کامپوزیت های زمینه پلیمری ، غیر از سه نوع رشته تقویت کننده شیشه ایی ، کربنی و آرامید گاه از بور ، کاربید سیلیسیم و اکسید آلومینیم در حد محدودی استفاده می شود رشته های بور در اجزا هواپیماهای نظامی ، تیغه ای پره بالگرد و برخی وسایل ورزشی بکار می رود از رشته کاربید سیلیسیم و آلومینا در راکتها ی تنیس ، مدار چاپی و دماغه مخروطی موشک استفاده می شود .

کامپوزیت های زمینه فلزی
در کامپوزیت های زمینه فلزی زمینه عبارت است از یک فلز انعطاف پذیر . برتری های این نوع کامپوزیت نسبت به کامپوزیت های زمینه پلیمری شاکل دمای عملکرد بالاتر ، شعله پذیر نبودن و مقاومت بیشتر در برابر تهاجم
سیالات آلی است . البته هزینه آنها بیشتر و در نتیجه استفاده از آنها محدود تر است .
از سوپر آلیاژها ، آلیاژهای آلومنییم و منیزیم ، تیتانیم و مس به عنوان مواد زمینه استفاده می شود . موادتقویت کنند ه ممکن است به شکل ذرات ، رشته های پیوسته و ناپیوسته و یا ویسکرها باشند که 10 الی 60% حجمی کامپوزیت را تشکیل می دهد رشته های پیوسته شامل کربن ، کاربید سیلیسیم ، بور ، آلومینا و فلزات دیر گداز است رشته های ناپیوسته از ذرات همین مواد تشکیل می شوند از یک جهت می توان سرمت ها را جز این ( MMC) ها قرار دارد .
خودرو سازان اخیرا در محصولات خود شروع به استفاده از کامپوزیتهای زمینه فلزی کرده اند به عنوان نمونه برخی قطعات موتور از زمینه آلیاژهای آلومینیم تقویت شده با رشته های آلومینا و کربن تولید شده که سبک وزن تر هستند و مقاومت آنها در برابر سایش و اعوجاج حرارتی بیشتر است استفاده از این نوع کامپوزیت ها در محورهای محرک که سرعت چرخش بالاتر و میزان کمتر سرو صدای ناشی از ارتعاش را به همرا دارد صورت گرفته است . صنایع هوا فضا نیز از این نوع کامپوزیت ها بهره می برد له عنوان نمونه در قطعات تلسکوپ فضائی هابل از رشته های گرافیتی پیوسته استفاده شده است .

کامپوزیت های زمینه سرامیکی
بدلیل مقاومت آلی در برابر اکسایش در دمای بالا ، با وجود احتمال شکست ترد ، بهترین گزینه برای استفاده در دمای بالا و تنش های شدید است . به ویژه در قطعات موتور خودرو و توربین های گازی هواپیما . چرمگی شکست این کامپوزیت ها معمول است در حالی که در اغلب فلزات 15 است . چقرمگی شکست نسل جدید و توسعه یافته کامپوزیت های زمینه سرامیکی (CMC) که بصورت ذزه ای، رشته ای یا ویسکری از مواد سرامیکی است بهبود یافته و 6 رسیده است . این بدان دلیل است که ترکی که در زمینه ایجاد می شود توسط ذرات ، رشته ها یا ویسکرها نتنها اشاعه نمی یابد بلکه از اشاعه آن ممانعت به عمل مِی آید
به این امرکمک می کند.کامپوزیت های زمینه سرامیکی را با روش های پرسکاری گرم ، پرسکاری ایزوستاتیک گرم وزینتر کردن فاز مذاب تولید می کند آلومینا های تقویت شده با ویسکرهای SiC به عنوان ابزار برش در ماشین کاری آلیاژهای فلزی سخت استفاده می شود
سراميك­هاي پيشرفته داراي ويژگي­هاي مطلوبي مانند سختي، استحكام بالا، تحمل دماهاي بالا، خنثايي شيميايي، مقاومت در برابر فرسايش و چگالي كم هستند. ولي در برابر بارهاي كششي و ضربه ضعيف­ هستند و بر خلاف فلزات، از خود انعطاف­پذيري نشان نمي­دهند و مستعد شكست تحت بارهاي مكانيكي و شوك حرارتي هستند. اگر مقايسه­اي بين سراميك­ها و ديگر مواد داشته باشيم، بايد گفت كه سراميك­ها تنها گروه از مواد هستند كه در دماهاي بالا قابل استفاده­اند و داراي سختي، استحكام و مدول الاستيك بالاتري از فلزات و پليمرها مي­باشند. همچنين چگالي، ضريب انبساط حرارتي و هدايت الكتريكي و حرارتي كمي دارند. به ويژه چگالي و انبساط حرارتي كم سراميك­ها اهميت زيادي در اغلب كاربردها دارد. كه اگر چه نسبت مدول الاستيسيتة تقويت‌كننده و زمينه در كامپوزيت­هاي زمينه فلزي و پلميري عموماً بين 10 و 100 است ولي براي كامپوزيت زمينه سراميكي، اين نسبت معمولاً برابر يك يا كمتر از آن است. نسبت مدول بالا در كامپوزيت­هاي زمينه فلزي و پليمري، سبب انتقال موثر بار از زمينه به تقويت­كننده مي­شود. در حالي كه در يك كامپوزيت سراميكي، زمينه و تقويت­كننده در توانايي تحمل بار اختلاف زيادي ندارد؛ به اين معنا كه هدف از ساخت كامپوزيت سراميكي، افزايش استحكام نيست. مگر آن­هايي كه زمينة آنها مدول الاستيسيتة كمي دارند ­(مانند زمينه­هاي شيشه­اي).

ازحوزه­هاي مهم در تهيه كامپوزيت­هاي زمينه سراميكي انواع گوناگون شيشه، شيشه‌سراميك­ها و سراميك­هايي همچون كربن، كاربيدسيليسيوم، نيتريدسيليسيوم، آلومينات­ها و اكسيدها. تقويت­كنندهاي مورد استفاده عبارتند از كاربيدها، بوريدها، نيتريدها و كربن. كامپوزيت­هاي زمينه سراميكي تنها كامپوزيت­هايي هستند كه بالاي 900 درجة سانتيگراد استحكام خود را حفظ مي­كنند. عمده­ترين كامپوزيت­هاي زمينه سراميكي عبارتند از: كامپوزيت­هاي كربن/كربن، كامپوزيت­هاي آلومينا/SiCو كامپوزيت­هايي با زمينهSi3N4 يا SiC تقويت شده با الياف پيوسته SiC و كربن.
معمولاً كاربرد كامپوزيت­هاي سراميكي به دو دستة هوافضايي و غيرهوافضايي تقسيم مي­شوند. در كاربردهاي هوافضايي مسالة اصلي، عملكرد كامپوزيت است. در حالي كه در كاربردهاي غير هوافضايي عامل قيمت بسيار مهم است.

كامپوزيت­هاي سراميكي با الياف پيوسته، عموماً داراي خواص مكانيكي ويژة بالايي هستند و مي­توانند در كاربردهاي هوافضايي دماي بالا به كار گرفته شوند. كامپوزيت­هاي كربن/كربن با پوشش SiC به عنوان محافظ حرارتي در شاتل­هاي فضايي استفاده شده است و كامپوزيت­هاي كاربيد سيليسيم/كربن مواد مناسبي براي هواپيماها هستند.

از كاربردهاي غير هوافضايي كامپوزيت­هاي سراميكي مي­توان به اجزاي موتورهاي دما بالا، مته و ابزار تراش، اجزاي مقاوم در برابر سايش، لوله اگزوز، نازل، لوله­هاي مبدل گرما و غيره اشاره كرد.

کامپوزیت های ساختاری
کامپوزیت های ساختاری معمولا از مواد کامپوزیتی و همگن تشکیل شده که خواص آن به مشخصه های مواد اچزا و طراحی هندسی عناصر ساختاری بستگی دارد دو زیر گروه معروف این نوع کامپوزیت ها ، کامپوزیتهای لایه ای و چند لایه ( ساندویچی ) است یک کامپوزیت لایه ای متشکل از ورق های پلاستیکی رشته های تقویت شده پیوسته وهمسو است . کامپوزیت ساندویچی متشکل از دو وجه یا ورق مستحکم بیرونی است که بین آنها ماده کم چگال که استحکام وسفتی کمتری دارد قرار گرفته است . مواد ورقه ها ی بیرونی معمولا از آلیاژهای آلومینیم ، پلاستیکهای تقویت شده رشته ای ، تیتانیم و فلاد است. مواد بین ورقه ها در برابر تغییر شکل عمود بر ورقها و نیز بصورت برشی مقاومت می کنند. این مواد بهشکل لانه زنبور و از جنس ورقهای بیرونی ساخته می شود.

[ghasem motamedi]

آيا کامپوزيت ها جانشيني مناسب براي مواد سنتي هستند؟
کامپوزيت ها (coposites ):

در جوامع پشرفته نياز به مواد کامپوزيتي ديده مي شود .فايبرگلاس ( fiber glass)،که در اواخر دهه ي 1940 توليد شد اولين کامپوزيت مدرن است.و هم اکنون نيز متداولترين کامپوزيت مصرفي در کشورهاي مختلف جهان است .امروزه فايبرگلاس تقريباً 65 درصد از کامپوزيت هاي مصرفي در کشورهاي مختلف جهان را تشکيل مي دهد .اين کامپوزيت در بدنه هاي قايق (boot hulls)، تخته هاي موج سواري (surf boards)، وسايل ورزشي ( sporting goods) ، لاينينگ استخرهاي شنا(swimming poll lining)، پانل هاي ساختماني (building panels)و بدنه هاي ماشين (car bodies)کاربرد دارد .و اين امکان وجود دارد که شما از اين کامپوزيت استفاده کرده باشيد درحالي که نمي دانستيد که جنس آن را از فايبر گلاس است .

چه چيز از يک ماده ي کامپوزيت مي سازد ؟

مواد کامپوزيتي ازترکيب دو يا چند ماده با خواص متفاوت به وجود مي آيند . مواد مختلف با يکديگر مخلوط گشته تا خواصي بي همتا به ماده ي کامپوزيتي بدهد .اما ازلحاظ ساختار داخلي به آساني قابل تشخيص هستند .يعني مواد ترکيب شده در يک ماده ي کامپوزيتي به آساني قابل ديدن هستند .و در هم حل نشده اند و با هم پيوند نداده اند .
کامپوزيت ها درطبيعت نيزيافت مي شوند .يک تکه چوب کامپوزيتي ازالياف بلند سلولز (حالتي بسيار پيچيده از نشاسته )که با مواد بسيار ضعيف تري که ليگنين (lignin)ناميده مي شوند به هم اتصال پيدا کرده اند .سلولز همچنين در پنبه (linen)و کتان (cotton)نيز وجود دارد ، اما قدرت پيوند ليگنين است که باعث شده يک تکه چوب از يک تکه پنبه محکم تر باشد .

کامپوزيت ها مواد جديدي نيستند :

انسان ها از مواد کامپوزيتي به مدت هزاران سال استفاده مي کردند .مثلاً آجرهاي گلي که يک بيسکويت (تکه )از گل خشک شده است به آساني با يک خم کردن مي شکند .
که علت آن ايجاد يک نيروي کششي دريک سمت آن است .اما همين آجر يک ديوار خوب را مي سازد و علت اين امراين است که کليه ي نيروهاي وارده بر آجر از نوع فشاري است به عبارت ديگر يک تکه حصير ،مقاومت کششي خوبي دارد .اما اگر آن را مچاله کنيد (يعني آن را فشاردهيم )به آساني دفورمه مي شود .اما اگريک تکه از حصير را در يک آجر گلي تعبيه کنيد . و اجازه دهيد قطعه خشک شود .نتيجه ي کار آجري است که هم در برابر کشش و هم دربرابرگسيختگي مقاومت مي کند .و يک ماده ي ساختماني مناسب است .اگربخواهيم فني تر نگاه کنيم ، اين آجر داراي حصير هم مقاومت کششي (tenside shrongh)هم مقاومت فشاري (compressive strengh)خوبي دارد .
کامپوزيت معروف ديگر بتون است که از مصالح سنگي (سنگ و ماسه هاي ريز و درشت )تشکيل شده که به وسيله ي سيمان به هم ديگر متصل شده اند .بتون مقاومت خوبي در برابر فشار دادن و اين ماده را مي توان به وسيله ي افزودن ميله هاي فلزي (metallic rods)، سيم ها (wires)،توري (mesh)يا کابل ها (cables) کامپوزيت کرد تا در برابر کشيدگي نيزبتواند رفتار خوبي داشته باشد .( بنابراي بتون تقويت شده حاصل مي شود ).

ساختن يک کامپوزيت (making a composite):

بيشتر کامپوزيت ها فقط از دو نوع ماده ساخته شده اند .يک ماده [ ماتريکس (martix)يا اتصال دهنده ]دراطراف قرار گرفته و موجب اتصال کلوخه ها ، الياف يا خرده هاي ماده ي سخت تر [تقويت کننده (reinforcement)مي گردد .]
درمورد آجرهاي گلي اين دو وظيفه به وسيله ي حصير و گل انجام مي شود ، در بتون به وسيله ي سيمان و کلوخه هاي ماسه اي و دريک تکه چوب به وسيله ي سلولز و ليگنين انجام مي شود .درفايبرگلاس ، تقويت کننده الياف نازکي از شيشه است که عموماً مانند پارچه بافته مي شود .و زمينه ( matrix)ازماده ي پلاستيکي تشکيل شده است .
الياف رشته اي و نازک شيشه در فايبرگلاس در برابر کشش مقاومت بسيار بيشتري نسبت به فشار ازخود نشان مي دهند .اما اين الياف بسيار شکننده اند و اگر به تندي خم شوند از هم گسيخته مي شوند .ماتريکس نه تنها الياف را در کنار هم نگه مي دارد .بلکه مي تواند با توزيع تنش ها در کل ماده از کامپوزيت محافظت کند .
ماتريکس (زمينه )به حدي نرم است که مي توان با ابزار آلات آن را شکل دهي کرد .يا با حلال هاي مناسب آن را نرم کنيم و در صورت نيازآن را ترميم کنيم .هرتغييرشکل يک صفحه ي فايبرگلاس ، نياز به کشيده شدن مقداري از الياف شيشه را دارد .
و اين الياف در برابر آن مقاومت مي کنند ، بنابراين حتي يک صفحه ي نازک از فايبرگلاس بسيار محکم است .رنگ اين ماده همچنين مي تواند بسيار روشن باشد ، که خود يک مزيت دربسياري از کاربردهاست .
در دهه هاي اخير ،بسياري از کامپوزيت هاي جديد توليد شده است ، که بعضي از آنها خواص با ارزشي دارند .با دقت در انتخاب تقويت کننده ، زمينه پروسه ي ترکيب اين دو ماده درهم ، يک مهندس مي تواند خواص مختلف را ترکيب و به خاصيت هاي مد نظرش برسد .آنها مي توانند ، براي مثال يک صفحه ي کامپوزيتي بسيارمحکم در يک جهت بسازند (به وسيله ي موازي کردن الياف در يک جهت خاص که البته استحکام در جهت ديگر قطعه ممکن است بسيار کمتر از جهت هدايت شده ي ما باشد )که البته ايجاد استحکام در يک جهت از کارهايي است که مد نظر ماست و در بعضي از کاربردها به درد ما مي خورد .آنها همچنين مي توانند خواصي چون مقاومت در برابر گرما ، عوامل شيميايي و هوازدگي را به وسيله ي انتخاب زمينه ي مناسب در کامپوزيت ايجاد کنند .

مواد انتخابي براي زمينه (choosing materials for matrix):

براي زمينه ، در توليد بسياري از کامپوزيت هاي پيشرفته از پلاستيک هاي ترموست و ترموپلاست که زرين نيز ناميده مي شوند استفاده مي شود . پلاستيک ها، پليمرهايي هستند .که تقويت کننده ها را به هم چسبانده و کمک مي کند تا خواص محصول نهايي ايجاد شود .
پلاستيک ها گرمانرم (Thermosoftening plastics)همانگونه که از اسمشان پيداست در دماهاي پايين سخت اما هنگامي که به آنها گرما بدهيم نرم مي شوند .اگرچه اين مواد عموماً کمتر از پلاستيک هاي ترموست استفاده مي شوند.ولي مزايايي چون چقرمگي شکست بالاتر (fracture toughness)،دوام طولاني تر (longer shelflife)، قابليت بازيافت و محيط کاري ايمن تر و تميزتر (زيرا از حلال هاي آلي که براي پروسه ي سخت کردن است استفاده نمي شود )را داراست .
سراميک ها ، کربن و فلزات به عنوان زمينه براي برخي از اهداف خيلي خاص استفاده مي گردد .براي مثال :سراميک هنگامي استفاده مي شود که مواد با دماهاي بالا سر و کار دارند .[مثلاً مبدل هاي حرارتي (heat exchanging)].ازکربن نيز براي توليد محصولاتي که با سايش و پوسيدگي مواجه اند استفاده مي شود .[مثلاً يا طاقان ها (bearing)و گريبکس ها (gears)].

مواد انتخابي براي تقويت کننده (choosing materials for the rein for cement):

اگر چه الياف شيشه (glass fibres)از متداولترين تقويت کننده به حساب مي آيد .ولي بسياري از کامپوزيت هاي پيشرفته درحال حاضر از الياف نازک کربن خالص توليد مي شوند .


http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145000%20(1).jpg
الیاف شیشه (Glass fibres)

الياف کربن (carbon fibres)ازالياف شيشه محکم تراند ، اما توليد آنها گران تر است .الياف کربن سبک اند درعين اينکه محکم نيز هستند .اين الياف در ساختار سفينه هاي فضايي و در توليدات ورزشي [ مانند وسايل گلف (golf clubs)]و به طور زياد شونده و با سرعت استفاده ي روز افزون به جاي فلز براي ترميم و جانشين استخوانهاي آسيب ديده مورد استفاده قرار مي گيرد .الياف محکم تر (و البته گران تر )ازالياف کربن الياف بورن (Boron fibres)هستند .
پليمرها نه تنها براي زمينه استفاده مي شوند .بلکه از آنها مواد تقويت کننده ي خوبي براي استفاده در کامپوزيت ها ايجاد شده است .کولار (kevlar)، الياف پليمري است که بي اندازه محکم است .و موجب افزايش چقرمگي در کامپوزيت ها مي شود .اين پليمر به عنوان تقويت کننده در توليدات کامپوزيتي که نياز به وزن کم (حالت سبکي )و ساختمان پايدار دارد استفاده مي شوند .(مثلاً بخش هايي از بدنه ي يک هواپيما ).مواد کامپوزيتي مورد استفاده ي اصلي را از کولار ندارند .کولار براي جايگزيني به جاي فولاد در لاستيک هاي راديال (radial tyres)و در حال حاضر نيز براي استفاده در جليقه هاي ضد گلوله (bullet proofvests)و کلاه هاي ايمني (helmets)سنتز و توليد شده است .


http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145000%20(2).jpg
ساخت بدنه هواپیما با استفاده از مواد کامپوزیتی

انتخاب روش توليد (choosing the manufacturing process):

توليد يک شيء از مواد کامپوزيتي معمولاً به وسيله ي ايجاد قالب هايي براي فرم دهي انجام مي شود .مواد تقويت کننده ابتدا در قالب قرار داده مي شوند و سپس ماده ي نيمه مايع زمينه به داخل قالب اسپري يا پمپ مي شود و شکل جسم ايجاد مي شود .فشارمعمولاً براي خارج کردن حبابهاي هواي موجود در نمونه ي کامپوزيتي اعمال مي شود .سپس به قالب گرما داده مي شود تا زمينه جامد گردد .
پروسه ي قالب گيري معمولاً به وسيله ي دست انجام مي شود .ولي امروزه پروسه ي اتوماتيک به وسيله ي دستگاه نيزعموميت يافته است .يکي از روشهاي جديد که اکسترود کششي (pultrusion)[واژه اي که از دو لغت pull به معناي کشيدن (extrusion)با سطح صاف .اين مواد سطح مقطع عرضي ثابتي دارند که در توليد به ما کمک مي کند مانند توليد تيرهاي پل از جنس کامپوزيت .
در بسياري از ساختارهاي نازک با اشکال پيچيده مانند پانل هاي خميده ، ساختار کامپوزيت با چسبانيدن صفحات الياف بافته شده که نقش تقويت کننده را دارند به وجود مي آيد ، سپس به وسيله ي زمينه ي پليمري پر مي شود .البته اين کار در يک قالب پايه انجام مي شود و زماني که پانل درضخامت مورد نظر ساخته شد مواد زمينه خشک و جامد مي گردند .


http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145000%20(3).jpg
نمونه ای از کامپزیت با ساختار لانه زنبوری

در بسياري از کامپوزيت هاي پيشرفته (به عنوان مثال آنهاي که در بال و پانل هاي بدنه ي هواپيما کاربرد دارند )ساختار ممکن است شامل يک پلاستيک به حالت لانه زنبوري باشد که درميان دو پوسته ي کامپوزيتي تقويت شده با الياف کربن پيچيده شده باشد .


http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145000%20(4).jpg
شکل : الیاف کربنی ( Corbon fibers)

اين کامپوزيت هاي ساندويچي ،استحکام بالا و سختي پيوندي مخصوصي را با وزن کم ايجاد مي کنند .شبيه به هرچيزي که به هواپيما مربوط باشد . اين پانل ها نيز گران قيمت هستند .
*چرا از کامپوزيت ها استفاده مي کنيم ؟ (so why use composites):
بزرگترين حسن مواد کامپوزيتي استحکام و سختي توأمان و سبکي آنهاست . با انتخاب مطلوب مواد تقويت کننده و زمينه ، توليدات مي توانند خواصي داشته باشند که نيازهاي ما را براي يک ساختار خاص و براي يک هدف خاص برآورده کند .هوانوردي مدرن ،هردو بخش نظامي و غيرنظامي مثال اول ماست .اين صنعت بدون کامپوزيت ها کارآمد نيست .
درحقيقت ، نيازها براي توليدات صنعتي تمايل به موادي دارد که درعين سبکي ، محکم نيز باشند .اين امر منجر به توسعه ي کامپوزيت ها گشته است . قطعات بال (wing)، دم (tail)، ملخ ها (propellers)و پره هاي چرخان (rotor blades)عمدتاً از کامپوزيت هاي پيشرفته ساخته مي شوند .
بدنه هاي هواپيماهاي کوچکتر از مواد کامپوزيتي توليد مي شوند .که اکثر بخشهاي آنها از بدنه گرفته تا بال ها و دم از جنس مواد کامپوزيتي است .
در مورد فکرکردن به هواپيماها، اين با ارزش است که بدانيم کامپوزيت ها احتمال شکست کامل کمتري نسبت به فلزاتي مانند آلومينيوم (Al )در شرايط اعمال تنش دارند .
يک ترک ريز در داخل يک قطعه ي فلزي مي تواند به سرعت گسترش يابد و نتايج مخرب زيادي ايجاد کند .(به خصوص در مورد هواپيما )ولي در کامپوزيت ها الياف مانند يک سد در برابر گسترش ترک مقاومت نموده و تنش را بر روي محيط اطراف توزيع مي کنند .
کامپوزيت هاي اصلاح شده همچنين در برابر گرما و خوردگي مقاومت مي کنند .اين مزيت باعث مي شود که از کامپوزيت ها در محصولاتي که با محيط هاي خطرناک مانند قايق ها ، ابزارآلات در تماس با مواد شيمايي (chemical-handling a quipment)و فضاپيما استفاده گردد .به طورعمومي ، کامپوزيت ها موادي مقاوم هستند .مزيت ديگر آنها اين است که توليداتي با انعطاف پذيري توليد مي کنند . کامپوزيت ها مي توانند به شکل دهي پيچيده قالب گيري شوند .
چيزخوبي که درهنگامي که مي خواهيم چيزي مانند يک تخته ي موج سواري يا بدنه ي قايق را بسازيم به ما کمک کند .
عيب کامپوزيت ها معمولاً قيمت بالاي آنهاست .اگرچه پروسه ي توليد اغلب کم خرج است .ولي مواد اوليه ي کامپوزيت ها گران قيمت است . کامپوزيت ها هرگز به طورکامل جانشين مواد سنتي مانند فولاد نمي شوند اما در بسياري از موارد کامپوزيت ها همان چيزي هستند که ما مي خواهيم .

[ghasem motamedi]

استفاده از فناوري نانو براي ديرسوزكردن پليمرها
نانوكامپوزيت‌هاي ديرسوز

با توجه به اين كه امروزه حجم وسيعي از كالاهاي مصرفي هر جامعه‌اي را پليمرهايي تشكيل مي‌دهند كه به‌راحتي مي‌سوزند يا گاهي در مقابل شعله فاجعه مي‌آفرينند، لزوم تحقيق در خصوص مواد ديرسوز احساس مي‌شود. بر همين اساس، در كشورهاي صنعتي، تلاش گسترده‌اي براي ساخت موادي با ايمني بيشتر در برابر شعله آغاز شده است و در اين زمينه نتايج مطلوبي هم به دست آمده است.

بر همين اساس و با توجه به تدوين استانداردهاي جديد ايمني، به نظر مي‌رسد استانداردهاي ساخت مربوط به پليمرهاي مورد استفاده در خودروسازي، صنايع الكترونيك،‌ صنايع نظامي و تجهيزات حفاظتي و حتي لوازم خانگي، در حال تغيير به سوي مواد ديرسوز است.

از طرف ديگر مدتي است كه نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك­رس به عنوان موادي با خواص مناسب مثل تأخير در شعله­وري، توجه بسياري از محققان را به خود جلب كرده است. بنابراين به­نظر مي‌رسد كه نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك­رس مي‌توانند جايگزين مناسبي براي مواد پليمري معمولي باشند؛

http://nano.itan.ir/paper/27/3.jpgبراي تهيه پليمرهاي ديرسوز، علاوه بر رفتار آتش‌گيري، عوامل زيادي بايد مورد توجه واقع شوند؛ از جمله اينكه:

از افزودني‌هايي استفاده شود كه قيمت تمام­شده محصول را خيلي افزايش ندهد. (مواد افزودني بايد ارزان قيمت باشند.)

مواد افزودني به پليمرها بايد به آساني با پليمر فرآيند شود.

مواد افزوده‌شده به پليمر نبايد در خواص كاربردي پليمر تغيير قابل ملاحظه ايجاد كند.

زباله‌هاي اين مواد نبايد مشكلات زيست­محيطي ايجاد كند.

با توجه به اين موارد، خاك­رس از جمله بهترين مواد افزودني به پليمرها محسوب مي‌شود كه مي‌تواند آتش‌گيري آنها را به تأخير بيندازد و سبب ايمني بيشتر وسايل و لوازم ‌شود. مزيت ديگر خاك‌ رس فراواني آن است كه استفاده از اين منبع خدادادي را آسان مي‌كند.

ويژگي‌هاي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك­رس

خواص مكانيكي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر-نايلون6 كه از نظر حجمي فقط حاوي پنج درصد http://nano.itan.ir/paper/27/2.jpgسيليكات است، بهبود فوق‌العاده­اي را نسبت به نايلون خالص از خود نشان مي‌دهد. مقاومت كششي اين نانوكامپوزيت 40 درصد بيشتر، مدول كششي آن 68 درصد بيشتر، انعطاف‌پذيري آن 60 درصد بيشتر و مدول انعطاف آن 126 درصد بيشتر از پليمر اصلي است. دماي تغيير شكل گرمايي آن نيز از 65 درجه سانتي­گراد به 152 درجه سانتي­گراد افزايش يافته است. در حاليكه در برابر همة اين تغييرات مناسب، فقط 10درصد از مقاومت ضربه آن كاسته شده است.

نتايج تحقيقات حاكي از آن است كه ميزان آتشگيري در اين نانو كامپوزيت پليمري حدود 70 درصد نسبت به پليمر خالص كاهش نشان مي­دهد و اين در حالي است كه اغلب خواص كاربردي پليمر نيز تقويت مي­شود. البته كاهش در ميزان آتشگيري پليمرها از قديم مورد بررسي بوده است. بشر با تركيب مواد افزودني به پليمر ميزان آتشگيري آنرا كاهش داد ولي متاسفانه خواص كاربردي پليمر هم متناسب با آن كاهش مي­يافته است. در واقع كاهش در آتشگيري همزمان با بهبود خواص كاربري پليمرها ويژگي منحصر به فرد فناوري نانو است، خصوصاً اينكه تنها با افزودن 6 درصد ماده افزودني به پليمر تا 70 درصد آتشگيري آن كاهش مي­يابد.

برخي نانوكامپوزيت‌هاي پليمر – خاك­رس پايداري حرارتي بيشتري از خود نشان مي‌دهند كه اهميت ويژه‌اي براي بهبود مقاومت در برابر آتش­گيري دارد. اين مواد همچنين نفوذپذيري كمتري در برابر گاز و مقاومت بيشتري در برابر حلال‌ها از خود نشان مي‌دهند.

استانداردسازي؛ ابزار قدرت در دست كشورهاي پيشروي صنعتي

تطابق با استانداردهاي جديد موضوعي است كه همواره كشورهاي پيشرو بر كشورهاي پيرو ديكته كرده‌اند. در كشورهاي پيشرو صنعتي،‌ استانداردها همواره رو به بهبود است. در اين كشورها براساس جديدترين نتايج تحقيقات و مطالعات متخصصان، هر چند وقت يكبار، استانداردها دستخوش تغيير مي‌شوند و ديگر كشورها ناچار خواهند بود در مراودات تجاري خود با آنها اين استانداردها را رعايت كنند و به اين ترتيب، مجبور مي‌شوند كه نتايج تحقيقات آنها را خريداري كنند. مطلب زير مثالي از اين موارد است:

چندي پيش در جرايد اعلام شد كه بنا بر تصميم جديد اتحاديه اروپا، هواپيماهايي كه مجهز به سيستم جديد ناوبري (مطابق با استاندارد جديد پرواز)‌ نباشند، اجازه پرواز بر فراز آسمان اروپا را ندارند. در آن زمان در كشور ما فقط تعداد معدودي از هواپيماهاي مجهز به اين سيستم وجود داشت. اخيراً هم اتحاديه مزبور اعلام كرده است كه ورود كاميون‌هاي فاقد استاندارد زيست­محيطي به خاك اروپا ممنوع است. در پي اين اعلام، خودروسازان ايراني به ناچار استانداردهاي خود را با شرايط جديد تطبيق دادند.

نكتة پاياني؛ نتيجه­گيري

هر چند ممكن است استفاده از برخي فناوري­ها در كشور ما در حال حاضر موضوعيت نداشته و http://nano.itan.ir/paper/27/4.jpgيا اينكه مقرون به صرفه نباشد. ولي اگر جهت­گيري تحقيقات و پژوهش­ها در جهان را مد نظر قرار دهيم متوجه مي­شويم كه در آينده نزديك ناگزير به استفاده از اين فناوري­ها خواهيم بود. بنابراين لازم است از فرصت­هاي موجود براي ايجاد اين توانمندي­ها بهره بگيريم تا در زمان مناسب از اين پتانسيل­ها استفاده كنيم.

به­عبارت ديگر لازم است مراكز پژوهشي و تحقيقاتي همواره لااقل يك نسل از صنعت جلوتر باشند. در اين صورت ضمن امكان هدايت بخش صنعت به سمت و سوي معين، پاسخ به مشكلات صنعت نيز همواره قابل پيش­بيني بوده و در اين مراكز در دسترس خواهد بود.

[ghasem motamedi]

پلیمر پایه
مقدمه

تصور جهان پیشرفته کنونی بدون وجود مواد پلیمری مشکل می‌باشد. امروزه این مواد جزیی از زندگی ما شده‌اند و در ساخت اشیای مختلف ، از وسایل زندگی و مورد مصرف عمومی تا ابزار دقیق و پیچیده پزشکی و علمی بکار می‌روند. کلمه پلیمراز کلمه یونانی (Poly) به معنی چند و (Meros) به معنای واحد با قسمت بوجود آمده است. در این میان ساختمان پلیمرها با مولکولهای بسیار دراز زنجیر گونه با ساختمان فلزات کامل متفاوت است. این مولکولهای بلند از اتصال و بهم پیوستن هزاران واحد کوچک مولکولی مرسوم به منومر تشکیل شده‌اند. مواد طبیعی مانند ابریشم ، لاک (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%84%D8%A7%DA%A9) ، قیر طبیعی ، کشانها و سلولز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B3%D9%84%D9%88%D9%84%D8%B2) ناخن دارای چنین ساختمان مولکولی هستند.

البته تا اوایل قرن نوزدهم میلادی توجه زیادی به مواد پلیمری نشده بود بومیان آمریکای مرکزی از برخی درختان شیرابه‌هایی استخراج می‌کردند که شیرابه بعدها نام لاتکس به خود گرفت. در سال 1829 ، دانشمندان متوجه شدند که در اثر مخلوط کردن لاتکس طبیعی با سولفور و حرارت دادن آن ماده‌ای قابل ذوب ایجاد می‌شود که می‌توان از آن محصولات مختلفی نظیر چرخ ارابه یا توپ تهیه کرد. در سال 1909 میلادی فنل فرمالدئید (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%81%D8%B1%D9%85%D8%A7%D9%84%D8%A F%D8%A6%DB%8C%D8%AF) موسوم به باکلیت ساخته شد که در تهیه قطعات الکتریکی ، کلیدها ، پریزها و وسایل مصرف زیادی دارد.

در اثنای جنگ جهانی دوم موادی مثل نایلون پلی اتیلن ، اکریلیک موسوم به پرسپکس به دنیا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال 1932 ابداع و به شکل تجارتی ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.

شاخه‌های پلیمر

اولین قدم در زمینه صنعت پلاستیک توسط فردی به نام واسپاهیات انجام گرفت وی در تلاش بود ماده‌ای را به جای عاج فیل تهیه کند. وی توانست فرآیند تولید نیترات سلولز را زا سلولز ارائه کند. در دهه 1970 پلیمرهای‌هادی به بازار عرضه شدند که کاربرد بسیاری در صنعت رایانه دارند زیرا مدارها و ICهای رایانه‌ها از این مواد تهیه می‌شوند. و در سالهای اخیر مواد هوشمند پلیمری جایگاه تازه‌ای برای خود سنسورها پیدا کردند. پلیمرها را می‌توان از 7 دیدگاه مختلف طبقه بندی نمود. صنایع ، منبع ، عبور نور ، واکنش حرارتی ، واکنش‌های پلیمریزاسیون ، ساختمان مولکولی و ساختمان کریستالی.

از نظر صنایع مادر پلیمرها به چهار گروه صنایع لاستیک ، پلاستیک ، الیاف ، پوششی و چسب تقسیم بندی می‌شوند. اینها صنایع مادر در پلیمرها می‌باشند اما صنایع وابسته به پلیمر هم فراوان هستند مانند صنعت پزشکی در اعضای مصنوعی ، دندان مصنوعی ، پرکننده‌ها ، اورتوپدی از پلیمرها به وفور استفاده می‌شود. پلیمرها از لحاظ منبع به سه گروه اصلی تقسیم بندی می‌شوند که عبارتند از پلیمرهای طبیعی ، طبیعی اصلاح شده و مصنوعی.

رزین

منابع طبیعی رزینها ، حیوانات ، گیاهان و مواد معدنی می‌باشد. این پلیمرها به سادگی شکل پذیر بوده لیکن دوام کمی دارند. رایج عبارتند از روزین ، آسفالت (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D8%B3%D9%81%D8%A7%D9%84%D8%A A) ، تار ، کمربا ، سندروس ، لیگنپین ، لاک شیشه‌ای می‌باشند. رزین‌های طبیعی اصلاح شده شامل سلولز و پروتئین می‌باشد سلولز قسمت اصلی گیاهان بوده و به عنوان ماده اولیه قابل دسترسی برای تولید پلاستیکها می‌باشد کازئین ساخته شده از شیر سرشیر گرفته ، تنها پلاستیک مشتق شده از پروتئین (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%BE%D8%B1%D9%88%D8%AA%D8%A6%DB%8 C%D9%86) است که در عرصه تجارت نسبتا موفق است.

