كاربرد فناوري نانو در صنعت لاستيك
http://pnu-club.com/imported/2009/07/994.jpg
تاكنون در دنيا در صنايع پليمري تحقيقات بسيار زيادي انجام شده است. از جمله آنها تحقيقات در زمينه فناوري نانو در صنعت لاستيك است. موارد استفاده از فناوري نانو اعم از نانوفيلرها و نانوكامپوزيت است كه به لاستيكها خواص ويژه اي مي دهد.
بازار نانوكامپوزيت در 2005 به ميزان 200 بيليون يورو و در سال 2015 بر اساس آمارBSF به ميزان 1200 بيليون يورو پيش بيني شده است. در سال 2002 كشوري مثل ژاپن 1500 ميليون يورو در تحقيقات در زمينه فناوري نانو صرف كرده است. تحقيقات در زمينه فناوري نانو را بدون شك نمي توانيم رها كنيم. اكثر كشورهاي دنيا تحقيقات و فعاليت در زمينه نانو را شروع كرده است، به عنوان مثال كشور هند توليد نانوكامپوزيت SBR را شروع كرده است.
همچنين صنايع خودرو در دنيا به سمت استفاده از نانو) PP نانوپلي پروپيلن( سوق پيدا كرده است و علت اصلي آن خواص مناسب از جمله سبكي، مقاومت حرارتي و مقاومت ضربه اينگونه مواد است. بنابراين رسيدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بيش از هرچيز ديگر براي ما نمايان مي سازد.
2- مقدمه (کاربردهاي فناوري نانو در صنعت لاستيکhttp://www.pnu-club.com/imported/2009/03/228.gif
با توجه به تحقيقات به عمل آمده چهار ماده نانومتري هستند كه كاربرد فراواني در صنعت لاستيك سازي پيدا كرده اند. چهار ماده موردنظر عبارتنداز : اكسيدروي نانومتري(NanoZnO)، نانوكربنات كلسيم، الماس نانومتري، ذرات نانومتري خاك رس.
با اضافه كردن اين مواد به تركيبات لاستيك، به دليل پيوندهايي كه در مقياس اتمي بين اين مواد و تركيبات لاستيك صورت مي گيرد، علاوه بر اين كه خواص فيزيكي آنها بهبود مي يابد، مي توان به افزايش مقاومت سايش، افزايش استحكام، بهبود خاصيت مكانيكي، افزايش حد پارگي و حد شكستگي اشاره كرد.در زيبايي ظاهري لاستيك نيز تاثير گذاشته و باعث لطافت، همواري، صافي و ظرافت شكل ظاهري لاستيك مي گردد. همه اينها به نوبه خود باعث مي شود كه محصولات نهايي، مرغوبتر، با كيفيت بالا، زيبايي و در نهايت بازارپسند باشند و توانايي رقابت در بازارهاي داخلي و جهاني را داشته باشند.
3- كاربرد اكسيدروي نانومتري (NanoZnO) درلاستيك:
اكسيدروي نانومتري مادهاي غيرآلي و فعال است كه كاربرد گسترده اي در صنعت لاستيك سازي دارد.كوچكي كريستالها و خاصيت غيرچسبندگي آنها باعث شده كه اكسيدروي نانومتري به صورت پودرهاي زردرنگ كروي و متخلخل باشد.
از خصوصيات استفاده از اين تكنولوژي در صنعت لاستيك، مي توان به پايين آمدن هزينه ها، بازدهي بالا، ولكانيزاسيون(Volcanization) خيلي سريع و هوشمند و دامنه دمايي گسترده اشاره كرد.
اثرات سطحي و فعاليت بالاي اكسيدروي نانومتري ناشي از اندازة بسيار كوچك، سطح موثر خيلي زياد وكشساني خوب آن است.
استفاده از اكسيد روي نانومتري در لاستيك باعث بهبود خواص آن ميشود از جمله ميتوان به زيبايي و ظرافت بخشيدن به آن، صافي و همواري شكل ظاهري، افزايش استحكام مكانيكي لاستيك، افزايش مقاومت سايشي (خاصيت ضد اصطكاكي و سايش)، پايداري دمايي بالا، طول عمر زياد و همچنين افزايش حد پارگي تركيبات لاستيك اشاره كرد كه همگي اينها بصورت تجربي ثابت شده است.
