جستجو در تالارهای گفتگو

الياف آراميد كه در حدود سالهاي 1970معرفي شد، تركيب آلي حلقوي از كربن، هيدروژن، اكسيژن و نيتروژن مي‌باشد. دانسيته كم و استحكام كششي بالا در اين الياف، موجب تشكيل يك ساختار چقرمه ومقاوم به ضربه با سفتي حدود نصف الياف كربن مي‌شود. الياف آراميد در ابتدا به منظور جايگزيني فولاد در تايرهاي راديال ساخته شدند و بعدا كاربردهاي ديگري پيدا كردند. جليقه ضد گلوله از موفقيت آميزترين كاربردهاي الياف آراميد مي‌باشد. [TABLE=align: center] [TR] [TD=align: center] [/TD] [TD] [/TD] [/TR] [/TABLE] آراميد در دو ساختار زنجير-راست مشهور به كولار و زنجير-خم مشهور به Nomex وجود دارد كه در حال حاضر شركت dupont تنها توليد كننده هر دو محصول مي‌باشد. ساختار شيميايي كولار [TABLE=width: 100%] [TR] [TD] [/TD] [/TR] [/TABLE] [TABLE=width: 100%] [TR] [TD][/TD] [/TR] [/TABLE] [TABLE=width: 100%] [TR] [TD]Fibres [/TD] [/TR] [/TABLE] [TABLE=width: 100%] [TR] [TD][/TD] [TD]Strength (MPa) [/TD] [TD]Modulus (GPa) [/TD] [TD]Density (g cm -3 ) [/TD] [/TR] [TR] [TD]E-glass [/TD] [TD]3445 [/TD] [TD]81.8 [/TD] [TD]2.62 [/TD] [/TR] [TR] [TD]S-glass [/TD] [TD]4585 [/TD] [TD]88.9 [/TD] [TD]2.50 [/TD] [/TR] [TR] [TD]Carbon AS4 [/TD] [TD]4000 [/TD] [TD]241 [/TD] [TD]1.77 [/TD] [/TR] [TR] [TD]Carbon IM6 [/TD] [TD]4380 [/TD] [TD]276 [/TD] [TD]1.77 [/TD] [/TR] [TR] [TD]Kevlar 29 [/TD] [TD]3600 [/TD] [TD]83 [/TD] [TD]1.44 [/TD] [/TR] [TR] [TD]Kevlar 49 [/TD] [TD]4000 [/TD] [TD]131 [/TD] [TD]1.45 [/TD] [/TR] [TR] [TD]Kevlar 149 [/TD] [TD]3400 [/TD] [TD]186 [/TD] [TD]1.47 [/TD] [/TR] [/TABLE] الياف آراميد در شكلهاي مختلف وجود دارند و همانند الياف شيشه و كربن مي‌توانند در ساخت كامپوزيتها مورد استفاده قرار گيرند. [TABLE=align: center] [TR] [TD][/TD] [TD][/TD] [TD][/TD] [/TR] [/TABLE] الياف آراميد به دليل سبكي، پايداري حرارتي خوب و چقرمگي عالي، مورد توجه قرار گرفته‌اند. الياف كولار از زنجيرهاي مولكولي طولاني پلي پارا فنيلن ترفتال آميد، توليد شده‌اند. آرايش يافتگي بالاي زنجيرها به همراه اتصال خوب بين آنها، تلفيق منحصر به فردي از خواص را ايجاد مي‌نمايد كه برخي از آنها عبارتند از: - استحكام كششي بالا و وزن كم - ازدياد طول كم در پارگي - چقرمگي خوب - مدول بالا - پايداري ابعاد عالي - هدايت الكتريكي پايين - مقاومت پارگي بالا - مقاومت شيميايي زياد - مقاوم به شعله و خود خاموش كن - جمع شدگي حرارتي كم - حفظ خواص در دماهاي بسيار بالا و بسيار پايين - خزش بسيار كم - مقاومت سايش و اصطكاك عالي پس از سنتز، پليمر آراميدي در محلول اسيد سولفوريك حل مي‌شود و بعد تبديل به الياف مي‌شود. قطر الياف در حد چند ميكرون است و مورفولوژي نهايي با اعمال حرارت در دماي oC 150 تا oC550 بدست مي‌آيد. كولارها بسته به درجه آرايش يافتگي مولكولي، سفتي‌هاي متفاوت دارند. كولار 29 به عنوان سيم تاير و كولار 49 در كابلهاي زير آب استفاده مي‌شوند. كولارها تقويت كننده ممتازي در صنايع فضايي محسوب مي‌شوند. در سالهاي اخير كولار 