پلیمر مصنوعی

پلیمرهای مصنوعی را می‌توان از طریق واکنشهای پلیمریزاسیون بدست آورد. از مواد پلیمری می‌توان در تهیه پلاستیکها ، چسبها ، رنگها ، ظروف عایق ، مواد پزشکی بهره جست. پلاستیکها به تولید طرحهای جدید در اتومبیلها ، کامیونها ، اتوبوسها ، وسایل نقلیه سریع ، هاورکرافت ، قایقها ، ترنها ، آلات موسیقی ، وسایل خانه ، یراق آلات ساختمانی و سایر کاربردها کمک نموده‌اند در ادمه به بررسی کاربرد چندین پلیمر می‌پردازیم:

پلیمرهای بلوری مایع (LCP)

این پلیمرها بتازگی در بین مواد پلاستیکی ظهور کرده است. این مواد از استحکام ابعادی بسیار خوب ، مقاومت بالا ، مقاومت در مقابل مواد شیمیایی توام با خاصیت سهولت شکل پذیری برخوردار هستند. از این پلیمرها می‌توان به پلی اتیلن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%BE%D9%84%DB%8C+%D8%A7%D8%AA%DB% 8C%D9%84%D9%86) با چگالی کم قابل مصرف در ساخت عایق الکتریکی ، وسایل خانگی ، لوله و بطریهای یکبار مصرف ، پلی اتیلن با چگالی بالا قابل مصرف در ظروف زباله‌ها بطری ، انواع مخازن و لوله برای نگهداری و انتقال سیالات ، پلی اتیلن شبکهای ، پلی پروپیلن قابل مصرف در ساخت صندوق ، قطعات کوچک خودرو ، اجزای سواری ، اسکلت صندلی ، اتاقک تلویزیون و... اشاره نمود.

پلیمرهای زیست تخریب پذیر

این پلیمرها در طی سه دهه اخیر در تحقیقات بنیادی و صنایع شیمیایی و دارویی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. زیست تخریب پذیری به معنای تجزیه شدن پلیمر در دمای بالا طی دوره مشخص می‌باشد که بیشتر پلی استرهای آلیفاتیک استفاده می‌شود. از این پلیمرها در سیستم‌های آزاد سازی دارویی با رهایش کنترل شده یا در اتصالات ، مانند نخ‌های جراحی و ترمیم شکستگی استخوانها و کپسولهای کاشتی استفاده می‌شود.

پلی استایرن

این پلیمر به صورت گسترده‌ای در ساخت پلاتیکها و رزینهایی مانند عایقها و قایقهای فایبر گلاس در تولید لاستیک ، مواد حد واسط رزینهای تعویض یونی و در تولید کوپلیمرهایی مانند ABS و SBR کاربرد دارد. محصولات تولیدی از استایرن در بسته بندی ، عایق الکتریکی - حرارتی ، لوله‌ها ، قطعات اتومبیل ، فنجان و دیگر موادی که در ارتباط با مواد غذایی می‌باشند ، استفاده می‌شود.

لاستیکهای سیلیکون

مخلوط بسیار کانی- آلی هستند که از پلیمریزاسیون انواع سیلابها و سیلوکسانها بدست می‌آیند. با اینکه گرانند ولی مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از این لاستیکها در مصارف بالا منجر شده است. این ترکیبات اشتغال پذیری نسبتا پایین ، گرانروی کم در درصد بالای رزین ، عدم سمیت ، خواص بالای دی الکتریک ، حل ناپذیری در آب و الکلها و ... دارند به دلیل همین خواص ترکیبات سیلیکون (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B3%DB%8C%D9%84%DB%8C%DA%A9%D9%8 8%D9%86) به عنوان سیال هیدرولیک و انتقال گرما (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%86%D8%AA%D9%82%D8%A7%D9%8 4+%DA%AF%D8%B1%D9%85%D8%A7) ، روان کننده و گریس ، دزدگیر برای مصارف برقی ، رزینهای لایه کاری و پوشش و لعاب مقاوم در دمای بالا و الکلها و مواد صیقل کاری قابل استفاده‌اند. بیشترین مصرف اینها در صنایع هوا فضاست.

لاستیک اورتان

این پلیمرها از واکنش برخی پلی گلیکولها با دی ایزوسیاناتهای آلی بدست می‌آیند. مصرف اصلی این نوع پلیمرها تولید اسفنج انعطاف پذیر (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%BE%D9%84%DB%8C%D9%85%D8%B1+%D8% A7%D8%B3%D9%81%D9%86%D8%AC%DB%8C) و الیاف کشسان است. در ساخت مبلمان ، تشک ، عایق - نوسانگیر و ... بکار می‌روند. ظهور نخ کشسان اسپندکس از جنش پلی یوره تان به دلیل توان بالای نگهداری این نوع نخ زمینه پوشاک ساپورت را دگرگون کرده است.

منابع مورد استفاده شده

مهندسی پلاستیک تالیف آر. جی. کرافورد ، ترجمه مهرداد کوکبی
پلاستیکهای صنعتی تالیف مهندس شیرین خسروی
مواد پلاستیک تالیف حسین امیدیان

[ghasem motamedi]

انواع پلیمر
پلیمرها (بسپارها) یا ماکرومولکولها (درشت مولکولها) ، مولکولهای غول‌پیکری هستند که دست‌کم ، 100 برابر سنگین‌تر از مولکولهای کوچکی مانند آب یا متانول هستند.

ریشه لغوی
واژه پلیمر از دو واژه یونانی Poly و Meros مشتق شده است و به معنی بسپار است.
مقدمه
بشر نخستین ، آموخته بود چگونه الیاف پروتئینی پشم و ابریشم و الیاف سلولزی پنبه و کتان را عمل آورد، رنگرزی کند و ببافد. بومیان جنوبی از لاستیک طبیعی ، برای ساختن اشیاء کشسان و پارچه‌های ضد آب استفاده می‌کردند. پلی کلروپرن ، نخستین لاستیک سنتزی است که در آمریکا تهیه شد و گسترش یافت. پلی بوتادین ، نخستین کائوچوی سنتزی است که آلمانی‌ها به نام بونا- اس به مقدار کافی تهیه کردند. بوتیل کائوچو ، یکی از چهار لاستیک سنتزی است که اکنون به مقدار بیشتری تهیه و مصرف می‌شود.
تاریخچه
نخستین لاستیک مصنوعی ، سلولوئید است که از نیترو سلولز و کافور توسط "پارکر" در سال 1865 تهیه شد. ولی در سال 1930، عمل پلیمریزاسیون و الکلاسیون کشف شد و در صنعت بکار گرفته شد. در این دوران ، آمونیاک برای تولید مواد منفجره ، تولوئن برای TNT و بوتادین و استیرن برای تولید لاستیک مصنوعی به مقدار زیادی از نفت تولید شد.
سیر تحولی
استات سلولز در سال 1894 توسط "بران دکرس" سنتز شد و در سال 1905 توسط "میلس" کامل شد. در سال 1900، "رم" ، پلیمریزاسیون ترکیبات آکریلیک را آغاز کرد و در سال 1901، "اسمیت" نخستین فتالات گلسیرین (یا فتالات گلسیریل) را تهیه کرد. در اواسط قرن بیستم در آلمان ، "اشتودینگر" ، قانون مهم ساختار مولکولهای بزرگ را وضع کرد. در سال 1934، کارخانه (ICI) موفق به تهیه مولکولهای بزرگ پلی اتیلن شد.

"دوپن" بطور منظم در زمینه تراکم مواد بررسیهایی انجام دارد که در نتیجه ، به تهیه پلی آمیدها یعنی الیاف نایلون نایل شد و الیاف پلی آمید را از کاپرولاکتام تهیه کرد که به الیاف پرلون شهرت یافت.
نقش و تاثیر پلیمرها در زندگی
کاغذ ، چوب ، نایلون ، الیاف پلی استر ، ظروف ملامین ، الیاف پلی اتیلن ، اندود تفلون ظروف آشپزی ، نشاسته ، گوشت ، مو ، پشم ، ابریشم ، لاستیک اتومبیل و... ، ماکرومولکولهایی هستند که روزانه با آنها برخورد می‌کنیم.
انواع پلیمرها
پلیمرها را به سه گروه عمده تقسیم می‌کنند:


بیوپلیمرها یا پلیمرهای طبیعی مانند سلولز ، نشاسته ، پروتئینها و ...

پلیمرهای معدنی مانند الماس ، گرافیت ، اکثر اکسیدهای فلزی و ...

پلیمرهای سنتزی پلیمرهایی هستند که منشا آنها عموما مونومرهایی از نفت خام و قطران زغال سنگ است و ما با انجام فرآیندهایی ، پلیمرهای بسیار مفید می‌سازیم که امروزه زندگی بدون آنها ممکن نیست. با این فرایندها بطور کلی آشنا می‌شویم.


مفاهیم مرتبط با شیمی پلیمر
در مورد پلیمرها با مفاهیمی همچون خواص فیزیکی و مکانیکی ، مکانیسم پلیمر شدن ، فرآورش پلیمرها روبرو هستیم.
خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمرها
در بر گیرنده مفاهیم زیر است:

مورفولوژی ، رئولوژی ، انحلال پذیری ، وزن مولکولی ، روشهای آزمودن ، روشهای شناسایی.
مکانیسم پلیمری شدن
از سه طریق زیر است:


پلیمرشدن تراکمی ، پلیمرشدن افزایشی ، کوپلیمرشدن.
فرآورش پلیمرها
در برگیرنده مباحث زیر است:

پر کننده‌ها ، توان دهنده‌ها ، نرم سازها ، پایدار کننده‌ها، عمل آورنده‌ها ، رنگ‌ها و غیره. چند کاربرد مهم پلیمرها
پلی آمید (نایلون)
برای تهیه الیاف ، طناب ، تسمه ، البسه ، پلاستیک صنعتی ، جایگزین فلز در ساخت غلتک یا تاقان ، بادامک ، دنده ، وسایل الکتریکی بکار می‌رود.
پلی استر
بصورت الیاف ، جهت تهیه انواع لباسها ، نخ لاستیک ، بصورت لایه برای تهیه نوار ضبط صوت و فیلم بکار می‌رود.



پلی اتیلن (کم‌چگالی ، شاخه‌دار)
بصورت لایه ورقه در صنایع بسته بندی ، کیسه پلاستیکی ، الیاف پارچه بافتنی ، بسته‌بندی غذای منجمد ، پرده ، پوشش پلاستیکی ، عایق ، سیم و کابل ، بطری بکار می‌رود.
پلی استیرل
برای تهیه رزینهای تبادل یونی ، انواع کوپلیمرها ، رزینهای ABC ، مواد اسفنجی ، وسایل نوری ، وسایل خانگی ، اسباب بازی ، مبلمان بکار می‌رود انواع پلیمریزاسیون پلیمریزاسیون افزایشی
در این نوع پلیمریزاسیون ، از ترکیباتی که بند دوگانه (C ═ C) دارند، پلیمر می‌سازند. مثل تولید پلی اتیلن از اتیلن.
پلی اتیلن
C2H4 → (─ C2H4 ─)n

در این واکنش ، اتیلن در اثر حرارت به پلی اتیلن تبدیل می‌شود. جرم مولکولی پلی اتیلن بین 1000 تا 20000 می‌تواند متفاوت باشد. یعنی بر حسب شرایط ، درجه پلیمریزاسیون یعنی همان n مولکول پلیمر را می‌توان کم یا زیاد کرد.
آکریلان
n(CH2 ─ CHCN) → (─ CH2 ─ CHCN─)n

این پلیمر نیز از مشتقات اتیلن است. مونومر این پلیمر ، سیانید ونیل (آکریکونیتریل) است.
PVC
CH2 ═ CHCl → (─ CH2 ─ CHCl)n

پلی وینیل کلراید یا PVC نیز از پلیمریزاسیون کلرید وینیل CH2 ═ CHCl بوجود می‌آید.
کائوچو
کائوچو بر دو نوع است:


کائوچوی طبیعی:

کائوچوی طبیعی که از شیره درختی به نام Hevea بدست می‌آید، از پلیمریزاسیون هیدروکربنی به نام 2- متیل -3 , 1- بوتادین معروف به ایزوپرن به فرمول CH2 ═ C (CH3) ─ CH ─ CH2 بوجود می‌آید:

CH2 ═ C (CH3) ─ CH ─ CH2 → (─ CH2 ─ C CH3 ═ CH ─ CH3)n

کائوچوی مصنوعی:

چون در فرمول ساختمانی کائوچوی طبیعی پیوند دوگانه وجود دارد، به همین دلیل وقتی کائوچو را با گوگرد حرارت دهیم، این مونومرها پیوند پی خود را باز می‌کنند و با ظرفیتهای آزاد شده ، اتم گوگرد را می‌گیرند. در نتیجه کائوچو به لاستیک تبدیل می‌گردد. حرارت دادن کائوچو با گوگرد و تولید لاستیک را اصطلاحا ولکانیزاسیون (Vulcanization) می‌نامند و بهمین دلیل لاستیک حاصل را نیز کائوچوی ولکانیزه گویند.

چند نوع کائوچوی مصنوعی نیز ساخته‌اند که از موادی مانند 1,3- بوتادین و جسمی به نام 2- کلرو 3 , 1- بوتادین معروف به کلروپرن به فرمول CH2 ═ CHCl ─ CH ═ CH2 و جسم دیگری به فرمول CH2 ─ C(CH3) ─ C(CH3) ═ CH2 به نام 3 , 2- دی متیل – 3 , 1- بوتادین به تنهایی یا مخلوط درست شده‌اند.

کلروپرن بسهولت پلیمریزه شده و به نوعی کائوچوی مصنوعی به نام نئوپرن تبدیل می‌شود.



پلیمریزاسیون تراکمی
اگر در یک پلیمریزاسیون ، بر اثر واکنش مونومرها با هم ، مولکولهای کوچکی مثل H2O و NH3 و ... خارج شوند، این نوع پلیمریزاسیون را تراکمی می‌نامند. مثل پلمیریزاسیون گلوکز در تولید نشاسته و سلولز که منجر به خارج شدن آب می‌گردد و یا مثل بوجود آمدن نایلون که مانند مواد پروتئینی یک پلی آمید است و پلیمر شدن یک آمین دو ظرفیتی به نام هگزا متیلن دی آمین به فرمول NH2 ─ (CH2)6 ─ NH2 با یک اسید دو ظرفیتی به نام اسید آدیپیک HOOC ─ (CH2)4 ─ COOH بوجود می‌آید. در این عمل ، عامل OH_ اسید از دو طرف با هیدروژن گروه آمین NH2_ تشکیل آب داده و خارج می‌شوند و باقیمانده‌های مولکولهای آنها با هم ، زنجیر پلیمر را بوجود می‌آورند. به شکل زیر:


... + NH2 ─ (CH2)4 ─ NH2 ─ HOOC ─ (CH2 ─ COOH + ...

نایلون:


nH2O + (─ NH ─ (CH2)6 ─ N(H) ─ CO ─ (CH2)4 ─ CO ─)n

پلیمریزاسیون اشتراکی (کوپلیمریزاسیون) کوپلیمریزاسیون عبارتست از پلیمریزاسیون دو یا چند نوع مونومر و ایجاد مولکولهایی با بیش از یک نوع واحد ساختمانی ، که آنها را کوپلیمر می‌نامند. فرمول عمومی کوپلیمر را می‌توان به صورت...A)n(B)m(C)p) نشان داد که C,B,A و غیره نشان دهنده واحدهای ساختمانی مختلف می‌باشند. اگر در عمل پلیمریزاسیون ، 2 مونومر مختلف با هم بطور مشترک پلیمر شوند و یک پلیمر را بوجود آورند، آن را کوپلیمر می‌نامند. مثلا یک نوع لاستیک وجود دارد، به نام بونا _ S که از پلیمریزاسیون دو جسم مختلف یکی به نام 3 , 1- بوتا دی‌ان CH2 ═ CH ─ CH ═ CH2 و دیگری به نام وینیل بنزن (استیرن) C6H5 CH ═ CH2 بوجود می‌آید که قسمتی از فرمول ساختمانی آن به شکل زیر است:


--CH2 ─ CH ═ CH ─ CH2 ─ CH(C6H5) ─ CH2


هموپلیمرها (homopolymers)
ساده ترین انواع پلیمرها ، هموپلیمرها هستند که از زنجیره های پلیمری متشکل از واحدهای تکراری منفرد تشکیل شده‌اند. بدین معنی که اگر A یک واحد تکراری باشد، یک زنجیره هموپلیمری ، ترتیبی به صورت… AAAدر زنجیره مولکولی پلیمر خواهد داشت. به عبارت دیگر می توان برای هموپلیمرها فرمول عمومی An را در نظر گرفت. از جمله هموپلیمرها می توان پلیمرهایی مثل پلی‌اتیلن ، پلی‌پروپیلن ، پلی‌استایرن و پلی‌وینیل‌کلراید یا PVC را نام برد.



کوپلیمرها (Coplymers)
کوپلیمرها، پلیمرهایی هستند که از پلیمریزاسیون دو یا چند مونومر مختلف و مناسب با یکدیگر بوجود می‌آیند که از این راه می توان پلیمر را با ساختمانهای متفاوتی بوجود آورد. در کوپلیمریزاسیون دو مونومر B,A ، زنجیرهای پلیمر می‌توانند مونومر A یا مونومر B را در انتهای رشد کننده خود داشته باشند. در نتیجه ، چهار واکنش امکان پذیر است، واکنش زنجیر دارای انتهای A با مونومر A یا B و واکنش زنجیر دارای انتهای B با مونومر A یا B هر یک از واکنش ها ثابت سرعت مشخصی دارند. از روی نسبت داده شده مولکولهای مونومر می‌توان نسبت واحدهای مونومرهای بکار رفته در یک پلیمر را بدست آورد.
نسبت واکنش پذیری
مقدار نسبت های واکنش پذیری در تعیین ترکیب کوپلیمر دارای اهمیت زیادی است. اگر نسبت واکنش پذیری از 1 بزرگتر باشد، رادیکال ترجیحا با زنجیری که دارای واحد انتهایی مشابه با آن است، واکنش می‌دهد (یعنی رادیکال A با رادیکال A). ولی اگر نسبت واکنش پذیری کوچکتر از 1 باشد، مونومر با زنجیرهایی که در انتها دارای نوع دیگری مونومر هستند واکنش می‌دهد. در موارد خاص که نسبت واکنش پذیری برابر 1 باشد، واکنش به عنوان "کوپلیمریزاسیون ایده آل" شناخته می‌شود، چون کوپلیمر به صورت کاملا تصادفی تشکیل شده و ترکیب آن هماننتد ترکیب مخلوط واکنشی است که پلیمریزاسیون در آن انجام می‌شود. هنگامی که به دو نسبت واکنش پذیری ، صفر باشد، مونومرها به هیچ وجه با زنجیرهای پلیمر در حال رشد که دارای واحد انتهایی مشابه آنها باشد، وارد واکنش نمی‌شوند. در نتیجه "کوپلیمریزاسیون متناوب" انجام می‌گیرد.
خواص کوپلیمرها
اگر مونومرهای B و A با هم واکنش بدهند و یک کوپلیمر را بوجود بیاورند این کوپلیمر اغلب خواص کاملا متفاوتی نسبت به مخلوط فیزیکی دو هموپلیمر جداگانه B و A خواهد داشت. خواص یک کوپلیمر به روشنی بستگی به نحوه توزیع واحدهای B و A در زنجیرهای کوپلیمر دارد. توزیع مونومرها نباید الزاما برابر نسبت غلظت مونومرهای B,A موجود مخلوط اولیه باشد. بطور کلی در یک کوپلیمر متشکل از مونومر B و A ، در صورتیکه مونومر A فعالتر باشد کوپلیمری که در مراحل اولیه تشکیل می شود از A نسبت به B غنی‌تر خواهد بود ولی در مراحل بعدی واکنش از آنجا که غلظت مونومر A کم می‌شود کوپلیمر تشکیل شده بیشتر شامل B خواهد بود. این مسئله که ترکیب کوپلیمر در ضمن پلیمریزاسیون تغییر پیدا می‌کند را می‌توان با افزایش تدریجی مونومر فعالتر تا حدودی کاهش داد. از مزیت های کوپلیمریزاسیون این است که کیفیتهای خوب و دلخواهی که هر یک از هموپلیمرها دارند می توانند با هم در یک کوپلیمر جمع شده و خواص مورد دلخواه را به یک کوپلیمر بدهند.
انواع کوپلیمریزاسیون
کوپلیمرها انواع مختلفی دارند و لیکن می توان آنها را به چهار نوع مجزا از کوپلیمرها به صورت تصادفی ، تناوبی ، دسته ای و پیوندی دسته بندی نمود.
کوپلیمرهای تصادفی یابی نظم (Random Copolymers)
این کوپلیمرها بوسیله پلیمریزاسیون مخلوط مناسبی از مونومرهای مختلف که به طور تصادفی در زنجیره های پلیمر مرتب شده اند، تهیه می‌شوند. اگر B و A مونومرهای یک کوپلیمر باشند، در اینصورت آرایش کوپلیمر ممکن است به صورت زیر باشد: ...AABABBBAA
مثالهایی از این نوع ، کوپلیمرهای کلرواتن- اتنیل- اتانوات (وینیل کلراید- وینیل استات) و فنیل اتن- بوتا 1و3 - دین می‌باشند. در مورد کوپلیمر کلرواتن – اتنیل اتانوات حضور اتینل اتانوال باعث افزایش حلالیت و بهبود خاصیت قابلگیری (توسط افزایش میزان جاری شدن) در مقایسه با هموپلیمر کلرواتن می‌شود.
کوپلیمرهای متناوب (alternating copolymers)
در این کوپلیمرها ، واحدهای تکراری مختلف بصورت متناوب درون زنجیر پلیمری قرار گرفته اند. در واقع هنگامی که نسبت واکنش پذیری دومونومر B و A صفر باشد، مونومرها به هیچ وجه با زنجیرهای پلیمر در حال رشد که دارای واحد انتهایی مشابه با آنها باشد، وارد واکنش نمی‌شوند. در نتیجه "کوپلیمریزاسیون متناوب" انجام می گیرد. آرایش یک کوپلیمر متناوب متشکل از مونومرهای B,A به صورت زیر می باشد: ...ABABAB
مثالی از این کوپلیمرها ، محصولی است که از کوپلیمریزاسیون رادیکالی بوتن دیوئیک انیدرید (مالئیک ایندرید) و فنیل اتن با نسبت های مولی تقریبا مساوی بدست می آید. بوتن دیوئیک انیدرید همچنین می‌تواند بصورت رادیکال آزاد با فنیل اتین (فنیل استیلن) کوپلیمر شود.


کوپلیمرهای دسته‌ای (Block Polymers)
این کوپلیمرها بوسیله پلیمریزاسیون واحدهای هموپلیمر با جرم مولکولی کم بصورت دسته- دسته که با یکدیگر واکنش داده و کوپلیمر را تشکیل می دهند، تهیه می‌شوند. آرایش یک کوپلیمر دسته‌ای متشکل از مونومرهای B و A عبارتست از AAAA-BBB-AAAA….
کوپلیمرهای دسته ای را می‌توان با روشهای مختلفی تهیه کرد. یکی از این روشها با مکانیسم آنیونی انجام می‌شود که در مرحله اول یک نوع از مونومرها بصورت آنیونی پلیمر می‌شوند و واکنش تا آنجا ادامه پیدا می کند که مونومرها به مصرف برسند پس به پلیمر زنده بدست آمده مونومر دیگر اضافه می‌شود که این مونومر نیز به زنجیر اضافه می‌گردد و قسمت دوم زنجیر را بوجود می‌آورد و این فرآیند را می‌توان در صورت لزوم به همیتن ترتیب تکرار کرد. کوپلیمرهای دسته‌ای که از نظر تجارتی دارای اهمیت هستند شامل کوپلیمرهای قسمتی فنیل اتن- بوتا- 1و3- دین می‌باشند که از جمله لاستیک های گرمانرم بشمار می‌روند.
کوپلیمرهای پیوندی (Graft Copolymers)
در این کوپلیمرها ، یک شاخه اصلی هموپلیمر با تعدادی شاخه جانبی وجود دارد که هر شاخه جانبی ، هموپلیمر مونومر دیگری می باشد که روی شاخه اصلی پیوند زده شده است. آرایش یک کوپلیمر پیوندی شامل مونومرهای A بعنوان شاخه اصلی و مونومرهای B بعنوان شاخه فرعی بصورت زیر می‌باشد:
AAAAAA

B B

B B

کوپلیمرهای پیوندی را می‌توان با آغاز کردن پلیمریزاسیون مونومری مانند B بصورت رادیکال آزاد در حضور هموپلیمری از مونومر A تهیه کرد. رادیکالهای آزادی که بوجود می آیند باعث برداشته شدنم اتمهایی در امتداد زنجیر پلی (A) می‌شوند. و به این طریق محلهای رادیکالی را بر روی زنجیر بوجود می‌آورند که پس از این محل‌ها پلی (B) می‌تواند رشد پیدا کند. نمونه ای از یک کوپلیمر مهم صنعتی ، کوپلیمری است که از حدود 85 درصد کلرید پلی وینیل و 15 درصد استات پلی وینیل تشکیل شده است و به عنوان ماده پایه در اکثر ثباتهای وینیلی بکار می‌رود. از دیگر کوپلیمرهای پیوندی که از اهمیت صنعتی برخوردارند می‌توان پروپن نیتریل بوتا- 1و3 – دین و فنیل اتن را نام برد.

[ghasem motamedi]

پلیمر

تصور جهان پیشرفته کنونی بدون وجود مواد پلیمری مشکل می‌باشد. امروزه این مواد جزیی از زندگی ما شده‌اند و در ساخت اشیای مختلف ، از وسایل زندگی و مورد مصرف عمومی تا ابزار دقیق و پیچیده پزشکی و علمی بکار می‌روند. کلمه پلیمراز کلمه یونانی (Poly) به معنی چند و (Meros) به معنای واحد با قسمت بوجود آمده است. در این میان ساختمان پلیمرها با مولکولهای بسیار دراز زنجیر گونه با ساختمان فلزات کامل متفاوت است. این مولکولهای بلند از اتصال و بهم پیوستن هزاران واحد کوچک مولکولی مرسوم به منومر تشکیل شده‌اند. مواد طبیعی مانند ابریشم ، لاک ، قیر طبیعی ، کشانها و سلولز ناخن دارای چنین ساختمان مولکولی هستند.

البته تا اوایل قرن نوزدهم میلادی توجه زیادی به مواد پلیمری نشده بود بومیان آمریکای مرکزی از برخی درختان شیرابه‌هایی استخراج می‌کردند که شیرابه بعدها نام لاتکس به خود گرفت. در سال 1829 ، دانشمندان متوجه شدند که در اثر مخلوط کردن لاتکس طبیعی با سولفور و حرارت دادن آن ماده‌ای قابل ذوب ایجاد می‌شود که می‌توان از آن محصولات مختلفی نظیر چرخ ارابه یا توپ تهیه کرد. در سال 1909 میلادی فنل فرمالدئید موسوم به باکلیت ساخته شد که در تهیه قطعات الکتریکی ، کلیدها ، پریزها و وسایل مصرف زیادی دارد. (http://www.irche.com/food.asp)

در اثنای جنگ جهانی دوم موادی مثل نایلون پلی اتیلن ، اکریلیک موسوم به پرسپکس به دنیا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال 1932 ابداع و به شکل تجارتی ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.

شاخه‌های پلیمر
اولین قدم در زمینه صنعت پلاستیک توسط فردی به نام واسپاهیات انجام گرفت وی در تلاش بود ماده‌ای را به جای عاج فیل تهیه کند. وی توانست فرآیند تولید نیترات سلولز را زا سلولز ارائه کند. در دهه 1970 پلیمرهای‌هادی به بازار عرضه شدند که کاربرد بسیاری در صنعت رایانه دارند زیرا مدارها و ICهای رایانه‌ها از این مواد تهیه می‌شوند. و در سالهای اخیر مواد هوشمند پلیمری جایگاه تازه‌ای برای خود سنسورها پیدا کردند. پلیمرها را می‌توان از 7 دیدگاه مختلف طبقه بندی نمود. صنایع ، منبع ، عبور نور ، واکنش حرارتی ، واکنش‌های پلیمریزاسیون ، ساختمان مولکولی و ساختمان کریستالی. (http://www.irche.com/food.asp)

از نظر صنایع مادر پلیمرها به چهار گروه صنایع لاستیک ، پلاستیک ، الیاف پوششی و چسب (http://www.irche.com/article/adhesive_industry.asp) تقسیم بندی می‌شوند. اینها صنایع مادر در پلیمرها می‌باشند اما صنایع وابسته به پلیمر هم فراوان هستند مانند صنعت پزشکی در اعضای مصنوعی ، دندان مصنوعی ، پرکننده‌ها ، اورتوپدی از پلیمرها به وفور استفاده می‌شود. پلیمرها از لحاظ منبع به سه گروه اصلی تقسیم بندی می‌شوند که عبارتند از پلیمرهای طبیعی ، طبیعی اصلاح شده و مصنوعی.

رزین
منابع طبیعی رزینها ، حیوانات ، گیاهان و مواد معدنی می‌باشد. این پلیمرها به سادگی شکل پذیر بوده لیکن دوام کمی دارند. رایج عبارتند از روزین ، آسفالت ، تار ، کمربا ، سندروس ، لیگنپین ، لاک شیشه‌ای می‌باشند. رزین‌های طبیعی اصلاح شده شامل سلولز و پروتئین می‌باشد سلولز قسمت اصلی گیاهان بوده و به عنوان ماده اولیه قابل دسترسی برای تولید پلاستیکها می‌باشد کازئین ساخته شده از شیر سرشیر گرفته ، تنها پلاستیک مشتق شده از پروتئین است که در عرصه تجارت نسبتا موفق است. (http://www.irche.com/food.asp)

پلیمر مصنوعی
پلیمرهای مصنوعی را می‌توان از طریق واکنشهای پلیمریزاسیون بدست آورد. از مواد پلیمری می‌توان در تهیه پلاستیکها ، چسبها ، رنگها ، ظروف عایق ، مواد پزشکی بهره جست. پلاستیکها به تولید طرحهای جدید در اتومبیلها ، کامیونها ، اتوبوسها ، وسایل نقلیه سریع ، هاورکرافت ، قایقها ، ترنها ، آلات موسیقی ، وسایل خانه ، یراق آلات ساختمانی و سایر کاربردها کمک نموده‌اند در ادمه به بررسی کاربرد چندین پلیمر می‌پردازیم: (http://www.irche.com/Polymer.asp)

پلیمرهای بلوری مایع (LCP)
این پلیمرها بتازگی در بین مواد پلاستیکی ظهور کرده است. این مواد از استحکام ابعادی بسیار خوب ، مقاومت بالا ، مقاومت در مقابل مواد شیمیایی توام با خاصیت سهولت شکل پذیری برخوردار هستند. از این پلیمرها می‌توان به پلی اتیلن با چگالی کم قابل مصرف در ساخت عایق الکتریکی ، وسایل خانگی ، لوله و بطریهای یکبار مصرف ، پلی اتیلن با چگالی بالا قابل مصرف در ظروف زباله‌ها بطری ، انواع مخازن و لوله برای نگهداری و انتقال سیالات ، پلی اتیلن شبکهای ، پلی پروپیلن قابل مصرف در ساخت صندوق ، قطعات کوچک خودرو ، اجزای سواری ، اسکلت صندلی ، اتاقک تلویزیون و... اشاره نمود.

پلیمرهای زیست تخریب پذیر
این پلیمرها در طی سه دهه اخیر در تحقیقات بنیادی و صنایع شیمیایی و دارویی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. زیست تخریب پذیری به معنای تجزیه شدن پلیمر در دمای بالا طی دوره مشخص می‌باشد که بیشتر پلی استرهای آلیفاتیک استفاده می‌شود. از این پلیمرها در سیستم‌های آزاد سازی دارویی با رهایش کنترل شده یا در اتصالات ، مانند نخ‌های جراحی و ترمیم شکستگی استخوانها و کپسولهای کاشتی استفاده می‌شود. (http://www.irche.com/Polymer.asp)

پلی استایرن
این پلیمر به صورت گسترده‌ای در ساخت پلاتیکها و رزینهایی مانند عایقها و قایقهای فایبر گلاس در تولید لاستیک ، مواد حد واسط رزینهای تعویض یونی و در تولید کوپلیمرهایی مانند ABS و SBR کاربرد دارد. محصولات تولیدی از استایرن در بسته بندی ، عایق الکتریکی - حرارتی ، لوله‌ها ، قطعات اتومبیل ، فنجان و دیگر موادی که در ارتباط با مواد غذایی می‌باشند ، استفاده می‌شود.

لاستیکهای سیلیکون
مخلوط بسیار کانی- آلی هستند که از پلیمریزاسیون انواع سیلابها و سیلوکسانها بدست می‌آیند. با اینکه گرانند ولی مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از این لاستیکها در مصارف بالا منجر شده است. این ترکیبات اشتغال پذیری نسبتا پایین ، گرانروی کم در درصد بالای رزین ، عدم سمیت ، خواص بالای دی الکتریک ، حل ناپذیری در آب و الکلها و ... دارند به دلیل همین خواص ترکیبات سیلیکون به عنوان سیال هیدرولیک و انتقال گرما ، روان کننده و گریس، دزدگیر برای مصارف برقی ، رزینهای لایه کاری و پوشش و لعاب مقاوم در دمای بالا و الکلها و مواد صیقل کاری قابل استفاده‌اند. بیشترین مصرف اینها در صنایع هوا فضاست. (http://www.irche.com/cellulose.asp)

لاستیک اورتان
این پلیمرها از واکنش برخی پلی گلیکولها با دی ایزوسیاناتهای آلی بدست می‌آیند. مصرف اصلی این نوع پلیمرها تولید اسفنج انعطاف پذیر و الیاف کشسان است. در ساخت مبلمان ، تشک ، عایق - نوسانگیر و ... بکار می‌روند. ظهور نخ کشسان اسپندکس از جنش پلی یوره تان به دلیل توان بالای نگهداری این نوع نخ زمینه پوشاک ساپورت را دگرگون کرده است. (http://www.irche.com/cellulose.asp)
http://iran-eng.com/images/statusicon/user_offline.gif

[ghasem motamedi]

دنیای پلیمر



تصور جهان پیشرفته کنونی بدون وجود مواد پلیمری مشکل می‌باشد. امروزه این مواد جزیی از زندگی ما شده‌اند و در ساخت اشیای مختلف ، از وسایل زندگی و مورد مصرف عمومی تا ابزار دقیق و پیچیده پزشکی و علمی بکار می‌روند. کلمه پلیمراز کلمه یونانی (Poly) به معنی چند و (Meros) به معنای واحد با قسمت بوجود آمده است. در این میان ساختمان پلیمرها با مولکولهای بسیار دراز زنجیر گونه با ساختمان فلزات کامل متفاوت است. این مولکولهای بلند از اتصال و بهم پیوستن هزاران واحد کوچک مولکولی مرسوم به منومر تشکیل شده‌اند. مواد طبیعی مانند ابریشم ، لاک ، قیر طبیعی ، کشانها و سلولز ناخن دارای چنین ساختمان مولکولی هستند.

البته تا اوایل قرن نوزدهم میلادی توجه زیادی به مواد پلیمری نشده بود بومیان آمریکای مرکزی از برخی درختان شیرابه‌هایی استخراج می‌کردند که شیرابه بعدها نام لاتکس به خود گرفت. در سال 1829 ، دانشمندان متوجه شدند که در اثر مخلوط کردن لاتکس طبیعی با سولفور و حرارت دادن آن ماده‌ای قابل ذوب ایجاد می‌شود که می‌توان از آن محصولات مختلفی نظیر چرخ ارابه یا توپ تهیه کرد. در سال 1909 میلادی فنل فرمالدئید موسوم به باکلیت ساخته شد که در تهیه قطعات الکتریکی ، کلیدها ، پریزها و وسایل مصرف زیادی دارد. (http://www.irche.com/food.asp)

در اثنای جنگ جهانی دوم موادی مثل نایلون پلی اتیلن ، اکریلیک موسوم به پرسپکس به دنیا عرضه شد. نئوپرن را شرکت دوپان در سال 1932 ابداع و به شکل تجارتی ابتدا با نام دوپرن و بعدها نئوپرن عرضه کرد.

شاخه‌های پلیمر
اولین قدم در زمینه صنعت پلاستیک توسط فردی به نام واسپاهیات انجام گرفت وی در تلاش بود ماده‌ای را به جای عاج فیل تهیه کند. وی توانست فرآیند تولید نیترات سلولز را زا سلولز ارائه کند. در دهه 1970 پلیمرهای‌هادی به بازار عرضه شدند که کاربرد بسیاری در صنعت رایانه دارند زیرا مدارها و ICهای رایانه‌ها از این مواد تهیه می‌شوند. و در سالهای اخیر مواد هوشمند پلیمری جایگاه تازه‌ای برای خود سنسورها پیدا کردند. پلیمرها را می‌توان از 7 دیدگاه مختلف طبقه بندی نمود. صنایع ، منبع ، عبور نور ، واکنش حرارتی ، واکنش‌های پلیمریزاسیون ، ساختمان مولکولی و ساختمان کریستالی. (http://www.irche.com/food.asp)

از نظر صنایع مادر پلیمرها به چهار گروه صنایع لاستیک ، پلاستیک ، الیاف پوششی و چسب (http://www.irche.com/article/adhesive_industry.asp) تقسیم بندی می‌شوند. اینها صنایع مادر در پلیمرها می‌باشند اما صنایع وابسته به پلیمر هم فراوان هستند مانند صنعت پزشکی در اعضای مصنوعی ، دندان مصنوعی ، پرکننده‌ها ، اورتوپدی از پلیمرها به وفور استفاده می‌شود. پلیمرها از لحاظ منبع به سه گروه اصلی تقسیم بندی می‌شوند که عبارتند از پلیمرهای طبیعی ، طبیعی اصلاح شده و مصنوعی.

