جستجو در تالارهای گفتگو

تاكنون در دنیا در صنایع پلیمری تحقیقات بسیار زیادی انجام شده است. از جمله آنها تحقیقات در زمینه فناوری نانو در صنعت لاستیك است. موارد استفاده از فناوری نانو اعم از نانوفیلرها و نانوكامپوزیت است كه به لاستیكها خواص ویژه ای می دهد. بازار نانوكامپوزیت در 2005 به میزان 200 میلیون یورو و در سال 2015 بر اساس آمارBSF به میزان 1200 میلیون یورو پیش بینی شده است. در سال 2002 كشوری مثل ژاپن 1500 میلیون یورو در تحقیقات در زمینه فناوری نانو صرف كرده است. تحقیقات در زمینه فناوری نانو را بدون شك نمی توانیم رها كنیم. اكثر كشورهای دنیا تحقیقات و فعالیت در زمینه نانو را شروع كرده است، به عنوان مثال كشور هند تولید نانوكامپوزیت SBR را شروع كرده است. همچنین صنایع خودرو در دنیا به سمت استفاده از نانو( PP نانوپلی پروپیلن) سوق پیدا كرده است و علت اصلی آن خواص مناسب از جمله سبكی، مقاومت حرارتی و مقاومت ضربه اینگونه مواد است. بنابراین رسیدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بیش از هرچیز دیگر برای ما نمایان می سازد. مقدمه (کاربردهای فناوری نانو در صنعت لاستیک): با توجه به تحقیقات به عمل آمده چهار ماده نانومتری هستند كه كاربرد فراوانی در صنعت لاستیك سازی پیدا كرده اند. چهار ماده موردنظر عبارتنداز : اكسیدروی نانومتری(NanoZnO)، نانوكربنات كلسیم، الماس نانومتری، ذرات نانومتری خاك رس با اضافه كردن این مواد به تركیبات لاستیك، به دلیل پیوندهایی كه در مقیاس اتمی بین این مواد و تركیبات لاستیك صورت می گیرد، علاوه بر این كه خواص فیزیكی آنها بهبود می یابد، می توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحكام، بهبود خاصیت مكانیكی، افزایش حد پارگی و حد شكستگی اشاره كرد.در زیبایی ظاهری لاستیك نیز تاثیر گذاشته و باعث طافت، همواری، صافی و ظرافت شكل ظاهری لاستیك می گردد. همه اینها به نوبه خود باعث می شود كه محصولات نهایی، مرغوبتر، با كیفیت بالا، زیبایی و در نهایت بازارپسند باشند و توانایی رقابت در بازارهای داخلی و جهانی را داشته باشند. كاربرد اكسیدروی نانومتری (NanoZnO) درلاستیك: اكسیدروی نانومتری مادهای غیرآلی و فعال است كه كاربرد گسترده ای در صنعت لاستیك سازی دارد.كوچكی كریستالها و خاصیت غیرچسبندگی آنها باعث شده كه اكسیدروی نانومتری به صورت پودرهای زردرنگ كروی و متخلخل باشد. از خصوصیات استفاده از این تكنولوژی در صنعت لاستیك، می توان به پایین آمدن هزینه ها، بازدهی بالا، ولكانیزاسیون(Volcanization) خیلی سریع و هوشمند و دامنه دمایی گسترده اشاره كرد. اثرات سطحی و فعالیت بالای اكسیدروی نانومتری ناشی از اندازة بسیار كوچك، سطح موثر خیلی زیاد وكشسانی خوب آن است. استفاده از اكسید روی نانومتری در لاستیك باعث بهبود خواص آن میشود از جمله میتوان به زیبایی و ظرافت بخشیدن به آن، صافی و همواری شكل ظاهری، افزایش استحكام مكانیكی لاستیك، افزایش مقاومت سایشی (خاصیت ضد اصطكاكی و سایش)، پایداری دمایی بالا، طول عمر زیاد و همچنین افزایش حد پارگی تركیبات لاستیك اشاره كرد كه همگی اینها بصورت تجربی ثابت شده است. براساس نتایج بدست آمده میتوان نتیجه گرفت بهبود یافتن خواص فیزیكی لاستیك در اثر اضافه شدن ZnO ناشی از پیوند ساختار نانومتری اكسید روی با مولكولهای لاستیك است كه در مقیاس اتمی صورت می گیرد. اكسید روی نانومتری در