149 نوع سفت تر كولارها معرفي شده است. همچنين كولارها به دليل كاربرد در پرتابه‌ها و حفاظت حرارتي آنها و بدليل چقرمگي و توانايي در جذب انرژي شهرت دارند. در جدول زير مقايسه اي بين خواص كولار با ساير الياف آورده شده است. مقايسه خواص ويژه كولار با ساير الياف جالب خواهد بود. p دوگانه extended p مي‌باشد. اين به اين معناست كه الياف لخت نسبت به نور مرئي آسيب پذيرند. اين الياف وقتي در معرض نور خورشيد قرار بگيرند، محدوده نور300 تا 400 نانومتر را جذب مي‌كنند و تخريب مي‌شوند. به همين دليل اگر چه خود لايه تخريب شده، پليمر زيرين را تا حدي مي‌پوشاند ولي الياف كولار نياز به پوشش يا قرار گرفتن زير ساير اجزاء دارند. سيستم الكترون دوگانه P، ويژگي‌هاي باند دوگانه را در اكثر پيوندهاي شيميايي ساختار پليمري بوجود مي‌آورد، اين امر موجب پايداري حرارتي آراميدها مي‌شود. تخريب حرارتي اين پليمرها در دماي زيرoC400 ‌شروع نمي‌شود و اگر در اتمسفر خنثي باشد، تخريب تا دماي پانصد درجه اتفاق نمي‌افتد. ساختار منظم تكراري و شكل كشيده و صاف زنجيرها، موجب بالا رفتن كريستالينيتي تا 80%‌ مي‌شود كه براي يك پليمرآلي مقدار زيادي است. بررسي‌هاي كريستالوگرافي به طور قطعي نشان داده است كه محور زنجيرهاي پليمري با محورالياف يكي است. ساختار ناهمگون پليمر در جهت طولي، به الياف استحكام كششي بسيار زيادي مي‌دهد. نيروي اعمالي توسط باندهاي قوي شيميايي زنجيرهاي پليمري تحمل مي‌شود. زنجيرهاي پليمري مجاور هم در يك ناحيه كريستال توسط بر هم كنش واندروالس و پيوندهاي هيدروژني‌كه نسبت به باندهاي شيميايي نسبتا ضعيف ترند و راحتتر جدا مي‌شوند، كنار هم نگاه داشته مي‌شوند. بنابراين الياف در جهت عرضي خواص مكانيكي ضعيفي دارند.buckle ) و در بيرون حلقه بصورت طولي شكاف مي‌خورد. علاوه بر آن، وقتي تا نقطه شكست نيرو به آن اعمال مي‌شود، ليف ترك خوردگي طولي نشان مي‌دهد يا رشته رشته شدن الياف (fibrillation ) بيشتر از يك ترك روشن و واضح اتفاق مي‌افتد.nomex توسط شركت Dupont براي كاربردهايي كه پايداري ابعادي و مقاومت حرارتي عالي لازم است، به بازار معرفي شد. اين محصول به شكل ليف (رشته‌هاي پيوسته) و صفحه (كاغذ و تخته) وجود دارد. محصولات Nomex در لباسهاي محافظ، *****گازهاي داغ، شلنگ‌هاي خودرو عايقهاي الكتريكي، قطعات هواپيما و وسايل ورزشي استفاده مي‌شوند.UV 3- مقاومت شيميايي 4- جمع شدگي (Shrinkage) حرارتي پايين 5- شكل پذيري قطعات قالبگيري شده 6- ازدياد طول شكست پايين 7- هدايت حرارتي پايين رنگ زرد الياف كولار ناشي از سيستم الكترون تلفيق پيوند قوي در جهت طولي و نيروي ضعيف در جهت عرضي زنجيرهاي پليمري رفتار ليفي جالب توجهي بوجود مي‌آورد. وقتي الياف بصورت يك حلقه خم مي‌شوند، درون حلقه، پيچ مي‌خورد ( اين خواص انحصاري الياف، به كامپوزيت منتقل مي‌شود. چند لايه‌هاي با الياف تك جهته به عنوان مثال از كولار -‌اپوكسي، در جهت طولي الياف، محكم و قوي هستند ولي در جهت عرضي داراي ضعف مي‌باشند. استحكام فشاري كمتر از استحكام كششي مي‌باشد و خميدگي تحت بار فشاري يك مشكل محسوب مي‌شود. همچنين محصول Nomex داراي زنجيرهاي مولكولي سخت و بلند مي‌باشد كه از پلي