رزین
منابع طبیعی رزینها ، حیوانات ، گیاهان و مواد معدنی می‌باشد. این پلیمرها به سادگی شکل پذیر بوده لیکن دوام کمی دارند. رایج عبارتند از روزین ، آسفالت ، تار ، کمربا ، سندروس ، لیگنپین ، لاک شیشه‌ای می‌باشند. رزین‌های طبیعی اصلاح شده شامل سلولز و پروتئین می‌باشد سلولز قسمت اصلی گیاهان بوده و به عنوان ماده اولیه قابل دسترسی برای تولید پلاستیکها می‌باشد کازئین ساخته شده از شیر سرشیر گرفته ، تنها پلاستیک مشتق شده از پروتئین است که در عرصه تجارت نسبتا موفق است. (http://www.irche.com/food.asp)

پلیمر مصنوعی
پلیمرهای مصنوعی را می‌توان از طریق واکنشهای پلیمریزاسیون بدست آورد. از مواد پلیمری می‌توان در تهیه پلاستیکها ، چسبها ، رنگها ، ظروف عایق ، مواد پزشکی بهره جست. پلاستیکها به تولید طرحهای جدید در اتومبیلها ، کامیونها ، اتوبوسها ، وسایل نقلیه سریع ، هاورکرافت ، قایقها ، ترنها ، آلات موسیقی ، وسایل خانه ، یراق آلات ساختمانی و سایر کاربردها کمک نموده‌اند در ادمه به بررسی کاربرد چندین پلیمر می‌پردازیم: (http://www.irche.com/Polymer.asp)

پلیمرهای بلوری مایع (LCP)
این پلیمرها بتازگی در بین مواد پلاستیکی ظهور کرده است. این مواد از استحکام ابعادی بسیار خوب ، مقاومت بالا ، مقاومت در مقابل مواد شیمیایی توام با خاصیت سهولت شکل پذیری برخوردار هستند. از این پلیمرها می‌توان به پلی اتیلن با چگالی کم قابل مصرف در ساخت عایق الکتریکی ، وسایل خانگی ، لوله و بطریهای یکبار مصرف ، پلی اتیلن با چگالی بالا قابل مصرف در ظروف زباله‌ها بطری ، انواع مخازن و لوله برای نگهداری و انتقال سیالات ، پلی اتیلن شبکهای ، پلی پروپیلن قابل مصرف در ساخت صندوق ، قطعات کوچک خودرو ، اجزای سواری ، اسکلت صندلی ، اتاقک تلویزیون و... اشاره نمود.

پلیمرهای زیست تخریب پذیر
این پلیمرها در طی سه دهه اخیر در تحقیقات بنیادی و صنایع شیمیایی و دارویی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. زیست تخریب پذیری به معنای تجزیه شدن پلیمر در دمای بالا طی دوره مشخص می‌باشد که بیشتر پلی استرهای آلیفاتیک استفاده می‌شود. از این پلیمرها در سیستم‌های آزاد سازی دارویی با رهایش کنترل شده یا در اتصالات ، مانند نخ‌های جراحی و ترمیم شکستگی استخوانها و کپسولهای کاشتی استفاده می‌شود. (http://www.irche.com/Polymer.asp)
پلی استایرن
این پلیمر به صورت گسترده‌ای در ساخت پلاتیکها و رزینهایی مانند عایقها و قایقهای فایبر گلاس در تولید لاستیک ، مواد حد واسط رزینهای تعویض یونی و در تولید کوپلیمرهایی مانند ABS و SBR کاربرد دارد. محصولات تولیدی از استایرن در بسته بندی ، عایق الکتریکی - حرارتی ، لوله‌ها ، قطعات اتومبیل ، فنجان و دیگر موادی که در ارتباط با مواد غذایی می‌باشند ، استفاده می‌شود.

لاستیکهای سیلیکون
مخلوط بسیار کانی- آلی هستند که از پلیمریزاسیون انواع سیلابها و سیلوکسانها بدست می‌آیند. با اینکه گرانند ولی مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از این لاستیکها در مصارف بالا منجر شده است. این ترکیبات اشتغال پذیری نسبتا پایین ، گرانروی کم در درصد بالای رزین ، عدم سمیت ، خواص بالای دی الکتریک ، حل ناپذیری در آب و الکلها و ... دارند به دلیل همین خواص ترکیبات سیلیکون به عنوان سیال هیدرولیک و انتقال گرما ، روان کننده و گریس، دزدگیر برای مصارف برقی ، رزینهای لایه کاری و پوشش و لعاب مقاوم در دمای بالا و الکلها و مواد صیقل کاری قابل استفاده‌اند. بیشترین مصرف اینها در صنایع هوا فضاست. (http://www.irche.com/cellulose.asp)

[ghasem motamedi]

شیمی پلیمر
تعریف پلیمر
پلیمر یک جسم با وزن مولکولی بالاست که ساختمانش از تعداد زیادی از واحدهای کوچک و از نظر ساختمانی مشابه،تشکیل شده است.به این واحد های کوچکتر که اصطلاحا بلوکهای ساختمانی پلیمر خوانده میشوند منومر یا واحد های تکرار شونده میگویند.polymerازpolysکه کلمه یونانی به معنی زیاد وmerosبه معنی قسمت یا واحد است گرفته شده و معنی چند واحدی یا چند قسمتی را میدهد.(در فارسی به پلیمر بسپار نیز گویند که در حقیقت ترجمه همان polyبه معنی بسی وبس وmerبه معنی پاره یا پار است).
فرایندی که در طی آن پلیمرها تشکیل می شوند پلیمریزاسیون نامیده میشود.در صورتی که پلیمر از یک نوع منومر تشکیل شده باشد آن را هموپلیمر وفرایند را هموپلیمریزاسیون اگر از دو نوع منومر تشکیل شده باشد کوپلیمر وفرایند را کوپلیمریزاسیون و در صورتی که از سه نوع منومر تشکیل شده باشد تر پلیمر و فرایند را ترپلیمریزاسیون مینامند.مدلهایی که برای نمایش ساختمان یا اصطلاحا ارشیتکت مولکولی پلیمرها فرض میشوند در عمل به صورت زنجیرهایی هستند که میتوانند به شکلهای خطی وانشعابی(شاخه ای) و یا شبکه ای وجود داشته باشند.
همانطور که اشاره شد هر یک از بلوکهای ساختمانی تشکیل دهنده زنجیره پلیمر این امکان را داراست که طی یک فرایند شیمیایی با دو یا تعداد بیشتری از منومر ها ترکیب گردیده و زنجیر طولانی پلیمر را تشکیل دهد.
تعریف پلیمر
پلیمر یک جسم با وزن مولکولی بالاست که ساختمانش از تعداد زیادی از واحدهای کوچک و از نظر ساختمانی مشابه،تشکیل شده است.به این واحد های کوچکتر که اصطلاحا بلوکهای ساختمانی پلیمر خوانده میشوند منومر یا واحد های تکرار شونده میگویند.polymerازpolysکه کلمه یونانی به معنی زیاد وmerosبه معنی قسمت یا واحد است گرفته شده و معنی چند واحدی یا چند قسمتی را میدهد.(در فارسی به پلیمر بسپار نیز گویند که در حقیقت ترجمه همان polyبه معنی بسی وبس وmerبه معنی پاره یا پار است).
فرایندی که در طی آن پلیمرها تشکیل می شوند پلیمریزاسیون نامیده میشود.در صورتی که پلیمر از یک نوع منومر تشکیل شده باشد آن را هموپلیمر وفرایند را هموپلیمریزاسیون اگر از دو نوع منومر تشکیل شده باشد کوپلیمر وفرایند را کوپلیمریزاسیون و در صورتی که از سه نوع منومر تشکیل شده باشد تر پلیمر و فرایند را ترپلیمریزاسیون مینامند.مدلهایی که برای نمایش ساختمان یا اصطلاحا ارشیتکت مولکولی پلیمرها فرض میشوند در عمل به صورت زنجیرهایی هستند که میتوانند به شکلهای خطی وانشعابی(شاخه ای) و یا شبکه ای وجود داشته باشند.
همانطور که اشاره شد هر یک از بلوکهای ساختمانی تشکیل دهنده زنجیره پلیمر این امکان را داراست که طی یک فرایند شیمیایی با دو یا تعداد بیشتری از منومر ها ترکیب گردیده و زنجیر طولانی پلیمر را تشکیل دهد.

[ghasem motamedi]

کامپوزیتها
1- مقدمه
كامپوزيتها مواد مركبي هستند كه از استخراج يك ماده به عنوان زمينه و ماده ديگري به عنوان تقويت كننده به وجود مي آيند با اين هدف كه ساختار منتجه در كل خواص مطلوب تري نسبت به مواد پايه دارا باشد . كامپوزيتها را بر حسب نوع زمينه به كامپوزيتهاي زمينه پلي مري , زمينه فلزي , زمينه سراميكي و زمينه كربني طبقه بندي مي كنند . استفاده از كامپوزيتهاي پيشرفته كه متشكل از تقويت كننده هاي اليافي پيوسته پر استحكام , پر مدول با دانسيته كم در زمينه هاي پلي مري مي باشد در ساخت سازه هاي حساس از حدود سي سال پيش آغاز شده است . كامپوزيتهاي مدرن پيشرفته يا مواد جديد از آنها نام برده مي شود . زمينه هاي پلي مري بر حسب نوع رفتارشان در برابر حوادث به پلي مرهاي گرما سخت ( ترموست ) , گرما نرم ( ترمو پلاست ) و لاستيك ها تقسيم بندي شده به طوري كه عمده كاربردهاي سازه اي با استفاده از زمينه پلي مري گرما سخت مي باشد و همچنين تقويت كننده ها بر اساس شكلشان به انواع ذره اي , اليافي و صفحه اي تفكيك مي شوند كه نوع الياف به دليل اينكه مي تواند خواص مناسب در جهات به خصوص فراهم سازد بيشتر از بقيه مورد توجه مي باشد
کامپوزیتها-2 . عمده وظايفي كه به عهده يك زمينه مي باشد و انتظاراتي كه از آن مي رود شامل نگه داري الياف در ساختار , كمك به توزيع يا انتقال نيروها , محافظت رشته ها هم در ساختار و هم قبل و بعد از ساخت , كنترل خواص شيميايي و الكتريكي كامپوزيت , اتصال محكم با الياف و خيس كنندگي خوب , ضريب انبساط حرارتي كم , ضريب انقباض كم در حين پخت , مينيمم بودن جذب رطوبت , استحكام مدول و انعطاف پذيري معقول , مقاومت شيميايي خوب , پايداري ابعاد و استحكام مناسب در دماي داده شده داشته و فرآيند نهايي آن به شكل كامپوزيتي آسان باشد . عمده زمينه مرسوم گرما سخت براي كامپوزيت هاي سازه اي شامل پلي استرو , وينيل استر , اپوكسي ها , بيسمال , ايميدها ( BMI ) , سيانات استر و فنوليك تريازين مي باشد .
کامپوزیتها-2 -1 كامپوزيت در بيو متريال

Composite bio material

اگر چه استفاده از مواد فلزي پر مدول براي نگهداري و محكم ساختن استخوان هاي داخلي موفقيت آميز بوده است زمينه براي توسعه مواد پليمري غير جاذب در اين خصوص وجود دارد . يك گروه از كامپوزيت ها كه تا كنون بررسي شده است كامپوزيت هاي بر پايه پلي استر ها يا پلي ارتو استرهاي تقويت شده با الياف آلي يا كلسيم يا كلسيم / سديم مي باشد . به عنوان مثال Poly – L - Lactide تقويت شده با الياف پلي گليلوليد افزايش زيادي در استحكام و صلبيت نشان مي دهد . مثال ديگر كامپوزيت پلي لاكتيك تقويت شده با الياف غير آلي كلسيم فسفات مي باشد . لازم به ذكر است استفاده از اين مواد هنوز در مرحله توسعه مي باشد
کامپوزیتها-2
2-1-1 ترميم استخوان شكسته

استخوان از آنجا كه خواصش تابع جهات مي باشد يك ماده آن ايزوتروپيك به شمار مي رود . استخوان كلا در كشش و برش بويژه در امتداد صفحه طولي ضعيف است . تحت بارگذاري اضافي يا ضربه استخوان مي شكند , بسته به اندازه ترك , جهت , مرفولوژي و محل ترك انواع شكست را در استخوان خواهيم داشت .
شكست هاي استخوان به طرق گوناگوني تحت عمل و مداوا قرار مي كيرند كه اين روش ها را مي توان به دو نوع فيكسالسيون ( تثبيت ) داخلي و خارجي دسته بندي نمود .
در فيكسالسيون خارجي به واز كرذن محل شكست نيازي نيست در صورتيكه در فيكسالسيون داخلي به اين عمل نياز
مي باشد .
کامپوزیتها-5 در فيكسالسيون خارجي قطعات استخوان به كمك وسايل گونگون نظير نوارها و قالبها يا بريسها و ساير سيستمهاي تثبيت كننده خارجي در كنار هم نگه داشت .
مواد قالبي يا بانداژهاي پلاستري در ساخت نوارها , قالب ها يا بريس ها مورد استفاده قرار مي گيرند .
مواد قالبي خود يك ماده كامپوزيتي مي باشند كه از پارچه هاي كتاني بافته ( گاز بافته ) و پلاستر پاريس ( نوعي گچ مخصوص از سولفات كلسيم ) تشكيل مي گردند .
يك ماده قالبي ايذه آل بايستي به آساني به كار برده شود , وزن كمي داشته باشد و براحتي به شكل آناتوميك عضو شكسته در آيد قوي سخت ضد آب راديو لوست با توانايي ( عبور دهي انرژي تابشي ) باشند و نهايتا به آساني قابل كندن از عضو شكسته مورد نظر باشد و مي بايست قابليت هوادهي داشته باشد تا از تاول زدگي و ضعيف شدن پوست بيمار جلوگيري نمايد .
براي اطمينان از فيكساسيون پايدار فيكساتورهاي خارجي با صلبيت و استحكام بالايي طراحي مي گردند . طرح هاي معمولي از جنس ضد زنگ مي باشند كه سنگينتر هستند و سبب ناراحتي بيمار كه آنرا براي چند ماه تحمل مي كند
کامپوزیتها-6 در اينمورد فيكساتورهاي خارجي از جنس كامپوزيت و اپركسي / الياف كربن به خاطر سبكي استحكام كافي اشان بسيار مناسب تر مي باشند . علاوه بر اين ارزيابي يك پارچگي استخوان بوسيله راديو گرافي در اين حالت نيز آسان
مي باشد .چون كامپوزيت هاي پلي مري بخوبي تشعشعات را از خود عبور مي دهند .
امروزه محققان به منظور استخوان سازي بهتر پيچهاي كامپوزيتي از جنس كربن / C4 و CF/PEEK نيز توليد
نموده اند .
به اين ترتيب با بكارگيري پليت ها و پيچهاي كامپوزيتي پلي مري , مشكل خوردگي كه در پيچ و پليت هاي فلزي ديده ميشود ديگر وجود نخواهد داشت .
کامپوزیتها-7
2-1-2 درمان ضايعات ستون فقرات به كمك پروتزها

ستون فقرات در بدن دو نقش مجزا ايفا مي كند يكي اينكه مي بايست به عنوان يك محور مركزي قوي و متحرك كه ساير اندام هاي اسكلتي به آن متكي و متصل هستند . عمل كنند و ديگر اينكه اين ستون مي بايست از نخاع و ريشه هاي ظريف اعصاب كه مغز را به اندام هاي محيطي مرتبط مي سازد محافظت نمايد . مهره ها بوسيله ديسك هاي بين مهره اي از هم جدا مي شوند و بوسيله كپسول هاي مفصلي و ليگامنت ها به يكديگر متصل هستند .
رايج ترين بيماري ها و ضايعات ستون فقرات بايستي به متاستاليز بدنه مهره و ديسك بيرون زدگي ديسك , تخريب وجوه مهره , ...... اشاره نمود .
در مورد ضايعاتي كه تنها به چند مهره محدود مي شود از روش هاي درماني :
A ) اسپينال فيوژن : به معناي ثابت سازي مفصل بين دو مهره با عمل جراحي مي باشد .
در اينجا : مهره هاي آسيب ديده بوسيله عمكل جراحي برداشته شده و به وسيله پيوند ( گراف ) استخوان مصنوعي جايگزين مي گردند .
B ) جايگزين سازي ديسك استفاده مي گردد .
ماده گراف مي بايست استحكام و سختي كافي داشته باشد و در عين حال قادر به اتصال به مهره هايي باقيمانده نيز باشد . دو محقق به نام هاي كلاش و ايگتاتيوس , كامپوزيت پلي يورتان / بيو گلاس ( BG/pu ) را به اين منظور ساختند . تحقيقات invivo نشان دادند كه اين مواد بيو اكتيو بوده و جوش خوردن مستقيم استخوان ( يكپارچگي استخواني ) را تسهيل مي كنند .
در استفاده پليت ها و پيچ ها از جنس فولاد زنگ نزن مشكلاتي وجود دارد از جمله :
به خاطر نوع جا افتادن ضعيف اين كاشت ها معولا در نقاط مختلف تمركز تنش موضعي ايجاد مي گردد . كه همين جذب استخوان و شل شدگي را در پي خواهد داشت .
کامپوزیتها-8 علاوه بر اين كاشت هاي فلزي ، تستهاي پس از عمل كه يا به كمك اشعه ايكس و يا بصورت روش هاي ترموگرافي كامپيوتري و تصوير برداري ، رزونانس مغناطيسي صورت مي گيرند را بخاطر انعكاس امواج و ايجاد محصولات نامطلوب مشكل مي سازند . براي رفع چنين مشكلاتي دو محقق با نام هاي برانتيگان و چياتپا قفس هايي از جنس كامپوزيتهاي CF/PEEK و CF/PS ساختند .
اين قفسها مدول الاستيكي مشابه با استخوان دارند و بنابراين حداكثر رشد استخوان را به داخل قفس تحريك مي كنند . همچنين اين قفس هاي كامپوزيتي راديولوسنت ( عبو دهنده امواج ) بوده و بنابراين تست راديو گرافي استخوان را با مشكل روبرو نمي سازند .








2-1-3- « جايگزينهاي مفاصل » :

مفاصل به بدن و قسمت هاي مختلف آن امكان حركت مي دهند .
روش جراحي آزتوپلاستي يك روش جراحي مناسب براي تشخيص و تخفيف دردهاي مفصلي مي باشد . امروزه از آرتوپلاستي جايگزين كل مفصل بعنوان يك موفقيت بزرگ در جراحي ارتوپديك ياد مي شود . مشخص شده كه در ساقه هاي فلزي شل شدگي پروتز و از كار افتادگي احتمالي مي تواند از طريق طراحي دقيق تر پروتز و با استفاده از يك ماده با سفتي كمتر و با خواص مكانيك مشابه با استخوان كاهش مي يابد .
با اين وجود و بخاطر نياز به استحكام بالا در پروتز لگن ، مواد مناسب براي اين كاشت ها بسيار محدود هستند . خوشبختانه كامپوزيتهاي پليمري پيشرفته مي توانند استحكامي قابل مقايسه با فلزات را ايجاد كنند . در اين راستا امروزه محققين ساقه هاي كامپوزيتي CF/C و CF/PC را عرضه نموده اند مشخص شده كه در اين كاشت ها به نسبت كاشتهاي معمولي با سفتي بالا ، جوش خوردگي و اتصال سريع به استخوان وجود دارد .
آناليزهاي الحان محدود و تست هاي INVITRO نشان داده اند كه در مقايسه با ساخته هاي فلزي در ساقه هاي كامپوزيتي سطح مناسب تربي از تنش ها و دفرماسيون ايجاد مي گردد .
کامپوزیتها-8

-1-4- « كاربردهاي دنداني » :

تمامي دندانها از دو بخش ساخته شدهاند ، تاج و ريشه ، كه با لثه از هم متمايز مي شوند . ريشه در يك حفره به نام آل دئولوس ، در استخوان هايي مانديبولار ( فك پايين ) و ماگزيلاري ( فك بالا ) قرار مي گيرد . دندان ها با يك لايه سطحي نازك از ميناي دندان كه به شدت مينرالي مي باشد ( 190% پوشانده مي شوند . نمك هاي كلسيم لايه مينا بصورت بلورهاي ريزي در جهت عمود بر سطح چيده شده اند و عاج دندان را مورد حمايت قرار مي دهند . عاج يك بافت تقريباً نرم مي باشد كه از يكسري لوله هاي ريز پر از مايعي كه به داخل محفظه پالپ ( مغز دندان ) كشده مي شوند ، برخوردار است . محفظه پالپ عصب را در خود دارد كه اين عصب در ادامه به ريشه مركز دندان كشده مي شود.
مواد ترميمي دندان همانطور كه از نامش بر مي آياد براي پر كردن حفرات دندان ها و برخي اوقات پوشاندن بي رنگي ها يا تصحيح طرح و تنظيم شكل عيوب به كار مي روند . آمالگام ، طلا ، آلومينا ، زيركونيا ، رزين هاي اكرليك و سيمان هاي ليليكاتي متداولاً‌ براي ترميم دندانهاي پوسيده مورد استفاده قرار مي گيرد . آمالگام و طلا عمدتاً در ترميم دندانهاي خلفي به كار مي روند و بخاطر نازيبايي در دندانهاي جلويي به كار نمي روند .
امروزه كامپوزيتهاي ترميمي دنداني با ضريب شكستگي ( انكسارتور ) معادل ميناي دندان جايگزين اين مواد گرديده اند و بطور راپچي براي ترميم دندان هاي خلفي و همچنين دندانهاي قدامي ( جلويي ) بكار مي روند . اين ترميم ها در برابر تمركزهاي موضعي – بارگذاري خستگي چرخه اي ، سايش و فرايند هاي تخريب شيميايي كه ممكن است در تمامي نواحي محيط دهان صورت گيرند مقاومت مي كنند .
فرمولاسيون كامپوزيتهاي ترميمي عموماً دو جزء اصلي را در بر مي گيرند :
1- زمينه پليمري عمدتاً BIS-GMA
2- ذرات پر كننده غير آلي نظير شيشه باريوم ، كوارتز ، BIS-GMA
علاوه بر پر كننده هاي ذره اي در برخي كامپوزيتهاي دنداني كه عمدتاً در سيم هاي ارتودنسي ، كاشت هاي دنداني ، پست هاي دنداني و برخي دندانهاي مصنوعي كاربرد دارند از الياف نيز استفاده شده است . خواص مكانيك جذب ، زيبايي و قابليت عملياتي مناسب از كامپوزيتهاي با تقويت كننده الياف جايگزين هاي مناسبي براي آلياژهاي فلزي در اينگونه كاربردها ساخته است كه از رايج ترين اين الياف ، به الياف تك بلور يا ويسكرها بايستي اشاره نمود .
کامپوزیتها-10 - كاربردهاي مربوط به بافتهاي نرم

2-1-5 « زخم بندي ( پانسمان ) »

افرادي كه در پي آتش سوزي ها دچار حادثه مي شوند غالباً با پانسمانها تحت مداوا قرار مي گيرند . پانسمانها ، به نحوي طراحي مي شوند كه بهترين شرايط را براي التيام زخم ايجاد كنند . نوع پانسمان به نوع زخم ، عمق آن ،‌عامل آن و مرحله اي از التيام كه زخم در آن قرار دارد بستگي دارد . بمنظور مداوا و تحت عمل قراردادن سطوح بي قاعده پانسمان مي بايست الاستيك و منعطف باشد . در كل در پانسمان ها مي بايست دو نياز و الزام مخالف رعايت گردد . پانسمان مي بايست كاهش مايعات ، الكتروليت ها و ساير بيو مولكولهاي محل زخم جلوگيري كند ، همچنين از ورود باكتريها نيز ممانعت كند . در عين حال مي بايست به اندازه كافي نفوذ پذير باشد تا امكان عبور ترشحات را از طريق تخلخل ها و شكاف ها فراهم سازد . علاوه بر اين پانسمان مي بايست قادر به اتصال به سطح زخم باشد و ميتواند به آساني بدون اينكه صدمه اي به بافت جديد در حال رشد بزند ، جدا گردد .
امروزه پارچه هاي بافته يا لايه هاي متخلخل از جنس پليمرهاي قابل جذب نظير كلاژن ، چيتين و PLLA در بسياري از پانسمان ها به كار مي روند . در برخي پانسمانها بنام پانسمانهاي هيبريد ، پلي مر هاي مصنوعي و سلولهاي كشته شده همراه با هم بصورت كامپوزيتهاي زنده ، غير زنده ، همراه با هم مورد استفاده قرار مي گيرند . اين كامپوزيتها براي آغاز ، تسريع و كنترل فرايند ترميم پوست طبيعي طراحي مي شوند با وجود اين امتيازاتي كه مواد دارند مي بايست عنوان نمود كه تاكنون هيچ ماده مصنوعي كه بتواند تمامي نيازهاي يك جايگزين پوست را بطور كامل تأمين سازد پيدا نشده است

[ghasem motamedi]

پلیمرهای مقاوم حرارتی
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 7ا در صنایع هوا- فضا مورد استفاد٘? 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.

[ghasem motamedi]

پليمرهاي مقاوم حرارتي

پليمرها، بخش عمده اي از مشتقات نفتي هستند كه در انواع مختلف در صنعت پتروشيمي، توليد و در صنايع گوناگون مورد استفاده قرار مي گيرند. امروزه استفاده از پليمرها به اندازه اي رايج شده كه مي توان گفت بدونِ استفاده از آنها بسياري از حوايج روزمره ما مختل خواهد شد. مقاله حاضر، پليمرهاي مقاوم حرارتي را مورد مطالعه قرار مي دهد كه علاوه بر مصارف متعدد، در صنايع هوا- فضا نيز نقش عمده اي ايفا مي كنند.

هنگامي كه تركيبات آلي در دماي بالا حرارت داده مي شوند، به تشكيل تركيبات آروماتيك تمايل پيدا مي كنند. بنابراين مي توان نتيجه گرفت كه پليمرهاي آروماتيك بايد در مقابل دماهاي بالا مقاوم باشند. انواع وسيعي از پليمرها كه واحد هاي تكراري آروماتيك دارند، در سالهاي اخير توسعه و تكامل داده شده اند. اين پليمرها در صنايع هوا- فضا مورد استفاده قرار مي گيرند، زيرا در برابر دماي زياد پايداري مطلوبي از خود نشان مي دهند.
براي اين كه يك پليمر در برابر حرارت و در برابر گرما مقاوم تلقي شود، نبايد در زير دماي 400 درجه سانتي گراد تجزيه شود. هم چنين بايد خواص مورد نياز و سودمند خود را تا دماهاي نزديك به دماي تجزيه حفظ كند.
اين گونه پليمرها داراي Tg بالا و دماي ذوب بالا هستند. پس مي توان گفت پليمرهاي مقاوم حرارتي به پليمرهايي گفته مي شود كه در دماي بالا بكار برده مي شوند، به طوري كه خواص مكانيكي، شيميايي و ساختاري آنها، با خواص ساير پليمرها در دماهاي پايين متفاوت باشد.
پليمرهاي مقاوم حرارتي به طور عمده در صنايع اتومبيل سازي، صنايع هوا- فضا، قطعات الكترونيكي، عايق ها، لوله ها، انواع صافي ها، صنايع آشپزي و خانگي، چسب ها و پوشش سيم هاي مخصوص مورد استفاده قرار مي گيرد.
پليمرهاي ياد شده هم به روش آلي و هم به روش معدني تهيه مي شوند. ذكر اين نكته مهم است كه روش آلي متداول تر و اغلب پژوهش ها توسط دانشمندان پليمر در اين زمينه ها به ثمر رسيده است.

پايداري حرارتي
پايداري حرارتي پليمرها، تابع فاكتورهاي گوناگوني است. از آنجا كه مقاومت حرارتي تابعي از انرژي پيوندي است، وقتي دما به حدي برسد كه باعث شود پيوندها گسيخته شوند، پليمر از طريق انرژي ارتعاشي شكسته مي شود. پس پليمرهايي كه داراي پيوند ضعيفي هستند در دماي بالا قابل استفاده نيستند و از بكار بردن منومرها و هم چنين گروه هاي عاملي كه باعث مي شود اين پديده تشديد شود، بايد خودداري كرد. البته گروه هايي مانند اتر يا سولفون، نسبت به گروه هايي مانند آلكيل و NH و OH پايدارتر هستند، ولي وارد كردن گروه هايي مانند اتروسولفون و يا گروههاي پايدار ديگر صرفاً بخاطر بالا بردن مقاومت حرارتي نيست، بلكه باعث بالا رفتن حلاليت نيز مي شوند.

تاثيرات متقابلي كه بين دو گونه پليمري وجود دارد، ناشي از تاثيرات متقابل قطبي- قطبي، و پيوند هيدروژني (6-10 Kcal/mol) است كه باعث بالا رفتن مقاومت حرارتي در پليمرها مي شوند. اين قبيل پليمرها بايد قطبي و داراي عامل هايي باشند كه پيوند هيدروژني را بوجود آورند، مانند: پلي ايميدها و پلي يورتانها.
انرژي رزونانسي كه به وضوح در آروماتيك ها به چشم مي خورد، مخصوصاً در حلقه هاي هتروسيكل و فنيلها و كلاً پليمرهايي كه استخوان بندي آروماتيكي دارند باعث افزايش مقاومت حرارتي مي شوند.
در مورد واحدهاي تكراري حلقوي، شكستگي يك پيوند در يك حلقه باعث پايين آمدن وزن مولكولي نمي شود و احتمال شكستگي دو پيوند در يك حلقه كم است.
پليمرهاي نردباني يا نيمه نردباني پايداري حرارتي بالاتري نسبت به پليمرهاي زنجيره باز دارند. بنابراين اتصالات عرضي موجب صلب پليمرهاي خطي مي شوند كه شامل حلقه هاي آروماتيك با چند پيوند يگانه مجزا هستند.
با توجه به نكاتي كه ذكر شد براي تهيه پليمرهاي مقاوم حرارتي بايد نكات زير رعايت شوند.
- استفاده از ساختارهايي كه شامل قوي ترين پيوند هاي شيميايي هستند. مانند تركيبات هتروآروماتيك، آروماتيك اترها و عدم استفاده از ساختارهايي كه داراي پيوند ضعيف مثل آلكيلن- آليسيكليك و هيدروكربن هاي غير اشباع مي باشند.
- ساختمان تركيب بايد به گونه اي باشد كه به سمت پايدار بودن ميل كند، پايداري رزونانسي آن زياد باشد و بالاخره ساختارهاي حلقوي بايد طول پيوند عادي داشته باشند، به نحوي كه اگر يك پيوند شكسته شد، ساختار اصلي، اتم ها را كنار هم نگه دارد.

لباس فضا نوردان
امروزه در زمينه پليمرهاي مقاوم حرارتي پيشرفت هاي زيادي حاصل شده است. پژوهشگري به نام كارل اسي مارول كه يك محقق برجسته در زمينه مقاومت حرارتي پليمرها است، باعث توسعه تجارتي پلي بنزايميدازول، با نام تجارتي PBI ، شده است كه به شكل الياف براي تهيه لباس فضانوردان مورد استفاده قرار مي گيرد. البته اين تنها يكي از موارد كاربردهاي متنوع پليمرهاي مقاوم حرارتي در برنامه هاي فضايي است. بي ترديد اگر سالها پژوهش علمي و آزمايش هاي گوناگون موجب كشف الياف پليمري مقاوم براي تهيه لباس فضا نوردان نمي شد، هيچ فضا نوردي نمي توانست به فضا سفر كند.
طي سال هاي اخير گونه هاي وسيعي از پليمرهاي آروماتيك و آلي فلزي مقاوم در برابر گرما، توسعه و تكامل داده شده اند، كه تعداد كمي از آنها به علت قيمت بالاي آنها در تجارت قابل قبول نبوده اند. پليمرهاي آروماتيك، به خاطر اسكلت ساختاري صلب، دماي گذار شيشه اي Tg و ويسكوزيته بالا، قابليت حلاليت كم دارند، بنابراين سخت تر از ساير پليمرها هستند.

در حال حاضر بالاترين حد مقاومت گرمايي از پليمرهاي آلي بدست آمده است، بنابراين در سال هاي اخير تاكيد روي معرفي تفاوت هاي ساختاري پليمرها بوده است. پيوستن گروه هاي انعطاف پذير مانند اتر يا سولفون در اسكلت، يك راهكار است. هر چند اين اقدامات باعث حلاليت بيشتر، ويسكوزيته كمتر و معمولاً پايداري حرارتي كم مي شود. نگرش ديگر براي وارد كردن گروههاي آروماتيك حلقه اي اين است كه به صورت عمودي در اسكلت صفحه اي آروماتيك قرار مي گيرد. همان طور كه در پلي بنزايميدازول اشاره شد اين ساختارها كه »كاردو پليمر« ناميده مي شوند معمولاً پايداري بالايي دارند، بدون اين كه خواص دمايي آنها از بين برود.

وارد كردن اسكلت با گروههاي فعال كه در اثر گرما موجب افزايش واكنش حلقه اي بين مولكولي مي شوند، راهي ديگر براي پيشرفت روندكار است. مهم ترين و پرمحصول ترين راه از نقطه نظر توسعه تجارتي، سنتز اليگومرهاي آروماتيك يا پليمرهايي است كه با گروههاي پاياني فعالي، خاتمه داده شده اند. اليگومرهايي كه انتهاي آنها فعال شده اند، در دماي نسبتاً پايين ذوب مي شوند و در انواع حلال ها نيز حل مي شوند. هم چنين در موقع حرارت دادن به پليمرهاي شبكه اي پايدار تبديل مي شوند.

مقاومت در برابر حرارت
هنگامي كه از پليمرهاي مقاومت حرارتي صحبت مي شود بايد مقاومت حرارتي آنها را برحسب زمان و دما تعريف كنيم. افزايش هر كدام از فاكتورهاي ذكر شده موجب كاهش طول عمر پليمر مي شود و اگر هر دو فاكتور افزايش يابند طول عمر به صورت لگاريتمي كاهش مي يابد.
به طور كلي اگر يك پليمر به عنوان پليمر مقاوم حرارتي در نظر گرفته مي شود، بايد به مدت طولاني در 250 درجه سانتي گراد، در زمان هاي متوسط در پانصد درجه سانتي گراد و در كوتاه مدت در دماي يكهزار درجه سانتي گراد خواص فيزيكي خود را حفظ كند. به طور دقيق تر يك پليمر مقاوم حرارتي بايد طي سه هزار ساعت و در حرارت 177 درجه سانتي گراد، يا طي يكهزار ساعت در 260 درجه سانتي گراد، يا طي يك ساعت در 538 درجه سانتي گراد و يا طي 5 دقيقه در 816 درجه سانتي گراد، خواص فيزيكي خود را از دست ندهد.
برخي از شرايط ضروري براي پليمرهاي مقاوم حرارتي، بالا بودن نقطه ذوب، پايداري در برابر تخريب اكسيداسيوني در دماي بالا، مقاومت در برابر فرآيندهاي حرارتي و واكنش گرماي شيميايي است. سه روش اصلي براي بالا بردن مقاومت حرارتي پليمرها وجود دارد. افزايش بلورينگي، افزايش اتصال عرضي و حذف اتصال هاي ضعيفي كه در اثر حرارت اكسيد مي شوند. افزايش بلورينگي، كاربرد پليمرها را در دماي بالا محدود مي كند. زيرا موجب كاهش حلاليت و اختلال در فرآورش مي شود.
برقرار كردن اتصال هاي عرضي در اليگومرها روش مناسبي است و خواص پليمر را به طور واقعي اما غير قابل برگشت تغيير مي دهد. اتصالاتي كه بايد حذف شود شامل اتصال هاي آلكيلي، آليسيكلي، غير اشباع و هيدروكربن هاي غير آروماتيك و پيوند NH است .

اما اتصالاتي كه مفيد است شامل سيستم هاي آروماتيكي، اتر، سولفون و ايميد و آميدها هستند. اين عوامل پايدار كننده به صورت پل در ساختار پليمر واقع و موجب پايداري آنها مي شوند. از طرفي ضروري است كه پليمر از قابليت به كار گيري و امكان فرآورش مناسب برخوردار باشد. پس بايد تغييرات ساختاري طوري باشد كه حلاليت و فرآورش مناسب تر داشته باشند. براي اين منظور بايد از واحد هاي انعطاف پذيرِ اتر، سولفون، آلكيل و همچنين از كوپليمره كردن، و تهيه ساختارهايي با زنجير نامنظم استفاده كرد.
به طور كلي پليمرهاي مقاوم حرارتي به چهار دسته تقسيم مي شوند.
پليمرهاي تراكم ساده، مانند پليمرهايي كه از حلقه آروماتيك تشكيل شده اند و با اتصالات تراكمي به يكديگر متصل هستند.
پليمرهاي هتروسيكل، يعني پليمرهايي كه از حلقه هاي آروماتيك تشكيل شده اند اما از طريق حلقه هاي هتروسيكل به هم وصل شده اند.
كوپليمرهاي تركيبي تراكمي هتروسيكل، يعني پليمرهايي كه شامل تركيبي از اتصال هاي تراكمي ساده و حلقه هاي هتروسيكل مي باشند و پليمرهاي نردباني كه شامل دو رشته زنجير هستند.

