پلیمرستان (آشنايي و شناخت و کاربرد و....)

[Borna66]

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 فكر كنم تو ايران توليد ميشه. 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. يكي از هتل‌هاي بزرگ تهران به عنوان اولين ساختمان در كشور با استفاده ازالياف كربن وارداتي به مقاوم سازي پايه‌هاي ساختمان اقدام كرده است. از اين رو به اهميت توليد الياف كربن در كشور بايد توجه كنيم.

[Borna66]

پلي پروپيلن

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.

[Borna66]

نايلون
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.

[Borna66]

استال
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.

[Borna66]

پلي تترا فلورو اتيلن (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.

[Borna66]

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.

[Borna66]

پليمر چیست؟

بشر با تلاش براي دستيابي به مواد جديد, با استفاده از مواد ألي (عمدتا هيدروكربنها) موجود در طبيعت به توليد مواد مصنوعي نايل شد. اين مواد عمدتا شامل عنصر كربن , هيدروژن, اكسيژن, نيتروژن و گوگرد بوده و به نام مواد پليمري معروف هستند. مواد پليمري يا مصنوعي كاربردهاي وسيعي , از جمله در ساخت وسايل خانگي , اسباب بازيها, بسته بنديها , كيف و چمدان , كفش , ميز و صندلي , شلنگها و لوله هاي انتقال أب , مواد پوششي به عنوان رنگها براي حفاظت از خوردگي و زينتي , لاستيكهاي اتومبيل و بالاخره به عنوان پليمرهاي مهندسي با استحكام بالا حتي در دماهاي نسبتا بالا در ساخت اجزايي از ماشين ألات, دارند.

پليمرها خواص فيزيكي و مكانيكي نسبتا خوب و مفيدي دارند . أنها داراي وزن مخصوص پاييين و پايداري خوب در مقابل مواد شيميايي هستند. بعضي از أنها شفاف بوده و مي توانند جايگزين شيشه ها شوند. اغلب پليمرها عايق الكتريكي هستند. اما پليمرهاي خاصي نيز وجود دارند كه تا حدودي قابليت هدايت الكتريكي دارند . عايق بودن پليمرها به پيوند كووالانسي موجود بين اتمها در زنجيرهاي مولكولي ارتباط دارد. اما تحقيقات انجام شده در سالهاي اخير نشان داد كه امكان ايجاد خاصيت هدايت الكتريكي در امتداد محور مولكولها وجود دارد. اين نوع پليمرها اساسا از پلي استيلن تشكيل شده اند. با نفوذ دادن عناصري مانند فلزات قليايي يا هالوژنها (فرايند دوپينگ) به زنجيرهاي مولكولي پلي استيلن به ترتيب نيمه هاديهاي پليمري از نوع N و P به دست مي أيند. افزودن عناصر يا دوپينگ سبب مي شود كه الكترونها بتوانند در امتدا د اتمهاي كربن در زنجير حركت كنند. تفلون از مواد پليمري است كه به دليل ضريب اصطكاك پاييني كه دارد به عنوان پوشش براي جلوگيري از چسبيدن مواد غذايي در وسايل پخت و پز لستفاده مي شود.
ساختار پليمرها
اغلب پليمرهاي متداول از پليمريزاسيون مولكولهاي ساده ألي به نام منومر به دست مي أيند. براي مثال پلي اتيلن (pe) پليمري است كه از پليمريزاسيون با افزايش (تركيب) چندين مولكول اتيلن به دست مي أيد. هر مولكول اتيلن يك منومر ناميده مي شود. با تركيب مناسبي از حرارت, فشار و كتاليزور , پيوند دوگانه بين اتمهاي كربن شكسته شده و يك پيوند ساده كووالانسي جايگزين أن مي شود. اكنون دو انتهاي أزاد اين منومر به راديكالهاي أزاد تبديل ميشود, به طوري كه هر اتم كربن يك تك الكترون دارد كه مي تواند به را ديكالهاي آزاد ديگر افزوده شود. از اين رو در اتيلن دو محل ( مربوط به اتم كربن) وجود دارد كه مولكولهاي ديگر مي توانند در آنجا بدان ضميمه شوند . اين مولكول با قابليت انجام واكنش , زير بناي پليمرها بوده و به (مر) يا بيشتر واحد تكراري موسوم است. واحد تكراري در طول زنجير مولكول پليمر به تعداد دفعات زيادي تكرارميشود. طول متوسط پليمر به درجه پليمرزاسيون يا تعداد واحدهاي تكراري در زنجير مولكول پليمر بستگي دارد. بنابراين نسبت جرم مولكولي پليمر به جرم مولكولي واحد تكراي به عنوان (درجه پليمريزاسيون) تعريف شده است . با بزرگتر شدن زنجير مولكولي ( در صورتي كه فقط نيروهاي بين مولكولي سبب اتصال مولكولها به يكديگر شود) مقاومت حرارتي و استحكام كششي مواد پليمري هر دو افزايش مي يابند.
به طور كلي فرايند پليمريزاسيون مي تواند به صورتهاي مختلفي مانند افزايشي , مرحله اي و …. انجام گيرد.در پليمريزاسيون افزايشي , تعدادي از واحدهاي تكراري به يكديگر اضافه شده و مولكول بزرگتري را به نام پليمر توليد مي كنند. در اين نوع پليمريزاسيون ابتدا در مرحله اول راديكال آزاد, با دادن انرژي (حرارتي , نوري) به مولكولهاي اتيلين با پيوند دوگانه و شكست پيوند دوگانه , به وجود مي آيد. سپس راديكالهاي آزاد با اضافه شدن به واحدهاي تكراري مراكز فعالي به نام آغازگر شكل ميگيرند و هر يك از اين مراكز به واحدهاي تكراري ديگر اضافه شده و رشد پليمر ادامه مي يابد . از نظر تئوري درجه پليمريزاسيون افزايشي مي تواند نامحدود باشد, كه در اين صورت مولكول زنجيره اي بسيار طويلي از اتصال تعداد زيادي واحدهاي تكراري به يكديگر شكل مي گيرد. اما عملا رشد زنجير به صورت نامحدود صورت نمي گيرد.هر چه قدر تعداد مراكز فعال يا آغازگرهاي شكل گرفته بيشتر باشد , تعداد زنجيرها زيادتر و نتيجتا طول زنجيرها كوچكتر ميشود و بدين دليل است كه خواص پليمرها تغيير مي كند. البته سرعت رشد نيز در اندازه طول زنجيرها موثر است . هنگامي كه واحدهاي تكراري تمام و زنجيرها به يكديگر متصل شوند, رشد خاتمه مي يابد.
از ديگر روشهاي پليمريزاسيون, پليمريزاسيون مرحله اي است كه در آن منومرها با يكديگر واكنش شيميايي داده و پليمرهاي خطي را به وجود مي اورند. در بسياري از واكنشهاي پليمريزاسيون مرحله اي مولكول كوچكي به عنوان محصول فرعي شكل مي گيرد . اين نوع واكنشها گاهي پليمريزاسيون كندنزاسيوني نيز ناميده مي شوند.

منبع : علوم فور یو