up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله پليمر PDF
QR code - پليمر

پليمر

پليمرهاي مقاومت حرارتي

پليمرها، بخش عمده اي از مشتقات نفتي هستند که 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 که 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 که علاوه بر مصارف متعدد، در صنايع هوا- فضا نيز نقش عمده اي ايفا مي کنند. هنگامي که ترکيبات آلي در دماي بالا حرارت داده مي شوند، به تشکيل ترکيبات آروماتيک تمايل پيدا مي کنند. بنابراين مي توان نتيجه گرفت که پليمرهاي آروماتيک بايد در مقابل دماهاي بالا مقاوم باشند. انواع وسيعي از پليمرها که واحد هاي تکراري آروماتيک دارند، در سالهاي اخير توسعه و تکامل 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 که يک پليمر در برابر حرارت و در برابر گرما مقاوم تلقي شود، نبايد در زير دماي ۴۰۰ درجه سانتي گراد تجزيه شود. هم چنين بايد خواص مورد نياز و سودمند خود را تا دماهاي نزديک به دماي تجزيه حفظ کند.
اين گونه پليمرها داراي Tg بالا و دماي ذوب بالا هستند. پس مي توان گفت پليمرهاي مقاوم حرارتي به پليمرهايي گفته مي شود که در دماي بالا بکار برده مي شوند، به طوري که خواص مکانيکي، 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 الکترونيکي، 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. ذکر اين نکته مهم است که 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 فاکتورهاي گوناگوني است. از آنجا که مقاومت حرارتي تابعي از انرژي پيوندي است، وقتي دما به حدي برسد که باعث شود پيوندها گسيخته شوند، پليمر از طريق انرژي ارتعاشي شکسته مي شود. پس پليمرهايي که داراي پيوند ضعيفي هستند در دماي بالا قابل استفاده نيستند و از بکار بردن منومرها و هم چنين گروه هاي عاملي که باعث مي شود اين پديده تشديد شود، بايد خودداري کرد. البته گروه هايي مانند اتر يا سولفون، نسبت به گروه هايي مانند آلکيل و NH و OH پايدارتر هستند، ولي وارد کردن گروه هايي مانند اتروسولفون و يا گروههاي پايدار ديگر صرفاً بخاطر بالا بردن مقاومت حرارتي نيست، بلکه باعث بالا رفتن حلاليت نيز مي شوند. تاثيرات متقابلي که بين دو گونه پليمري وجود دارد، ناشي از تاثيرات متقابل قطبي- قطبي، و پيوند هيدروژني (۶-۱۰ Kcal mol) است که باعث بالا رفتن مقاومت حرارتي در پليمرها مي شوند. اين قبيل پليمرها بايد قطبي و داراي عامل هايي باشند که پيوند هيدروژني را بوجود آورند، مانند: پلي ايميدها و پلي يورتانها. انرژي رزونانسي که به وضوح در آروماتيک ها به چشم مي خورد، مخصوصاً در حلقه هاي هتروسيکل و فنيلها و کلاً پليمرهايي که استخوان بندي آروماتيکي دارند باعث افزايش مقاومت حرارتي مي شوند. در مورد واحدهاي تکراري حلقوي، شکستگي يک پيوند در يک حلقه باعث پايين آمدن وزن مولکولي نمي شود و احتمال شکستگي دو پيوند در يک حلقه کم است. پليمرهاي نردباني يا نيمه نردباني پايداري حرارتي بالاتري نسبت به پليمرهاي زنجيره باز دارند. بنابراين اتصالات عرضي موجب صلب پليمرهاي خطي مي شوند که شامل حلقه هاي آروماتيک با چند پيوند يگانه مجزا هستند. با توجه به نکاتي که ذکر شد براي تهيه پليمرهاي مقاوم حرارتي بايد نکات زير رعايت شوند.
- استفاده از ساختارهايي که شامل قوي ترين پيوند هاي شيميايي هستند. مانند ترکيبات هتروآروماتيک، آروماتيک اترها و عدم استفاده از ساختارهايي که داراي پيوند ضعيف مثل آلکيلن- آليسيکليک و هيدروکربن هاي غير اشباع مي باشند.
- ساختمان ترکيب بايد به گونه اي باشد که به سمت پايدار بودن ميل کند، پايداري رزونانسي آن زياد باشد و بالاخره ساختارهاي حلقوي بايد طول پيوند عادي داشته باشند، به نحوي که اگر يک پيوند شکسته شد، ساختار اصلي، اتم ها را کنار هم نگه دارد.
● لباس فضا نوردان