[ghasem motamedi]

پلیمریزاسیون(بسپارش):تركيب دو يا چند ملكول مشابه و تشكيل يك ملكول هيدروكربور داراي نقطه جوش بالا و وزن‌ملكولي بيشتر یاواکنش شیمیایی است که در آن مولکولهای کوچک و ساده که اصطلاحا تکپار (http://fa.wikipedia.org/wiki/تکپار) (Monomer) پیوند برقرار کرده و مولکولی بزرگ با وزن مولکولی چندین برابر مولکول اولیه به وجود می‌آورند .

فرايند پليمريزاسيون ممکناست به صورتهاي مختلفي مانند افزايشي ، مرحله اي،… انجام گيرد.عمليات پليمريزاسيون بدين صورت است كه در اثر افزودن يك ماده شيميايي يا عواملي مانند حرارتگاهي پليمر از دو يا چند مونومر تشكيل مي شود و گاهي تعداد مونومر ها به هزاران وحتي ميليونها عدد در يك مولكول پليمر مي رسد.
پليمريزاسيونافزايشي
تعدادي از واحدهاي تكراري به يكديگر اضافه می شوند و مولكول بزرگتري به نامپليمر را توليد مي كنند. در اين نوع پليمريزاسيون، ابتدا در مرحله اول راديكالآزاد، با دادن انرژي (حرارتي - نوري) به مولكول هاي اتيلين با پيوند دوگانه و شكستپيوند دوگانه، به وجود مي آيد. سپس راديكال هاي آزاد با اضافه شدن به واحدهاي تكراريمراكز فعالي به نام آغازگر شكل مي گيرند و هر يك از اين مراكز به واحد هايتكراريديگر اضافه می شود و رشد پليمر ادامه مي يابد. از نظر تئوري، درجه پليمريزاسيونافزايشي ممکن است نامحدود باشد كه در اين صورت مولكول زنجيره اي بسيار طويلي ازاتصال تعداد زيادي واحدهاي تكراري به يكديگر شكل مي گيرد؛ اما عملا رشد زنجير بهصورت نامحدود صورت نمي گيرد. هر چقدر که تعداد مراكز فعال يا آغازگرهاي شكل گرفته بيشتر باشد، تعداد زنجيرها زيادتر و در نتيجه طول زنجيرها كوچكتر مي شود و بدين سبباست كه خواص پليمرها تغيير مي كند. البته سرعت رشد نيز در اندازه طول زنجيرها مؤثراست. هنگامي كه واحد هاي تكراري تمام و زنجيرها به يكديگر متصل شود، رشد خاتمه مييابدبعضی مثالها در مورد بسپارهای افزایشی همچون پلی اتیلن (http://fa.wikipedia.org/wiki/پلی_اتیلن) (PE) , پلی پروپیلن (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%BE%D9%84%DB%8C_%D9%BE%D8%B1%D9 %88%D9%BE%DB%8C%D9%84%D9%86&action=edit&redlink=1) (PP) , پلی استایرن (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%BE%D9%84%DB%8C_%D8%A7%D8%B3%D8 %AA%D8%A7%DB%8C%D8%B1%D9%86&action=edit&redlink=1) (PS) ,پلی وینیل استات (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%BE%D9%84%DB%8C_%D9%88%DB%8C%D9 %86%DB%8C%D9%84_%D8%A7%D8%B3%D8%AA%D8%A7%D8%AA&action=edit&redlink=1) (PVAS) و پلی تترافلوئورواتیلن (http://fa.wikipedia.org/wiki/پلی_تترافلوئو� �±ÙˆØ§ØªÛŒÙ„Ù†) یا تفلون (http://fa.wikipedia.org/wiki/تفلون) (PETFE) و بیشتر گرمانرم‌ها (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%DA%AF%D8%B1%D9%85%D8%A7%D9%86%D8% B1%D9%85%E2%80%8C&action=edit&redlink=1) و برخی گرماسخت‌ها (http://fa.wikipedia.org/wiki/گرماسخت) است. در بسپارش تراکمی, متصل شدن تکپارها به یکدیگر با حذف اتمها یا گروههای اتمی همراه است (نظیر آب و ...). نمونه بسپارهای تراکمی , پلی آمید (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%BE%D9%84%DB%8C_%D8%A2%D9%85%DB %8C%D8%AF&action=edit&redlink=1)(نایلونها (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%86%D8%A7%DB%8C%D9%84%D9%88%D9% 86&action=edit&redlink=1)) , پلی استرها (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%BE%D9%84%DB%8C_%D8%A7%D8%B3%D8 %AA%D8%B1&action=edit&redlink=1) و بعضی پلی یورتانها (http://fa.wikipedia.org/wiki/پلی_یورتان) است . در سال ۱۹۵۲ فلوری طبقه بندی فوق را اصلاح و واکنشهای بسپارش را به دو گروه, واکنشهای بسپارش مرحله‌ای (Step reaction) و زنجیره‌ای (Chain reaction) تقسیم بندی کرد. طبقه بندی مذکور بر اساس این نظریه بود که در بسپارش‌های مرحله‌ای کلیهٔ مونومرها از ابتدا تبدیل به دیمر (دو مونومر به هم چسبیده) و سپس سه‌پار (سه تکپار به هم چسبیده) و چهارپار و الی آخر می‌شوند ولی در بسپارش زنجیره‌ای تنها تکپارهایی قابلیت تبدیل شدن به دوپار (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%AF%D9%88%D9%BE%D8%A7%D8%B1&action=edit&redlink=1) (دیمر) را دارند که بتوانند در ابتدای امر (رادیکاله یا یونیده) شوند . در مرحلهٔ بعدی نیز همین دوپارها هستند که به تکپارهای دیگر حمله می‌کنند و طول زنجیر خود را افزایش می‌دهند و سریعا به زنجیربلندی تبدیل می‌شوند .
پلی کندانسیون یا پلیمریزاسیون تراکمی
اگر در یک پلیمریزاسیون براثر واکنش منومرها باهم ، مولکولهای کوچکی مثل NH3 ، H2O و ... خارجشوند، پلیمریزاسیون را پلی کندانسیون یا تراکمی می‌نامند. مثل پلیمریزسایون گلوکزدر تولید نشاسته و سلولز که منجر به خارج شدن آب می‌گردد و یا مثل بوجود آمدننایلون که مانند مواد پروتئینی یک پلی آمید است و از پلیمر شدن یک آمید دو ظرفیتیبه نام هگزامتیلن دی آمین به فرمول: NH2 - (CH2)6 - NH2 با یک اسید دو ظرفیتی به نام اسید آدیپیک به فرمول HOOC - (CH2)4 - COOH بوجودمی‌آید.در این عمل عامل OH – اسید از دو طرف با هیدروژن گروه آمین NH2 – تشکیل آب می‌دهند و خارج می‌شوند و باقیمانده مولکولهای آنها ، زنجیرپلیمر را بوجود می‌آوردند. به عبارت دیگر واکنش چند تراکمی از متراکم شدن دو عاملمختلف از دو منومر مختلف و یا از متراکم شدن دو عامل مختلف از یک مولکول با همانمولکول پلیمر سنتز می‌شود.
پلیمریزاسیون زنجیره ای
واكنش هاي پليمريزاسيوني كه با مكانيزم زنجيره اي انجام مي‌شوند. واكنش هايي هستند كه در آنها از مونومرهاي غير اشباع استفاده مي‌شود. اينگونه واكنش ها با ايجاد مراكز فعال به صورت شيميايي ، روي مولكول هاي انتهایي مونومرها آغاز مي‌شوند. اين مراكز فعال عموماًراديكالهاي آزاد هستند (پلیمر شدن راديكال آزاد) ولي مي توانند آنيون (در پليمر شدن آنيوني) يا كاتيون (در پليمر شدن كاتيوني) نيز باشند. و به سهولت با ساير مونومرها، بدون غير فعال شدن اين مراكز واكنش دهند. بدين ترتيب، هر مركز فعال سبب انجام واكنش تعداد زيادي از مولكولهاي مونومر مي‌شود. اين مولكولها به پليمر در حال رشد اضافه شده و جرم مولکولي آن را افزايش مي دهند. پليمريزاسيون زنجيره اي شامل سه مرحله است. اين مراحل عبارتند از آغاز، انتشار و پايان.
مرحلۀ آغاز
مونومرهاي به كار رفته در پلیمريزاسيون زنجيره اي غير اشباع هستند و در برخي از موارد، مونومرهاي و ينيل ناميده مي‌شوند راديكال آزاد ايجاد شده به سرعت با مولكول مونومر واكنش داده و ذرات جديد را توليد مي‌كند كه خود، راديكال آزاد هستند به منظور انجام چنين پليمريزاسيون هايي، مقادير كمي از مواد آغاز گر مورد نياز است. اين تركيبات در اثر حرارت يا قرار گرفتن در معرض اشعه الكترومغناطيس يا بخش آبي رنگ آن، به سادگي به صورت راديكال آزاد در مي آيند.علاوه بر نور و حرارت، اشعۀگاما و x ،روش هاي الكتروشيميايي نيز مي توانند موجب تشكيل راديكالهاي آزاد شوند.
مرحلۀ انتشار
اين مرحله شامل مجموعه اي از واكنشهامی باشد كه در آنها راديكال آزاد موجود در انتهاي مولكول پليمر در حال ر شد با يك مونومر واكنش داده و طول زنجير پليمر افزايش مي يابد.
مرحلۀ پايان
واكنش پليمريزاسيون تا مصرف همۀ مونومرها ادامه نمي يابد چون راديكالهاي آزاد موجود به قدري فعال هستند كه راههاي مختلفي براي استفاده از فعاليت خود پيدا مي‌كنند. دو روش پاياني پليمريزاسيون راديكالي، تركيب و تسهيم نامتناسب است. اولين روش هنگامي ايجاد مي‌شود كه دو ذره با يكديگر واكنش داده و پيوند ساده و محصولي مشخص را ايجاد كنند. دو راديكال همچنين مي توانند با مبادلۀ هيدروژن واكنش داده و دو محصول ايجاد نمايند. كه يكي از آنها اشباع شده و ديگري غير اشباع باشد.

پلیمریزاسیون مرحله ای
پليمريزاسيون مرحله اي عموماً با واكنش هاي تراكمي بين مونومرهايي انجام مي‌شود كه گروه عاملي آنها استخلاف شده است.در این روش دو مونومر مختلف با هم واکنش داده و پلیمر نهایی تولید می شود در محصولات پلیمریزاسیون تراکمی همواره آب یا آمونیاک وجود دارد. براي دست يافتن به محصولاتي با جرم مولي بالا، از واكنشگرهاي دو عاملي استفاده مي‌شود. تركيبات تك عاملي براي كنترل واكنش و واكنشگرهاي سه عاملي براي ايجاد پليمرهاي شاخه دار يا پليمرهاي داراي اتصال عرضي به كار مي روند. در اين نوع پليمريزاسيون واكنش هاي متعددي دست اندر كارند. اگر از مونومرهايي با بيش از دو عامل در پليمريزاسيون مرحله اي استفاده شود. محصول به دست آمده داراي شبكۀ گسترده و نامحدود سه بعدي خواهد بود و از ويژگي هاي اين پليمريزاسيون ژل شدن مواد در نقطه اي قبل از تكميل واكنش است. جدول زیر برخی از مونومرهایی که توسط پليمريزاسيون مرحله اي ‏ پلیمر می شوند ذکر شده است.پلی اتیلن تر فتالات از این روش تولید می شود. . در بسياري ازواكنشهاي پليمريزاسيون مرحله اي، مولكول كوچكي به عنوان محصول فرعي شكل مي گيرد.اين نوع واكنشها گاهي پليمريزاسيون كندنزاسيوني(Condensation) نيز ناميده ميشود.

[ghasem motamedi]

معجزه پلیمر برای هزاره جدید





http://eventspace.persiangig.com/image/86-7-10/ETFE-ArchitecturalMaterial-1.jpg
www.worldarchitectur.bolgfa.com (http://www.worldarchitectur.bolgfa.com/)
چند دهه قبل، معماران تنها می­توانستند تصوری از ایده­های خلاقانه و بناهای شگفت انگیز خود داشته باشند، درحالی که امکان ساختن چنین پروژه­های جاه طلبانه­ای وجود نداشت. اما امروزه ساخت پهنه­ای شناور از حبابهای شیشه­ای یا استادیوم ورزشی بافته شده از تیرهای فولادی و یا حتی پوشش شفاف چادر مانندی بر روی هزاران متر مربع زمین - که صرفا می­توانست در تصور آدمی شکل بگیرد - جنبه عملی به خود گرفته است. هرچند عموم مردم، ساخت چنین بناهایی را حاصل ابتکار و خلاقیت معماران و مهندسان می­دانند اما حقیقت اینست که برپایی چنین سازه­هایی بیش از هر چیز مدیون ویژگی­های منحصر به فرد متریالی است که بطور مخفف ETFE نامیده می­شود.
ETFE (Ethylene Tetrafluoroethylene) یک پلیمر پایه فلوئوروکربن بسیار بادوام و با قابلیت­های فوق العاده است که از آن به عنوان متریال ساختمانی آینده نام برده می­شود. این پلیمر شگفت انگیز یک پلاستیک شفاف تفلونی است که جایگزین شیشه و پلاستیک­های معمولی در بسیاری از ساختمانها شده است. هر چند این متریال با کارهای معماری شگفت انگیز به جهانیان معرفی شده است اما در حقیقت تاریخچه اختراع آن به دهه 70 میلادی برمی­گردد که نخستین بار در صنایع هوانوردی به کار برده شد. ETFEاز حدود 15 سال پیش مورد توجه معماران قرار گرفت و هم اکنون بناهای بسیاری در سرتاسر جهان با استفاده از آن ساخته می­شوند.
ETFE در مقایسه با شیشه، امتیازات فوق­العاده­ای دارد که از آن جمله می­توان به وزن بسیار کم آن اشاره کرد، به گونه­ای که با دارا بودن یک درصد وزن، هم نور بیشتری را از خود عبور می­دهد و هم عایق بهتری محسوب می­شود. از لحاظ هزینه­های نصب، بین 24 تا 70 درصد صرفه اقتصادی دارد. از دیگر ویژگی­های آن می­توان به حالت ارتجاعی فوق­العاده آن اشاره کرد که می­تواند تا 400 برابر وزن خودش را تحمل کند. این متریال به خاطر سطوح کربنی لغزنده خود، بصورت خودکار، گرد و غبار و چرک و لکه را پاک می­کند، همچنین طول عمر زیاد داشته و از قابلیت بازیافت برخوردار است.

نمونه­ای از کاربردهای ETFE در جهان معماری:

پروژه Eden در انگلستان (2001):
این پروژه عظیم ترین بنای ساخته شده با استفاده از ETFE می­باشد. این بنا گلخانه بزرگی با گنبدهای ژئودزیک است که قابلیت پرورش انواع گونه­های گیاهی بومی اقلیم­های مختلف سرتاسر جهان را داراست. از اقلیم مدیترانه­ای گرفته تا جنگلهای پرباران استوایی. اما نکته اینجاست که تمام این ویژگی­ها مدیون قابلیتهای فوق­العاده ETFE نظیر انعطاف پذیری، سبکی، دوام و ... است که معمار پروژه نیکولاس گریمشاو را در طراحی و اجرای آن یاری نموده است.



http://eventspace.persiangig.com/image/86-7-10/ETFE-ArchitecturalMaterial-2.jpg
www.worldarchitectur.bolgfa.com (http://www.worldarchitectur.bolgfa.com/)

استادیوم Basel در سوئیس (2001):
این پروژه توسط معماران هرزوگ و دمورن طراحی شده است. استادیوم شکل پف کرده خود را در نمای بیرونی از پانلهای بادکرده­ای به دست آورده است که از ورق­های ETFE ساخته شده­اند. برای ایجاد چنین پانلهایی، هوای خشک با فشار به داخل دو ورق­ ETFE که از تمام جهات به یکدیگر جوش داده شده­اند، دمیده می­شود. در نمای این استادیوم نام شهر باسل توسط ورق­های ETFE که دارای رنگ قرمز ثابتی هستند حک شده است و در سایر قسمت­ها، نما بصورت نیمه شفاف همانند پرده سینما است که با جلوه­هایی از طریق پرژکتورها روشن می­شوند.



http://eventspace.persiangig.com/image/86-7-10/ETFE-ArchitecturalMaterial-3.jpg
www.worldarchitectur.bolgfa.com (http://www.worldarchitectur.bolgfa.com/)

استادیوم Alianz-Arena در آلمان (2005):
این استادیوم فوتبال در مونیخ، ابتکار دیگری از هرزوگ و دمورن است. لقب (قایق بادی) این استادیوم، ریشه در شکل منحصر به فرد و نیز 2800 پانل پف کرده ETFE دارد که نمای خارجی آن را پوشانده­اند. همانند استادیوم باسل، پوسته استادیوم آلیانز هم، شب هنگام روشن می­شود و بسته به تیمی که در آن میزبان است به رنگهای قرمز، آبی یا سفید درمی­آید.



http://eventspace.persiangig.com/image/86-7-10/ETFE-ArchitecturalMaterial-4.jpg
www.worldarchitectur.bolgfa.com (http://www.worldarchitectur.bolgfa.com/)

مرکز بازیهای آبی پکن (2007):
این ساختمان ملقب به مکعب آبی است و میزبان بازیهای آبی المپیک 2008 پکن خواهد بود. در طراحی و ساخت این بنا، بر اساس ایده خاص آن، از 4000 پانل ETFE در جداره­ها و سقف استفاده شده است تا جلوه­ای حباب مانند در داخل و خارج آن ایجاد شود. مکعب آبی دارای 5 استخر برای شنا، شیرجه و واترپلو و 17000 سکو برای تماشاگران است. همچنین این ساختمان جزء معدود بناهایی در جهان است که بیشترین بهره وری انرژی را داراست. لایه­های حبابی آبی رنگ در نما، این قابلیت را بوجود آورده تا ساختمان همانند یک گلخانه، تا 90 درصد انرژی تابشی خورشید را در خود حبس کرده و از آن برای گرمایش داخلی و گرمایش استخرها استفاده شود.



http://eventspace.persiangig.com/image/86-7-10/ETFE-ArchitecturalMaterial-5.jpg
www.worldarchitectur.bolgfa.com (http://www.worldarchitectur.bolgfa.com/)

استادیوم ملی پکن (2007):
به فاصله نیم کیلومتر از مکعب آبی، محل استقرار آشیانه پرنده "Bird’s Nest" یعنی استادیوم ملی پکن است که کاری دیگر از معماران، هرزوگ و دمورن می­باشد. این پروژه تضادی است از یک اسکلت فولادی به هم تنیده صلب و لایه های نرمETFE که با یکدیگر ترکیب شده­اند و در واقع از لایه­های ETFE برای پوشش فضاهای میان استراکچر فولادی استفاده شده است.



http://eventspace.persiangig.com/image/86-7-10/ETFE-ArchitecturalMaterial-6.jpg
www.worldarchitectur.bolgfa.com (http://www.worldarchitectur.bolgfa.com/)

مرکز تفریحی Khan Shatyry در قزاقستان (2008):
این پروژه که توسط دفتر معماری نورمن فاستر طراحی شده یک مرکز بزرگ تفریحی و فرهنگی است که در آستانه، پایتخت کشور قزاقستان واقع شده است. این مرکز که در حال ساخت می­باشد، شامل گستره­ای از فروشگاه­ها، کافه­ها، تئاترهای نمایش و ... می­یاشد. سازه این بنا به یک چادر غول پیکر برفراز یک کوهستان شباهت دارد. در حقیقت ETFE نقش یک ستاره را در ساخت این بنا بازی می­کند و غشاء عظیم خارجی آن را تشکیل می­دهد. در نتیجه این امکان فراهم می­شود که در عین عبور نور به فضاهای داخلی، مردم در مقابل اثرات نامطلوب آب و هوای ناملایم، محافظت شوند و کل مجموعه در سرتاسر سال قابل استفاده گردد.



http://eventspace.persiangig.com/image/86-7-10/ETFE-ArchitecturalMaterial-7.jpg
__________________

[ghasem motamedi]

مطالبي پيرامون لوله هاي پليمري
با توجه به رشد روزافزون توليد لوله هاي پليمري در كشور و عدم توانايي مصرف كنندگان در تمييز سره از ناسره، آناليز مواد اوليه بكار رفته، بررسي نوع رفتار لوله در شرايط مختلف دمايي و فشاري در مقاطع زماني متفاوت، امري بسيار ضروري است. همچنين بررسي مشخصه هاي مهم و تاثير گذار برروي اين لوله ها،تاثير عوامل محيطي مثل حيوانات جونده ،تعيين شاخصها ي مرجع و ارائه راهكار در جهت بهبود كيفيت از ملزومات اساسي در صنعت تاسيسات كشور ميباشد.

با توجه به مشخصه هاي تاثير گذار بر كيفيت انواع لوله هاي پليمري مورد استفاده در صنعت تاسيسات كشور متوجه نقصان موجود مي شويد. انواع لوله هاي پليمري، خواص فيزيكي، شيميايي و مكانيكي مواد تشكيل دهنده لوله از قبيل خواص كششي، مقاومت در برابر ضربه، نفوذ پذيري، مقاومت شيميايي، مقاومت در برابر آتش، خواص مكانيكي طولاني مدت و كوتاه مدت، خواص بهداشتي نظير مقاومت در برابر حملات ميكروبيولوژي و ماكروبيولوژي، تست چشايي، عوامل فرآيند توليد ،خواص در برابر شرايط محيطي از قبيل نور آفتاب، شرايط آب و هوايي خاص، حيوانات جونده و تاثير هريك از اين پارامترها برروي كيفيت لوله ها بايد مورد تست و توجه قرار داد. همچنين كاربرد انواع مختلف لوله هاي پليمري در صنعت به ويژه تاسيسات ساختمان بر اساس بررسي هاي انجام شده ارائه خواهد شد.
مصرف لوله هاي پليمري در سالهاي اخير ، عدم وجود منابع و مراجع معتبر پاسخگو در اين زمينه ، تعدد كارخانه هاي توليد كننده اين نوع لوله ها ، تنوع جنس ، پايين بودن سطح آگاهي مصرف كنندگان يك نوع سردرگمي در مشتريان و مصرف كنندگان بوجود مي آورد .
به دليل كاستيهاي موجود، تنوع كاربري اين نوع لوله ها در تاسيسات ساختمان موجب سردر گمي توليد كنندگان و مصرف كنندگان و همچنين شبهاتي در مراجع گوناگون گرديده است.در اين مقاله سعي شده است با استفاده از مراجع و استانداردهاي معتبر جهاني ، خواص و عوامل تاثير گذار بر كيفيت و كاربري اين نوع لوله ها در صنعت تاسيسات ساختمان به صورت تفصيلي مورد بررسي قرار گيرد.
زماني كه جهان به راه صنعتي شدن گام نهاد نياز به ابزاري مقاوم ،شكل پذير با دوام و ارزان جهت مصارف گوناگون كاملا حس شد. چون موادي با تمام اين خصوصيات را نميتوان بصورت طبيعي يافت لذا تلاشهاي گسترده اي براي ساخت موادي اينچنين با ساختار غير طبيعي در مباحث شيمي آلي آغاز شد.اولين بار كلمه پليمر توسط شيميداني بنام رنالت در سال 1835 ميلادي بكار رفت كلمه پليمر از كلمه يوناني POLY به معني چند و MEROS به معناي واحد يا قسمت بوجود آمده است.
اولين كاربرد تجاري مواد پليمري در سال 1843 با كشف كائوچو آغاز گرديد اصولا پليمرها به سه نوع طبيعي ،طبيعي اصلاح شده و مصنوعي تقسيم بندي مي شود. اولين پليمر مصنوعي با نام نيترات سلولز در سال 1862 كشف و در سال 1868 وارد بازار شد. نايلون در سال 1938، پلي اتيلن در سال 1942، پلي پروپيلن در سال 1975، پلي بوتيلن در سال 1974 و پليمرهاي كريستال مايع براي ساخت اجزاء الكتريكي در سال 1985 رايج گرديددر كشورهاي جهان لوله هاي مختلفي جهت استفاده در داخل ساختمان مصرف ميشود كه اين لوله ها به گروه لوله هاي فلزي شامل لوله هاي مسي ، گالوانيزه و استيل و گروه لوله هاي پلاستيكي و تلفيقي شامل لوله هاي پلي اتيلن مشبك pex ، پلي پروتيلنPPR ، پلي بوتيلن و لوله هاي چند لايه تقسيم ميشود بعلاوه از نظر مصرف اين لوله ها در ساختمان ، سه كاربرد در جهان وجود دارد كه شامل مصرف در سيستم گرمايش كفي ، سيستم حرارتي رادياتور و سيستم آب سرد و گرم مي باشد. مادر اين مقاله با استفاده از آمار معتبر ميزان مصرف اين لوله ها را در هر سه كاربرد در كشورهاي مختلف بررسي ميكنيم :
مطالعات نشان میدهد که در آمريكا از لوله هاي PPR استفاده نمي شود و از لوله هاي پلي بوتيلن فقط تا سال 1999 استفاده شده است و بيشترين مصرف در امريكا به لوله هاي مسي اختصاص دارد و پس از آن لوله هاي PEXو CPVC وچند لايه در مقامهاي بعدي قرار دارند.ولي مصرف لوله هاي فلزي در آمريكا هشت برابر لوله هاي پليمري ميباشد. همین مطالعات نشان میدهد که در اتريش ميزان مصرف لوله هاي پليمري 6/1 برابر لوله هاي فلزي است همچنين PPR مقام چهارم را پس از مس ، PEXو لوله هاي چند لايه دارا ميباشد و مس با لاترين مصرف را نسبت به بقيه لوله ها داراست .لوله هاي CPVC وفولادي كمترين ميزان مصرف را در اتريش داشته اند و مصرف لوله هاي آهني 12 درصد لوله هاي مسي است. در جمهوري چك PPR پس از مس و آهن و PEX قرار دارد و دو برابر لوله هاي چند لايه مصرف مي شود .
در اين جمهوري لوله هاي فلزي 5/1 برابر لوله هاي پليمري مصرف ميشود و مصرف لوله هاي آهني هفتاد درصد لوله هاي مسي است. در آلمان مصرف لوله هاي مسي 7/1 برابر لوله هاي ‍‍‍PEX ميباشد. مصرف لوله هاي PPR حدود 10% لوله هاي PEX و 30% لوله هاي چند لايه ميباشد. و مصرف لوله هاي CPVC ، لوله هاي PPR است. ضمنا مصرف لوله هاي PPR تقريبا برابر با PB است. در آلمان مصرف لوله هاي پليمري 80% لوله هاي فلزي است كه بيشترين آمار اختصاص به لوله هايPEX و چند لايه دارد

[ghasem motamedi]

پلیمرها
پلیمر یک واژه یونانی است. و از اتصال زنجیرهای کوچک منومرساخته میشود. که انصال این زنجیره ها را پلیمریزاسیون گویند. فرایند پلیمریزاسیون عموماً به دو صورت انجام میشود که خود نیاز به یک بحث طولانی و پیچیده میباشد.
ویژگی برتر این مواد پلیمری ‍‍: سبکی، سختی و در عین حال انعطاف پذیری، مقاومت در برابر خوردگی، رنگ پذیری، شفافیت، سهولت در شکل پذیری و بسیاری از خواص مورد استفاده در کاربردهای مختلف.
پلیمرها عموماً به دو دسته پلاستیکها و لاستیکها تقسیم میشوند. وهر دو گروه نیز خود به پلیمرهای گرمانرم(termoplast) و گرما سخت (termoset) تقسیم میشوند که بطور مفصل شرح داده خواهد شد.
به خاطر اینکه مواد پلیمری به تنهایی نمی توانند مورد مصرف قرار گیرند در محل تولید (پتروشیمی) یا صنایع پایین دستی بنا به شرایط و کاربرد آنها از مواد افزودنی (addetive) استفاده میشود. به طور مختصر بعضی از این افزودنی ها ذکر میشود.
مواد پرکننده (filler): مانند خاک رس یا در اکثر موارد کربنات کلسیم یا سیلیکا استفاده میشود و علت افزودن آنها کاهش قیمت است و تأثیری در افزایش خواص ندارد. از افزودنی مثل الیاف کوتاه یا پولک جهت بهبود خواص مکانیکی استفاده میشود. منظور از خواص مکانیکی کاهش خزش و استحکام در برابر تنش و ... میباشد.
روان کننده ها (lubricant): این مواد ویسکوزیته پلیمر مذاب را کاهش داده و شکل پذیری در قالب ها را آسان تر میکند. مانند استارات کلسیم.
رنگدانه ها (pigment): جهت ایجاد رنگهای گونگون در پلاستیکها به کار میروند.
نرم کننده ها (plasticizers): موادی با وزن مولکولی و طول زنجیره کمتر نسبت به رنجیره پلیمرها که خواص و مشخصه شکل گیری پلیمرها را کمتر میکند. بهترین نمونه کاربرد آن DOP دی اکتیل فتالات، در تهیه PVC پلی وینیل کلراید میباشد که باعث انعطاف پذیری آن میشود. پی وی سی تقریباٌ سخت میباشد و در موارد استفادهایی که انعطاف پذیری نیاز داریم بوسیله این ماده آن را نرم میکنیم. مثال ساده استفاده در سفره ها (به بوی خاص و تند آن توجه کنید همان DOP است) و دمپایی ها و داشبوردهای پیکان های مدل قدیم! میباشد. و اگر به ترک! داشبورد بعضی از آنها توجه کنیم مربوط به از بین رفتن (پریدن) این افزودنی میباشد.
استحکام دهنده ها(reinforcement) : با افزودن موادی نظیر الیاف شیشه یا الیاف کربن مقاومت و سفتی پلیمرها افزایش و بهبود می یابد. نظیر فایبر گلاس ها یا بدنه هواپیما و بعضی از خودروها مانند سیناد2 !
پایدار کننده ها(stabilizers) : این افزودنی ها از فساد و تخریب پلیمرها در مقابل عوامل محیطی مانند نور خورشید (اشعه UV) و رطوبت و ... جلوگیری میکند. مانند مواد ضد اکسایش که به پلاستیکهایی نظیر ABS اکریو نیتریل-بوتادین- استایرن ، پلی اتیلن و پلی استایرن اضافه میشود و پایدارکننه های حرارتی که معمولاٌ برای شکل دهی PVC به کار میرود.
مواد ضد آتش زا(inflammable) : از این مواد در پلیمرهای استفاده میشود که خطر آتش سوزی در محل میباشد. بعضی از پلیمرها مانند PVC که حوای ماده کلر(ضد آتش) میباشد، در هنگام آتش سوزی خود اطفا میباشد و خاموش میشود. همچنین گاز وجود گاز خنثی نیتروژن در فوم های پلی استایرن (سقف کاذب) نیز باعث اطفاء حریق میباشد.
الف- پلاستیک های گرمانرم:
در مواد گرمانرم زنجیره های دراز مولکولی با نیروهای ضعیف واندروالسی در کنار هم قرار دارند که میتوانید آنها را به صورت یک کلاف در هم پیچیده تصور کنید. وقتی به این مواد حرارت داده میشود نیروهای بین مولکولی ضعیف شده، طوری که ماده نرم و انعطاف پذیر میشود و سرانجام با افزایش دما ماده ذوب (گرانروان) میشود. که اگر آن را باسرعت زیاد سرد کنیم درصد بی نظمی (آمورف) بیشتر و اگر کند سرد کنیم ماده بلوری تر میشود و بحالت جامد بر میگردد. این گرم کردن و نرم کردن و دوباره سرد کردن را بارها میتوان ادامه داد. البته در بعضی مواد مانند PVC ذوب مجدد ماده و قالب گیری مجدد آن موجب افت کیفیت و خواص آن میشود. بحر حال این ویژگی مواد گرمانرم در پایه روشهای شکل دهی مرسوم است. ولی در عین حال حساس بودن به گرما و حرارت و نرم شدن نقطه ضعف آن محسوب میشود. از گرمانرم ها میتوان: پلی اتیلن، پلی وینیل کلرایدPVC، نایلون، استات سلولز، استال، پلی کربنات، پلی متیل متاکریلات و پلی پروپیلن را نام برد.


ب- پلاستیک های گرما سخت:
این پلاستیکها طی واکنش دو مرحله ای انجام میشوند. اولین مرحله تشکیل زنجیرهای درازگونه همانند پلاستیکهای گرمانرم است و مرحله دوم ایجاد اتصالات عرضی بین زنجیرها در خلال عملیات قالب گیری و در اثر اعمال حرارت و فشار صورت میگیرد. قطعه حاصل پس از سرد شدن سخت به نظر میرسد در حالی که ساختمانی با شبکه مولکولی متراکم مانند تار و پود در هم پیچیده در آن ایجاد شده است. در مرحله دوم زنجیره های دراز مولکولی با پیوند های قطبی به یکدیگرمتصلند. در این نوع پلاستیکها ماده در اثر حرارت دوباره نرم و روان نمی شود و اگر حرارت افزایش پیدا کند ماده تخریب مولکولی شده و بهزغال تبدیل می شود. پیوندهای عرضی بین زنجیره های پلیمر، پیوندهای شیمیایی قوی هستند. به همین دلیل مواد گرماسخت دو مشخصه بارز سخت و وابسته نبودن خواص مکانیکی از حرارت را دارار می باشند. فنل فرم آلدیید، اوره فرم آدیید، اپوکسی ها و برخی از پلی استرها جزو مواد گرماسخت محسوب می شوند.
پلاستیک های مهندسی:
بسیاری از گرمانرم ها بعنوان پلاستیکهای مهندسی پذیرفته شده است. به طور کلی پلاستیکهایی که در مقابل اعمال بار و حرارت وخوردگی کم و بیش مقاومت از خود نشان می دهند، مهندسی نامیده میشوند.
امروزه موادی که به عنوان پلاستیکهای مهندسی محسوب می شوند، عبارتند از: نایلون، استال، پلی کربنات، پلی فنیلن اکساید اصلاح شده (PPO)، پلی استرهای گرمانرم، پلی سولفون و پلی فنیلین سولفاید. بعضی از انواع پلی پروپیلن هم کاربرد مهندسی یافته اند. همچنین پلی وینیل کلراید فاقد نرم کننده (DOP)، که uPVC نام دارد در صنعت لوله سازی و پلی اتیلن مورد استفاده در ساخت مفاصل و اتصالالت جزو پلاستیکهای مهندسی محسوب می شوند. در سالهای اخیر نسل جدیدی از پلاستیکهای مهندسی بادوام و عمر کارکرد زیاد و عملکرد در دمای بالا در دسترس است.
مانند: پلی فنیل سولفاید (PES)، پلی اتر نیتریل (PPS)، پلی اتر کتون (PEEK)، پلی اتر ایماید (PEI)، پلی آمید ایماید (PAI)، پرفلورو آلوکسی (PFA)
برخی از این مواد، دمای کارکردی بالاتر از 200 درجه سلسیوس و اگر با الیاف پر شوند تا بالای 300 درجه قابل استفاده می باشند.
در برخی موارد پلاستیکهای گرما سخت همراه با پلاستیکهای مهندسی یک ترکیب عالی به ما خواهد داد که کاربرد در موارد مهندسی دارد. البته در بسیاری از موارد خواص گرما سخت ها غیر قابل رقابت با برخی پلاستیکهای مهندسی گران قیمت مانند پلی شولفون، پلی اتر سولفون، و پلی اتر کتون PEEK است.
مواد کامپوزیت(مرکب):
یکی از عوامل مهم توجه به پلاستیکها برای مصارف مهندسی، امکان افزودن الیاف استحکام دهنده برای تقویت خواص آنهاست. که مواد مرکب حاصل برای کاربرد در صنایع هوایی و خودرو سازی بسیار مناسب است. مواد گرما سخت که ترد و شکننده هستند همراه با الیاف استحکام دهنده بلند و مقاوم به کار میروند. البته بحث مقاومت الیاف و نوع آنها و اندازه و طول و جهت و نوع فرآیند شدن آنها مقوله طولانی است که از بحث خارج است. بطور کلی برای بهتر فرآیند شدن و سرعت تولید و داشتن خواص مورد نظر در گرمانر ها از الیاف کوتاه و در گرما سخت ها از الیاف بلند استفاده میشود.
الیاف شیشه از لحاظ استحکام، سختی و قیمت بسیار مورد استفاده هستند. الیاف کربن با قیمتی بیشتر و خواص مناسب نیز مورد استفاده قرار میگیرد. برای مثال، مقاومت در برابر ضربه مشتمل بر الیاف کربن و سفتی مشتکل بر الیاف شیشه است. و بنا به بیشتر بودن نوع خاصیت مورد نظر هر دو با درصدهایی مورد استفاده قرار می گیرند.
کامپوزيتهای پليمری از مخلوط يک ماتريکس پليمری با ذرات معمولا معدنی نظير ذرات کربن و الياف شيشه
به - تشکيل می شوند. در اين مقاله کامپوزيت پلی آنيلين/کربنات کلسيم با درصدهای وزنی مختلف کربنات کلسيم (% )۴۰-0 هدايت سنجي و آزمون ،FT-IR دو روش پليمريزاسيون همزمان و روش محلولي سنتز شد. کامپوزيت تهيه شده با تکنيکهاي چسبندگي مورد ارزيابي قرار گرفت. ميزان حفاظت از خوردگی پوششي از اين کامپوزيت ( ۱۵ ميکرومتر) بر روي نمونه هاي ارزيابي و مورد مقايسه با فلز بدون NaCl و % 3.5 HCl 0.1M ،H2SO4 0.1M آهنی در محيطهای خوردنده مختلف نظير پوشش و پوشش داده شده با پلي آنيلين خالص قرار گرفت. اندازه گيريهای ولتامتری چرخه ای و منحنی های تافل نشان داد که جريان خوردگی نمونه های پوشش داده شده با کامپوزيت نسبت به نمونه های پوشش داده شده با پلی آنيلين
۹۶ %) می يابد و پتانسيل خوردگی آن به سمت مقادير مثبت شيفت پيدا می کند.
ژل هاي پليمري کاربرد زيادي در زمينه هاي مختلف دارند که با وجود داشتن مزاياي گوناگون، خواص مکانيکي
نامناسب از جمله معايب آنهاست . پژوهش ها نشان داده است که برخي خواص مکان يکي ژلهاي پليمري با
افزودن سيليکات هاي لايهاي خاك رس بطور قابل ملاحظه اي بهبود مييابد . هيدروژلهاي نانوکامپوزيتي بر پايه پلي و ينيل الکل و خاک رس اصلاح شده با استفاده از روش سرما يش – گرما يش چرخه اي تهيه و سپس ساختار و برخي خواص مکانيکي آنها بررسي شده است . نتا يج نشان ميدهد که درهيدروژل هاي نانوکامپوزيتي، سيليکاتهاي لاي هاي خاک رس داراي ساختار نفوذ ي در هم آميخته با آرا يش
موازي با يکديگرند. همچنين ميزان مدول کششي و ازدياد طول تا پارگي هيدروژل هاي نانو کامپوزيتي در
مقايسه با هيدروژل خالص افزايش و استحکام کششي آنها کاهش يافته است.