متا فنيلن دي آمين توليد مي‌شود. در اثر حرارت ذوب نمي‌شود و جريان پيدا نمي‌‌كند. تخريب و زغال گذاري تا دماي oC 350 ادامه پيدا مي‌كند و از نظر شيميايي و حرارتي بسيار پايدار است. بطور خلاصه، Nomex ويژگيهاي ذيل را داراست: 1- مقاومت حرارتي و شعله 2- مقاومت بالا در برابر كامپوزيتهاي آراميدي عايق هستند و در تماس با فلزات جريان الكتريسيته توليد نمي‌كنند. درحاليكه رفتار كششي آنها خطي است و شكست در تنشهاي بالا اتفاق مي‌افتد، رفتار فشاري و خمشي كامپوزيتهاي آراميدي، داكتايل مي‌باشد و استحكام نهايي آنها از كامپوزيتهاي الياف شيشه و كربن كمتر است مي‌توان الياف آراميد را به همراه شيشه و كربن در ساخت كامپوزيتهاي هيبريد بكار برد و از خواص انحصاري هر دو نوع الياف بهره برد. با بكار بردن تركيبي از الياف در يك كامپوزيت، مي‌توان به نتايج مطلوب از نظر خواص و مسايل اقتصادي دست يافت. اين نوع كامپوزيت را كامپوزيت هيبريد مي‌نامند. [Hidden Content]

کولار(پلی-پارافنیلن ترفتالامید)PPD-T در اين نوشتار برآنيم كه به معرفي، تاريخچه با نحوه اكتشاف، فرايند پليمريزاسيون، نحوه تهيه الياف و كاربردهاي پليمر بپردازيم كه در دنيا با نام تجاري كولار شناخته شده است. باشد كه مورد استفاده دوستان قرار بگيرد. كولار چيست؟ كولار نام تجاري الياف آراميد بر پايه پلي‌(پارافنيلن- ترفتال آميد) (PPD-T) از اولين الياف با مقاومت بالا و مدول بالاست كه به صورت صنعتي و تجاري توليد شده است. داستان كولار شالي است از يك تلاش گسترده تحقيقاتي و يك فرايند نوآوري و نموداري است از چگونگي يك كشف آزمايشگاهي و انتقال اين كشف به توليد صنعتي پس از 22 سال تلاش مداوم و پيگير، اولين قدم براي كشف كولار در اوايل دهه 1960 ميلادي و براساس يك نياز توسط شركت دوپان برداشته شد. پيگيري مطلب منجربه يك كشف مهم علمي در سال 1965 گرديد.قبل از هرچِِيز خلاصه ای اززندگینامه خانم کولک را با هم مرور میکنيم: استفان ال كولك با اتكا به تجربه و هوش استفان كولك يكي از مواد پر كاربرد دنياي جديد بنام كولار را اختراع كرد او در نيوكنزينگتون اليافت پنسيلوانيا در سال 1923 متولد شد. در كودكي به علوم و پزشكي علاقمند بود. در كالج زنان كه هم اكنون به نام دانشگاه كارنگي ملون شناخته مي شود و در نزديكي پيتبورگ قرار دارد درس خواند و در سال 1946 كارشناسي خود را در رشته شيمي از آن كالج دريافت كرد. سپس به دليل نداشتن پول كافي براي ادامه تحصيل در دانشكده پزشكي، در آزمايشگاه الياف پارچه شركت دوپان در بوفالو ايالت نيويورك به عنوان محقق شروع بكار كرد. كولك با جديد بسيار بالايي كار مي‌كرد چون به كار كردن عشق مي‌ورزيد و از طرفي نمي‌خواست موقعيت شغلي‌اش را در آزمايشگاه از دست بدهد. پس از پايان جنگ جهاني دوم او به آزمايشگاه تحقيقاتي پيشرفته شركت دوپان در ويلمينگتون ايالت دولاور منتقل شد اين آزمايشگاه در سال 1950 تاسيس شده بود. در اينجا با حمايت دوبيليو هال چارچ اولين رئيس آزمايشگاه كولك به موفقيتهايي در زمينه پليمرهاي جديد دست يافت. تخصص كولك در فرايندهاي دماي پايين براي پليمرهاي تراكمي بود يعني توليد زنجيرهاي بلند مولكولي در دماي پايين كه موج تهيه و توليد الياف سنتزي