مقایسه با اكسید روی معمولی دارای اندازة بسیار كوچك ولی در عوض دارای سطح موثر بسیار زیادی می باشد. از لحاظ شیمیایی بسیار فعال و همچنین به دلیل اینكه پیوندهای بین اكسیدروی نانومتری و لاستیك در مقیاس مولكولی انجام می گیرد، استفاده از اكسیدروی نانومتری خواص فیزیكی و خواص مكانیكی از قبیل حد پارگی، مقاومت سایشی و ... تركیبات لاستیك را بهبود می بخشد. كاربرد نانوكربنات كلسیم در لاستیك: نانوكربنات كلسیم به طور گسترده ای در صنایع لاسیتك به كار می رود، زیرا اثرات خیلی خوبی نسبت به كربنات معمولی بر روی خواص و كیفیت لاستیك دارد. استفاده از نانوكربنات كلسیم در صنایع لاستیك باعث بهبود كیفیت و خواص تركیبات لاستیك می شود. از جمله مزایای استفاده از نانوكربنات كلسیم می توان به توانایی تولید در مقیاس زیاد، افزایش استحكام لاستیك، بهبود بخشیدن خواص مكانیكی )افزایش استحكام مكانیكی) و انعطاف پذیر شدن تركیبات لاستیك اشاره كرد. همچنین علاوه بر بهبود خواص فیزیكی، تركیبات لاستیك در شكل ظاهری آنها نیز تاثیر می گذارد و به آنها زیبایی و ظرافت می بخشد كه این خود در مرغوبیت كالا و بازارپسند بودن آن تاثیر بسزایی دارد. نانوكربنات كلسیم سبك بیشتر در پلاستیك و پوشش دهی لاستیك به كار میرود. برای به دست آوردن مزایای ذكر شده، نانوكربنات كلسیم به لاستیكهای طیعی و مصنوعی از قبیلNP، EPDM ،SBS ،BR ،SBR اضافه گردد. نتایج به دست آمده نشان می دهد كه استحكام لاستیك بسیار بالا می رود. استحكام بخشی نانوكربنات كلسیم برخواسته از پیچیدگی فیزیكی ناشی از پیوستگی در پلیمرهای آن و واكنشهای شیمیایی ناشی از سطح تعمیم یافته آن است. نانوكربنات كلسیم سختی لاستیك و حد گسیختگی پلیمرهای لاستیك را افزایش داده و حداكثر توانی كه لاستیك می تواند تحمل كند تا پاره شود را بهبود می بخشد. همچنین مقاومت لاستیك را در برابر سایش افزایش می دهد. به كار بردن نانوكربنات كلسیم هزینه ها را پایین می آورد و سود زیادی را به همراه دارد و همچنین باعث به روز شدن تكنولوژی و توانائی رقابت در عرصه جهانی می گردد. به طور كلی نانوكربنات كلسیم در موارد زیادی به طور كلی یا جرئی به تركیبات لاستیك جهت افزایش استحكام آنها افزوده می شود. كاربرد ساختارهای نانومتری الماس در لاستیك: الماس نانومتری به طور گسترده ای در كامپوزیت ها و از جمله لاستیك در مواد ضد اصطكاك، مواد لیزكننده به كار می رود. این ساختارهای نانومتری الماس از روش احتراق تولید می شوند كه دارای خواص برجسته ای هستند از جمله می توان به موارد زیر اشاره كرد: 1) ساختار كریستالی( بلوری) 2) سطح شیمیایی كاملا ناپایدار 3) شكل كاملا كروی 4) ساختمان شیمیایی بسیار محكم 5) فعالیت جذب سطحی بسیار بالا در روسیه، الماس نانومتری با درصدهای مختلف به لاستیك طبیعی ، Poly Soprene Rubber و FluorineRubber برای ساخت لاستیك هایی كه در صنعت كاربرد دارند از قبیل كاربرد در تایر اتومبیل، لوله های انتقال آب و ... مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج به دست آمده نشان می دهد كه با اضافه كردن ساختارهای نانومتری الماس به لاستیك ها خواص آنها به شكل قابل توجهی بهبود می یابد از جمله می توان به : 1) 4 الی 5 برابر شدن خاصیت انعطاف پذیری لاستیك 2) افزیش 2 الی 5/2 برابری درجه استحكام 3) افزایش حد شكستگی تا حدود 2 Kg/cm700-620 4) 3 برابر شدن قدرت بریده شدن آنها و همچنین