آلياژهاي پليمري
به زبان ساده اگر توضیح دهیم در بعضی کاربردها استفاده از یک پلیمر مرغوب شاید به تنهایی نتواند خواص مورد نظر ما را برآورده سازد. در اینصورت یک راه خوب ترکیب (با روش های پیچیده) دو یا چند پلیمر میباشد که به آن آلیاژ پلیمری می گویند. مثلاً یک پلیمر مقاومت حرارتی خوبی در دمای بالا دارد و پلیمر دیگر در برابر ضربه مقاوم است، که آلیاژ آن دو هر دو خواص را می دهد. برای طراحی آلیاژها نیاز به آشنا بودن به شیمی پلیمر، رزین های مختلفی با خواص، قیمت مناسب و مشخصه های شکل گیری در قطعه نهایی لازم است. یکی از نمونه های پر کاربرد و موفق آلیاژهای پلیمری که هم سخت و مقاوم در برابر ضربه و حرارت است، ABS (اکریلو نیتریل-بوتادین-استایرن) است که در بسیاری از موارد این آلیاژ خود با پلیمرهای دیگر دوباره آلیاژ میشود و خواص خوبی را ارائه می دهد. مانند PC/ABS (پلی کربنات). در اکثر قاب های تلفن همراه از این آلیاژ استفاده می شود. لطفاً به پشت قاب موبایل خود توجه کنید، همین آرم را می بینید!

چند نمونه از آلیاژها:
1. اکریلیک/PVC: مقاومت خوب در برابر مواد شیمیایی و شعله، چغرمه
2.ABS/PVC : شکل دهی و فراورش راحت، مقاومت در برابر ضربه و شعله
3. پلی کربنات/ABS: سخت با دمای تغییر شکل بالا و مقاومت ضربه خوری خوب
4. الاستومر/نایلون: مقاومت بالا در برابر ضربه و شکاف
الاستومرها (لاستيك ها)
این مواد کشسان از خانواده پلیمرها هستند. مولکول های دراز زنجیر گونه نامنظم، پیچ خورده و به هم تابیده هستند. از این رو انعطاف پذیری بالایی را به ماده داده و امکان تغییر شکل زیادی را فراهم میکند. لاستیک ها در ابتدای تولید به صورت خام و پخت نشده هستند و پس از تغییر شکل زیاد قابلیت برگشت به حالت اولیه بطور کامل را ندارند. چون مولکولهای دراز به صورت غیر قابل بازگشت بر روی هم می لغزند. برای جلوگیری از این لغزش با روشی که قبلاً ذکر شد تحت عنوان ولکانیزاسیون (vulcanization) لاستیک را با گوگرد پخت می کنند. که شبیه همان پیوندهای عرضی در گرماسخت ها است و به صورت یک شبکه در می آید. در این هنگام اگر مولکولها کشیده شوند به علت داشتن این پیوندهای عرضی حالت ارتجاعی داشته و دوباره به حالت اول باز می گردند.
لاستیک های پخت شده از خواص خوبی مانند فنری بودن، مقاومت در برابر روغن ها، گریس ها و اوزون، انعطاف پذیری حتی در درجه حرارتهای کم و مقاوم بودن در بسیاری از اسیدها و قلیاها برخوردارند. لاستیکها به عملیات آرام ودقیق و همچنین انرژی زیاد برای پخت و قالبگیری نیازمندند.
از الاستومرهای پر مصرف میتوان به نئوپرن و بوتادین رابر اشاره کرد.
پلی اتیلن سبک (LDPE)
پلی اتیلن با دانسیته کم (low density polyethylene)
پلاستیکی با کاربرد وسیع. همانطور که میدانیم چگالی پلیمرها در محدوده 900 تا 1400kg/m3 است. چگالی این پلیمر در محدوده 918 تا 935 است و بسیار انعطاف پذیر و چقرمه است. مصرف عمده آن در تهیه ورقه های نازک مخصوص بسته بندی است. مصارف دیگر آن در ساخت عایق الکتریکی و ساخت وسایل خانگی، لوله، بطریهای یکبار مصرف و مخازن نگهداری آب سرد است.

پلی اتیلن سبک خطی(LLDPE)
پلی اتیلن خطی با دانسیته کم (linear low density polyethylene)
نظر شخصی من در این مورد این است که مصرف روزانه آن نسبت به LDPE رو به افزایش است. و امکان تولید آن برای هر پتروشیمی سودآوری دارد. این نوع پلی اتیلن در سال 1977 به بازار عرضه شد. این پلیمر در فرآیندی با فشار کم تولید می شود و ساختمان مولکولی منظم با شاخه های جانبی کوتاه دارد. بر حسب سرعت سرد کردن مذاب آن ساختمان خاصی از آن به وجود می آید. از این رو با چگالی یکسان با LDPE سخت تر از آن می باشد. همچنین مقاومت کششی و قدرت چگش خواری بالاتری دارد.

پلی اتیلن سنگین (HDPE)
پلی اتیلن با دانسیته بالا (high density polyethylene)
پلیمری بلوری تر نسبت به LDPE، با چگالی 935 تا 965. اگر چه قدری گرانترست اما چون قوی و بادوام و سخت تر است، مصارف زیادی دارد. مانند: ظروف زباله، جابطری، انواع مخازن و لوله برای نگهداری و انتقال سیالات، انواع اسباب بازی ها و وسایل خانگی و آشپزخانه و ...
گریزی از این مطلب بزنیم، کاتالیست ها برای فرآیند پلی اتلین معمولاً زیگلرـ ناتا ومتالوسن که پیشرفت جدیدی است می باشند. با این تفاوت که در استفاده زیگلرـ ناتا زنجیرهایی که بوجود می آیند همه با هم یکسان نیستند (کوتاه و بلند)، و مجموعه ای از خواص را پیشنهاد می کنند. که در آزمایشات آن می بینیم که یک نقطه ذوب در آن مشاهده نمی شود بلکه دمای ذوب به دلیل وجود زنجیرهای کوتاه و بلند بصورت یک محدوده است. البته در بیشتر موارد اندازه نبودن زنجیرها لازم است. مثلاً داشتن زنجیرهای کوتاه در لابلای زنجیرهای بلند نقش یک نرم کننده (مانند DOP در پی وی سی) را دارد وفرآیند شدن راحت تر صورت میگیرد.
اما در کاربردهای خاص و مهم داشتن یک نقطه ذوب! و خواص دیگر لازم است، که کاتالیست متالوسن با ایجاد زنجیرهای یکسان (پیک قله ای) این نیاز زا برآورده می سازد.

از پلی اتیلن میتوان یک ساختار شبکه ای (کراسلینک) تولید کرد که XLPE نام گرفته است. که این پلیمر مقاومت شیمیایی ، چقرمگی، حرارتی خوبی را دارا است.
پلي اتيلن با دانسيته بسيار بالا (UVHDPE):
به خاطر وزن مولكولي بسيار بالاي اين پليمر فرآيند كردن و شكل دادن آن بسيار مشكل بوده، از اين رو امكان توليد آن فقط مختص كشورهاي پيشرفته است. اين پليمر بصورت پودر مي باشد كه تحت روش هاي پيچيده با فشار بالا و عمليات ديگر در ساخت پروتزها كاربرد دارد وخواص بسيار خوبي دارد و بسيار محكم است و البته گران!
پلی پروپیلن (PP)
یکی از پلاستیکهای همه منظوره و پرمصرف عمومی با درجه بندی های زیاد است و با اتیلن تشکیل کوپلیمر (اتیلن ـ پروپیلن) می دهد. کمترین دانسیته را در بین گرمانرم ها دارد ( حدود 900 کیلوگرم بر متر مربع) و استحکام، سختی و مقاومت عالی آن در برابر پدیده خستگی (fatigue) و مواد شیمیایی، آن را در بسیاری از کاربردها مورد توجه قرار داده است. مانند: ساخت قطعات کوچک خودرو، صندوق، اجزای سواری (پروانه، صفحات جلوبندی و نظایر آن) اسکلت صندلی، اتاقک تلویزیون. مقاومت عالی آن در برابر پدیده خستگی، آن را برای ساخت و قالبگیری انواع لولا (مانند پدال گاز و انبر جراحی/ انبر آزمایشگاهی) مناسب می کند. بصورت لیف درساخت طناب یا استفاده در پشت فرش و قالی، و بصورت ورقه های نازک برای بسته بندی (مانند پوست پفک! و مواد غذایی و...) استفاده می شود. به صحت میتوان گفت بعد از پلی اتیلن و پی وی سی پرمصرف ترین پلیمر جهان است.

[ghasem motamedi]

نایلون
نایلون انواع مختلفی دارد (نایلون 6، نایلون 66، نایلون 11). اما به علت خواص عالی و مقاومت و سفتی و چقرمگی بالا در زمرة پلاستیکهای مهندسی به شمار می رود. این پلیمر در قیاس با آلیاژهای فلزی نه تنها در اکثر پارامترهای خواص بهتر می باشد (مانند سرعت تولید خوب، دقت قطعه بالا، سختی سطح زیاد و خراشیده شدن به سختی، حساسیت به شکاف خیلی کم است، هدایت گرمایی کم، ضربه خوری خوب یا اتلاف ضربه، وزن کم، قابلیت سوار کردن قطعه خیلی خوب، عایق الکتریکی زیاد و ..) بلکه از لحاظ اقتصادی هم در قیمت مواد خام و هم در دستگاهها و قالبها مقرون به صرفه تر می باشد.
مصارف عمده نایلون در ساخت چرخ دنده های کوچک به علت اصطکاک و خراشیدگی کم (مانند ضبط و پخش)، یاتاقانها، واشرها، چرخ دنده دار، جعبه ابزار سنگین، قطعات اتصالات الکتریکی، و چرخ نقاله است. مهم ترین نکته ای که در طراحی با استفاده از نایلون باید مد نظر داشت، جذب رطوبت هوا در نایلون است که بر خواص آن اثر می گذارد. و البته کامپوزیت کردن آن (استحکام با الیاف شیشه) این مشکل را کاهش می دهد و ترکیبی بسیار قوی و مقاوم در مقابل ضربه را به وجود می آورد. کاربرد دیگر نایلون ساخت الیاف بسیار محکم (برزنت) است.
استال ها خواص برتر استالها از قبیل مقاومت، سختی و چقرمگی، آنها را نیز در زمرة پلاستیک های مهندسی قرار داده است. با داشتن دانسیته بیشتر از نایلونها، از بسیاری جهات خواصی مشابه با آنها را نشان می دهد و می تواند در ساخت قطعات سبک مهندسی به کا رود. همچنین قابلیت جذب رطوبت آن بسیار کم است. استالها هم بصورت خالص و هم در ترکیب با پلیمرهای دیگر وجود دارند. نوع خالص آن (همو پلیمر) قدری قویتر و سخت تر است و نوع ترکیبی آن با پلیمر های دیگر (کوپلیمر) ویژگی دوام در دماهای زیاد را دارد و به همین دلیل در ساخت لوله های آب گرم یا به عنوان بدنة کتری های برقی مورد توجه است. همچنین نسبت به بقیه پلیمرها گران تر است.
پلی تترا فلورو اتیلن (PTFE) مهم ترین مزیت این ماده، مقاومت عالی آن در مقابل مواد شیمیایی و ضریب اصطکاک بسیار پایین آن است. لذا بیشترین کاربرد آن در ساخت یاتاقانها، بویژه برای کار در محیط های خورنده است. از آن بصورت گسترده ای در تهیة نوارهای عایقکاری، واشرها، پمپها، دیافراگم ها، و همچنین پوشش ظروف آشپزخانه برای جلوگیری از چسبندگی استفاده می شود.
پلی استر های گرمانرم (PET – PBT )
استحکام بالا، اصطکاک کم، مقاومت سایشی، مقاومت در برابر مواد شیمیایی و جذب رطوبت کم از خواص این پلیمرها است.
از موارد مصرف آنها، ساخت چرخ دنده، یاتاقان، وسایل خانگی، پروانه، پره، قرقره، قطعات کلید، ملحقات سپر، و نظایر آن است. پلی اتیلن ترفتالاتPET بهترین جایگزین شیشه برای بطریهای نوشیدنی است (شفافیت و سبکی و محکم بودن و از همه مهم تر جلوگیری از نفوذ گازکربینک) . پلی بیوتیلن ترفتالات PBT از مزایای دوام PET برخوردار نیست اما به راحتی قالب گیری میشود.
پلی استرهای گرماسخت اصلیترین کاربرد آن، به عنوان زمینة دربرگیرندة الیاف شیشة استحکام بخش است و به اشکال مختلفی در می آید. به عنوان مادة پرکاربردی که هر کسی میتواند با آن کار کند معروف است و برای قایقهای کوچک، ظروف مخصوص نگهداری مواد شیمیایی، مخازن، کیف و وسایل یدکی، ابزار خودروها و نظایر آن به کار می رود
پلی اتر اتر کتن (PEEK)

این ماده نوظهور در پلاستیک ها امکان کاربرد در دماهای بالا را دارد و بصورت ذاتی بلوری است و این امر موجب مقاومت زیاد آن در مقابل حمله اسیدها، قلیاها و حلال های آلی است. بسادگی شکل می گیرد و امکان کاربرد دراز مدت آن در 200 درجه سلسیوس وجود دارد و در این حال مقاومت سایشی خوب، اشتعال پذیری اندک، چقرمگی، استحکام و مقاومت خوب در مقابل خستگی نشان می دهد. دانسیته آن در حدود 1300 کیلوگرم بر متر مکعب است و در روکش دادن سیمها و ساخت اتصالات الکتریکی، پره، پروانه، الیاف و نظایر آنها به کار می رود
پلی متیل متاکریلات (PMMA)
این ماده دارای خاصیت استثنایی شفافیت نوری و مقاومت در برابر تشعشعات خارجی است. در مقابل قلیاها، مایع های پاک کننده، روغن ها و اسیدهای رقیق پایدار است. اما بسیاری از حلال ها روی آن اثر می گذارند. خاصیت منحصر به فرد آن یعنی انعکاس داخلی نور به طور صد در صد، موجب کاربرد آن در ساخت علائم خبری، تبلیغاتی و مصارف پزشکی شده است. دیگر کاربردهای آن تهیه علایم خبری و هشدار دهنده، صفحات کنترل، چراغهای گنبدی، نورافکن، حمام، محافظ صورت، صفحات منقوش به نام اشخاص، عدسیها و نمونه های نمایشی است
پلی وینیل کلراید (PVC)
پلیمری با کاربرد وسیع و به دو صورت حاوی نرم کننده (DOP) و فاقد نرم کننده استفاده می شود. هر دو نوع آن خواص خوبی مانند مقاومت در برابر شرایط محیطی، خواص عالی عایق الکتریکی، سطح ظاهری خوب و صاف و خود اطفاکنندگی دارد. PVC حاوی نرم کننده، انعطاف پذیر و تاشو است و برای پوشش دادن سیمها، ساخت کفپوش، توپ های بازی، دستکش و بارانی به کار می رود. PVC فاقد نرم کننده که بصورت uPVC نشان داده میشود، سخت چقرمه و محکم بوده به صورت گسترده ای در صنعت ساختمان سازی مانند ساخت لوله، ناودان، چارچوب و اسکلت پنجره، پوشش دیوار و نظایر آن به کار می رود. کارتهای اعتباری رایج نیز از نوع uPVC تهیه می شود.
پلی استایرن (PS)
در درجه بندی های مختلف از نظر مقاومت ضربه خوری، از حالت شکننده (مانند لوله خودکار) تا حالت چقرمه یا انعطاف پذیر وجود دارد. پلیمری شفاف است و به دلیل قیمت پایین و سهولت شکل گیری، در ساخت هواپیماهای کوچک، لیوان های یکبار مصرف و پوشش خودکار، ظروف مخصوص نگهداری ماست، جاچراغی، فنر، رله ها، آمپولهای یکبار مصرف به کار می رود. پلی استایرن به صورت اسفنجی نیز تهیه می شود که در تهیه کاشیهای مخصوص سقف کاذب به کار می رود (به دلیل داشتن گاز نیتروژن در این اسفنج ها، خود اطفا می باشند). این ماده برای کارهای بسته بندی و عایقکاری حرارتی بسیار مناسب است.

[ghasem motamedi]

اکریلونیتریل ـ بوتادین ـ استایرن (ABS)

خواص برتری مانند استحکام، سختی، چقرمگی نسبت به سایر پلاستیک ها دارد. از این رو جزء پلاستیک های مهندسی به شمار می رود. در بسیاری از کاربردها با نایلون و استال رقابت می کند و در عین حال ارزانتر است!
این ماده در مقابل مواد شیمیایی از قبیل حلال های کلردار، استرها، کتن ها، اسیدها، و قلیلها آسیب پذیر است. موارد عمده مصرف آن، جعبة تلویزیون، دستگاه تلفن و موبایل، صفحات قابل شکل گیری، دستة برس موی سر، جامه دان، کلاههای ایمنی ولایه ها و آستر داخلی یخچال است. همچنین همانطور که قبلاً ذکر شد با بعضی از پلیمرها، آلیاژ خوبی تشکیل می دهد که خواص عالی را در بر دارد.
پلی کربنات (PC)
پلیمری مهندسی که در پتروشیمی خوزستان تولید می گردد. چقرمگی زیاد، شفافیت، مقاومت در برابر دماهای بالا اما آسیب پذیر از قلیاها و حلال های ئیدروکربن، از خصوصیات آن است. موارد مشخص کاربرد آن در روکش چراغهای خیابانها، شیشه تغذیة یچه، ماشین های خانگی و پوشش محافظ آنها، قطعات دوربین، قطعات برقی، وسایل ایمنی و دیسکهای فشرده (CD) است. از لحاظ قیمت نیز در زمرة پلاستیک های گران است.
پلی اتر سولفون
این ماده یکی از پلاستیک های جدید مقاوم در برابر درجه حرارتهای بالاست. معمولاً برای ساخت قطعاتی که تا دمای 180 درجه سلسیوس زیر بار هستند پیشنهاد می شود. حتی بدون استفاده ار مواد ضد اشتعال نیز شعله وری اندکی داشته، تغییر قابل توجهی در خواص الکتریکی آن در محدوده 0 تا 200 درجه مشاهده نمی شود. و بسادگی قالب گیری میشود. از کاربردهای آن، ساخت مجاری گرمایی در هواپیما، اتصالات برقی، مجاری موتور، یاتاقانها، صفحات مشبک، دسته های ابزار و روکش های ضد چسبندگی را میتوان نام برد.
پلی فنیلین اکساید اصلاح شده (PPO) منظور از واژه اصلاح شده اینست که پلی استایرن با مقاومت ضربه ای بالا به آن اضافه شده تا شکل پذیری را سهولت بخشیده، قیمت پایه را کاهش دهد. این ماده طیف وسیعی از خواص را ارائه می دهد و لذا کاربردهای متنوع و وسیعی دارد. و به عنوان مثال تا دمای 100 تا 150 درجه سلسیوس به کار می رود، در حالی که هم سخت، چقرمه و مقاوم است. در مقابل خزش بخوبی پایداری می کند. جذب آب و رطوبت در آن کم و استحکام ابعادی آن عالی است. کاربردهای آن شامل اجزای ماشینهای اداری، شیرهای آب، اجزای چراغهای سقفی، مجاری موتور، صفحات قابل شکل گیری، صفحات مشبک، پوشش پمپ، پوشش سشوار و نظایر آنها است.
آمینوها (ملامین فرم آلدئید و اوره فرم آلدئید)
این دو نوع آمینوپلاست جزء پلاستیک های گرماسخت (termoset) می باشند. اینها موادی سخت و محکم با مقاومت سایشی خوب و خواص مکانیکی کاملاً مناسب تا دمای 100 درجه سلسیوس است. اوره فرم آلدئید نسبتاً ارزان است؛ اما به عات خاصیت جذب رطوبت، استحکام ابعادی آن پایین است و معمولاً برای ساخت در بطری، کلید برق، دوشاخة برق، دستة ظروف، ابزار و سینی پلاستیکی به کار می رود. قدرت جذب رطوبت ملامین فرم آلدئید کمتر و مقاومت آن در مقابل مواد شیمیایی و درجه حرارت بیشتر بوده، معمولاً در ساخت روکش میز، ورقه های پوشش سطوح و اسکلت الکتریکی به کار می رود.
فنولیکها: فنل ـ فرم آلدئید (باکلیت)
یکی ازقدیمی ترین مواد مصنوعی موجود است که محکم، سخت و شکننده بوده مقاومت خوب در مقابل خزش داشته خواص الکتریکی بسیار خوبی نشان می دهد. متأسفانه این ماده فقط در رنگهای تیره موجود است و نسبت به قلیاها و عوامل اکسیدکننده آسیب پذیر ایت. از کاربردهای عمومی آن، ساخت لوازم برقی خانگی، دستة دیگ،تیغه یه پره خنک کننده ها، دستة اتو و اجزای پمپ است.
پلی یورتانها این ماده به سه شکل اسفنجی سخت، اسفنجی نرم و کشسان وجود دارد. از مشخصات بارز آن، مقاومت و استحکام بالا و مقاومت خوب در برابر مواد شیمیایی و سایش است. از اسفنج سخت استفاده وسیعی به عنوان عایق استفاده می شود. اسفنج نرم در مبلمان و نوع کشسان پلی یورتان در ساخت تایرهای توپر و قطعات ضربه گیر کاربرد دارد.
اپوکسیدها رزینهای اپوکسی (در ایران فقط در پتروشیمی خوزستان به همراه پلی کربنات تولید می شود) از سایر مواد گرماسخت مانند پلی استر گرانتر است. اما معمولاً به دلیل مزایایی نظیر چقرمگی بهتر، آبرفتگی کمتر در حین پخت، مقاومت بهتر در برابر شرایط جوی و جذب رطوبت کمتر، ترجبح داده می شود. کاربرد اصلی آن در صنعت هواپیماسازی است. زیرا ترکیب خوبی از خواص را در تلفیق با الیاف استحکام دهنده ارائه می دهد. محدوده درجة حرارت کار با آن 25 تا 150 درجه سانتیگراد است.
الياف كربن الياف كربن موادي هستند كه براي افزايش مقاوم سازي ساختمان‌ها و ديگر سطوح مورد استفاده قرار مي‌گيرند و با هزينه‌هاي زيادي از كشورهاي ديگر وارد مي‌شوند. اما جديداً موفق به توليد آن در داخل كشور شده ايم. اين مواد با وجود وزن كم، استحكام زيادي حدود سه تا بيست برابر استحكام فولاد دارند. الياف كربن در ساخت قطعات بدنه هواپيما، موشك، راكت تنيس و تور ماهيگيري، مقاوم سازي ساختمان‌ها و ساخت مخازن CNG نوع سوم به كار مي‌روند. براي مقاوم سازي ساختمان الياف كربن را در قسمت پي ساختمان يا ستون‌هاي اصلي به صورت كاغذ ديواري به دور ستون پيچانده و يا روي بادبندها مي‌زنند تا ساختمان در برابر زلزله مقاومت بيشتري داشته باشد. روي بدنه آلومينيومي مخازن CNG نوع سوم را با الياف كربن پوشانده و مقاوم مي‌كنند كه اين الياف وزن كمتري نسبت به مخازن فولادي دارد به طوري كه مخازن سواري وزني معادل 130 كيلوگرم اما مخازن نوع دوم 30 تا 40 كيلوگرم وزن دارند. مواد اوليه الياف پن از نوع پلي آكريلونيتريل هستند كه در كشور وجود دارد. يكي از هتل‌هاي بزرگ تهران به عنوان اولين ساختمان در كشور با استفاده ازالياف كربن وارداتي به مقاوم سازي پايه‌هاي ساختمان اقدام كرده است.

[ghasem motamedi]

پلی متیل متاکریلات 1
پلی متیل متاکریلات یکی از پلیمرهای معروف و شناخته شده ای می باشد که در اوایل به عنوان جایگزین شیشه بطور وسيعي در صنایع پنجره سازی و شیشه اندازی کاربرد دارد. این ماده یکی از سخت ترین و محکم ترین پلیمرها با شفافیتی در حد شیشه و سطحی براق و صیقلی و مقاوم در برابر عوامل جوی است. جالب است بدانید صفحات پلی متیل متاکریلات کاربرد وسیعی در تهیه و ساخت پنجره هواپیما نیز دارند. شرکت پلیمر طلایی یزد با بهره گیری از جدیدترین ماشین آلات و تکنولوژیهای پیشرفته حال حاضر دنیا اقدام به تولید صفحات تخت پلی متیل متاکریلات بر اساس استانداردهای DIN EN ISO 7823-2 کرده است.

صفحات پلی متیل متاکریلات مقاومت قابل توجهی در برابر عوامل جوی و پرتو نور خورشید دارند. از خواص اپتیکال و سطح شفاف فوق العاده ای برخوردارند و در عین حال از نظر استحکام در برابر ضربه از شیشه مقاومتر هستند. علاوه بر آن درصد جذب رطوبت بسیار کم و مقاومت کششی و الکتریکی خوبی دارند.
حدود 40 تا 50 درصد تولیدات این پلیمر در صنایع اتومبیل سازی، 33 درصد در ساختمان سازی و صنایع روشنایی و بقیه در تولید و طراحی CD ، اسباب بازی، لوازم التحریر مثل خودکار، تزئینات و ساخت تندیس و صنایع الکتریکی به کار می روند.
لوله های کامپوزیتی


مواد اولیه : الیاف ، رزین ها ، و دیگر پرکننده ها

لوله های FRP با استفاده از تقویت کننده های الیاف شیشه ، رزین های گرما سخت ، مواد linerviel و انواع دیگر افزودنی ها ساخته می شوند . الیاف تقویت کننده معمولا ً از جنس الیاف شیشه E است . مشخصات اسمی الیاف شیشه E عبارتند از سفتی کششی در حدود 72400 مگا پاسکال ، استحکام کششی در حدود 3450 تا 3800 مگا پاسکال و درصد افزایش طول در حدود 4 تا 5 درصد . انواع دیگری از الیاف در این رده عمومی وجود دارند که نیازهای گوناگون مقاومت به خوردگی را برطرف می کنند اما الیاف شیشه E تا حدودی تمام بازار را تحت سلطه خود درآورده است . الیاف تقویت کننده دیگری برای کاربردهای ویژه و شرایط خورنده منحصربه فرد وجود دارد مانند FCR ، C ، AR و جز آن . الیاف تقویت کننده بسته به فرآیند ساخت لوله و تحمل بار مورد نیاز ، تغییر می کنند . الیاف تک جهته تابیده شده ، الیاف کوتاه ، تقویت کننده های رشته ای ، نمد ، الیاف بافته شده و انواع دیگر الیاف درساخت لوله های FRP کاربرد گسترده ای دارند .
درصد وزنی الیاف به طراحی محصول نهایی وابسته خواهد بود . جهت الیاف ، شیوه چیدمان لایه ها روی هم و تعداد لایه های تقویت کننده ، ویژگی های مکانیکی ، سفتی و استحکام واقعی لوله را تعیین می کند . رزین مورد استفاده در ساخت لولۀ FRP ویژگی های خاص خود را دارد . درحالی که ویژگی های استحکام و سفتی رزین چندین بار کم تر از الیاف است ، رزین نقش اساسی را ایفا می کند . رزین های گرما سخت گروه عمده ای هستند که در ساخت لوله FRP به کار می روند . رزین به عنوان چسب عمل کرده و الیاف را در ساختار لایه ای محصول پخت شده به هم متصل می کند . رزین در برابر خوردگی ناشی از عبور گازها و سیالات از درون لوله مقاومت می کند . مشخصات فیزیکی و شیمیایی رزین ، مقاومت حرارتی که به شکل یک مشخصه که دمای انتقال شیشه ای ، Tg ، نامیده می شود و ویژگی های روش ساخت نقشی کلیدی در طراحی لوله ایفا می کنند . درحالی که رزین های پلی استر ، وینیل استر و اپوکسی قصد تسلط بر بازار لوله های FRP را دارند ، رزین های دیگری نیز وجود دارند که مقاومت به خوردگی منحصر به فردی ایجاد می کنند . پلی استرها اغلب برای تولید لوله هایی با قطر زیاد استفاده می شوند . وینیل استرها مقاومت به خوردگی بیشتری معمولا ً در برابر مایعات خورنده قوی مانند اسیدها و سفیدکننده ها دارند . رزین اپوکسی معمولا ً برای لوله هایی با قطر کم تراز 750 میلی متر و فشارهایی در حدود 8/20 مگا پاسکال تا 6/34 مگا پاسکال استفاده می شوند .

طراحی و تولید لوله های FRP اغلب به اجزای افزودنی نیز نیاز دارد . بیشترین افزودنی ها به شکل دهی رزین های گرما سخت کمک می کنند و همچنین ممکن است برای تکمیل واکنش های شیمیایی و پخت چند لایی مورد نیاز باشند . کاتالیزورها و سخت کننده ها در این دسته قرار می گیرند . پرکننده ها ممکن است به علت مسایل اقتصادی و یا افزایش کارایی استفاده شوند . بعضی از لوله ها به ویژه لوله های گرانشی به شدت به سفتی خمشی بالایی نیاز دارند . در مورد لوله های زیر خاک ، سفتی خمشی با عامل EI اندازه گیری می شود که حاصل ضرب سفتی چندلایی کامپوزیتی E و ممان اینرسی سطح مقطع لوله I است . سفتی چندلایی E را می توان با تغییر جهت الیاف و افزایش حجم الیاف و موارد دیگر افزایش داد . از آنجایی که ممان اینرسی I با توان سوم ضخامت دیوار نسبت دارد ؛ هرگونه کوششی برای افزایش ضخامت دیواره ، ممان اینرسی را به طور چشمگیری افزایش می دهد . در نتیجه بعضی از لوله های گرانشی با افزودن شن در مرحله تولید ساخته می شوند . افزایش شن مایۀ افزایش ضخامت دیواره و در نتیجه افزایش ممان اینرسی و افزایش عامل EI می شود . این کار افزایش سفتی با استفاده از ماده نسبتا ً ارزان مانند شن نامیده می شود . بنابراین شن می تواند یک افزودنی مهم در ساخت لولۀ FRP باشد .

چندین روش برجسته در صنعت

لوله های FRP به دو روش اصلی ساخته می شوند : ریخته گری گریز از مرکز و پیچش الیاف . با این وجود روش های بسیار متغیر و بهبود یافته ای در این سالها ایجاد شده است . در روش ریخته گری گریز از مرکز ، الیاف درون یک لولۀ فولادی قالب قرار داده می شوند . مواد تقویت کننده خشک هستند و در این مرحله به رزین آغشته نمی شوند . لایه چینی ویژه مواد در لوله فولادی به وسیله مهندس طراح و با توجه به کارآیی نهایی مورد نیاز ، مشخص می شود . هنگامی که الیاف در سر جای خود قرار گرفتند ، لوله فولادی با سرعت بالایی آغاز به چرخیدن می کند . رزین مایع در مرکز لوله پاشیده می شود و با توجه به نیروی گریز از مرکز ، تقویت کننده خشک را آغشته می کند . پوسته کامپوزیتی در حال چرخش با استفاده از گرما به لوله ای با سطح داخلی و خارجی صاف تبدیل می شود . سطح داخلی ، اغلب یک سطح هموار و غنی از رزین است .
روش شرح داده شده ، روش ریخته گری گریز از مرکز معمولی و متداول است . الیاف بافته شده ، پارچه و نمدهای سوزنی از مواد ساختاری این روش هستند . درصد وزنی الیاف دراین روش ساخت ، معمولا ً بین 20 تا 35 درصد است . می توان با استفاده از بافت های متراکم تر با افزایش سرعت چرخش برای دست یابی به فشردگی بیشتر به درصد وزنی الیاف بالاتری دست یافت .
برای ساخت لوله های گرانشی با قطرهای زیاد که سفتی لوله یک عامل بحرانی است و به سختی حاصل می شود ، اغلب اوقات از روش بهینه شده ای به نام ریخته گری گریز از مرکز Hobas استفاده می شود . روش Hobas شبیه به ریخته گری گریز از مرکز معمولی است ، افزون براین که برای افزایش عامل EI ، شن نیز به مواد اولیه افزوده می شود . این روش اغلب در قطرهای بزرگ تر از 500 میلی متر استفاده می شود و شن بخش عمده ای از سازه خواهد شد . درصد وزنی الیاف حدود 20 درصد است . درصد وزنی رزین 35 درصد و مقدار شن 45 درصد وزنی است . بنابراین درصد بالای شن باعث افزایش سفتی مقطع I می شود ولی سفتی الاستیک E را افزایش نمی دهد . به خاطر اینکه شن یک ماده ساختاری نیست ، از لولۀ Hobas به عنوان لوله گرانشی استفاده می شود نه لوله فشاری . در فرآیند پیچش الیاف ، پوسته ای پیرامون یک سنبه چرخان با قطری برابر با قطر داخلی لوله به طور پیوسته پیچیده می شود و به طور کلی در این روش ، تغییراتی ایجاد شده است . در فرآیند پیچش الیاف دو جهته یا مارپیچی ، الیاف تحت زاویه و به صورت مارپیچی روی سنبه پیچیده می شود ، تا هنگامی که تمام سطح پر شود و تعداد لایه های درست روی هم چیده شود . زاویه پیچش معمولا ً در محدوه زاویه بهینه تئوری و بین 55 تا 75 درجه است . طراحی ، زاویه پیچش مناسب را مشخص می کند . این روش بیشترین سفتی E و استحکام را ایجاد می کند ؛ چون الیاف پیوسته هستند نه بریده شده و می توان به درصد وزنی الیاف 60 تا 80 درصد رسید .
یک نسخه بهینه شده این روش ، روش پیچش الیاف پیوسته Drostholm است که برای ساخت لوله های پیوسته نوآوری شده است . در این روش یک سنبه انعطاف پذیر به کار می رود که پس از پخت لوله و حرکت لوله به جلو به جای اول خود برمی گردد . به خاطر اینکه در این روش لایه چینی به صورت کاملا ً مارپیچی امکان ندارد ، پیچش الیاف به صورت حلقه ای 90 درجه انجام می شود و بین لایه های محیطی الیاف کوتاه پاشیده می شود ، ممکن است پرکننده های شنی و الیاف نمدی نیز به کار روند . درهر حال الیاف محیطی بریده شده ساختار اولیه هستند . درصد وزنی الیاف در این روش بین 45 تا 70 درصد است . در حالت ثابت بودن طول لوله که از پیچش الیاف به صورت محیطی به همراه الیاف کوتاه استفاده می شود ، این فرآیند پیچش حلقوی کوتاه Chop-Hoop Winding نامیده می شود . ممکن است از شن نیز در این روش استفاده شود . با این کار درصد وزنی الیاف نیز به 45 تا 65 درصد کاهش می یابد .
ممکن است بر سر این که کدام یک از این روش ها بهینه است ، بحث باشد . با این وجود بحث های فنی کلیدی معمولا ً پیرامون اثر افزایش شن بر روی ویژگی های مکانیکی چند لایی کامپوزیت FRP است . اثرات دراز مدت تحمل بار و رفتار خزشی در حضور پرکننده شنی در سالهای اخیر مورد توجه بوده است .