امروزه در زمينه پليمرهاي مقاوم حرارتي پيشرفت هاي زيادي حاصل شده است. پژوهشگري به نام کارل اسي مارول که يک محقق برجسته در زمينه مقاومت حرارتي پليمرها است، باعث توسعه تجارتي پلي بنزايميدازول، با نام تجارتي PBI ، شده است که به شکل الياف براي تهيه لباس فضانوردان مورد استفاده قرار مي گيرد. البته اين تنها يکي از موارد کاربردهاي متنوع پليمرهاي مقاوم حرارتي در برنامه هاي فضايي است. بي ترديد اگر سالها پژوهش علمي و آزمايش هاي گوناگون موجب کشف الياف پليمري مقاوم براي تهيه لباس فضا نوردان نمي شد، هيچ فضا نوردي نمي توانست به فضا سفر کند. طي سال هاي اخير گونه هاي وسيعي از پليمرهاي آروماتيک و آلي فلزي مقاوم در برابر گرما، توسعه و تکامل داده شده اند، که تعداد کمي از آنها به علت قيمت بالاي آنها در تجارت قابل قبول نبوده اند. پليمرهاي آروماتيک، به خاطر اسکلت ساختاري صلب، دماي گذار شيشه اي Tg و ويسکوزيته بالا، قابليت حلاليت کم 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 تاکيد روي معرفي تفاوت هاي ساختاري پليمرها بوده است. پيوستن گروه هاي انعطاف پذير مانند اتر يا سولفون در اسکلت، يک راهکار است. هر چند اين اقدامات باعث حلاليت بيشتر، ويسکوزيته کمتر و معمولاً پايداري حرارتي کم مي شود. نگرش ديگر براي وارد کردن گروههاي آروماتيک حلقه اي اين است که به صورت عمودي در اسکلت صفحه اي آروماتيک قرار مي گيرد. همان طور که در پلي بنزايميدازول اشاره شد اين ساختارها که »کاردو پليمر« ناميده مي شوند معمولاً پايداري بالايي دارند، بدون اين که خواص دمايي آنها از بين برود.
وارد کردن اسکلت با گروههاي فعال که در اثر گرما موجب افزايش واکنش حلقه اي بين مولکولي مي شوند، راهي ديگر براي پيشرفت روندکار است. مهم ترين و پرمحصول ترين راه از نقطه نظر توسعه تجارتي، سنتز اليگومرهاي آروماتيک يا پليمرهايي است که با گروههاي پاياني فعالي، خاتمه داده شده اند. اليگومرهايي که 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 شبکه اي پايدار تبديل مي شوند.
● مقاومت در برابر حرارت
هنگامي که از پليمرهاي مقاومت حرارتي صحبت مي شود بايد مقاومت حرارتي آنها را برحسب زمان و دما تعريف کنيم. افزايش هر کدام از فاکتورهاي ذکر شده موجب کاهش طول عمر پليمر مي شود و اگر هر دو فاکتور افزايش يابند طول عمر به صورت لگاريتمي کاهش مي يابد. به طور کلي اگر يک پليمر به عنوان پليمر مقاوم حرارتي در نظر گرفته مي شود، بايد به مدت طولاني در ۲۵۰ درجه سانتي گراد، در زمان هاي متوسط در پانصد درجه سانتي گراد و در کوتاه مدت در دماي يکهزار درجه سانتي گراد خواص فيزيکي خود را حفظ کند. به طور دقيق تر يک پليمر مقاوم حرارتي بايد طي سه هزار ساعت و در حرارت ۱۷۷ درجه سانتي گراد، يا طي يکهزار ساعت در ۲۶۰ درجه سانتي گراد، يا طي يک ساعت در ۵۳۸ درجه سانتي گراد و يا طي ۵ دقيقه در ۸۱۶ درجه سانتي گراد، خواص فيزيکي خود را از دست ندهد. برخي از شرايط ضروري براي پليمرهاي مقاوم حرارتي، بالا بودن نقطه ذوب، پايداري در برابر تخريب اکسيداسيوني در دماي بالا، مقاومت در برابر فرآيندهاي حرارتي و واکنش گرماي شيميايي است. سه روش اصلي براي بالا بردن مقاومت حرارتي پليمرها وجود دارد. افزايش بلورينگي، افزايش اتصال عرضي و حذف اتصال هاي ضعيفي که در اثر حرارت اکسيد مي شوند.
افزايش بلورينگي، کاربرد پليمرها را در دماي بالا محدود مي کند. زيرا موجب کاهش حلاليت و اختلال در فرآورش مي شود. برقرار کردن اتصال هاي عرضي در اليگومرها روش مناسبي است و خواص پليمر را به طور واقعي اما غير قابل برگشت تغيير مي دهد. اتصالاتي که بايد حذف شود شامل اتصال هاي آلکيلي، آليسيکلي، غير اشباع و هيدروکربن هاي غير آروماتيک و پيوند NH است . اما اتصالاتي که مفيد است شامل سيستم هاي آروماتيکي، اتر، سولفون و ايميد و آميدها هستند. اين عوامل پايدار کننده به صورت پل در ساختار پليمر واقع و موجب پايداري آنها مي شوند. از طرفي ضروري است که پليمر از قابليت به کار گيري و امکان فرآورش مناسب برخوردار باشد. پس بايد تغييرات ساختاري طوري باشد که حلاليت و فرآورش مناسب تر داشته باشند. براي اين منظور بايد از واحد هاي انعطاف پذيرِ اتر، سولفون، آلکيل و همچنين از کوپليمره کردن، و تهيه ساختارهايي با زنجير نامنظم استفاده کرد.به طور کلي پليمرهاي مقاوم حرارتي به چهار دسته تقسيم مي شوند. پليمرهاي تراکم ساده، مانند پليمرهايي که از حلقه آروماتيک تشکيل شده اند و با اتصالات تراکمي به يکديگر متصل هستند. پليمرهاي هتروسيکل، يعني پليمرهايي که از حلقه هاي آروماتيک تشکيل شده اند اما از طريق حلقه هاي هتروسيکل به هم وصل شده اند. کوپليمرهاي ترکيبي تراکمي هتروسيکل، يعني پليمرهايي که شامل ترکيبي از اتصال هاي تراکمي ساده و حلقه هاي هتروسيکل مي باشند و پليمرهاي نردباني که شامل دو رشته زنجير هستند.