به اندازة خیلی زیادی خاصیت ضدپارگی آنها در دمای بالا و پایین بهبود می یابد. كاربرد ذرات نانومتری خاك رس در لاستیك : یكی از مواد نانومتری كه كاربردهای تجاری گسترده ای در صنعت لاستیك پیدا كرده است و اكنون شركت های بزرگ لاستیك سازی بطور گسترده ای از آن در محصولات خود استفاده می كنند، ذرات نانومتری خاك رس است كه با افزودن آن به لاستیك خواص آن بطور قابل ملاحظه ای بهبود پیدا می كند كه از جمله می توان به موارد زیر اشاره كرد : 1) افزایش مقاومت لاستیك در برابر سایش 2) افزایش استحكام مكانیكی 3) افزایش مقاومت گرمایی 4) كاهش قابلیت اشتعال 5) بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی ایده های مطرح شده: 1-7)افزایش دمای اشتعال لاستیك : تهیه نانوكامپوزیت الاستومرها از جملهSBR مقاوم، به عنوان مواد پایه در لاستیك سبب بهبود برخی خواص از جمله افزایش دمای اشتعال و استحكام مكانیكی بالامی شود و دلیل اصلی آن حذف مقدار زیادی از دوده است. 2-7)كاهش وزن لاستیك : تهیه و بهینه سازی نانوكامپوزیت الاستومرها با وزن كم از طریق جایگزین كردن این مواد با دوده در لاستیك، امكان حذف درصد قابل توجهی دوده توسط درصد بسیار كم از نانوفیلر وجود دارد. بطوریكه افزودن حدود 3 تا 5 درصد نانوفیلر می تواند استحكام مكانیكی معادل 40 تا 45 درصد دوده را ایجاد كند. بنابراین با افزودن 3 تا 5 درصد نانوفیلر به لاستیك، وزن آن به مقدار قابل توجهی كاهش می یابد. 3-7)افزایش مقاومت در مقابل نفوذپذیری گاز : نانوكامپوزیت الاستومرها بویژه EPDM بدلیل دارا بودن ضریب عبوردهی كم نسبت به گازها بویژه هوا می توانند در پوشش داخلی تایر و تیوب ها مورد استفاده قرار می گیرد. زیرا یكی از ویژگیهای نانوكامپوزیت EPDM مقاومت بسیار بالای آن در برابر نفوذ و عبور گازها می باشد. بنابراین این نانوكامپوزیت ها می تواند جایگزین مواد امروزی گردد. همچنین این نانوكامپوزیت ها از جمله الاستومرهایی است كه می تواند در آلیاژهای مختلف با ترموپلاستیكها كاربردهای وسیعی را در صنعت خوردو داشته باشد. 4-7)قطعات لاستیكی خودرو : نانوكامپوزیت ترموپلاست الاستومرها می تواند به عنوان یك ماده پرمصرف در صنایع ساخت و تولید قطعات خوردو بكار رود. از ویژگی های این مواد، بالا بودن مدول بالا ، مقاومت حرارتی، پایداری ابعاد، وزن كم، مقاومت شعله می باشد. لذا نانوكامپوزیت ترموپلاستیك الاستومرهای پایهEPDM و PP می توانند تحول چشمگیری را در ساخت قطعات خوردو ایجاد نماید. 5-7)افزایش مقاومت سایشی لاستیك : استفاده از نانوسیلیكا و نانواكسیدروی در تركیبات تایر سبب تحول عظیمی در صنعت لاستیك می شود. بطوریكه با افزودن این مواد به لاستیك علاوه بر خواصی ویژه ای كه این مواد به لاستیك می دهند، امكان افزایش مقاومت سایشی این لاستیكها وجود دارد. 6-7)نسبت وزن تایر به عمر آن : با افزودن میزان مصرف یكی از نانوفیلرها می توان مصرف دوده را پایین آورد. به عبارت دیگر اگر وزن تایر كم شود، عمر لاستیك افزایش می یابد. بنابراین جهت بالا بردن عمرلاستیك كافی است با افزودن یك سری مواد نانومتری به لاستیك عمر آن را افزایش داد. دانشنامه مرجع مهندسی ایران[Hidden Content]

