کاربرد کامپوزیت ها در صنعت ساختمان

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

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

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

02432464407-9

ترموپلاستیک ها - پلی اورتان ها

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

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

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

ترموست ها

الف – پلی اورتان ها (PUR)

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

02432464407-9

ترموپلاستیک - پلی کربناتها-

ه) پلی‌کربناتها (PC)

پلی کربناتها توسط واکنش پلی فنل با دی کلرومتان و فسژن تهیه می شود. منومر اولیه این ماده OC6H4C(CH3)2C6 H4COO است. پلی کربنات یک ترموپلاستیک خطی، با خاصیت کریستالیزاسیون پایین، شفاف و با جرم مولکولی بالا بوده وعموماً تحت نام تجاری Lexan شناخته می‌شود. این پلیمر دارای مقاومت شیمیایی بالا در گریس کاری و روغن کاری بوده ولی دارای مقاومت پایین در برابر حلالهای آلی است. مقاومت فوق العاده بالای این ترموپلاستیک (۳۰ برابر شیشه ضربه گیر) به همراه مقاومت الکتریکی بالا راحتی ساخت، مقاومت در برابر آتش، و عبور نور بالا (۹۰%) استفاده از این پلیمر را در بسیاری کاربردهای صنعتی توسعه داده است. وقتی یک پوشش ترانسپارنت، با دوام و بسیار ضربه گیر مورد نیاز باشد، پلی کربنات انتخابی مناسبی است. در مجموع ، جهت ساخت قطعات بسیار کوچک ماشین آلات – مخصوصاً ماشین آلاتی که دارای تجهیزات قالبگیری پیچیده هستند، پره های پمپ ها، کلاه های ایمنی و دیگر کاربردهایی که نیاز به وزن سبک و مقاومت ضربه گیری بالا دارد، استفاده از ترموپلاستیک‌های پلی کربنات رضایت بخش است. این مواد می‌توانند در دماهای بین 0C170 تا 0C121 مورد استفاده قرار گیرند.

02432464407-9

ترموپلاستیک های پلی آمید

ب) پلی آمیدها (PA)ترموپلاستیک های پلی آمید از طریق چگالش واکنش کربوکسیل اسید (RCOOH) و یک آمین (RNH2) با حذف آب تهیه می شود. این رزین ها تحت نام تجاری نایلون، یکی از اولین محصولات رزینی استفاده شده بعنوان مواد مهندسی شناخته شده است. خواص مکانیکی بسیار خوب بهمراه راحتی ساخت، رشد متداوم آنها را برای کاربردهای مکانیکی حتمی می‌کند. استحکام بالا، سختی، مقاومت در برابر سایش و مدول یانگ بالا خواص بسیار با ارزش نایلون ها بوده و موارد استعمال آن‌ را در کاربردهای مهم در تجهیزات عملیاتی مختلف نظیر چرخ دنده ها، اتصالات الکتریکی، شیرها، نگهدارنده ها، لوله گذاری و پوشش سیم‌ها توجیه می‌کند. مقاومت حرارتی نایلون می‌تواند متغیر باشد، اما در محدوده دمایی 0C100، باید در نظر گرفته شود. این پلیمر به عنوان یک ترموپلاستیک، به استثنای مقاومت ناچیز آن در تماس با اسیدهای معدنی قوی دارای مقاومت شیمیایی خوبی است. نظر به گوناگونی مشتقات یا کوپلیمرهای آغازگر، انواع تجاری متنوعی از رزین های نایلون، با خواص متفاوت موجود است. انواع اصلی آن، نایلون و نایلون ۶۶ است که دارای استحکام بالایی هستند. اخیراً ، انواع تجاری جدیدی از نایلون عرضه شده که بر انواع سابق از نظر غلبه بر محدودیت‌های موجود، برتری دارد. این مواد شامل پلی آمیدهایی است که دارای یک گروه آروماتیک در منومر آنها بوده، و به همین دلیل آرامید رزین (آرومانتیک آمیدها) که تحت نام تجاری Kevlar و Nomex شناخته شده، نامیده می شود.