براساس نتايج بدست آمده ميتوان نتيجه گرفت بهبود يافتن خواص فيزيكي لاستيك در اثر اضافه شدن ZnO ناشي از پيوند ساختار نانومتري اكسيد روي با مولكولهاي لاستيك است كه در مقياس اتمي صورت مي گيرد.
اكسيد روي نانومتري در مقايسه با اكسيد روي معمولي داراي اندازة بسيار كوچك ولي در عوض داراي سطح موثر بسيار زيادي مي باشد. از لحاظ شيميايي بسيار فعال و همچنين به دليل اينكه پيوندهاي بين اكسيدروي نانومتري و لاستيك در مقياس مولكولي انجام مي گيرد، استفاده از اكسيدروي نانومتري خواص فيزيكي و خواص مكانيكي از قبيل حد پارگي، مقاومت سايشي و ... تركيبات لاستيك را بهبود مي بخشد.
4- كاربرد نانوكربنات كلسيم در لاستيك:
نانوكربنات كلسيم به طور گسترده اي در صنايع لاسيتك به كار مي رود، زيرا اثرات خيلي خوبي نسبت به كربنات معمولي بر روي خواص و كيفيت لاستيك دارد.
استفاده از نانوكربنات كلسيم در صنايع لاستيك باعث بهبود كيفيت و خواص تركيبات لاستيك مي شود. از جمله مزاياي استفاده از نانوكربنات كلسيم مي توان به توانايي توليد در مقياس زياد، افزايش استحكام لاستيك، بهبود بخشيدن خواص مكانيكي )افزايش استحكام مكانيكي) و انعطاف پذير شدن تركيبات لاستيك اشاره كرد. همچنين علاوه بر بهبود خواص فيزيكي، تركيبات لاستيك در شكل ظاهري آنها نيز تاثير مي گذارد و به آنها زيبايي و ظرافت مي بخشد كه اين خود در مرغوبيت كالا و بازارپسند بودن آن تاثير بسزايي دارد.
نانوكربنات كلسيم سبك بيشتر در پلاستيك و پوشش دهي لاستيك به كار ميرود.
براي به دست آوردن مزاياي ذكر شده، نانوكربنات كلسيم به لاستيكهاي طبيعي و مصنوعي از قبيلNP، EPDM ،SBS ،BR ،SBR اضافه مي گردد. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه استحكام لاستيك بسيار بالا مي رود.
استحكام بخشي نانوكربنات كلسيم برخواسته از پيچيدگي فيزيكي ناشي از پيوستگي در پليمرهاي آن و واكنشهاي شيميايي ناشي از سطح تعميم يافته آن است.
نانوكربنات كلسيم سختي لاستيك و حد گسيختگي پليمرهاي لاستيك را افزايش داده و حداكثر تواني كه لاستيك مي تواند تحمل كند تا پاره شود را بهبود مي بخشد. همچنين مقاومت لاستيك را در برابر سايش افزايش مي دهد.
به كار بردن نانوكربنات كلسيم هزينه ها را پايين مي آورد و سود زيادي را به همراه دارد و همچنين باعث به روز شدن تكنولوژي و توانائي رقابت در عرصه جهاني مي گردد.
به طور كلي نانوكربنات كلسيم در موارد زيادي به طور كلي يا جرئي به تركيبات لاستيك جهت افزايش استحكام آنها افزوده مي شود.
5- كاربرد ساختارهاي نانومتري الماس در لاستيك:
الماس نانومتري به طور گسترده اي در كامپوزيت ها و از جمله لاستيك در مواد ضد اصطكاك، مواد ليزكننده به كار مي رود. اين ساختارهاي نانومتري الماس از روش احتراق توليد مي شوند كه داراي خواص برجسته اي هستند از جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد:
1) ساختار كريستالي( بلوري)
2) سطح شيميايي كاملا ناپايدار
3) شكل كاملا كروي
4) ساختمان شيميايي بسيار محكم
5) فعاليت جذب سطحي بسيار بالا
در روسيه، الماس نانومتري با درصدهاي مختلف به لاستيك طبيعي ، Poly Soprene Rubber و FluorineRubber براي ساخت لاستيك هايي كه در صنعت كاربرد دارند از قبيل كاربرد در تاير اتومبيل، لوله هاي انتقال آب و ... مورد استفاده قرار مي گيرد. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه با اضافه كردن ساختارهاي نانومتري الماس به لاستيك ها خواص آنها به شكل قابل توجهي بهبود مي يابد از جمله مي توان به :
1) 4 الي 5 برابر شدن خاصيت انعطاف پذيري لاستيك
2) افزيش 2 الي 5/2 برابري درجه استحكام
3) افزايش حد شكستگي تا حدود 2 Kg/cm700-620
4) 3 برابر شدن قدرت بريده شدن آنها
و همچنين به اندازة خيلي زيادي خاصيت ضدپارگي آنها در دماي بالا و پايين بهبود مي يابد.