تصور جهان پيشرفته کنوني بدون وجود مواد پليمري مشکل مي باشد. امروزه اين مواد جزيي از زندگي ما شده اند و در ساخت اشياي مختلف ، از وسايل زندگي و مورد مصر ...

تصور جهان پيشرفته کنوني بدون وجود مواد پليمري مشکل ميباشد. امروزه اين مواد جزيي از زندگي ما شدهاند و در ساخت اشياي مختلف ، از وسايل زندگي و مورد مصرف ...

ريشه لغوي واژه پليمر از دو واژه يوناني Poly و Meros مشتق شده است و به معني بسپار است. مقدمه بشر نخستين ، آموخته بود چگونه الياف پروتئيني پشم و ابريشم ...

البته تا اوايل قرن نوزدهم ميلادي توجه زيادي به مواد پليمري نشده بود بوميان آمريکاي مرکزي از برخي درختان شيرابه هايي استخراج مي کردند که شيرابه بعدها ن ...

تهيه غذاي سالم تر ، پيشرفت کيفيت ابزار و وسائل، استانداردهاي اندازه گيري و ماشين ها از جمله اين موارد هستند. در تشخيص ناهنجاري هاي متابوليسمي و درمان ...

تصور جهان پيشرفته کنوني بدون وجود مواد پليمري مشکل مي باشد. امروزه اين مواد جزيي از زندگي ما شده اند و در ساخت اشياي مختلف، از وسايل زندگي و مورد مصرف ...

امروزه با رشد توليدات پلاستيکي(پليمري) در سطح جهان و استفاده روزافزون از اين توليدات، ميزان توجه به اين محصولات نيز زياد شده است. استفاده از پليمر به ...

تاريخ نشان داده است که در ابتداي تمدن بشري نيازي به بسته بندي مواد غذايي نبود، بلکه مردم براي به دست آوردن غذا از محلي به محل ديگر مي رفتند تا زماني ک ...

دانلود نسخه PDF - پليمر