02432464407-9

پلی آمید ها

پلی آمید (به انگلیسی: Polyamide) یک ابر مولکول با تکرار واحدهای مرتبط با زنجیرهٔ آمید است. پلی آمید هم به صورت طبیعی و هم به صورت مصنوعی رخ می‌دهد. نمونه‌هایی از پلی آمید طبیعی، پروتئین‌ها (پشم و ابریشم) هستند. پلی آمید مصنوعی می‌تواند از طریق پلیمریزاسیون مرحله رشد یا سنتز فاز جامد مواد مانند نایلون، آرامیدها و پلی سدیم (آسپارتات) ساخته شود. پلی آمید مصنوعی معمولاً در پارچه، بکار رفته در خودرو، فرش، موکت و لباس‌های ورزشی به علت دوام بالا و قدرت خود استفاده می‌شود. صنعت حمل و نقل مصرف‌کننده عمده پلی آمید می‌باشد.

شماره تماس[phone]

مواد پلیمری

بشر با تلاش برای دستیابی به مواد جدید, با استفاده از مواد ألی (عمدتا هیدروکربن‌ها) موجود در طبیعت به تولید مواد مصنوعی نایل شد. این مواد عمدتا شامل عنصر کربن , هیدروژن, اکسیژن, نیتروژن و گوگرد بوده و به نام مواد پلیمری معروف هستند. مواد پلیمری یا مصنوعی کاربردهای وسیعی , از جمله در ساخت وسایل خانگی , اسباب بازی‌ها, بسته بندی‌ها , کیف و چمدان , کفش , میز و صندلی , شلنگ‌ها و لوله‌های انتقال آب , مواد پوششی به عنوان رنگ‌ها برای حفاظت از خوردگی و زینتی , لاستیک‌های اتومبیل و بالاخره به عنوان پلیمرهای مهندسی با استحکام بالا حتی در دماهای نسبتا بالا درساخت اجزایی از ماشین ألات, دارند.

پلیمرها خواص فیزیکی و مکانیکی نسبتا خوب و مفیدی دارند . آنها دارای وزن مخصوص پاییین و پایداری خوب در مقابل مواد شیمیایی هستند. بعضی از آنها شفاف بوده و می‌توانند جایگزین شیشه‌ها شوند. اغلب پلیمرها عایق الکتریکی هستند.

اما پلیمرهای خاصی نیز وجود دارند که تا حدودی قابلیت هدایت الکتریکی دارند . عایق بودن پلیمرها به پیوند کووالانسی موجود بین اتم‌ها در زنجیرهای مولکولی ارتباط دارد. اما تحقیقات انجام شده در سال‌های اخیر نشان داد که امکان ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی در امتداد محور مولکولها وجود دارد. این نوع پلیمرها اساسا از پلی استیلن تشکیل شده اند.

با نفوذ دادن عناصری مانند فلزات قلیایی یا هالوژنها (فرایند دوپینگ) به زنجیرهای مولکولی پلی استیلن به ترتیب نیمه هادی‌های پلیمری از نوع N و P به دست می‌آیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب می‌شود که الکترون‌ها بتوانند در امتداد اتم‌های کربن در زنجیر حرکت کنند. تفلون از مواد پلیمری است که به دلیل ضریب اصطکاک پایینی که دارد به عنوان پوشش برای جلوگیری از چسبیدن مواد غذایی در وسایل پخت و پز استفاده می‌شود.  