ملاحظات طراحی و محیطی

طراحی لوله های FRP با توجه به موضوعات هیدرولیکی و شارجریان انجام می شود ؛ چون این مسایل از ملاحظات اساسی در طراحی مؤثر جریان گاز و سیال در سیستم های لوله کشی هستند . لوله های FRP برتری های قابل توجهی نسبت به مواد مرسوم مانند لوله های فلزی و بتنی دارند . به عنوان مثال ، هموار بودن سطح داخلی لوله FRP باعث کاهش مقاومت سیال و انرژی لازم برای جریان یافتن سیال در داخل لوله می شود . به دلیل مقاومت لوله FRP در برابر خوردگی ، با گذشت زمان و استفاده از لوله ، سطح داخلی هموار باقی مانده و مقاومت در برابر خوردگی نیز نقش اساسی در لوله های FRP بازی می کند .
گستره دمایی در طراحی لوله های FRP به نوع کاربرد و نوع ماده ای که در درون لوله جریان خواهد داشت بستگی دارد . لوله های زیرزمینی برای دمای ثابتی که میانگین دمای محیط پیرامون آن ها با توجه به شرایط محلی است ، طراحی می شوند . لوله های سطح زمین چون تحت شرایط باد ، باران ، برف و پرتوهای فرابنفش قرار می گیرند گستره دمایی وسیع تری دارند . در هر دو حالت گستره دمایی براساس آب و هوا و شرایط منطقه ای که لوله در آن نصب می شود تثبیت می شود . این شرایط معمولا ً از محدوده 20 تا 65 درجه سانتی گراد خارج نمی شود . در حقیقت به جز در موارد اندک ، محدوده دمای کاری معمولا ً بین 20 تا 55 درجه سانتی گراد قرار دارد .
با این وجود توجه به دمای سطح داخلی لوله مهم است چون معمولا ً سیال یا گاز در دماهای بالایی بین 52 تا 150 درجه سانتی گراد در داخل لوله جریان می یابد . رزین و لایه آستر درونی اغلب اوقات بر اساس نوع ماده خورنده عبوری از درون لوله و دمای فرآوری آن برگزیده می شود . لوله های FRP را می توان برای بسیاری از کاربردها ساخت .
طراحی لوله FRP هم چنین به شدت ، تحت تأثیر محدوده فشار کاری است ؛ در حالی که بیشتر لوله ها طی عمر کاری خود در معرض فشار داخلی مثبت قرار دارند . بار خلأ نیز می تواند به عنوان یکی از فاکتورهای طراحی لوله ، به ویژه در مورد لوله های زیرزمینی مورد توجه قرار بگیرد . در مورد لوله های گرانشی زیرزمینی ، لوله های FRP اساسا ً بر مبنای سفتی مورد نیاز و با توجه به شرایط خاک ، عمق دفن و فشار خارجی طراحی می شوند .
با این وجود ، اگرچه لوله های گرانشی در رده های متفاوت سفتی طراحی می شوند ولی این طراحی به گونه ای است که لوله بتواند در محدوده فشار روزانه که به وسیله کاربر نهایی مشخص می شود ، به طور موفقیت آمیزی کار کند . دور از انتظار نیست که حتی یک لوله گرانشی FRP هنگام کار تحت فشارهای حدود 8 مگا پاسکال قرار بگیرد . در حقیقت لوله های گرانشی نیز برای تحمل خوب بارهای طولانی مدت طراحی می شوند . لوله های فشاری درواقع بنابر شرایط تحمل بارهای فشاری بلند مدت برای کار پیوسته در خط طراحی می شوند . در نتیجه ، لوله های فشاری FRP اساسا ً برای تأمین استحکام طراحی می شوند تا سفتی ؛ چون در شرایط بارگذاری کوتاه مدت و بلند مدت بارهای فشاری ، بسیار مورد توجه هستند .
بارهای خارجی می توانند به صورت بارهای ناشی از دفن لوله لوله های زیرزمینی ، بارهای خمشی و یا تماسی ، لوله های سطح زمین و یا بارهای حاصل از ترافیک لوله های زیرزمینی باشند . بسیاری از این بارها ممکن است در کارآیی بلند مدت لوله FRP بحرانی باشند و محاسبه جابه جایی ها و تنش های چندلایی تحت بار برای تضمین یک پارچگی سازه در طول عمر مفید مورد انتظار مهم است . بسیاری از راهنماهای طراحی و استانداردها ، طراحی لوله های FRP را از طریق این گونه محاسبات و تأییدیه ها کنترل می کنند .

در برخی از کاربردها که قابلیت اشتعال ، دود ، مقاومت در برابر آتش و سمی بودن مهم هستند ، مقاومت در برابر شعله می تواند از اصول طراحی باشد . از جاهایی که این مسایل مورد توجه هستند ، سکوهای نفتی دور از ساحل است . تولید کننده ها می توانند از رزین های گوناگون مقاوم در برابر شعله و یا لایه های خارجی مقاوم ، برای این منظور استفاده کنند .

[ghasem motamedi]

پلی استر (Polyester)



این ترکیبات از پلی کندانساسیون (Polycondensation) دی اسیدها با دی ال ها به دست می آیند. مثلا از ترکیب اسید ترفتالیک و گلیکول که از فرآورده های نفتی می باشند طبق واکنش زیر پلی مری به دست می آید که الیاف آن بسیار مرغوب است و در انگلستان به آن تریلن(Terylene)و در فرانسه ترگال(Tergal) گفته می شود.


http://www.imagehosting.com/out.php/i1319092_polyester1.gif
لازم به تذکر است در صورتی که دی اسید و دی ال کاملا به طور استئوکیومتری انتخاب گردیده باشد پلی کندانسای حاصله در خاتمه عمل دارای یک عامل اسیدی و یک عامل الکلی خواهد بود.

پلی استرها از متراکم شدن دی اسیدها با دی‌الها یا پلی‌الها بدست می‌آیند. دیاسیدها می‌توانند آلیفاتیک یا آروماتیک باشند. تهیه پلی استر ، جزو "پلیمریزاسیون مرحله‌ای یا تراکمی" می‌باشد. اگر درجریانواکنشپلیمریزاسیون (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%81%D8%B1%D8%A7%DB%8C%D9%86%D8%A F+%D9%BE%D9%84%DB%8C%D9%85%D8%B1%DB%8C%D8%B2%D8%A7 %D8%B3%DB%8C%D9%88%D9%86) ، بهمراه پلیمر ، مواد دیگری با اجرام مولکولی پایین تشکیل شوند وتغییر در ترکیبعنصری (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B9%D9%86%D8%B5%D8%B1) ساختمانی پلیمر حاصل شود، پلیمریزاسیون از نوع مرحله‌ای یا تراکمی بوده و منومرهایکه بدین ترتیب پلیمریزه می‌شوند، حاوی دو و یا چند گروه عاملی‌اند.

اگر چه فرم های مختلفی برای پلی استرها وجود دارد، ولی معمولا عبارت پلی استر برای پلی اتیلن ترفتالات (PET) استفاده می شود. فرم های دیگر پلی استر که به صورت طبیعی وجود دارند را می توان در پوسته خارجی گیاهان یافت که کیفیت آن ها به خوبی پلی استرهای مصنوعی (مانند پلی کربنات ها) می باشد.
پلی استرها به فرم های بیشماری تشکیل می شوند. به عنوان مثال پلی استری چون یک ترموپلاستیکThermoplastic)) ممکن است گرم شود و به فرم های مختلفی مانند نخ ها (Fibers)، کاغذها Sheets)) و اشکال سه بعدی (Three Dimensional Shapes) در بیاید.

http://www.pyrosupplies.com/prod_img/full/e70311f46fc0e94295dfd37d2fd8f512/dc1e3eaf5cdd5b4c8789498ab711ce1b/WAXED_polyester.jpg

پلی استرها نیز برای تولید بطری ها (Bottles)، فیلم ها (Films)، تارپولین(Tarpaulins)، نمایش دهنده کریستال های مایع (Liquid Crystal Displays)، هولوگرام ها، صافی ها (Filters)، لایه های عایق (Dielectric Film) و ... استفاده می شود.



http://www.iran-eng.com/images/statusicon/wol_error.gifاندازه ی اين عكس تغيير داده شده است. برای ديدن كامل عكس اينجا را كليك كنيد. اندازه ی عكس اصلی 800x600 و حجم آن 50KB است.http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cd/SEMexample.jpg/800px-SEMexample.jpg

(نمای نزدیک از یک پارچه پلی استری)

برای تهیه استرها می توان از واکنش یک اسید آلی(مانند استیک اسید) با یک الکل(اتیل الکل) در مجاورت کاتالیزگرهای اسیدی(سولفوریک اسید) استفاده کرد. این واکنش را استری شدن می گویند.
بوی خوشایند بسیاری از میوه ها و گل ها به علت وجود نوعی استر در آنها است. روغن ها و چربی های نباتی و جانوری نیز استر هستند. این استرها از واکنش اسیدهای چرب(اسیدهایی که در مولکول خود 16 یا 18 اتم کربن دارند) با گلیسرول یا گلیسیرین(الکل سه عاملی) به وجود آمده اند. اسیدهای چرب ممکن است سیر شده(مانند پالمیتیک اسید و استئاریک اسید) یا سیر نشده(مانند اولئیک اسید) باشند(اولئیک اسید در مولکول خود دارای 18 اتم کربن و یک پیوند دوگانه در میانه زنجیر است). اگر اسید چرب موجود در مولکول استر سیرنشده باشد، استر مورد نظر را روغن می نامند.روغن ها( استرهای سیرنشده) زودتر از چربی ها (استرهای سیرشده) در برابر هوا فاسد می شوند. از این رو، روغن ها را در برابر کاتالیزگر نیکل با هیدروژن واکنش می دهند(هیدروژن دار می کنند) تا دوام بیشتری داشته باشند.
اگر روغن ها و چربی ها را با محلول سدیم هیدروکسید گرم کنند، به صابون(نمک سدیم اسیدهای چرب) و گلیسرول تبدیل می شوند. این عمل را صابونی شدن می نامند.

[ghasem motamedi]

مستربچ
تعریف:
مستربچ محصولی است كه در آن پودر رنگ (پیگمنت) ویا افزودنی‌های دیگر بصورت بهینه با یكدیكر در یك رزین پایه ادقام شده‌اند كه این رزین مطابق است با پلاستیك اصلی تزریقی، چه به صورت دانه‌(گرانول) چه به‌ صورت كپسول (پریل).

ماده پایه:
ماده پایه مصرفی غالبا به‌ صورت یكی از موارد ذیل است: پلی‌اتیلن سبك، پلی‌پروپیلن، پلی‌استایرن،EVA ، واكس‌های با وزن ملوكولی پایین، رزین آلكیدی، یا پلیمر‌های مخصوص دیگر

میزان تغذیه:
این میزان می‌تواند با توجه به نوع و قدرت مواد بكار رفته لازم برای محصول نهایی متفاوت باشد، و می‌تواند از زیر 1%برای برخی انواع ماورا بنفش و رنگ ها تا بالای 50% برای انواعی از كند كننده‌های حریق متغیر باشد.برای رنگ كردن محصولات میزان 3-1% مناسب است. تولیدكنندگان همیشه به شما توصیه می‌كنند كه برای بدست آوردن رنگ دلخواه یا خاصیت افزودنی چه مقدار مستربچ مصرف كنید.یك سوال بجا كه معمولا به‌ نظر می‌رسد این است كه از آنجا كه پودر رنگ/افزودنی در مقایسه با تركیبات آنها ارزان‌تر است، آیا استفاده از این تركیبات اقتصادی است؟؟ هرچند كه با استفاده از مستربچ هزینه‌های تولید بالاتر می‌رود اما شما می‌توانید در وقت، انرژی و هزینه لازم برای مخلوط كردن این پودرها و نیروی كار صرفه جویی كنید.
به‌علاوه در فرآیند تولید پلاستیك شما از نتیجه كار خود اطمینان بیشتری دارید در بسیاری موارد هزینه‌ها در پی افزایش قدرت رنگ‌دهی نیز كاهش ‌می‌یابد.

پخش‌شوندگی:
موثرترین روش پخش‌كردن رنگ/افزودنی شامل تركیب آنها با یك رزین مذاب مطابق با ماده نهایی مصرف است.گستره وسیعی از تجهیزات می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، اما عموما باید شامل دستگاه برش مناسب به همراه مخلوط کن و كنترلر دما باشد. در مكانیزم مخلوط كردن، قابل قبول‌ترین نظریه تاكید بر شارش به عنوان بحرانی‌ترین مرحله دارد. بهترین مخلوط در بالاترین حالت چسبندگی پلیمر مصرفی بدست می‌آید.. این زمان بهترین موقع جهت شروع افزودن است. مخلوط كردن مواد بعد از این نقطه تحت تاثیر افزایش دما و كاهش چسبندگی قرار می‌گیرد.
برای بدست اوردن پخش‌پذیری مناسب رنگ/افزودنی باید به صورت مذاب با هم تركیب شوند. در جایی كه میزان زیادی از این تركیب‌ها نیاز است بهترین انتخاب می‌تواند مخلوط‌كن‌های داخلی همانند بنبوری باشد.
مخلوط‌كن‌های داخلی مداوم و اكسترودر با مارپیچ دوقلو نیز می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد، در برخی موارد نیز می‌توان از ماشین‌های تك مارپیچ مانندBuss Ko-Kneader نیز می‌توان استفاده كرد.. روش‌های دیگر شامل استفاده از مخلوط‌كن‌های سرعت بالابه‌ همراه اكسترودر تك مارپیچ است.

فرآیند:
مراحل متفاوت كاملا مشخصی در تولید مستربچ وجود دارند كه اكثرابه صورت زیر است:
1-اولین ومهمترین مرحله فرمول‌بندی رنگ یا میزان افزودنی است كه بدون یكی از اینها نمی‌توان ادامه داد. امروزه اكثر تولیدكنندگان با كفایت از كامپیوتر برای دادن تمامی اطلاعات لازمه استفاده می‌كنند.
2-تمام اجزا لازم به دقت وزن شده در صورت لزوم مخلوط شده در ظروف تغذیه جدا گانه ریخته شوند.در بعضی موارد لازم است كه این تركیبات با سرعت بالا تركیب شوند تا نتیجه بهتری ارائه دهند.
برای تنظیم میزان تغذیه اجزا وجود یك پیچ تنظیم متناسب با خروجی دستگاه ضروری است. از آنجاییكه ماشین‌ ‌آلات از منابع تغذیه مواد مایحتاج را تامین می‌كنند، تغذیه كننده جز مهمی است كه باید قابل تنظیم باشد.
مرحله مخلوط كردن مذاب نیاز است تا دقیقا در دمای از پیش تعیین شده زمانیكه مخزن تنظیم شده تا مخلوط را مذاب كند انجام شود.دمای بالا یا بالعكس پایین به‌صورت برش‌هایی ناپسند با پخش‌ نامناسب پودرها نتیجه می‌دهد.
مستربچ نهایی باید به اندازه‌ای مستحكم باشد كه بتوان در آخرین مرحله برروی آن اندازه‌گیری ولومتری انجام داد. بنابراین لازم است تا از صافی‌هایی برای مطمئن شدن از اندازه مناسب مستربچ دانه‌ای‌(گرانول)، نبودن مستربچ‌های خارج از اندازه یا بسیار ریز، استفاده شود.

انواع مستربچ‌های موجود:
امروزه گستره وسیعی از انواع مستربچ از منابع مختلف موجود است. موارد ذكر شده در ذیل از جمله انواع مستربچ‌های موجود هستند:
آنتی اكسیدان-كمك كننده‌های فرآیند- رنگ دهنده-عامل باد كننده-
ثابت كننده نور-تعدیل كننده فشار-كندكننده‌های شعله- عامل پیوند دهنده متقاطع
روان كننده-پركننده و تقویت كننده‌ها-عوامل ضد الكتریسیته ساكن-عوامل لیزكننده،ضدلیزی،ضدبلوک

[ghasem motamedi]

پليمرهاي بلوري مايع

اين پليمرها بتازگي در بين مواد پلاستيکی ظهور کرده است. اين مواد از استحکام ابعادي بسيار خوب ، مقاومت بالا ، مقاومت در مقابل مواد شيميايي توام با خاصيت سهولت شکل پذيري برخوردار هستند. از اين پليمرها مي‌توان به پلي اتيلن با چگالي کم قابل مصرف در ساخت عايق الکتريکي ، وسايل خانگي ، لوله و بطريهاي يکبار مصرف ، پلي اتيلن با چگالي بالا قابل مصرف در ظروف زباله‌ها بطري ، انواع مخازن و لوله براي نگهداري و انتقال سيالات ، پلي اتيلن شبکهاي ، پلي پروپيلن قابل مصرف در ساخت صندوق ، قطعات کوچک خودرو ، اجزاي سواري ، اسکلت صندلي ، اتاقک تلويزيون و... اشاره نمود.

پليمرهاي زيست تخريب پذير

اين پليمرها در طي سه دهه اخير در تحقيقات بنيادي و صنايع شيميايي و دارويي بسيار مورد توجه قرار گرفته‌اند. زيست تخريب پذيري به معناي تجزيه شدن پليمر در دماي بالا طي دوره مشخص مي‌باشد که بيشتر پلي استرهاي آليفاتيک استفاده مي‌شود. از اين پليمرها در سيستم‌هاي آزاد سازي دارويي با رهايش کنترل شده يا در اتصالات ، مانند نخ‌هاي جراحي و ترميم شکستگي استخوانها و کپسولهاي کاشتي استفاده مي‌شود.

پلي استايرن

اين پليمر به صورت گسترده‌اي در ساخت پلاتيکها و رزينهايي مانند عايقها و قايقهاي فايبر گلاس در توليد لاستيک ، مواد حد واسط رزينهاي تعويض يوني و در توليد کوپليمرهايي مانند ABS و SBR کاربرد دارد. محصولات توليدي از استايرن در بسته بندي ، عايق الکتريکي - حرارتي ، لوله‌ها ، قطعات اتومبيل ، فنجان و ديگر موادي که در ارتباط با مواد غذايي مي‌باشند ، استفاده مي‌شود.

لاستيکهاي سيليکون

مخلوط بسيار کاني- آلي هستند که از پليمريزاسيون انواع سيلابها و سيلوکسانها بدست مي‌آيند. با اينکه گرانند ولي مقاومت قابل توجه در برابر گرما به استفاده منحصر از اين لاستيکها در مصارف بالا منجر شده است. اين ترکيبات اشتغال پذيري نسبتا پايين ، گرانروي کم در درصد بالاي رزين ، عدم سميت ، خواص بالاي دي الکتريک ، حل ناپذيري در آب و الکلها و ... دارند به دليل همين خواص ترکيبات سيليکون به عنوان سيال هيدروليک و انتقال گرما ، روان کننده و گريس ، دزدگير براي مصارف برقي ، رزينهاي لايه کاري و پوشش و لعاب مقاوم در دماي بالا و الکلها و مواد صيقل کاري قابل استفاده‌اند. بيشترين مصرف اينها در صنايع هوا فضاست.

لاستيک اورتان

اين پليمرها از واکنش برخي پلي گليکولها با دي ايزوسياناتهاي آلي بدست مي‌آيند. مصرف اصلي اين نوع پليمرها توليد اسفنج انعطاف پذير و الياف کشسان است. در ساخت مبلمان ، تشک ، عايق - نوسانگير و ... بکار مي‌روند. ظهور نخ کشسان اسپندکس از جنش پلي يوره تان به دليل توان بالاي نگهداري اين نوع نخ زمينه پوشاک ساپورت را دگرگون کرده است
انواع پليمرها

پليمرها را به سه گروه عمده تقسيم مي‌کنند:

• بيوپليمرها يا پليمرهاي طبيعي مانند سلولز ، نشاسته ، پروتئينها و ...
• پليمرهاي معدني مانند الماس ، گرافيت ، اکثر اکسيدهاي فلزي و ...
• پليمرهاي سنتزي پليمرهايي هستند که منشا آنها عموما مونومرهايي از نفت خام و قطران زغال سنگ است و ما با انجام فرآيندهايي پليمرهاي بسيار مفيد مي‌سازيم که امروزه زندگي بدون آنها ممکن نيست. با اين فرايندها بطور کلي آشنا مي‌شويم.


پليمريزاسيون افزايشي

در اين نوع پليمريزاسيون ، از ترکيباتي که بند دوگانه (C ? C) دارند، پليمر مي‌سازند. مثل توليد پلي اتيلن از اتيلن.
پلي اتيلن
C2H4 ? (? C2H4 ?)n

اين واکنش در اثر حرارت به پلي اتيلن تبديل مي‌شود. جرم مولکولي پلي اتيلن بين 1000 تا 20000 مي‌تواند متفاوت باشد. يعني بر حسب شرايط ، درجه پليمريزاسيون يعني همان n مولکول پليمر را مي‌توان کم يا زياد کرد.
آکريلان
n(CH2 ? CHCN) ? (? CH2 ? CHCN?)n

اين پليمر نيز از مشتقات اتيلن است. مونومر اين پليمر ، سيانيد ونيل (آکريکونيتريل) است.

PVC

CH2 ? CHCl ? (? CH2 ? CHCl)n

پلي وينيل کلرايد يا PVC نيز از پليمريزاسيون کلريد وينيل CH2 ? CHCl بوجود مي‌آيد.

کائوچو

کائوچو بر دو نوع است:

• کائوچوي طبيعي :

کائوچوي طبيعي از شيره درختي به نام Hevea بدست مي‌آيد، از پليمريزاسيون هيدروکربني به نام 2- متيل -3 , 1- بوتادين معروف به ايزوپرن به فرمول CH2 ? C (CH3) ? CH ? CH2 بوجود مي‌آيد:
CH2 ? C (CH3) ? CH ? CH2 ? (? CH2 ? C CH3 ? CH ? CH3)n

با توجه به فرمول ساختماني کائوچوي طبيعي مي‌بينيم که در مونومر آن هنوز يک بند دوگانه وجود دارد.

• کائوچوي مصنوعي :

چون در فرمول ساختماني کائوچوي طبيعي پيوند دوگانه وجود دارد، به همين دليل وقتي کائوچو را با گوگرد حرارت دهيم، اين مونومرها پيوند ? خود را باز مي‌کنند و ظرفيتهاي آزاد شده ، اتم گوگرد را مي‌گيرند. در نتيجه کائوچو به لاستيک تبديل مي‌گردد. حرارت دادن کائوچو با گوگرد و توليد لاستيک را اصطلاحا ولکانيزاسيون (Vulcanization) مي‌نامند و به همين دليل لاستيک حاصل را نيز کائوچوي ولکانيزه گويند.

چند نوع کائوچوي مصنوعي نيز ساخته‌اند که از موادي مانند 3 , 1- بوتا دي‌ان <CH22 و جسمي به نام 2- کلرو 3 , 1- بوتادين معروف به کلروپرن به فرمول CH2 ? CHCl ? CH ? CH2 و جسم ديگري به فرمول CH2 ? C(CH3) ? C(CH3) ? CH2 به نام 3 , 2- دي متيل – 3 , 1- بوتادين به تنهايي يا مخلوط درست شده‌اند.

کلروپرن به سهولت پليمريزه شده و به نوعي کائوچوي مصنوعي به نام نئوپرن تبديل مي‌شود.

پليمريزاسيون تراکمي

اگر در يک پليمريزاسيون ، بر اثر واکنش مونومرها با هم ، مولکولهاي کوچکي مثل H2O و NH3 و ... خارج شوند، اين نوع پليمريزاسيون را تراکمي مي‌نامند. مثل پلميريزاسيون گلوکز در توليد نشاسته و سلولز که منجر به خارج شدن آب مي‌گردد و يا مثل بوجود آمدن نايلون که مانند مواد پروتئيني يک پلي آميد است و پليمر شدن يک آمين دو ظرفيتي به نام هگزا متيلن دي آمين به فرمول NH2 ? (CH2)6 ? NH2 با يک اسيد دو ظرفيتي به نام اسيد آديپيک HOOC ? (CH2)4 ? COOH بوجود مي‌آيد. در اين عمل ، عامل OH_ اسيد از دو طرف با هيدروژن گروه آمين NH2_ تشکيل آب داده و خارج مي‌شوند و باقيمانده‌هاي مولکولهاي آنها با هم زنجير پليمر را بوجود مي‌آورند. به شکل زير:
... + NH2 ? (CH2)4 ? NH2 ? HOOC ? (CH2 ? COOH + ...

نايلون:nH2O + (? NH ? (CH2)6 ? N(H) ? CO ? (CH2)4 ? CO ?)n

پليمريزاسيون اشتراکي (کوپليمريزاسيون)

اگر در عمل پليمريزاسيون ، 2 مونومر مختلف با هم مشترکا پليمر شوند و يک پليمر را بوجود آورند، آن را کوپليمر مي‌نامند. مثلا يک نوع لاستيک وجود دارد، به نام بونا _ S که از پليمريزاسيون دو جسم مختلف يکي به نام 3 , 1- بوتا دي‌ان CH2 ? CH ? CH ? CH2 و ديگري به نام وينيل بنزن (استيرن) C6H5 CH ? CH2 بوجود مي‌آيد که قسمتي از فرمول ساختماني آن به شکل زير است:

--CH2 ? CH ? CH ? CH2 ? CH(C6H5) ? CH2--
شيمي نايلون:

پلي کندانسيون يا پليمريزاسيون تراکمي

اگر در يک پليمريزاسيون بر اثر واکنش منومرها باهم ، مولکولهاي کوچکي مثل NH3 ، H2O و ... خارج شوند، پليمريزاسيون را پلي کندانسيون يا تراکمي مي‌نامند. مثل پليمريزسايون گلوکز در توليد نشاسته و سلولز که منجر به خارج شدن آب مي‌گردد و يا مثل بوجود آمدن نايلون که مانند مواد پروتئيني يک پلي آميد است و از پليمر شدن يک آميد دو ظرفيتي به نام هگزامتيلن دي آمين به فرمول: NH2 - (CH2)6 - NH2 با يک اسيد دو ظرفيتي به نام اسيد آديپيک به فرمول HOOC - (CH2)4 - COOH بوجود مي‌آيد.

در اين عمل عامل OH – اسيد از دو طرف با هيدروژن گروه آمين NH2 – تشکيل مي‌دهند و خارج مي‌شوند و باقيمانده مولکولهاي آنها زنجير پليمر را بوجود مي‌آوردند. به عبارت ديگر واکنش چند تراکمي از متراکم شدن دو عامل مختلف از دو منومر مختلف و يا از متراکم شدن دو عامل مختلف از يک مولکول با همان مولکول پليمر سنتز مي‌شود.

پلي آميدها

پلي آميدها شامل سه نوع نايلون ، نايلون 6و 6 نايلون 11 مي‌باشد. همانطور که ذکر شد، پلي آميدها از طريق واکنشهاي چند تراکمي يا پلي کندانسيون بوجود مي‌آيد.

نايلون 6

نايلون 6 و 6 از باز شدن حلقه کاپرولاکتام در حضور آغازگر N - بنزوئيل ? - پيروليدون و کاتاليزور سديم آميد NH2Na بدست مي‌آيد. ماده اوليه کاپرولاکتام ، بنزن است. از کاپرولاکتام در محيط عمل به مقدار بسيار زياد داريم. ولي NH2Na2 ، چون به عنوان آغازگر بکار مي‌رود، تنها به مقدار بسيار اندک داريم که آغاگر حلقه بوده و بعد از آن ، واکنش پيش خواهد رفت.

نايلون 6 و 6

همانطور که گفته شد، نايلون 6 و 6 از متراکم شدن اسيد آديپيک و هگزا متيلن دي آمين در حضور حرارت و حذف يک مولکول آب ايجاد مي‌گردد.


يک مولکول آب + نايلون 6 و 6 <---------- HOOC-(Ch2)4-COOh + NH2-(CH2)6-NH2 + حرارت

نايلون 11

نايلون 11 فرآورده بسيار مهمي است که از متراکم شدن آمينو اندوکانوئيک اسيد که از روغن گرچک گرفته مي‌شود، بوجود مي‌آيد و پلي آميد Rilsan يا Nylon11 ناميده مي‌شود. از متراکم شدن اين ماده نيز در حضور حرارت ، آب آزاد مي‌شود. Rilsan بهترين الياف پارچه محسوب مي‌شود. چون رنگ پذيري و استحکام بالايي دارد.

خواص و کاربردهاي نايلون

بيشترين کاربرد نايلونها در تهيه الياف پارچه و صنايع نساجي است و در تهيه قطعات صنعتي نيز کاربرد دارند. نايلونها قدرت مکانيکي خوبي دارند و به اين علت در اين صنايع استفاده مي‌شوند. اين پليمرها ، نقطه ذوب بالايي دارند. چون در بين زنجيرهاي پليمر ، پيوند هيدروژني ايجاد شده است. اين پليمرها کمتر در حلالها حل مي‌شوند، اما قابل انحلال در اسيد فرميک و پلي آميدها هستند.

[ghasem motamedi]

لاستيک­ها (http://sajjadpolymer2.parsiblog.com/-599192.htm)

درسال 1839 که چارلزگودير براي اولين بار ولکانيزاسيون را کشف کرد. تحول عظيمي در توليد انواع پليمر رخ داد و صنعتي ايجاد شد که بعدها, صنعت لاستيک نام گرفت. پيش از اين, اروپائيان که در آمريکاي جنوبي لاستيک طبيعي را کشف کرده بودند با مشکل عظيمي روبرو بودند چرا که لاستيک طبيعي در زمستان سفت شده و در تابستان حالت چسپنده به خود مي­گرفت, اما با روش جديد چارلزگودير اين مشکل برطرف شد. با اين روش, اگر لاستيک طبيعي باگوگرد و سرب سفيد مخلوط مي­شد, مشکلات قبلي بر طرف شده شيء جديد و کاملاً مقاوم و متسحکمي بوجود مي­آمد . از مهمترين ويژگي لاستيک­ها اين است که در اثر کشيده شدن, کش آمده و پس از رها شد به حالت اوليه خود باز مي­گردد. لاستيک­هاي طبيعي گاه تا هشت برابر طول اوليه خود کش آمده و سپس به حالت اوليه خود باز مي­گردد. از جمله لاستيک­هاي مصنوعي مي­توان پلي بوتادين, استايرن – بوتادين، نيتريل ، بوتيل و غيره را نام برد.
(برای اطلاع از اخرین اخبار لاستیک ایران و جهان، بولتن لاستیک,http://www.rubberbulletin1.persianblog.ir/ (http://www.rubberbulletin1.persianblog.ir/))

توليد انواع لاستيک مصنوعي انقلابي در صنايع ديگر ايجاد کرد، بطوريکه پس از آن بسياري از صنايع کوچک و بزرگ براي توليد محصولاتي از اين لاستيک تاسيس گرديد.

http://www.nipc.net/polymer/image/b2.gifکاربرد لاستيک­ها
مهمترين کاربرد لاستيک­هاي سنتزي در ساخت انواع تاير اتومبيل، سواري، کاميون و هواپيما ، ساخت کفش ، تسمه و نوارهاي نقاله مصنوعات ابرشکل ، روکش کابل و سيم ، لوله­ها و وسايل لاستيکي است. همچنين از اين ماده ارزشمند در صنايع پالايش شيميايي ، رنگسازي، چرم مصنوعي، پوشش نخ و پارچه ، نوارهاي لاستيکي ، پوشش مخازن ولوله­ها، لاستيک­هاي ضربه گير و صداگير، ساخت قطعات مکانيکي و واشرهاي مسطح و مدور و بي شمار صنايع ديگر استفاده مي­شود.

[ghasem motamedi]

الياف مصنوعي (http://sajjadpolymer2.parsiblog.com/-599191.htm)
بر طبق نشانه­هاي موجود حدود 6500 سال پيش در آسياي جنوب شرقي ، کتان توليد مي­شده است. از آن زمان تا انقلاب صنعتي که در قرن هجدهم به وقوع پيوست، استفاده از الياف طبيعي در هنرهاي مختلف دستي جهت تهيه پارچه مورد استفاده قرار گرفت . هنر ريسندگي و بافندگي کتان و پشم در مصر، هنر ريسندگي و بافندگي پنبه در هند و هنر پرورش کرم ابريشم و تهيه پارچه ابريشمي در چين از اين جمله هستند. اما جداي از اين الياف طبيعي که در تهيه پارچه استفاده مي­شده، دسته ديگري از الياف هستند که به روش صنعتي به دست مي­آيند. مانند الياف سلولزي و الياف نايلوني که در دسته الياف مصنوعي قرار دارند.

http://www.nipc.net/polymer/image/b4.gifانواع الياف مصنوعي

http://i34.tinypic.com/2hpro9k.gif




PTT Structure

http://i36.tinypic.com/211qhkp.gif
PET Structure
الياف مصنوعي از نظر منبع و منشا خود به دو دسته طبيعي و مصنوعي تقسيم مي­شوند:
http://www.nipc.net/polymer/image/b5.gifالياف مصنوعي با منشا طبيعي (مانند ريون) به دسته­اي اطلاق مي­شود که ماده اوليه آنها مانند سلولز در طبيعت وجود دارد.
http://www.nipc.net/polymer/image/b5.gif ماده اوليه الياف مصنوعي بامنشا سنتزي (مانند نايلون) توسط بشر سنتز مي­شود که پلي­آميدها از اين دسته مي­باشند.
ويژگي الياف مصنوعي:

از مهمترين ويژگي اين الياف، رنگ­پذيري ، قابليت شستشو و نيز مقاومت در برابر حرارت است، بطوريکه به سهولت قابل اتو کردن باشند. البته الياف مصنوعي نيز طيف وسيعي از ويژگي­ها را در خود داراست، بطوريکه برخي از محصولات اين الياف، گاه خصوصيات متضادي دارند، بطوريکه برخي از الياف، نفوذپذير بوده و برخي ديگر غير قابل نفوذ مي­باشد که موارد استفاده آنها هم بسيار وسيع است.
موارد مصرف:

الياف مصنوعي در توليد لباسهاي زنانه، مردانه ، جوراب، دستکش ، انواع فرش­هاي ماشيني و موکت ، رويه مبلمان پرده ، تورهاي ماهيگيري ، بالن­ها، چتر نجات ، عايق­هاي الکتريکي ، وسايل ورزشي، پوششهاي ضد رطوبت ، ضد حرارت، لباس فضانوردان مورد استفاده قرار مي­گيرند.
همچنين در صنايع مختلف مانند عروسک­سازي ، ساخت عايق براي موتورها و ژانراتورها ، ساخت کمربند، مچ­بند ، رويه کفش ، کيف ، چمدان ، باراني، چتر ، نخ بخيه ، توليد کاموا، پتو و... نيز مي­توان از انواع الياف مصنوعي استفاده شود. توليد الياف مصنوعي پس از جنگ جهاني دوم به شدن روبه گسترش گذاشت، بطوريکه در شرايط فعلي ، انواع الياف ، مصنوعي همچون الياف پلي­آميد، پلي­استر، پلي­اکريلونيتريل، پلي­ويتيل و ... در مقياس بسيار وسيع و متنوع به بازار عرضه مي­شوند

[ghasem motamedi]

گريدهاي مختلف پليمرها (http://sajjadpolymer2.parsiblog.com/-599189.htm)

اين پلاستيک، امروزه در دنيا بيشترين بطور کل پليمرها خود به دو دسته طبيعي و مصنوعي دسته­بندي مي­شوند.


از انواع طبيعي پليمر مي­توان به صمغها (کائوچو) ، پروتئينها (کازئين) پلي ساکاريدها(نشاسته) اشاره کرد و انواع پليمر مصنوعي بصورت الياف (پلي آميدها) ، لاستيک­ها (بوتادئينها) ، چسبها، پوششها (نيتروسلولز) و پلاستيکها که خود به دو دسته ترموپلاستها و ترموستها تقسيم مي­شوند، اشاره کرد.