6- كاربرد ذرات نانومتري خاك رس در لاستيك:
يكي از مواد نانومتري كه كاربردهاي تجاري گسترده اي در صنعت لاستيك پيدا كرده است و اكنون شركت هاي بزرگ لاستيك سازي بطور گسترده اي از آن در محصولات خود استفاده مي كنند، ذرات نانومتري خاك رس است كه با افزودن آن به لاستيك خواص آن بطور قابل ملاحظه اي بهبود پيدا مي كند كه از جمله مي توان به موارد زير اشاره كرد :
1) افزايش مقاومت لاستيك در برابر سايش
2) افزايش استحكام مكانيكي
3) افزايش مقاومت گرمايي
4) كاهش قابليت اشتعال
5) بهبود بخشيدن اعوجاج گرمايي
7- ايده هاي مطرح شده:
1-7) افزايش دماي اشتعال لاستيك : تهيه نانوكامپوزيت الاستومرها از جملهSBR مقاوم، به عنوان مواد پايه در لاستيك سبب بهبود برخي خواص از جمله افزايش دماي اشتعال و استحكام مكانيكي بالامي شود و دليل اصلي آن حذف مقدار زيادي از دوده است.
2-7) كاهش وزن لاستيك : تهيه و بهينه سازي نانوكامپوزيت الاستومرها با وزن كم از طريق جايگزين كردن اين مواد با دوده در لاستيك، امكان حذف درصد قابل توجهي دوده توسط درصد بسيار كم از نانوفيلر وجود دارد. بطوريكه افزودن حدود 3 تا 5 درصد نانوفيلر مي تواند استحكام مكانيكي معادل 40 تا 45 درصد دوده را ايجاد كند. بنابراين با افزودن 3 تا 5 درصد نانوفيلر به لاستيك، وزن آن به مقدار قابل توجهي كاهش مي يابد.
3-7) افزايش مقاومت در مقابل نفوذپذيري گاز : نانوكامپوزيت الاستومرها بويژه EPDM بدليل دارا بودن ضريب عبوردهي كم نسبت به گازها بويژه هوا مي توانند در پوشش داخلي تاير و تيوب ها مورد استفاده قرار مي گيرد. زيرا يكي از ويژگيهاي نانوكامپوزيت EPDM مقاومت بسيار بالاي آن در برابر نفوذ و عبور گازها مي باشد. بنابراين اين نانوكامپوزيت ها مي تواند جايگزين مواد امروزي گردد. همچنين اين نانوكامپوزيت ها از جمله الاستومرهايي است كه مي تواند در آلياژهاي مختلف با ترموپلاستيكها كاربردهاي وسيعي را در صنعت خوردو داشته باشد.
4-7) قطعات لاستيكي خودرو : نانوكامپوزيت ترموپلاست الاستومرها مي تواند به عنوان يك ماده پرمصرف در صنايع ساخت و توليد قطعات خوردو بكار رود. از ويژگي هاي اين مواد، بالا بودن مدول بالا ، مقاومت حرارتي، پايداري ابعاد، وزن كم، مقاومت شعله مي باشد. لذا نانوكامپوزيت ترموپلاستيك الاستومرهاي پايهEPDM و PP مي توانند تحول چشمگيري را در ساخت قطعات خوردو ايجاد نمايد.
5-7) افزايش مقاومت سايشي لاستيك : استفاده از نانوسيليكا و نانواكسيدروي در تركيبات تاير سبب تحول عظيمي در صنعت لاستيك مي شود. بطوريكه با افزودن اين مواد به لاستيك علاوه بر خواصي ويژه اي كه اين مواد به لاستيك مي دهند، امكان افزايش مقاومت سايشي اين لاستيكها وجود دارد.
6-7) نسبت وزن تاير به عمر آن : با افزودن ميزان مصرف يكي از نانوفيلرها مي توان مصرف دوده را پايين آورد. به عبارت ديگر اگر وزن تاير كم شود، عمر لاستيك افزايش مي يابد. بنابراين جهت بالا بردن عمرلاستيك كافي است با افزودن يك سري مواد نانومتري به لاستيك عمر آن را افزايش داد.