پايه نفتي مي‌گردد و سختي و مقاومت قابل توجهي دارد در دهه 1960 او شاخه جديدي از پيليمرهاي بلور مايع سنتزي را كشف كرد و اولين مونومر خالص مورد نياز در سنتز پلي بنزآميد را تهيه نمود. اما كولك همچنين در مواد واسط مورد نياز در فرايند سنتز كه منجربه تهيه مواد فوق‌العاده حساس به رطوبت و حرارت كه به آساني هيدروليز خود پليمريزه مي‌شود علاقمند بود. بنابراين او حلال قابل قبول براي انجام واكنشهاي دماي پايين را براي مواد واسط كشف كرد. نتيجه پليمرهاي آراميد بود كه بيشتر محققين آن را بدليل مايع بودن و تيره بودن پذيرا نشدندو كولك به هوشمندانه محلول حاصل را ريسندگي كرد نتيجه الياف سنتزي شد كه بسيار محكم‌تر از الياف توليد شده قبلي بود. شركت دوپان آزمايشگاه پيشتاز خود را در جهت صنعتي كردن كشف كولك و تبديل پليمر بلوري به محصول صنعتي تجهيز نمود. نتيجه كار توليد محصولي به نام كولار شد كه اولين بار در سال 1971 وارد بازار گرديد. الياف كولار 5 برابر محكم‌تر از فولاد بوده و دانسيته آنها نصف دانسيته الياف شيشه مي‌باشد. هم اكنون كولار براي عموم مردم الياف شناخته شده‌اي است چون جليقه‌هاي ضد گلوله را از آن تهيه مي‌كنند و تنها در اين كاربرد خاص كشف كولك جان هزاران نفر را نجات داده است. در واقع كولار كاربردهاي گسترده‌ و متنوعي دارد مانند تايرهاي راديال، لنتهاي ترمز كه در آنها جايگزين آلياف آزبست شده است، قايق‌هاي مسابقه، كابلهاي نوري، پوسته‌هاي سفينه‌هاي هوايي و دريايي، كابلهاي نگهدارنده پلهاي معلق هم اكنون از آن در تهيه تخته‌هاي اسكي و كلاه‌هاي ايمني نيز استفاده مي‌شود. در اقتصاد، كولار بازاري به وسعت صدها ميليون دلار در سال در جهان ايجاد كرده است. كولك كارش را در آزمايشگاه شركت دوپان تا سن بازنشستگي به عنوان محقق ارشد تا سال 1986 ادامه داد. او به تنهايي و يا همراه با ديگر محققين اختراع در اداره ثبت اختراع امريكا ثبت كرده است. از جمله روش ريسندگي كه موجب توليد صنعتي الياف آراميده گرديده است. و 5 ثبت اختراع در مورد نمونه‌سازي الياف كولار از زمان ايجاد آن نيز از فعاليتهاي خانم كولاك بوده است. كولاك همكاريش را با دوپان بصورت نيمه وقت و به عنوان مشاور ادامه داد. با توجه به اينكه نامبرده همواره مورد احترام و توجه محققين جوان و بالاخص خانمها بوده است كولاك جوايز متعددي را درياف كرده است از جمله جايزه كيل‌باي و مدال ملي تكنولوژي اخيرا بخاطر فعاليت نامبرده و پيشتازيش در اختراعات، استفانه كولاك افتخار دريافت جايزه مادام‌العمر Lemleson-MIT را بدست آورده است. كه آن را در جشن كشف سانفرانسيسكو در 22 آوريل 1999 دريافت كرد. مراحل توسعه : 1960 نياز 1965 كشف 1972-1965 تحقيق و توسعه 1972 توليد و توسعه صنعتي 1982 صنعتي شدن كامل شكل 1 نياز: اختراع نايلون و الياف مشابه ديگر، منجربه توجه و تلاش بيشتر تحقيقاتي با هدف تهيه الياف برتر لبر الياف، گرديد. در دهه 1960 شركت دوپان اين هدف را داشت: تهيه اليافي با مقاومت حرارتي آزبست و صلابت و سختي شيشه. كارهاي تجربي نشان دادند كه را رسيدن به چنين اليافي از ميان پلي‌آميدهاي آروماتيك چقرمه مي‌گذرد چرا كه اين مود به علت عدم حلاليت فوق‌العاده و دوام دانشمندان را