اما از لحاظ دسته­بندي پليمرها در صنعت پتروشيمي، اين ماده به پليمرهاي اساسي و مهندسي دسته­بندي مي­شود که سهم پليمرهاي اساسي بالغ بر 90 درصد از اين مجموع مي­باشد. عمده پليمرهاي پرمصرف در صنعت پتروشيمي ، شامل پلي­اتيلن ، پلي­پروپيلن، پلي اتيلن ترفتالات ، پلي وينيل کلرايد ، پلي استايرن و اکريلونيتريل – بوتادين – استايرن (ABS) است . پلي اتيلن با توليد در سه گريد مختلف، پرمصرف ترين پيلمر جهان است. در سال­هاي قبل ، پلي وينيل کلرايد (PVC)، دومين پليمر پرمصرف جهان بود که با توجه به رشد سريعتر مصرف پلي پروپيلن و پلي­اتيلن ترفتالات (پلي استر) نسبت به پلي­وينيل­کلرايد (PVC)، اين نسبت در حال حاضر تغيير يافته ، بطوريکه پلي پروپيلن دومين پليمر پرمصرف جهان پس از پلي اتيلن و پلي ايتلن ترفتالات، سومين پيلمر و بعد از آنها پلي­وينيل­کلرايد و پلي­استايرن قراردارند.



http://www.nipc.net/polymer/pic/cable.gif


.......
پلي اتيلن

اين پلاستيک، امروزه در دنيا بيشترين توليد سالانه را دارد. مصرف 3/69 ميليون تن در سال و اختصاص 33 درصد از مصرف پليمرهاي اساسي، مويد اين نکته است که پرمصرف ترين پليمر جهان پلي اتيلن مي­باشد . يکي از دلايل مصرف زياد اين نوع پليمر، قيمت کم (مخصوصاً به دليل دانسيته کم هر پوندش حجم زيادي دارد) و ديگر خواص فيزيکي منحصر بفرد آن مي­باشد. پلي­اتيلن انعطاف­پذيري بي­نظيري داشته و نيازي به افزايش نرم­کننده ندارد. اين امر موجب کاربرد آن در ساخت بطريهاي فشرده، فيلم­ها و ورقها مي­گردد. ثانياً مقاومت خوبي در مقابل بازها، اسيدها و نمک­ها (به استثناي مواد اکسيدکننده قوي) نشان مي­دهد . علت نگهداري پاک­کننده­ها در ظروف پلي اتيلن در مصارف خانگي همين امر است. ثالثاً پلي اتيلن مقاومت خوبي در مقابل آب دارد که اين امر بيانگر خواص الکتريکي خوب آن و استفاده از آن در کابلهاي الکتريکي است. پلي ايتلن بر اساس فشردگي زنجيره مولکولي و دانسيته در سه نوع پلي اتيلن سنگين (HDPE) پلي اتيلن سبک (LDPE) و پلي اتيلن سبک خطي (LLDPE) توليد مي­شود.



http://www.nipc.net/polymer/pic/larg-tank-084.gif


http://www.nipc.net/polymer/image/b4.gifپلي اتيلن سنگين (HDPE)

زنجيره مولکولي در اين نوع پليمر ، فشرده است که همين عامل، باعث افزايش دانسيته آن مي­شود. لذا انعطاف پذيري به شدت کاهش مي­يابد. اين نوع پليمر گرچه مقاومت ضربه­اي کمتري نسبت به پلي اتيلن سبک دارد اما مقاومت آن در برابر مواد شيميايي همانند مقاومت آن در برابر تنشهاي شکننده محيطي خوب است . لذا از اين نوع پليمر در انواع محصولات تجارتي مانند ظروف نگهدارنده سوخت، صندلي­هاي مورد استفاده در فضاي باز ، اسباب­بازيها، جامه­دانها، لوله­ها و مجراها استفاده مي­شود. نوعي ديگر از پلي­اتيلن با دانسيته بالا با نام (UHMWPE)وجود دارد که البته در حجم کمتري متداول است. اين نوع پليمر، ستخت­تر و سفت­تر از ساير انواع پلي­اتيلن است.


http://www.nipc.net/polymer/image/b4.gifپلي اتيلن سبک (LDPE)

پلي اتيلن به لحاظ فشردگي کم و پايين مولکولي از دانسيته پايين برخوردار است که همين امر، باعث افزايش انعطاف­پذيري آن مي­شود اين خاصيت باعث شده که بيش از پنجاه درصد از توليد اين محصول در ساخت فيلم و ورق جهت مصرف در روکش­هاي طلقي شفاف، آسترهاي بسته­بندي، کاورها و چمدانها مصرف گردد. همچنين جهت ساخت ظروفي مانند بطريهاي تحت فشار از اين نوع پليمر استفاده مي­شود . مصرف ديگر پلي اتيلن سبک، عايق­کاري سيم و کابل و روکش کاغذ مي­باشد.
پلي اتيلن سبک خطي (LLDPE)

دانسيته اين نوع پلي­اتيلن از پلي­اتيلن سبک نيز کمتر مي­باشد. اين نوع پليمر، در مقابل پارگي و سوراخ شدن مقاومت، استحکام وکشش بهتري را نشان مي­دهد.

آمريکاي شمالي، آسيا، پاسيفيک به جز ژاپن و اروپاي غربي به ترتيب بزرگترين توليد کنندگان پلي­اتيلن در جهان محسوب مي­شوند.

توليد اين پليمر در سال 1998بالغ بر 9/10 ميليون تن بود که با رشد 2/6 درصدي درسال 2003 به 8/14 ميليون تن رسيد و پيش­بيني مي­شود که در سال 2008 اين رقم به 5/19 ميليون تن درسال برسد. اما چيزي که جالب به نظر مي­رسد . اين است که پلي­اتيلن سبک خطي به دليل ويژگيهاي منحصر بفردش چندسالي است که مورد توجه قرار گرفته و روند رو به رشدي را در توليد طي مي­کند. بطوريکه پيش­بيني مي­شود. در سال 2013 مصرف اين پليمر، رقمي معادل 2/24 ميليون ، يعني 29 درصد از انواع پلي­اتيلن باشد که با توجه به مصرف 25 درصدي کنوني ، نشان از رشد آن مي­دهد.

همچنين پيش بيني مي­شود در سال 2013 ، HDPE مصرفي معادل 37 تن در سال يعني حدود 45 درصد کل پلي­اتيلن­ها داشته باشد. که نسبت به رقم 43 درصدي حال حاضر نيز افزايش نشان مي­دهد.

ما در بين انواع پلي­اتيلن­ها، اين پلي اتيلن سبک است که با کاهش مصرف روبروست، چرا که درسال 2013 مصرف جهاني اين پليمر 6/21 ميليون تن و معادل 26 درصد کل پلي­اتيلن­ها خواهد بود که نسبت به مصرف 33 درصدي کنوني، کاهش مصرف را نشان مي­دهد.

http://www.nipc.net/polymer/image/b4.gifپلي پروپيلن (PP)

اين نوع پليمر با مصرف سالانه 35 ميليون تن و اختصاص 21 درصد از مصرف جهاني پليمرهاي اساسي ، رتبه دوم پرمصرف­ترين پليمر را به خود اختصاص داده است. قابليت افزايش پرکننده ، تقويت کننده و ديگر اصلاح کننده­ها، پلي­پروپيلن را مبدل به يک پليمر پرمصرف و پرطرفدار کرده است. بطوريکه با بهبود خاصيت­هاي قابل توجه در مواردي جايگزين پليمرهاي مهندسي نيز شده است. در سال 1998 ظرفيت توليد جهاني اين نوع پليمر 7/29 ميليون تن بود که با رشد 3/6 درصد در سال 2003 به حدود 3/40 ميليون تن رسيد. موارد استفاده اين پليمر، صنعت اتومبيل، تزئينات داخلي ، پروانه­ها، کف­پوش اتومبيل ، جعبه باطري مي­باشد. همچنين در ساخت کابينت ، راديو و تلويزيون، اجزاي ماشين ظرفشويي ، همزن­هاي شستشوگر و لوله کشي به کار مي­رود. از پلي­پروپيلن در ساخت فيلم جهت استفاده در صنايع بسته بندي مواد غذايي و نيز ساخت تک رشته­ها والياف جهت استفاده در ساخت پشتي، فرش و گوني استفاده مي­شود، زيلوها، پوششهاي چمن مصنوعي ، طناب ضدپوسيدگي و تورهاي ماهيگيري و قلم­موها از ديگر موارد استفاده پلي­پروپلين مي­باشد.

پيش­بيني مي­شود که مصرف جهاني پلي­پروپيلن درسال 2013 بالغ بر حدود 8/60 ميليون تن باشد.

http://www.nipc.net/polymer/image/b4.gifپلي­وينيل کلرايد (PVC)

اين پليمر از لحاظ توليد، سرعت رشد خوبي را از خود نشان مي­دهد. از دلايل مهم اين امر، تنوع زياد اين پليمر است. PVC مي­تواند به عنوان يک پلاستيک قوي وسفت بکار رود، يا با انواع نرم­کننده­ها آميزه کاري شده ، پلاستيک انعطاف­پذيرتوليد کند. در توليد کيسه­هاي خون که به وفور مورد استفاده قرار گرفته و جنبه حياتي دارد، از همين پليمر استفاده مي­شود. چرا که اين پليمر در عين انعطاف­پذير بودن، مقاومت بالايي از خود نشان مي­دهد.

از مزاياي اين پليمر مقاومت خوب آن در مقابل چربيها ، روغنها و اسيدها و بازها مي­باشد. همچنين خواص نارسايي الکتريکي خوبي دارد و در برابر شعله مقاوم است. به علاوه PVC در مقابل آب، مقاومت خوبي دارد. بالاخره از مهمترين مزيتهاي اين پليمر نسبت به ساير پلاستيک­ها، کيفيت بي­نظير آن است که سبب مي­شود به راحتي با انواع نرم­کننده­ها آميخته گشته ، محصولات پلاستيکي از سخت­ترين شکل تا انعطاف پذيرترين شکل را توليد کند. چنين تنوعي را هيچ پلاستيک ديگري نشان نمي­دهد.

PVC در دو دسته عمده توليد مي­شود: نوع سخت و نوع انعطاف­پذير، اگر PVC با نرم­کننده آميخته نشود و يا با مقدار کمي از آن آميخته گردد، يک پلاستيک قوي و سخت بدست مي­آيد . حوزه مصرفي نوع سخت اين پليمر، لوله و اتصالات ساختماني و نيز استفاده در پوشش­هاي خارجي و پاتل­هاي ساختماني مي­باشد. PVC سخت در موارد از قبيل مجاري فاضلاب، ناودانها، لاستيکهاي درزگير در و پنجره قطعات اتومبيل، کارت­هاي اعتباري و قالب­گيري بادي بطري­ها به مصرف مي­رسد.

مصارف PVC انعطاف­پذير، متنوع است. از توليد انواع کاغذ ديواري و رومبلي تا توليد ورق و فيلم از جمله موارد استفاده اين پليمر مي­باشد. ساير کاربردهاي آن در خط کشي استخرهاي شنا، اسباب بازيهاي متورم شونده، شيلنگ­هاي باغچه­اي، پرده­هاي حمام، روميزيها و ... خلاصه مي­گردد.

در حال حاضر ، مصرف جهاني اين پليمر 4/27 ميليون تن است که رقمي معادل 16 درصد از مصرف پليمرهاي اساسي را به خود اختصاص داده است. پيش­بيني مي­شود که تا سال 2013 مصرف اين پليمر در جهان بالغ بر حدود 8/38 ميليون تن گردد. بررسي ظرفيت­هاي توليد و ميزان مصرف جهاني PVC بين سال­هاي 1990 تا 2001 به طور متوسط رشد سالانه 5/4 درصد را نشان داده است.



http://www.nipc.net/polymer/pic/etesalat-065.gif
پلي اتيلن ترفتالات (PET)
بدون ترديد همه ما براي يکبارهم که شده نوشابه­ها و نوشيدني­هاي گاز کربنيک دار را در ظرف پلاستيکي مخصوص ديده­ايم، اين پلاستيک­ها که تحول عظيمي را در نگهداري مواد غدايي (مايعات) ايجاد کرده­اند. گونه­اي از پليمرها تحت عنوان پلي­اتيلن ترفتالات يا (PET) مي­باشند. اين پليمر از گستره مواد پلي­استر است که با مصرف 32 ميليون تن در حال حاضر معادل 18 درصد از کل مصرف جهاني پليمرهاي اساسي را به خود اختصاص داده است. اين پليمر سالهاست در توليد الياف براي مصارف نساجي مورد استفاده قرار مي­گيرد. با اين همه در سالهاي اخير، مصرف آن به عنوان يک پلاستيک رو به رشد بوده است. استحکام بالاي اين پليمر باعث شده که فشار بيش از psi 100 را تحمل کرده و نيز در مقابل عبور دي­اکسيد کربن از خود مقاومت خوبي نشان دهد به همين دليل است PET براي نگهداري انواع نوشيدني­هاي گازکربنيک­دار مورد استفاده قرار مي­گيرند. PET در صنايع بسته­بندي نير کاربرد خوبي دارد.مخصوصاً در بسته­بندي مواد غدايي که مي­تواند جوشانده شود. از ديگر موارد استفاده اين پليمر، ساخت فيلم PET مي­باشد که در فيلم­هاي عکاسي و نوارهاي ضبط مغناطيسي از آن استفاده فراوان مي­شود. پلي­اتيلن ترفتالات در دو گريد الياف و بطري توليد مي­شود.


http://www.nipc.net/polymer/pic/PET-back-copy.gif


http://www.nipc.net/polymer/image/b4.gifگريد بطري

همانطور که قبلاً ذکر شد از اين نوع پليمر به سبب ويژگيهاي خاص خود در نگهداري انواع نوشيدني­ها از جمله نوشيدني­هاي گازکربنيک­دار استفاده مي­شود. مصرف کنوني جهان از اين گريد ، 3/9 ميليون تن درسال است که رقمي معادل 5 درصد از مصرف جهاني انواع پليمرهاي مي­باشد. پيش­بيني مي­شود مصرف گريد بطري درسال 2013 به حدود 19 ميليون تن برسد.

http://www.nipc.net/polymer/image/b4.gifگريد الياف:

اين نوع پليمر در توليد انواع پارچه و پوشاک بکار مي­رود وهمان پلي­استر است که بهترين تشابه را با پنبه طبيعي دارد. درحال حاضر ميزان مصرف جهاني گريد الياف، 23 ميليون تن در سال است که رقمي حدود 13 درصد از مصرف پليمرهاي اساسي و حدود 55 درصد از مصرف الياف مصنوعي را به خود اختصاص مي­دهد. پيش­بيني مي­شود ميزان مصرف اين پليمر با توجه به روندکنوني مصرف، به 35 ميليون تن در سال 2013 بالغ گردد.

[ghasem motamedi]

پلاستیك های زیستی
● ارمغان بیوتكنولوژی برای محیط زیست
http://i37.tinypic.com/2bp7vl.jpg

اطرافمان انباشته از پلاستیك شده است. هر كاری كه انجام می دهیم و هر محصولی را كه مصرف می كنیم، از غذایی كه می خوریم تا لوازم برقی به نحوی با پلاستیك سروكار داشته و حداقل در بسته بندی آن از این مواد استفاده شده است. در كشوری مثل استرالیا سالانه حدود یك میلیون تن پلاستیك تولید می شود كه ۴۰ درصد آن صرف مصارف داخلی می شود. در همین كشور هرساله حدود ۶ میلیون بسته یا كیسه پلاستیكی مصرف می شود. گرچه بسته بندی پلاستیكی با قیمتی نازل امكان حفاظت عالی از محصولات مختلف خصوصاً مواد غذایی را فراهم می كند ولی متاسفانه معضل بزرگ زیست محیطی حاصل از آن گریبان گیر بشریت شده است. اكثر پلاستیك های معمول در بازار از فرآورده های نفتی و ذغال سنگ تولید شده و غیرقابل بازگشت به محیط هستند و تجزیه آنها و برگشت به محیط چند هزار سال طول می كشد. به منظور رفع این مشكل، محققان علوم زیستی در پی تولید پلاستیك های زیست تخریب پذیر از منابع تجدیدشونده مثل ریزسازواره ها و گیاهان هستند.

واژه زیست تخریب پذیر یا Biodegradable به معنی موادی است كه به سادگی توسط فعالیت موجودات زنده به زیرواحدهای سازنده خود تجزیه شده و بنابراین در محیط باقی نمی مانند. استانداردهای متعددی برای تعیین زیست تخریب پذیری یك محصول وجود دارد كه عمدتاً به تجزیه ۶۰ تا ۹۰ درصد از محصول در مدت دو تا شش ماه محدود می شود. این استاندارد در كشورهای مختلف متفاوت است. اما دلیل اصلی زیست تخریب پذیر نبودن پلاستیك های معمولی، طویل بودن طول مولكول پلیمر و پیوند قوی بین مونومرهای آن بوده كه تجزیه آن را توسط موجودات تجزیه كننده با مشكل مواجه می كند.

با این حال تولید پلاستیك ها با استفاده از منابع طبیعی مختلف، باعث سهولت تجزیه آنها توسط تجزیه كنندگان طبیعی می شود.
برای این منظور و با هدف داشتن صنعتی در خدمت توسعه پایدار و حفظ زیست بوم های طبیعی، تولید نسل جدیدی از مواد اولیه مورد نیاز صنعت بر اساس فرآیندهای طبیعی در دستور كار بسیاری از كشورهای پیشرفته قرار گرفته است. به طور مثال دولت آمریكا طی برنامه ای بنا دارد تا سال ،۲۰۱۰ تولید مواد زیستی را با استفاده از كشاورزی و با بهره برداری از انرژی خورشید با درآمد تقریبی ۱۵ تا ۲۰ میلیارد دلار انجام دهد. در این بین تولید پلیمرهای زیستی جایگاه خاصی دارند. تولید اینگونه پلیمرها توسط طیف وسیعی از موجودات زنده مثل گیاهان، جانوران و باكتری ها صورت می گیرد. چون این مواد اساس طبیعی دارند، بنابراین توسط سایر موجودات نیز مورد مصرف قرار می گیرند و تجزیه كنندگان از جمله مهم ترین این موجودات زنده در موضوع مورد بحث ما هستند. برای بهره برداری از این پلیمرها در صنعت دو موضوع باید مورد توجه قرار گیرد:

▪ دید محیط زیستی: این مواد باید سریعاً در محیط مورد تجزیه قرار گیرند، بافت خاك را بر هم نزنند و به راحتی با برنامه های مدیریت زباله و بازیافت مواد از محیط خارج شوند.
▪ دید صنعتی: این مواد باید خصوصیات مورد انتظار صنعت را از جمله دوام و كارایی داشته باشند و از همه مهم تر، پس از برابری یا بهبود كیفیت نسبت به مواد معمول، قیمت تمام شده مناسبی داشته باشند.

در هر دو بخش، مخصوصاً بخش دوم، استفاده از مهندسی تولید مواد برای دستیابی به اهداف مورد انتظار ضروری است.
همانطور كه ذكر شد، تولید پلیمرهای تجدیدشونده با بهره برداری از كشاورزی، یكی از روش های تولید صنعتی پایدار است. برای این منظور دو روش اصلی وجود دارد: نخست استخراج مستقیم پلیمرها از توده زیستی گیاه است. پلیمرهایی كه از این روش تولید می شوند عمدتاً شامل سلولز، نشاسته، انواع پروتئین ها، فیبرها و چربی های گیاهی هستند كه به عنوان شالوده مواد پلیمری و محصولات طبیعی كاربرد دارند. دسته دیگر موادی هستند كه پس از انجام فرآیندهایی مانند تخمیر و هیدرولیز می توانند به عنوان مونومر پلیمرهای مورد نیاز صنعت استفاده شوند.

مونومرهای زیستی همچنین می توانند توسط موجودات زنده نیز به پلیمر تبدیل شوند كه مثال بارز آن پلی هیدروكسی آلكانوات ها هستند.
باكتری ها از جمله موجوداتی هستند كه این دسته از مواد را به صورت گرانول هایی در پیكره سلولی خود تولید می كنند. این باكتری به سهولت در محیط كشت رشد داده شده و محصول آن برداشت می شود.

رهیافت دیگر جداسازی ژن های درگیر در این فرآیند و انتقال آن به گیاهان است كه پروژه هایی در این زمینه از جمله انتقال ژن های باكتریایی تولید PHA به ذرت انجام شده است. نكته ای كه نباید از نظر دور داشت این است كه به رغم قیمت بالاتر تولید پلاستیك های زیست تخریب پذیر، چه بسا قیمت واقعی آنها بسیار كمتر از پلاستیك های سنتی باشد؛ چرا كه بهای تخریب محیط زیست و هزینه بازیافت پس از تولید هیچ گاه مورد محاسبه قرار نمی گیرد. در ادامه مبحث، تولید پلاستیك های زیست تخریب پذیر PHA به طور اختصاصی مورد بررسی قرار می گیرد. تقریباً تمامی پلاستیك های معمول در بازار از محصولات پتروشیمی كه غیرقابل برگشت به محیط هستند، به دست می آیند. راه حل جایگزین برای این منظور، بهره برداری از باكتری های خاكزی مانند Ralstonia eutrophus است كه تا ۸۰ درصد از توده زیستی خود قادر به انباشتن پلیمرهای غیرسمی و تجزیه پذیر پلی هیدروكسی آلكانوات (PHA) هستند. PHAها عموماً از زیرواحد بتاهیدروكسی آلكانوات و به واسطه مسیری ساده با سه آنزیم از استیل-كوآنزیم A ساخته شده و معروف ترین آنها پلی هیدروكسی بوتیرات (PHB) است. در خلال دهه ۸۰ میلادی شركت انگلیسی ICI فرآیند تخمیری را طراحی و اجرا كرد كه از آن طریق PHB و سایر PHAها را با استفاده از كشت E.coli اصلاح ژنتیكی شده كه ژن های تولید PHA را از باكتری های تولیدكننده این پلیمرها دریافت كرده بود، تولید می كرد.

متاسفانه هزینه تولید این پلاستیك های زیست تخریب پذیر، تقریباً ۱۰ برابر هزینه تولید پلاستیك های معمولی بود. با وجود مزایای بی شمار زیست محیطی این پلاستیك ها مثل تجزیه كامل آنها در خاك طی چند ماه، هزینه بالای تولید آنها باعث اقتصادی نبودن تولید تجارتی در مقیاس صنعتی بود. با این وجود بازار كوچك و پرسودی برای این محصولات ایجاد شد و از پلاستیك های زیست تخریب پذیر برای ساخت بافت های مصنوعی بهره برداری شد. با وارد كردن این پلاستیك ها در بدن، آنها به تدریج تجزیه شده و بدن بافت طبیعی را در قالب پلاستیك وارد شده دوباره سازی می كند. در این كاربرد تخصصی پزشكی، قیمت اینگونه محصولات زیستی قابل مقایسه با كاربردهای كم ارزش اقتصادی پلاستیك در صنایع اسباب بازی، تولید خودكار و كیف نیست.

هزینه تولید PHAها با تولید آنها در گیاهان اصلاح ژنتیكی شده و كشت وسیع در زمین های كشاورزی، به نحو قابل ملاحظه ای كاهش خواهد یافت. این موضوع باعث شد كه شركت مونسانتو در اواسط دهه ۹۰ میلادی امتیاز تولید PHA را از شركت ICI كسب كند و به انتقال ژن های باكتری به گیاه منداب بپردازد. مهیا كردن شرایط برای تجمع PHAها در پلاستید به جای سیتوسل، امكان برداشت محصول پلیمری را از برگ و دانه ایجاد كرد. مهم ترین مشكل لاینحل باقی مانده در بخش فنی این پروژه، نحوه استخراج این پلیمر از بافت های گیاهی با روشی كم هزینه و كارآمد است.

مشكل دیگر در زمینه PHB است كه در حقیقت مهم ترین گروه از PHAها بوده ولی متاسفانه شكننده بوده و در نتیجه برای بسیاری از كاربردها مناسب نیست. بهترین پلاستیك های زیست تخریب پذیر، كوپلیمرهای پلی هیدروكسی بوتیرات با سایر PHAها مثل پلی هیدروكسی والرات هستند. تولید اینگونه كوپلیمرها در گیاهان اصلاح ژنتیكی شده بسیار سخت تر از تولید پلیمرهای تك مونومر است. در سال ۲۰۰۱ این مشكلات به همراه مسائل مالی شركت مونسانتو باعث شد تا این شركت امتیاز تولید PHA اصلاح ژنتیكی شده را به شركت Metabolix واگذار كند. شركت Metabolix در قالب یك پروژه مشاركتی با وزارت انرژی آمریكا به ارزش تقریبی ۸/۱۴ میلیون دلار، برای تولید PHA در گیاهان اصلاح ژنتیكی شده تا پایان دهه ۲۰۱۰ میلادی تلاش می كند. گروه های دیگری نیز برای تولید PHA در گیاهانی مثل نخل روغنی تلاش می كنند. باید منتظر بود تا سرانجام شاهد تولید اقتصادی این محصولات دوستدار محیط زیست در آینده ای نزدیك بود.

» منبع: aftab.ir

[ghasem motamedi]

ساختاررزونانسی بنزن

بنزن وانرژی رزونانس
بکمک انرژی های پیوند می توان گرمای تشکیل یک ماده را محاسبه کرد. این محاسبات برای صدها مولکول بیش از یک ویا دوکیلو کالری هرگز اختلاف ندارد . اگر اختلاف زیادی دراین مورد مشاهده شود پدیده دیگری اتفاق افتاده است . مثلا دربنزن .

اگرماموقتا هریک از ساختار های ککوله را بپذیریم درنتیجه بنزن دارای سه پیوندساده C - C وسه پیوند دوگانه C = C وشش پیوند C -H ساده خواهد بود درنتیجه شش پیوند کربن - کربن ازنظر انرژی یکسان نخواهند بود . درحالی که بنزن از شش پیوندهمسان از لحاظ انرژی وطول تشکیل شده است. چگونه چنین پدیده ایی رامی توان توجیه نمود.؟
اگر گرمای استاندارد تشکیل بنزن C6H6 را محاسبه کنیم. گرمای استانداردبنزن ΔH واکنش بین اتم های تنهای گرافیت و گاز H2 می باشد که منجر به تشکیل بنزن می شود.
طبق محاسبه تفاوت بین انرژی لازم برای تشکیل اتم های مجزا از( گرافیت ومولکول هیدروژن ) و( پیوند بین این اتم ها وتشکیل بنزن )گرمای تشکیل بنزن خواهد بود.


ΔH0 = 1343 - 1283 = +60 kcal per mole of benzene

این محاسبات نشان می دهد تشکیل بنزن درحالت استاندارد با جذب گرما همراه است . که واقعیت است وگرمای تشکیل بنزن مثبت است . اما دراینجا ما بایک اختلاف درتجربه وتئوری مواجه می شویم ، گرما جذب شده هنگام تشکیل بنزن از کربن و هیدروژن 20 kcal mole-1 می باشد نه 60kcal mole-1 . به نظرشما علت چیست؟ .
اینجا کلیک کنید تاعلت این اختلاف رادریابید.
درساختار واقعی بنزن پیوند دوگانه ویک گانه وجود ندارد.بلکه تمام پیوندها یکسان وحد واسط یگانه و دوگانه وطول آن ها برابر pm 154 می باشد.
بنزن مثال مناسبی برای کاربرد یک سیستم الکترون غیر مستقر ( رزونانس) می باشد به طوری که طبق آن می توان برای سیستم پیوند پی بنزن یک قالب اوربیتال درنظر گرفت. اسکلت ساختاری بنزن درشکل زیر نشان می دهد .
اتم های کربن دربنزن دارای ساختار مسطح و هیبرید sp2 می باشند . دواوربیتال sp2 با دواتم کربن دیگر در تشکیل حلقه شش گوشه شرکت نموده و ویک اوربیتال sp2 دیگر با اتم H پیوند می دهد. به این ترتیب یک اوربیتال p برای هراتم کربن باقی می ماند. که به طور عمود برمولکول مسطح بنزن وبه فاصله مساوی ازهم قرارگرفته و درنتیجه باهم موازی خواهندشد .هر یک ازاین اوربیتال ها می توانند به طور یکسانی با اوربیتال سمت راست وچپ خود همپوشانی داده پیوندپی (پای ) تشکیل دهد. به طوری که دربنزن بجای سه پیوند دوگانه مجزا یک پیوند پی شش مرکزی وجود دارد. ابرالکترو نی پی برروی بنزن این پدیده رانشان می دهد.




اکنون این سوال مطرح می شود که اوربیتال مولکولی MO ) p ) دربنزن چگونه است ؟
اوربیتال مولکولی حاصل از ترکیب سه یاچند اوربیتال اتمی P موازی برروی اتم های متفاوت معمولااوربیتال مولکولی غیرمستقر پی( پای) خوانده می شوند .این اوربیتال هاتمام اتم های درگیررا، زیر پوشش خود دارند. n اوربیتال مولکولی پی که باروش " ترکیب خطی اوربیتال های اتمی " ازn اوربیتال اتمی p موازی پدید می آیند برصفحه ی مولکولی عمودند .هنگامی که nزوج باشد شمار اوربیتال های مولکولی پیوندی پی ( ازهمپوشانی هم فازاوربیتال های موازی p برروی اتم هاحاصل می شود.) برابرباشماراوربیتال های مولکولی ضد پیوند پی ( ازهمپوشانی ناهم فاز اوربیتال های موازی p برروی اتم هاحاصل می شود.) است.
اوربیتال های مولکولی حول محور دوهسته متقارن نبوده ودانسیته الکترون درصفحه ای که دوهسته برآن قراردارند صفر است. یعنی دارای صفحه ی گرهی عمود برمحور پیوند هستند . گره ها درتابع موجی دیده می شوند .
بکمک اوربیتال مولکولی (MO ) وضعیت اوربیتال های pz1+pz2+pz3+pz4+pz5+pz6, شش کربن ، اطراف حلقه را می توان نشان داد.
هر MO از 0, 1, 2یا3 گره ناشی شده است. این گره ها را در دیاگرام MO برای الکترون های پی بنزن با رعایت سطح انرژی درزیرمی بینید. . دراین شکل هر اوربیتال pz بوسیله یک دایره شامل ‘+’ یا ‘-‘ نشان داده شده است ( دایره های ‘-‘ سایه دار نشان داده شده وتمام دایره های روشن دارای علامت مثبت هستند) این نمودار نمایش ساده گرافیکی ازانواع ترکیب های خطی بین اوربیتال pz بنزن هستند .میان گره هاMO خط کشیده شده است.


وجود شش الکترون غیر مستقر برروی حلقه بنزن که به طور یکنواخت برروی شش کربن حرکت می نمایند (رزونانس ) وپایداری زیادی درحدود 40 کیلو کالری( Kj/mol 152 ) به بنزن داده اند به طوری که علیرغم ساختار غیر اشباع دربنزن تمایلی به واکنش های افزایشی ازخود نشان نمی دهد .
چسب های پلیمری الی سنتزی
امروزه انواع زيادي از چسب ها مورد استفاده قرار ميگيرند و روش دسته بندي جامعي كه در برگيرنده همه آنها باشد وجود ندارد.
در اينجا چند روش معمول تقسيم بندي چسب ها جهت آشنايي با انواع آنها به صورت زير معرفي مي شود.
1-طبقه بندي بر اساس نام جزئ اصلي در فرمول چسب ها
اين روش تنها براي چسب هائي كه در فرمول آنها يك جزئ اصلي وجود دارد مفيد مي باشد.بر مبناي اين روش چسب ها را در قالب طبيعي و مصنوعي مي توان نام برد:
الف:چسب هاي داراي جزئ اصلي طبيعي-ماده طبيعي موجود در چسب ممكن است از نوع سلولوزي و يا پروتئيني باشد.چسب هاي نوع سلولوزي مانند چسب نشاسته -دكسترين و يا صمغ گياهي .چسب هاي پروتئيني ممكن است حيواني و يا گياهي باشند.نوع حيواني مثل البومين خون -كازئين و غيره و نوع گياهي مثل آرد دانه لوبيا آرد بادام و غيره مي باشد.
از چسب هاي داراي پايه مواد طبيعي به غير از سلولوزي و پروتئيني مي توان از نوع كائوچوي طبيعي سيليكات سديم و شلاك نام برد.
ب:
چسب هاي داراي جزء اصلي مصنوعي-ماده مصنوعي جزء اصلي چسب ممكن است يكي از مواد ترموپلاستيكي (مانند پلي وينيل الكل-نايلون-پلي آكريليك)و يا يكي از رزين هاي ترموستي (مانند رزين فنلي -آميني -اپوكسي)باشد
اين طبقه بندي شامل چسب هايي نمي شود كه در فرمول اصلي آنها دو يا چند جزء با اهميت يكسان (يا اصلي) وجود دارد.
براي مثال اگر در فرمول چسبي يك رزين فنلي با يك ترمو پلاستيك وجود داشته باشد (هذ دو جزء اصلي اند)طبقه بندي فوق شامل آن نمي گردد.




2-دسته بندي بر اساس نوع مصرف آنها
در اين تقسيم بندي چسب ها بنا به موارد مصرف انها به ساختماني(ساختاري) و غير ساختماني تقسيمم بندي ميشوتند.
معمولا چسب هايي را ساختماني ميگويند كه در چسباندن اجزاء سازنده جسمي كه بايد تحت تنش بالا قرار گيرد بهكار ميروند.
كار اين چسب ها نگه داشتن سطوح به يكديگر و ايجاد مقاومت در برابر تنش0كششي-تراكمي-برشي)وارده به سطوح جسم مي باشد.
چسب هاي غير ساختماني موادي هستند كه اتصالات چسبي ضعيفي را موجب مي شوند و عمل تثبيت (يا پخت)را انجام نميدهند -به طوري كه سطوح چسبيده شده به راحتي از هم جدا ميشوند.كاربرد اين نوع چسب ها در بر چسب زدن -بسته بندي-چسباندن كاغذ ديواري و كف پوش و غيره مي باشد.
همچنين موادي كه جهت آب بندي -درزگيري و بتونه كاري در برابر نفوذ گازها (يا بخارات)بكار ميروند از اين نوع چسب ها هستند.
3-تقسيم بندي بر اساس نوع ماده نوع مواد اتصال يابنده
در اين روش چسب ها به نوع چسب چوب-كاغذ -فلز-سراميك-پلاستيك-و غيره تقسيم ميشود.
4-تقسيم بندي بر اساس ميزان مصرف چسب
در اينجا چسب ها به انواع صنعتي و خانگي تقسيم ميگردند.چسب هاي صنعتي در مقياس وسيعي مصرف مي شوند.در حالي كه چسب هاي خانگي كه در بسته بندي هاي كوچك عرضه ميشوند با وجود اينكه مصارف گوناگون دارند در جحم كمتري مصرف مي گردند.