موارد استفاده از فناوری نانو، اعم از نانوفیلرها و نانوکامپوزیت هاست که خواصی ویژه به لاستیک ها می دهد. بر اساس آمار BSF. بازار نانو کامپوزیت در ۲۰۰۵ به میزان ۲۰۰ میلیارد یورو و در ۲۰۱۵ به میزان ۱۲۰۰ میلیارد یورو پیش بینی شده است. در سال ۲۰۰۲ ژاپن ۱۵۰۰ میلیون یورو در زمینه تحقیقات مرتبط با فناوری نانو صرف کرده است. امروزه تحقیقات در زمینه فناوری نانو را امروزه نمی توان نادیده رها کرد. اکثر کشورهای دنیا تحقیقات و فعالیت در زمینه نانو را شروع کرده اند. مثلاً هند تولید نانوکامپوزیت SBR را شروع کرده است. همچنین، صنعت خودروی دنیا به سمت استفاده از نانوپلی پروپیلن سوق پیدا کرده و علت اصلی آن، خواص مناسب از جمله سبکی، مقاومت حرارتی و مقاومت ضربه ی این گونه موارد است. رسیدن به خواص مطلوب، ضرورت توجه به نانوفناوری را بیش از هر چیز دیگر نمایان می سازد. در این مقاله، پایداری حرارتی و بهبود خواص مکانیکی اکثر پلیمرها و بویژه لاستیک های تقویت شده توسط نانو کربنات کلسیم را مورد بررسی قرار می دهیم. به عنوان نتیجه ای تجربی، پایداری حرارتی R/nano CaCO۳ تا حد بالایی افزایش یافته و همچنین با افزایش درصد این نانو ذرات، دمای تبدیل شیشه ای تقریبا ثابت می ماند و این در حالی است که خواص مکانیکی لاستیک های تقویت شده تا حد قابل قبولی افزایش می یابد. از دیگر دلایل گرایش به افزودن نانو ذرات و بویژه نانو ذرات کربنات کلسیم، افزایش استحکام و elongation در کامپوزیت مربوطه است. با توجه به تحقیقات صورت گرفته، ۴ ماده نانومتری در صنعت لاستیک سازی کاربرد فراوانی دارند که عبارتند از: ▪ اکسید روی نانومتری ▪ نانو کربنات کلسیم ▪ الماس نانومتری ▪ ذرات نانومتری خاک رس با افزودن این مواد به ترکیبات لاستیک، به دلیل پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین آنها و ترکیبات لاستیک صورت می گیرد، علاوه بر این که خواص فیزیکی آنها بهبود می یابد، می توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحکام، بهبود خاصیت مکانیکی، افزایش حد پارگی و حد شکستگی اشاره کرد. همچنین بر زیبایی ظاهری لاستیک نیز تاثیر گذاشته و باعث لطافت، همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری لاستیک می شود. این خواص باعث می شوند تا محصولات نهایی، مرغوب تر، با کیفیت بالا، زیبا و در نهایت بازارپسند باشند و واجد توانایی رقابت در بازارهای داخلی و جهانی باشند. امروزه الاستومرهایی مانند لاستیک های طبیعی (NR)، پلی ایزوپروپن، لاستیک های بوتادین استایرن، لاستیک های بوتیل، Poly crylic، الاستومرهای فلوئوری و ... گستره وسیعی در تولید تایرها، لوله های داخلی، قطعات خودرو، لوازم خانگی و ساختمانی، تجهیزات کشاورزی و روکش مخازن و... دارند. الاستومرها معمولاً با کربن یا سیلسیم به عنوان پرکننده، تقویت می شوند. این تقویت خواص، عمدتا بر اساس فعل و انفعالات فیزیکی بین زمینه و *****ها صورت می گیرد. در سال های اخیر، افزودن نانو ذرات ترکیبات مختلف به منظور بهبود خواص لاستیک ها و به طور خاص تایرها، کاربرد فراوانی پیدا کرده است. این نانو ذرات عاملی برای سفت تر شدن و بهبود خواص مکانیکی و حرارتی شده اند. از جمله این نانو ذرات می توان به ذرات رس، nano SiO۲، nano Al۲۰۳، nano CaCO۳ اشاره کرد که در این بین، نانو ذرات کلسیم کربنات به دلیل صرفه اقتصادی، دسترسی فراوان و نسبت ابعاد به حجم قابل قبول، گسترش بیشتری یافته اند. ● کاربرد اکسید روی نانومتری (NanoZnO) در لاستیک اکسید روی نانومتری ماده ای غیرآلی و فعال است که کاربردی گسترده در صنعت لاستیک سازی دارد. کوچکی