نایلون

نایلون‌ها یکی از متداول‌ترین پلیمرهایی هستند که به عنوان الیاف کاربرد دارند. نایلون همیشه در پوشاک یافت می‌شود، ولی در جاهای دیگر هم به شکل یک ماده‌ی گرمانرم دیده می‌شود. اولین موفقیت واقعی نایلون حدوداً در سال ۱۹۴۰ با کاربرد آن در جوراب‌های زنانه به دست آمد. این جوراب‌ها خیلی محبوب شدند، اما پس از مدتی نایاب شدند، چراکه سال بعد ایالات متحده وارد جنگ جهانی دوم شد، و نایلون برای تولید وسایل جنگی مانند چترنجات و طناب، مورد نیاز بود. ولی پیش از جوراب و چتر نجات نخستین محصول واقعی از نایلون، مسواک با برس نایلونی بود.

نایلون را به خاطر گروه‌های آمیدی موجود در زنجیر اصلی، پلی­آمید نیز می‌نامند. پروتئین‌هایی مثل ابریشم، که نایلون به عنوان جانشینی برای آن ساخته شد نیز پلی‌آمید هستند. گروه‌های آمیدی بسیار قطبی هستند و می‌توانند با یکدیگر پیوند هیدروژنی دهند. به همین دلیل، و از آنجایی که زنجیر اصلی نایلون بسیار منظم و متقارن است، نایلون‌ها اغلب بلورین هستند، و الیاف بسیار خوبی به دست می‌دهند. 

نایلون ها را می توان از دی اسید‌کلریدها و دی­آمین ها به دست آورد. برای مثال، نایلون۶,۶ از واکنش مونومرهای آدیپویل‌کلرید و هگزامتیلن دی آمین تولید می شود.

این یک روش برای تهیه ی نایلون۶,۶ در آزمایشگاه است. ولی در یک واحد صنعتی، نایلون۶,۶ معمولاً از طریق واکنش آدیپیک‌اسید و هگزامتیلن دی آمین تولید می شود.

نایلون۶ ، نوع دیگری از نایلون است. این پلیمر بسیار شبیه نایلون۶,۶ است، با این تفاوت که فقط یک ناحیه‌ی زنجیری کربنی به طول شش کربن دارد.

این نوع نایلون از طریق پلیمریزاسیون حلقه گشا و از مونومر کاپرولاکتام ساخته می‌شود. رفتار نایلون۶ تفاوت زیادی با نایلون۶,۶ ندارد. تنها دلیل تولید هر دو نوع، این است که شرکت دوپونت نایلون۶,۶ را ثبت اختراع کرد، و از این رو سایر شرکت‌ها برای وارد شدن به تجارت نایلون، ناچار به تولید نایلون۶ شدند.

02432464407-9

رزین‌های اپوکسی

رزین‌های اپوکسی چسب‌های بسیار خوبی هستند و یکی از معدود چسب‌هایی به شمار می‌روند که می‌توانند روی فلزات به کار روند. با این حال، به عنوان پوشش‌های محافظ، و مواد موجود در وسایلی مثل بُردهای مدار الکترونیک، و نیز برای ترمیم سوراخ‌ها در سنگفرش بتنی نیز به کار می‌روند. اپوکسی‌ها برای ساخت کامپوزیت‌ها هم استفاده می‌شوند. یکی از راه های تولید کامپوزیت استفاده از اپوکسی در فرآیندی مفید به نام SCRIMP است.

02432464407-9

سلولز

سلولز یکی از انواع مختلف پلیمرهایی است که در طبیعت یافت می‌شود. چوب، کاغذ، و پارچه‌ی نخی همگی حاوی سلولز هستند. سلولز یک لیف بسیار خوب می‌باشد. چوب، پارچه‌ی نخی، و طناب تهیه شده از کنف تماماً از سلولز لیفی ساخته شده‌اند. سلولز از واحدهای تکراری مونومر گلوکز تشکیل شده است. این همان گلوکزی است که برای ادامه‌ی حیات در سوخت و ساز و متابولیسم بدن مصرف می‌شود، ولی شما نمی‌توانید آن را به شکل سلولز هضم کنید. سلولز را یک پلی‌ساکارید نیز می‌نامند، چراکه از مونومر شکر ساخته شده است.