تاريخچه استفاده از چسب ها
يكي از قديمي ترين روشهاي اتصال اجسام به يكديگر استفاده از چسب ها بوذه است و آثار گذشته نشان ميدهد كه حدود 3 هزار سال پيش از چسب استفاده شده است.چسب هاي قديمي حالتي شبيه به قير داشته اند و براي مثال از آنها به صورت ساروج در ساخت برج بابل استفاده شده است.
تا قرن 20 تكنولوژي چسب ها پيشرفت بسيار كمي داشته است.در جنگ جهاني دوم قدم هاي بزرگي براي اتصال فلزات به يكديگر برداشته شد.براي اين منظور از مخلوط رزين فنولي با پلي كلروپن و يا نيتريل رلبر چسب هاي مفيدي ساخته شد.
در سال 1950 به منظور چسباندن فلزات به يكديگر تلاش فراواني شد و نمونه هائي از چسب هاي اپوكسي كه قدرت چسبندگي بسيار خوبي به مواد مختلف دارند تهيه گرديد.
تكنولوژي چسب ها در سه دهه اخير رشد زيادي نموده است.براي مثال آمار نشان ميدهد كه در سال 1966 در حدود هفت ميليون پوند چسب در دنيا مصرف شده است كه نسبت به مصرف سال 1965 پانزده درصد افزايش داشته است.چسب هاي ساختماني از رشد توليد و مصرف بيشتري برخوردارند و فرمول هاي جديدي از اين نوع چسب ها همواره براي كاربردهاي جديد ارائه مي گردد.توليد كنندگان اين چسب ها هم براي توليد انواع آنها رقابت ميكنند.
امروزه در دنيا بيش از صدها سازنده و فرمول دهنده چسب وجود دارد و اين تعداد روز به روز افزايش مي يابد.. براي مثال در آمريكا بصورت يك حرفه درآمده كه در ان هزارانن نفر به كار و فعاليت مشغولند.
مواد تشكيل دهنده فرمول يك چسب:
بسياري از چسب ها كه در گذشته موذد استفاده قرار مي گرفتند از يك ماده در آب و يا يك حلال آبي تشكيل مي شدند-اما امروزه با وجود اينكه اين نوع چسب ها هنوز هم به كار ميروند معمولا چسب از مخلوطي از
چند ماده ساخته ميشود كه هر كدام مي تواند آلي يا معدني باشد.اجزائ تشكيل دهنده يك چسب بر حسب فرآيند چسباندن و نوع جنس سطوح توآم با طرح محل هاي متصل شونده تعيين ميگردد.
در مخلوط اجزا مختلف يك چسب يك جزء پايه وجود دارد كه تعيين كننده استحكام اتصال چسبي است.اين جزء پايه يك پليمر مصنوعي يا طبيعي است.
در زير اجزاع عمده سازنده يك چسب به غير از جزء پايه معرفي مي شود:
حلال يا رقيق كننده:نقش اين جزء تنضيم گرانروي چسب است و تامين يكنواخت يك پوشش نازك چسبي را ميسر مي سازد.بعضي اوقات يك رزين مايع به منظور كنترل گرانروي به چسب افزوده مي شود.
كاتاليزور ها و پخت كننده ها:
اين مواد موجب تثبيت چسب مي گردند.پخت كننده معمولا با جزء اصلي چسب واكنش داده و ممكن است مونومر پليمر و يا مخلوطي از دو يا چند ماده باشد.نسبت مولي ماده پخت كنده به جزء پايه بر خواص فيزيكي چسب اثر دارد.
براي مثال يك ـمين ساده و يا يك پلي آميد به كمك يك كاتاليز ور مي تواند چسب هاي داراي پايه رزين اپوكسي را از طريق تشكيل پيوند هاي عرضي پخت نمايد.
.اسيدها بازها نمكها و پراكسيد ها از جمله موادي هستند كه افزلايش هر كدام به مقدار خيلي كم به چسب هاي داراي پايه رزين تر موستي موجب تسريع در عمل پخت و در نتيجه كاهش زمان پخت ميشود.
تسريع كننده ها:با افزايش اين مواد به چسب سرعت پخت را ميتوان كنترل نمود .نوع ماده شيميائي و مقدار آن در اين امر موثر است.
بازدارنده و كند كننده:وجود بازدارنده در چسب موجب توقف واكنش تثبيت يا پخت ميشود و كند كننده هم سرعت اين واكنش را كاهش ميدهد
ااسفنج الاستيك هاي سلولي Flexible elastomeric foam اسفنج الاستيك هاي سلولي


اسفنج قابل انعطاف سلول بسته اي است كه از لاستيك طبيعي و يا مصنوئي , ويا مخلوطي از آن دو ساخته مي شود و حاوي سايرپليمرها ومواد شيميائي است كه مي تواند با افزودني هاي آلي يا معدني اصلاح شده باشد.
( استاندارد ملي80 84 بند4-2-3)




اين عايق دردو نوع الاستومرهاي طبعي و مصنوعي و يا تلفيقي از هر دو ساخته ميشود نوع مصنوعي آن
از انواع جديد عايقها بوده و با قدمتي در حدود 15تا20 سال ميباشند. و از فراورده هاي صنايع پترو شيمي مي باشد. در توليد آنها سعي شده نواقص و ايرادات انواع قديمي تر عايقها برطرف شود .
اصطلاح الاستيك هاي سلولي كه خود نشان دهنده حالت و نوع اين گروه ازعايقهاست بر گرفته از حالت الاستومريك و قابل ارتجاع آنها بوده كه از سلولهاي درشت و عمدتا" از نوع بسته تشكيل شده اند. فاز گازي آنها عموما هوا بوده و به همين دليل ضريب انتقال حرارت آنها نمي تواند پائئن تر از حدود 0.034W/MK باشد.
خاصيت ارتجاعي قابليت اجرا‌ء در محل را با هر شكل و حالت هندسي به آن مي دهد. مقاومت آنها به نفوظ رطوبت بالاست و به همين دليل در مناطق شرجي و مرطوب كاربرد فراواني دارند.
اسفنج پلي استايرن polystyrene foam


مواد عايق بندي از جنس فوم پلي استايرن سخت , مواد پلاستيكي سلولي سختي هستند با يك ساختمان بسته كه از پلي استايرن يا كوپليمرهايي كه جزء اصلي آنها پلي استايرن است , تشكيل شده اند.
برحسب روش ساخت , بين فوم هاي پلي استايرن ساخته شده از راه انبساط دانه هاي پلي استايرن به فرم مهره
(فوم هاي ps منبسط شده ) كه سپس به شكل تخته در آمده اندوفومهاي اكسترود پلي استايرن (فوم هاي ps اكسترود شده) در آمده اند تفاوتهايي وجود دارد . ( استاندارد ملي 5642 بند4-3)

[ghasem motamedi]

اسفنج پلي استايرن اكسترود شده

پلاستيك سلولي منبسط و اكسترود شده با ساختار سلول بسته كه داراي يك پوسته پلي استايرن يا يكي از كوپليمرهاي آن بوده يا بودن پوسته است.(استاندارد ملي 8084 بند 4-2-2)
اسفنج پلي استايرن منبسط شده

پلي استايرن منبسط شده (فوم پلي استايرن ,پلاستو فوم يا يونيليت)
(Expanded Polystyrene(EPS

ماده عايقكاري پلاستيك سلولي صلب است كه به وسيله قالبگيري دانه هاي پلي استايرن قابل انبساط يا يكي ازكوپليمرهاي آن ساخته ميشود كه اساسا" داراي يك ساختار سلولي بسته و پرشده از هواست. ( استاندارد ملي80 84 بند4-2-1)


براي اولين بار پلي استايرن توسط يك شركت آلماني در سال 1940براي عايق در صنايع الكتريكي ساخته شد.و در جريان جنگ جهاني دوم جهت ساخت لاستيك مصنوعي از آن استفاده شد . محصولات پلي استايرن در سه گريد توليد مي شود.
گريد 1- مقاوم در برابرضربه كه جهت مصارفي مانند : تهيه ظروف , بدنه لوازم خانگي استفاده مي شود.
گريد2- نوع معمولي كه مقاومت كمتري در مقابل ضربه دارد كه كاربردهاي در صنايع اتومبيل سازي و الكتريكي و غيره دارد.
گريد3- پلي استايرن منبسط يا فوم پلي استايرن (پلاستو فوم )
اين نوع عايق از مواد يكپارچه به شكل سلول بسته ساخته شده است. ميزان هدايت حرارتي اين ماده مايق ممكن است در مدت زمان بهره برداري ( افزايش طول عمر ) به علت نفوذ هوا در بين سلولهاي آن افزايش پيدا كند. از فومهاي پلاستيكي سبك بوده و به راحتي بريده مي شود.
در صنايع بسته بندي كار برد وسيعي داشته و به عنوان عايق حرارتي نيز استفاده مي شود دامنه استفاده از اين فوم در حال افزايش است به عنوان مثا ل اخيرادر سقفهاي تيرچه بلوك به جاي بلوك سيماني از بلوك هاي پلاستو فوم استفاده مي شود.
مزاياي عمده فوم پلي استايرن عبارتند از :
1-انتقال حرارت كم جهت استفاده عايق حرارتي
2-جذب خوب انرژي براي بسته بندي مواد
3-شناوري بالا
4-بالا بودن نسبت سفتي به وزن به طوري كه قطعات ساخته شده داراي وزن كم و استحكام خوب هستند
5-هزينه كم به ازاي واحد حجم .
معايب عمده فوم پلي استايرن عبارتند از :
1-خاصيت اشتعال پذيري وكمك به گسترش حريق
2-توليد گازهاي سمي در هنگام سوختن
3- انتقال بخار آب و جذب رطوبت
4-نمي توان در بالاتر از ˚C 74 درجه سلسيوس به كار برد .


فوم پلي استايرن به طور وسيعي در عايق حرارتي -54˚Cتا˚C 74 به كار برده شده است كه دلائل عمده آن قيمت پائين بوده , در دسترس مي باشد و به راحتي ساخته مي شود , محكم و پايدار بوده و در برابرتخريب مقاوم است . پلي استايرن اكسترود شده به صورت تخته در اندازه هاي مختلف جهت ساخت ديوار و عايق بام در دسترس است . دانه هاي قابل انبساط پلي استايرن را نيز مي توان به صورت صفحاتي براي نما در ساختمان سازي ساخته و به كار برد. در مواردي كه كاربردعايق حرارتي مورد نظر است مقاومت بالا لازم نبوده و پلي استايرن منبسط به اندازه كافي مقاومت دارد .

فوم پلي استايرن را در جرم ويژه هاي بسيار پائين نيز مي توان توليد كرد. ولي كاهش جرم ويژه به افزايش ضريب هدايت حرارتي با كاهش عايق حرارتي و افزايش انتقال بخار آب مي انجامد .از اين رو از اين نوع فوم هاي بسيار سبك در كارهاي بسيار حساس نمي توان استفاده كرد.
اسفنج فنوليك


اسفج سلولي صلبي است, كه از ساختار پليمري آن عمدتا" از تغليظ فنل , همولوگ هاي آن و / يا مشتقات آن با آلدئيدها يا كتن ها ساخته ميشود. ( استاندارد ملي80 84 بند4-2-4)


فوم فنليك سخت(pf)
مواد عايق بندي از جنس فنليك سخت مواد پلاستيكي سختي هستند با يك ساختمان سلوله بسته كه از رزين هاي فنليك ادغام شده با يك عامل دمنده و يك كاتاليزر با / يا بدون افزايش حرارت خارجي ساخته شده اند.
( استاندارد ملي 5642 بند4-2)




يكي از مصالح عايقكاري حرارتي فوم فنوليك صلب بوده كه از انواع پلاستيك سلولي است . اين ماده از جمله عايقهاي گرما سخت بوده كه عمده ساختار ملكولي آن بسته است و از رزين فنوليك در تركيب با يك ماده ساده دمنده (مانند هوا) و يك كاتاليزور ساخته مي شود و به صورت عايق فوم شده درمحل در دسترس است.
رزين فنوليك از پليمريزاسيون مولكولها در واكنش تراكمي فنلها و فرم آلدئيد ساخته مي شود.مكانيزم واكنش بين فنل و فرم آلدئيد هنوز بطور كامل شناخته نيست.اما توضيحاتي درعلم شيمي آلي و پليمر موجود بوده كه قابل بررسي است در اين واكنش سه مرحله اصلي وجود دارد كه مرحله اولين آن تراكم بوده كه رزين در اين مرحله گرما نرم است.
مرحله دوم آن شبكه اي شدن جزئي به همراه افزايش جرم مولكولي و ويسكوزيته آن بوده و انحلال آن كاهش پيدا مي كند.در اين حالت رزين گرما نرم شده و ذوب مي شودو در هنگام سخت شدن شكننده مي شود.مرحله سوم ميزان پليمريزاسيون و شبكه اي شدن بسيار زياد است و رزين غير قابل ذوب و انحلال مي شود كه در اين واكنش 2 نوع رزين فنوليك توليد مي شود. 1- رزول 2 – توالاك
رزينهاي فنوليك داراي رنگ تيره بوده و رنگ آنها از كهربايي كمرنگ تا قهوه اي تيره و سياه تغيير ميكند.و يكي از دلايل مصرف پايين رنگ تيره آنها مي باشد.
مزايا و معايب فوم فنوليك در مقايسه با فوم پلي يورتان و پلي استايرن عبارت است از:
الف) معايب
1- قيمت آن گرانتر است .
2- پس از زمان عمل آوري (Curing time) تا 2 درصد جمع مي شود .
3- هدايت حرارتي آن از 2 نوع ديگر بالاتر است كه به دليل آن وجود سلول هاي باز در پوسته فوم مي باشد كه باعث جذب و سرعت نفوذ آب در آن مي شود.
ب: مزايا
1- تحمل دمايي آن بالاست و حداكثر تا 149C به صورت پيوسته مي باشد. در حالي كه فوم پلي استايرن و پلي اتيلن را نمي توان در دمايي بالاتر از 71-79 درجه سانتيگراد بكار برد.
2- اين فوم خود خاموشگر بوده و در هنگام سوختن چكه نمي كند و ذغال سختي از آن توليد مي شود كه از توسعه شعله جلوگيري مي كند.
3- گازهاي حاصل از سوختن آن داراي سميت پايين تري مي باشد.
4- داراي استحام مكانيكي بالاست.
اسفنج پلي اتلين



ماده عايقكاري پلاستيك سلولي قابل انعطاف يا نيمه صلبي برپايه پليمره است كه عمدتا" از اتيلن و/يا پرو پيلن مشتق مي شود. ( استاندارد ملي80 84 بند4-2-5)

پلي اتلين داراي خواص مهمي از جمله عايق الكتريكي, خاصيت فيلم و ورقه شدن و مقاومت شيميايي در برابر رسوبات را داراست . از جمله معايب پلي اتلين اين است كه در برابر حلالها تحت دما و شرايط معين , مقاومت كمتري نشان ميدهد و اكسيژن مي تواند در آن خرابي بوجود آورد . به طوري كه در طولاني مدت وقتي در برابر آب قرار مي گيرد اكسيژن آزاد شده توليد پوسيدگي مي كند اين امر استفاده از اين عايق هارا در شبكه آبرساني آب گرم محدود مي كند. در صورت استفاده از اين عايق در صنايع برودتي وحرارتي با پديده كندانس و اتلاف حرارت مواجه خواهيم شد ضريب انتقال حرارت اين عايق در دما ي 25 درجه سانتيگراد W/mk 042/0است . اين عايق قابل اشتعال است و برابر شعله مستقيم باعث افزايش دامنه حريق مي گردد و نبايد از آن در معرض تابش مستقيم نور خورشيد استفاده شودگسترده دمائي قابل استفاده از اين فوم بين دماهاي -40˚C –تا 90˚C است.
اسفنج پلي يورتان


ماده عايق كاري پلاستيك سلولي نيمه صلب يا صلبي است كه داراي ساختار اساسا" سلول بسته و بر پايه پلي يورتان ميباشد. ( استاندارد ملي80 84 بند4-2-6)


پلي يورتان و محصولات آن در واقع يكي از زير شاخهاي علم شيمي است كه فراورده هاي آن مقاومت زيادي به انتقال حرارت و سايش از خود نشان ميدهند.به همين دليل كاربرد آن در صنايع هر روز در حال گشترش ميباشد. استحكام و مقاومت قطعات توليدي از پلي يورتان بسار بهتر از لاستيك است .
فوم پلي يورتان با يك ساختار سلولي بسته كه برپايه پلي يورتان ,درحضور كاتاليزورها و مواد دمنده باواكنش شيميايي پلي ايزوسيانات ها با تركيبات حاوي هيدروژن اسيدي ساخته مي شوند. مزيت هاي فوم پلي يورتان عبارتند از : هدايت حرارتي كم كه از تمامي مصالح عايق متداول ديگر كمتر است , وزن سبك , استحكام بالا, قابليت بسيار زياد در پذيرش تغيير در فومولاسيون جهت برآورده كردن انتظارات كاربردي, چسبندگي قوي به بسياري از مواد, نفوذپذيري كم در برابر بخار آب, مقاومت حرارتي در دماي بيش از 100 در جه سلسيوس, قابليت فوم شوندگي در محل براي پر كردن شكل هاي پيچيده, فوم سخت پلي يورتان در گستره وسيعي از دما به عنوان عايق حرارتي به كار برده شده است .براي مثال اين نوع فوم در عايق كاري ازت مايع در-196 درجه سلسيوس و بخار در +126 درجه سلسيوس به كار برده شده است .
فرم انعطاف پذير پلي يورتان نيز در عايق كاري لوله ها مي تواند به كار برده شود . فوم هاي پلي يورتان به صورت يك لايه نازك با كارآرايي بالا عايق كاري بدنه يخچال ها و فريزرها به كار برده مي شود . امروزه سعي مي شود كه فوم پلي يورتان باگازي غير از CFC(كلروفلوئور كربن- مبرد هاي فريوني )
به عنوان ماده دمنده ساخته شود . اگر چه اين گازها به خوبي گاز هايCFC عايق كاري را انجام نمي دهند ,ا ما به لايه ازن سياره زمين آسيب كمتري وارد مي كنند, چگالي فو م هاي ساخته شده توسط روش جديد معمولا 32 كيلو گرم بر متر مكعب است . فومهاي پلي يورتان سلول باز با چگالي كم (8كيلو گرم بر متر مكعب)نيز وجود دارد .بعضي انواع با چگالي كم از دي اكسيد كربن به عنوان ماده دمنده استفاده مي كنند و همچنين فوم هاي كم چگالي به داخل ديوار هاي دو جداره باز اسپري مي شوند و به سرعت منبسط مي شوند و فضاي خالي راپر از درزبندي مي كنند فو مهاي آهسته منبسط شونده براي ساختمان هاي موجود كه عايق حرارتي ندارند در نظر گرفته شده است . اين فوم مايع بسيار آهسته منبسط مي شود و بنابراين احتمال آسيب رسيدن به ديوار ناشي از انبساط بيش از حد كاهش مي يابد . فوم در برابر بخار آب نفوذ پذير است, قابل انعطاف بوده و در برابر مكش آب اين عايق درزبندي هواي خوبي انجام مي دهد . همچنين كندسوز است و بعد از براشتن آتش , شعله پايدار نخواهد بوداما نكته با اهميت اين است كه متصاعد نمودن گازهاي سمي سيانيد هيدروژن(HCN) در مجاورت حرارت يا در هنگام سوختن مي باشد.

[ghasem motamedi]

عايقهاي مركب يا چند لايه



عايق چند لايه: تركيبي از 2 يا چند لايه از يك ماده عايق مشخص كه ضخامت لايه هاي منفرد آن ممكن است با هم متفاوت باشند. ( استاندارد ملي80 84 بند7-10)

عايق مركب:تركيبي از لايه ها كه حد اقل از دو ماده عايق مختلف است . خاصيت عايق مركب از خواص عايق كاري مواد منفرد مي شود. ( استاندارد ملي80 84 بند7-11)

گاهي استفاده از ساختار مركب و چند لايه در عايق ها بسيار موثر تر از استفاده از يك لايه عايق با همان ضخامت ميباشد. بكار گيري اين روش امكان مناسبي نيز براي جبران انقباض و انبساط طولي لوله ها در نقاط با درجه حرارت و شوك حرارتي بالا را ايجاد مينمايد.
بكار گيري عايقهاي مركب و چند لايه روي اتصالات و پل هاي حرارتي باعث كاهش تلفات حرارت ودر نتيجه ايجاد وضعيت بهتر و كارا تر و افزايش راندمان عايقي ميگردد. ونيز يكي از كاربردهاي مناسب اين روش در محل هايي است كه نياز به كاهش ضخامت عايق كاري باشد. در مرحله بازسازي و تعويض عايقها ي موجود نيز اين نوع عايقها جايگزين مناسبي تاقي خواهند شد.
هم اكنون با كاربردهاي وسيع كامپوزيته ادر نما ي ساختمان علاوه بر جلوه زيبائي باعث ايجاد خواص عايقي بر روي جدار ساختمان و كاهش اتلاف انرزي در زمستان و جلوكيري از ورود انرزي تابشي خورشيد به پوسته ساختمان در تابستان ميگردد ; كه در نتيجه نقش موثري در صرفه جوعي در مصرف انرزي خواهند داشت.
در صورتي كه درز بندي كامل اجام شود , با كاهش اثرات ضريب جابجائي هواي خارج در جدار خارجي ساختمان نقش آن موثر تر خواهد بود.

منابع :
1- گروه كارشناسي سايت ticir
2- عايقهاي حرارتي انتشار سازمان بهره وري انرژي ايران
عايق هاي شيشه - باز تابشي


سيستمي با يك يا چند رويه با ضريب تابش كم كه تابش حرارتي را محدود مي كند.
( استاندارد ملي 8084- بند 7-9 )







عايق هاي شيشه
Window film

پوششي چندلايه است كه به كمك چسب مخصوص به سطح شيشه مي چسبد , بستر اصلي آن پلي استر از جنس پلي اتلين ترفتالات (PET) مي باشد اين پوشش حاوي ماده جاذب اشعه فرابنفش بوده و تا حدود 99% از ورود اين اشعه جلوگيري مي كند . مهمترين لايه آن لايه فلز پوش است كه به كمك روشهاي پشرفته ذرات فلزات سنگين مانند (واناديم –طلا- آلياژ نيكل كروم) برروي لايه پليمري اندود گرديده است خاصيت اين لايه باز تابش اشعه مادون قرمز بوده و در حالي كه اجازه عبور نور مرئي را به آن مي دهد . درواقع اين عايق را مي توان تلفيقي از دو نوع عايق نوين انعكاسي و پليمري شفاف دانست . لايه هاي بعدي باعث تقويت استحكام كششي شده , در نهايت خواص ضد خش به محصول مي دهد. مزيت ديگر اين اين پوشش جلوگيري از خطر پاشيدگي شيشه هنگام شكسته شدن و يا هنگام زلزله است .
در انواع كم گسيل اين نوع عايق در فصل زمستان با كم كردن ضريب انتقال حرارت رسانش شيشه باعث كاهش اتلاف حرارت نيز مي گردد .
نور طبيعي خورشيد از سه بخش اشعه مادون قرمز 53% , نور مرئي 44% و اشعه فرابنفش3% تشكيل شده است .

[ghasem motamedi]

پلي يورتان : کوپليمري پرکاربرد


الاستومرهاي پلي يورتاني، خانواده‌اي از كوپليمرهاي توده‌اي بخش شده است كه كاربردهاي مهمي در زمينه‌هاي گوناگون صنعتي و پزشكي پيدا كرده است. اولين پلي يورتان، از واكنش دي‌ايزوسيانات آليفاتيك با دي‌آمين به‌دست آمد. اتو باير و همكارانش اولين بار اين پلي‌يورتان را معرفي نمودندکه به شدت آبدوست بود و بنابراين به عنوان پلاستيك يا فيبر نمي‌توانست مورد استفاده قرار گيرد. واكنش بين دي‌ايزوسيانات‌هاي آليفاتيك و گليكول‌ها منجر به توليد پلي يورتاني با خصوصيات پلاستيكي و فيبري گرديد. به دنبال آن، با استفاده از دي‌ايزوسيانات آروماتيك و گليكول‌هاي با وزن مولكولي بسيار بالا، پلي‌ يورتاني به‌دست آمد كه خانواده مهمي از الاستومرهاي ترموپلاستيك به شمار مي‌رود.


خواص يورتانها از مواد ترموست بسيار سخت تا الاستومرهاي نرم تغيير مي‌كند. از پلي يورتانهاي ترموپلاستيك، در ساخت وسايل قابل كاشت بسيار مهمي استفاده مي‌شود، چرا كه داراي خواص مكانيكي خوب نظير استحكام كششي، چقرمگي، مقاومت به سايش و مقاومت به تخريب شدن، به علاوه زيست سازگاري خوب مي‌باشند كه آنها را در گروه مواد مناسب جهت كاربردهاي پزشكي قرار مي‌دهد.
كاربردهاي پلي يورتان‌ها
با استفاده از پلي اترها به عنوان پلي‌ال، در سنتز پلي يورتان مي‌توان كاشتني‌هاي طولاني مدت تهيه نمود، كه در قلب مصنوعي، کليه مصنوعي، ريه مصنوعي، هموپرفيوژن، لوزالمعده مصنوعي، *****هاي خوني، کاتترها، عروق مصنوعي، باي‌پس سرخرگ‌ها يا سياهرگ‌‌ها، کاشتني‌هاي دندان و لثه، بيماريهاي ادراري، ترميم زخم، رساندن يا خارج كردن مايعات، نمايش فشار عروق، آنژيوپلاستي، مسدود کردن عروق، جراحي عروق آئورت و كرونري، دريچه‌هاي قلب ‌سه‌لتي و دولتي كاربرد دارند.
در صورتي كه از پلي اترها به عنوان پلي‌ال، در سنتز پلي يورتان استفاده شود، پلي يورتان‌هاي زيست تخريب پذير مدت تهيه مي‌شود كه به طور مثال در کانال هدايت بازسازي عصب، ساختارهاي قلبي –عروقي، بازسازي غضروف مفصل ومنيسک زانو، براي تعويض وجايگزيني استخوان اسفنجي، در سيستم‌هاي رهايش کنترول شده دارو و براي ترميم پوست كاربرد دارد. شكل (1) برخي از وسايل و ايمپلنت‌هاي پلي‌يورتاني مورد استفاده در پزشكي را نشان مي‌دهد.


تاثير ساختار شيميايي و مورفولوژي سطح روي خون سازگاري پلي يورتان
در اواخر سال 1980 تعدادي از دانشمندان، شيمي، ساختار و مورفولوژي سطح پلي‌يورتان‌ها را مورد بررسي قرار دادند و به تدريج روش‌هاي جديد پوشش دهي سطح به‌همراه پيوندهاي مواد ديگر به سطح پلي‌يورتان‌ها، با هدف بهبود خونسازگاري ابداع شد. در سالهاي اخير، ترکيب شيميايي پلي‌يورتان‌ها جهت بهبود خونسازگاري با تغييرات بسيار زيادي همراه شده است. از جمله اين موارد سنتز پلي‌يورتان يا پلي‌يورتان ِيورا با قسمت‌هاي نرم آبدوست است.
«Cooper»، نيز در مورد ارتباط بين شيمي پلي‌ال‌ها و خون‌سازگاري پلي‌يورتانها، تحقيقاتي را برروي نمونه‌هاي مختلف پلي‌يورتانها با پلي‌ال‌هاي متفاوت نظير PEO، PTMO، PBD (پلي‌بوتادين) و PDMS انجام داد. اين پلي‌يورتان‌ها به روش پليمريزاسيون دو مرحله‌اي تهيه شدند و بر روي لوله‌‌هاي پلي‌اتيلني پوشش‌دهي شده و سپس درون بدن سگ قرار گرفتند تا پاسخ لخته‌زايي آنها مشخص گردد. پلي‌يورتان با پلي‌ال PDMS کمترين لخته‌زايي را نسبت به نمونه‌هاي ديگر نشان داد. طبيعت آبگريز PDMS باعث بهبود آبگريزي سطح پلي‌يورتان پايه PDMS و در نتيجه توجيهي براي بهبود خون‌سازگاري آن نسبت به ساير موارد مي‌شود و ميزان چسبندگي اوليه پلاکت‌ها با افزايش آبدوستي پلي‌ال‌ها افزايش مي‌يابد. بنابراين بايد گفت که خون‌سازگاري پلي‌يورتان‌ها بستگي زيادي به ترکيبات سازنده آن و عوامل مختلف نظير جداسازي ميکروفازها، ناهمگني سطح و آبدوستي سطح خواهد داشت.
استفاده از سولفونات يا پوشش‌هايي نظير هپارين در تغيير پاسخ خون به اين مواد نقش بسيار عمده‌اي را ايفا مي‌کنند. محققي به نام Santerre [55]، پلي‌يورتان‌هايي را بر پايه سولفونات سنتز نمود که داراي گروه‌هاي مختلف سولفور(3.1 % - 1.4%) بود. در نمونه‌هاي با گروه‌هاي سولفونات بيشتر زمان لخته‌زايي افزايش يافت.


روشهاي بهبود خواص سطحي پلي‌يورتانها
با توجه به اينکه خونسازگاري يک بيومتريال بستگي مستقيم به شيمي سطح آن دارد، تغيير در وضعيت سطحي کمک بسيار زيادي در حل مشکلات خون‌سازگاري خواهد نمود. از جمله موادي که در اين مورد نتايج و رضايت بخشي را در بهبود خونسازگاري نشان داده‌اند، ‌مي‌توان به سولفونات پلي‌اتر يورتان، پيوند سطح اکريل آميد و دي اکريل آميد با پلي‌اتر يورتان، اتصال فسفوريل کولين به سطح پلي‌اتر يورتان با استفاده از پرتو UV و پيوند پروپيل سولفات – پروپيلن اکسايد (PEO-SO3)، اشاره نمود.
در سالهاي اخير محققان زيادي براي افزايش بهبود خونسازگاري بيومتريال‌ها از پيوند هپارين به سطح آنها استفاده نموده‌اند كه نتايج رضايت‌بخشي نيز به همراه داشته است. يکي از مهمترين مشکلات در اين راه، پيوند يوني هپارين (surfaces bearing ionically bound heparin ) به سطح پلي‌يورتان است. هپارين مي‌تواند بصورت کووالاني با گروههاي آمين يا هيدروکسيل آزاد ايزوسيانات پيوند برقرار سازد. در بين تمام روشهايي که باعث تثبيت هپارين ‌مي‌شود، موثرترين روش استفاده از تابش اکسيژن پلاسماي يونيزه شده است که باعث پيوند با پليمر ‌مي‌شود.
نتايج خونسازگاري حاصل از هپارينيزه شدن پلي‌يورتان‌، نشانگر فعاليت کمتر پلاکتها و پروتئين‌هاي پلاسما است که منجر به کاهش تشکيل لخته خون مي‌شود. همچنين چسبندگي سلولهاي تک هسته‌اي و ترشح فاکتور نکروز تومور در تماس با پلي‌يورتان هپارينيزه شده کمتر گزارش شده است. از ديگر راههايي که ‌مي‌توان بدون استفاده از پوشش‌هاي هپاريني به يک پلي‌يورتان خون سازگار دست يافت، پوشش دهي يا تثبيت شيميايي داروهاي ضد لخته زا يا مولکولهايي نظير مشتقات Urookinase ، Prostacyclin، ADPase، Dipyridamol، Glucose و اتمهاي نقره گزارش شده است.
پلي‌يورتان‌هاي داراي گروه‌هاي سولفونات، لخته زايي بسيار کمي نسبت به پلي‌يورتان‌هاي معمولي داشت. پلي‌يورتان‌هاي سولفونات شده ترومبين (آنزيم مؤثر براي ايجاد لخته) را مصرف کرده و بر پليمريزه شدن فيبرينوژن تأثير مستقيم مي‌گذارد.
ايجاد پيوند کووانسي پپتيد Arg-Gly-Asp (RGD)، با ستون اصلي پليمر نيز يکي ديگر از روش‌هاي بهبود خواص خون‌سازگاري پلي‌يورتان‌ها است كه در نتيجه چسبندگي سلول‌هاي اندوتليال به سطح پليمر افزايش مي‌يابد.


تخريب پلي يورتان‌ها
همه پليمرها امكان تخريب دارد و پلي يورتان‌ها نيز از اين قاعده مستثني نيست جهت جلوگيري از تخريب پلي يورتان‌ها روش‌‌هاي مختلفي وجود دارد. كه شامل هيدروليز، فتوليز، سلوليز، توموليز، پيروليز (تجزيه در اثر حرارت) وتخريب بيولوژيك، ترك بر اثر استرس محيطي، اكسيد شدن و تخريب بوسيله ميكروب و قارچها مي‌شود.
در حالت بيولوژيك تنش محيطي باعث ايجاد ترك مي‌شود كه در نهايت شكست ممكن است به‌وجود آيد و باعث ايجاد تخريب سطحي ويژه در پليمر شود. آنزيم‌ها نيز مي‌توانند باعث تخريب پلي يورتان‌ها شود. تخريب ميكروبي، يك واكنش تجزيه شيميايي است كه به‌وسيله حمله ميكرو ارگانيسم‌ها صورت مي‌گيرد. آنزيم‌ها و قارچ‌ها نيز ممكن است پلي يورتان‌ها را تخريب كند.
پيوندهاي مستعد براي تخريب هيدروليتيك در پلي يورتان‌ها، پيوندهاي استري و يورتاني است. استرها به اسيد و الكل تجزيه مي‌شود و پيوندهاي يورتاني در نتيجه تخريب شدن به كرباميك اسيد و الكل هيدروليز مي‌شود.
تركيبات مسئول تخريب پليمرها در بدن شامل آب، نمك، پراكسيدها و آنزيمها است. به‌طور كلي مولكولهايي مانند ويتامين‌ها و راديكالهاي آزاد باعث تسريع كردن تخريب مي‌شود. اگر پلي يورتان هيدروفوب باشد تخريب معمولاً در سطح مواد انجام مي‌شود. اگر پلي يورتان‌ها هيدروفيل باشد، آب در توده پليمر وارد شده و تخريب در سرتاسر ماده اتفاق مي‌افتد. تخريب پليمر در مايع Media ( پلاسما و بافت ) به طوركلي شامل مراحل زير است.
1) جذب مديا در سطح پليمر،
2) جذب مديا به توده پليمر،
3) واكنشهاي شيمايي با پيوندهاي ناپايدار در پليمر و
4) نقل و انتقال توليدات تخريب از ماتريكس پليمر و جذب سطحي محصولات تخريب از سطح پليمر.


تاثير آبدوستي بر ميزان تخريب پلي يورتان‌هاي
يكي از مشكلات اصلي كاشت پلي يورتان‌ها در حالت vivo in تمايل آنها براي آهكي شدن و تخريب شدن است. اكثر ايمپلنت‌هاي پلي يورتاني در حالت in vivoاز طريق هيدروليز تخريب مي‌شود.
الاستومرهاي زيست تخريب پذيردر ايمپلنت‌هاي قلبي و عروقي، داربستها براي مهندسي بافت، ترميم غضروف مفصل، پوست مصنوعي و درتعويض و جانشيني پيوند استخوان اسفنجي استفاده مي‌شود.
مواد هيدروفيل مانند هيدروژل‌ها، به عنوان سدي براي چسبندگي بافت‌ها استفاده مي‌شود. موادي با هيدروفيلي كم، باعث چسبندگي تكثير سلول‌ها مي‌شود كه براي داربستهاي مهندسي بافت مناسب است.


واكنش پلي يورتان زيست تخريب پذير با استئوبلاست‌ها و كندروسيت‌ها و ماكروفاژها
كاربرد پليمرهاي زيست تخريب پذير به عنوان يكي از پيشرفت‌هاي عمده در تحقيقات مواد درپزشكي مطرح است. مواد زيست تخريب پذيركاربردهاي بي‌شماري در پزشكي و جراحي دارند واين مواد طوري طراحي شده است كه در حالت in vivo تخريب شود.
تصور كلي از زيست سازگاري بر اساس واكنش ميان يك ماده و محيط بيولوژيك است. واكنش بافت‌ها و سلول‌ها در خيلي از موارد بوسيله پاسخ التهابي مشخص مي‌شود.
در مهندسي بافت از ماتريس‌ها و داربستهاي زيست تخريب‌پذير پليمري به عنوان حامل سلول براي بازسازي بافت‌هاي معيوب استفاده مي‌شود. به‌طور كلي، ايمپلنت‌ها نبايد باعث پاسخ غيرعادي در بافت‌ها و باعث توليد مواد سمي يا تأثيرات سرطان زائي در بافت شوند. در تحقيقات جديد، پلي يورتان‌هاي زيست تخريب پذير زيست سازگاري مطلوبي از خود نشان مي‌دهد.
اين پلي يورتان‌ها هر چند كه باعث فعال شدن ماكروفاژها مي‌شود ولي تأثيرات سمي و سرطان زائي در بدن ندارد. در تحقيقات in vivo، فوم پلي يورتان زيست تخريب پذير،زيست سازگاري مطلوبي را از خود نشان داده است.
در يك تحقيق جديد، جهت ارزيابي زيست سازگاري از فوم پلي استر پلي يورتان زيست تخريب پذير با سايز سوراخها 100-400 m استفاده شده و واكنش كندروسيت‌هاي و سلول‌هاي استئوبلاست موش [line Mc3T3-E1] با فوم پلي يورتان زيست تخريب پذير( Degrapol -foam) مورد بررسي قرار گرفته شده است پاسخ سلولي که شامل: رشد، فعاليت سلول‌ها و پاسخ سلولي استئوبلاست‌ها و ماكروفاژها به محصولات تخريب در نظر گرفته شد. سلول‌هاي استئوبلاست‌ها و كندرويست‌ها از موش‌هاي صحرايي نر بالغ جدا شده بود.
جهت سنتز اين كوپليمر نيز مقدار برابر از PHB– دي‌ال و پلي کاپرولاکتون دي‌ال در 1 و2 دي كلرو اتيلن حل شده وبه صورت آزئوتروپيكالي به‌وسيله برگشت حلال تحت نيتروژن خشك، سنتز شد. اين پلي استريورتان، يك بخش آمورف و يك بخش كريستالي دارد و همچنين دي ال با PHB تشكيل حوزه‌هاي كريستالي مي‌دهد و دي ال با پلي كاپر.لاكتون تشكيل حوزه‌هاي آمورف مي‌دهد.
پس از كشت سلولي، اسكن به‌وسيله ميكروسكوپ الكتروني ( SEM) نشان مي‌دهد كه سلول‌ها در سطح و داخل حفره‌هاي فوم رشد مي‌كند و سلول‌هايي كه در سطح فوم ديده مي‌شود و به صورت يك نمايش سلولي مسطح و چند لايه سلول متلاقي، ديده مي‌شود.
نتايج به‌دست آمده نشانگر اين مطلب است كه استئوبلاست‌ها و ماكروفاژها توانايي بيگانه خواري و فاگوسيتوز محصولات تخريب را دارندو محصولات تخريب در غلظت كم، تأثيري در رشد و عملكرد استئوبلاست‌ها نمي گذارد. به‌طور كلي كندروسيت‌ها و استئوبلاست‌ها در فوم زيست تخريب پذير تكثير يافت و فنوتيب‌شان را نگاه داشت. اين مطلب نشان مي‌دهد كه اين داربستها براي مراحل ترميم استخوان مفيد است.

[ghasem motamedi]

کامپوزیتهای زمینه فلزی :