وسوسه مي‌كردند. كشف: كشف كولار در سال 1965 عملي شد. خانم Stephunie Kwolek محقق مركز تحقيقاتي دوپان در ويلينگتون اين كشف بزرگ را انجام داد. او دريافت كه پارا بنزوئيك اسيد مي‌تواند پليمريزه شده و تحت شرايط ويژه‌اي حل و منتج به پليمر سخت قابل رشته شده مي‌گردد. وقتي اولين محلول پليمري ساخته شد چنين تصور مي‌شد كه نمي‌توان آن را به صورت الياف در آورد. علت آن اين بود كه محلول بدست آمده شفاف نبود و نمي‌شود بوسيله حرارت يا صاف كردن آن را بي‌رنگ نمود. انتظار مي‌رفت كه اين مواد بي‌اثر پخش شده در محلول باعث گرفتگي روزنه‌هاي رشته‌ساز شوند. خانم Kwolek با ترديد مواد را اكسترود كرد و با كمال تعجب دريافت كه مواد به خوبي از روزنه‌هاي رشته‌ساز عبور كردند و هيچ نوع گرفتگي رخ نداد. هم اكنون مي‌دانيم كه اين عدم شفافيت به علت تشكيل بلور مايع پليمري است كه تا آن زمان شناخته شده نبود. منحني تنش- كرنش اولين ليف آراميدي تهيه شده، شگفت‌انگيز و غيرقابل باور بود بطوريكه براي اطمينان بيشتر، اين تست چندين مرتبه تكرار شد و نتايج مشابهي حاصل شد. رفتار مولكولهاي سخت در حلال كاملا با رفتار مولكولهاي نرم تفاوت دارد. مولكولهاي نرم مانند نايلون در محلولهاي رقيق به مقدار كمي درگيري و درهم رفتگي خواهند داشت. اما پليمرهاي بسيار سخت مانند آراميدهاي پارا، درگذر از محلول رقيق به غليظ نمي‌توانند تشكيل مارپيچهاي راندوم بدهند چون تحركات آنها محدود شده است. در يك غلظت بحراني آنها ديگر نمي‌توانند بصورت راندوم در محلول قرار بگيرند در اين مرحله در صورت قرار گرفتن مقادير زيادتري از مولكولها در حلال اجبارا به صورت موازي نسبت به يكديگر قرار مي‌گيرند كه در گويچه‌هاي بلور مايع و به صورت راندوم نظم يافته‌اند. تحت نيروي برشي در عمل روزن راني گويچه‌هاي بلور مايع در جهت تغيير شكل منظم مي‌شوند در اين امرمنجربه تشكيل زنجيرهاي كاملا كشيده شده در الياف حاصل و ايجاد مدول و مقاومت بالا مي‌گردد. تحقيق و توسعه: در اين مرحله تحقيق و توسعه اصلي شروع گرديد. هدف توسعه درك عميق‌تري از تشكيل محلولهاي بلور مايع و مشخص كردن سيستمهاي پليمري سخت و ميله مانند كم هزينه‌تر بود. اين تلاش منجربه انواع زيادي از پليمرهاي سخت گرديد كه پتانسيل تشكيل محلولهاي قابل ريسندگي بلور مايع و الياف محكم و چقرمه را دارا بودند. بهترين گزينه انتخابي پليمر حاصل از پارا- فنيلن دي‌آمين و ترفتاليك اسيد با كد مشخصه PPD-T بود. لذا اين پليمر به عنوان پايه كولار قرار گرفت. اين پليمر داراي ويژگيهايي نظير: 1- ارزاني مواد 2- بالاترين تقارن 3- بالاترين چقرمگي را دارا بود. براي بدست آوردن بهترين خواص، محلول رشته‌سازي مي‌بايست اسيد سولفوريك 100% مي‌باشد كه در اين صورت ويسكوزيته محلول آماده شده براي رشته‌سازي پليمر زياد خواهد بود لذا سرعت رشته‌سازي بايد كم باشد تا خواص خوبي بدست آيد و در اين حالت فرايند توليد اقتصادي نخواهد بود. اين دومين قدم بود ولي مشكلاتي وجودداشت: فرايند توليد علي‌رغم ارزاني مواد عملا قابل انجام نبود. چرا كه محلول ريسندگي غير معمولي و بسيار خورنده بود. راندمان محصول بسيار كم و هزينه بسيار بالا بود. پروژه عملا روبه شكست بود اما .......