سلولز در داستان پلیمرها جای مهمی دارد، چراکه از آن برای تولید برخی از نخستین پلیمرهای مصنوعی، مثل نیترات‌سلولز، استات سلولز، و رایون استفاده شده است.

موی تمیز

مشتق دیگری از سلولز، هیدروکسی‌اتیل‌سلولز می‌باشد. این ماده با سلولز معمولی از این جهت متفاوت است که برخی یا تمام گروه‌های هیدروکسیل در واحد تکراری گلوکز با گروه‌های هیدروکسی‌اتیل‌اتر جایگزین شده‌اند.

 این گروه‌های هیدروکسی اتیل مانع از این می‌شوند که پلیمر بتواند بلورینه شود. پس چون هیدروکسی‌اتیل‌سلولز نمی‌تواند متبلور شود، این ماده در آب محلول است و علاوه بر اینکه یک ملین قوی است و برای غلیظ کردن شامپوها نیز به کار می­رود. ضمناً این ماده موجب می‌شود که صابون موجود در شامپو کمتر کف‌آلود باشد، و با تشکیل کلوییدهایی در اطراف ذره‌ی کثیفی، به شامپو کمک می‌کند تا بهتر تمیز کند.

 معمولاً ذرات کثیفی در آب نامحلول هستند. ولی یک زنجیری هیدروکسی‌اتیل‌سلولز می‌تواند خودش را حول یک ذره‌ی کثیفی بپیچاند. این توده را می توان به عنوان یک کیک میان وعده فرض کرد که در آن زنجیری پلیمری، خود کیک، و ذره‌ی کثیفی مواد خامه‌ای داخل آن است. این کیک، در آب محلول است. پس وقتی هیدروکسی‌اتیل‌سلولز به این شکل دور ذره کثیفی می‌پیچد و آن را می‌پوشاند و پنهان می‌کند، آب را برای پذیرش ذره‌ی کثیفی فریب می‌دهد. با این روش، کثیفی به جای رسوب مجدد بر روی موی شما، به همراه زنجیر حرکت می کند و شسته می شود.

02432464407-9

الیاف کربن

الیاف کربن پلیمری است که به نوعی یک گرافیت محسوب می‌شود. گرافیت هم نوعی از کربن خالص است. در گرافیت، اتم‌های کربن در صفحات بزرگی از حلقه‌های آروماتیک شش ضلعی چیده شده‌اند. این صفحات درست شبیه کندوی زنبور عسل هستند.

الیاف کربن نوعی از گرافیت است که در آن صفحات گرافیت، طولانی و باریک هستند. می‌توان این صفحات را به صورت روبان‌هایی از گرافیت تصور نمود. این روبان‌ها دوست دارند به صورت دسته‌ای دور هم جمع شوند و تشکیل الیاف دهند. نام الیاف کربن هم از همین جا آمده است.

این الیاف به تنهایی استفاده نمی‌شوند. در عوض، برای تقویت موادی نظیر رزین‌های اپوکسی و دیگر مواد گرماسخت، کاربرد دارند. از آنجایی که این مواد تقویت شده، بیش از یک جزء دارند، ما آنها را کامپوزیت می‌نامیم.

کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف کربن، نسبت به وزنشان، بسیار محکم می‌باشند. آنها اغلب محکم‌تر از فولاد هستند، و با این وجود بسیار بسیار سبک‌تر هم می‌باشند. به خاطر همین، می‌توان آنها را در بسیاری از مصارف، جایگزین فلزات نمود؛ از قطعات هواپیماها و شاتل فضایی گرفته تا راکت‌های تنیس و وسایل گلف.

لیف کربن از پلیمر دیگری به نام پلی‌آکریلونیتریل و از طریق فرآیند حرارتی پیچیده‌ای تهیه می شود. 

02432464407-9