کریستال ها و خاصیت غیرچسبندگی آنها باعث شده است که اکسید روی نانومتری به صورت پودرهای زردرنگ کروی و متخلخل باشد. از جمله خصوصیات استفاده از این تکنولوژی در صنعت لاستیک، می توان به پایین آمدن هزینه ها، بازدهی بالا، ولکانیزاسیون خیلی سریع و هوشمند و دامنه دمایی گسترده اشاره کرد. اثرات سطحی و فعالیت بالای اکسید روی نانومتری ناشی از اندازه بسیار کوچک، سطح موثر بسیار زیاد و کشسانی خوب آن است. استفاده از اکسید روی نانومتری در لاستیک باعث بهبود خواص آن می شود، از جمله می توان به زیبایی و ظرافت، صافی و همواری شکل ظاهری، افزایش استحکام مکانیکی لاستیک، افزایش مقاومت سایشی (خاصیت ضد اصطکاکی و سایش)، پایداری دمایی بالا، طول عمر زیاد و همچنین افزایش حد پارگی ترکیبات لاستیک اشاره کرد که تمامی آنها به صورت تجربی ثابت شده است. بر اساس نتایج به دست آمده می توان نتیجه گرفت که بهبود خواص فیزیکی لاستیک در اثر اضافه شدن ZnO ناشی از پیوند ساختار نانومتری اکسید روی با مولکول های لاستیک است که در مقیاس اتمی صورت می گیرد. اکسید روی نانومتری در مقایسه با اکسید روی معمولی دارای اندازه بسیار کوچک اما سطح موثر بسیار زیاد بوده و از لحاظ شیمیایی بسیار فعال و همچنین به دلیل پیوندهای بین اکسید روی نانومتری و لاستیک در مقیاس مولکولی خواص فیزیکی و خواص مکانیکی نظیر حد پارگی، مقاومت سایشی و ... ترکیبات لاستیک را بهبود می بخشد. ● کاربرد نانوکربنات کلسیم در لاستیک نانوکربنات کلسیم به طوری گسترده در صنایع لاستیک به کار می رود زیرا اثراتی بسیار خوب در مقایسه با کربنات معمولی بر خواص و کیفیت لاستیک دارد. استفاده از نانوکربنات کلسیم در صنایع لاستیک باعث بهبود کیفیت و خواص ترکیبات لاستیک می شود. از جمله مزایای استفاده از نانوکربنات کلسیم می توان به توانایی تولید در مقیاس زیاد، افزایش استحکام لاستیک، بهبود بخشیدن خواص مکانیکی (افزایش استحکام مکانیکی) و انعطاف پذیر شدن ترکیبات لاستیک، اشاره کرد. علاوه بر بهبود خواص فیزیکی، ترکیبات لاستیک در شکل ظاهری آنها نیز تاثیر می گذارد و زیبایی و ظرافت به آنها می بخشد که این خود در مرغوبیت کالا و بازارپسندی آن تاثیری بسزا دارد. نانوکربنات کلسیم سبک بیشتر در پلاستیک و پوشش دهی لاستیک به کار می رود. برای به دست آوردن مزایای یاد شده، نانوکربنات کلسیم به لاستیک های طبیعی و مصنوعی نظیر NP،EPDM،SBS،BR ،SBR اضافه می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهند که استحکام لاستیک، بسیار بالا می رود. استحکام بخشی نانوکربنات کلسیم، ناشی از پیچیدگی فیزیکی پیوستگی در پلیمرهای این ماده و واکنش های شیمیایی ناشی از سطح تعمیم یافته آن است. نانوکربنات کلسیم، سختی لاستیک و حد گسیختگی پلیمرهای لاستیک را افزایش داده و حداکثر توانی که لاستیک می تواند تحمل کند تا پاره شود را بهبود می بخشد. همچنین، مقاومت لاستیک را در برابر سایش افزایش می دهد. به کار بردن نانوکربنات کلسیم، هزینه ها را کاهش داده، سود زیادی را به همراه دارد و باعث به روز شدن تکنولوژی و توانایی رقابت در عرصه جهانی می شود. به طور کلی، نانوکربنات کلسیم در موارد زیادی به طور کلی یا جزئی، با هدف افزایش استحکام ترکیبات لاستیک، به آ نها افزوده می شود. ● کاربرد ساختارهای نانومتری الماس در لاستیک الماس نانومتری، به طوری گسترده در کامپوزیت ها و از جمله لاستیک ها، مواد ضد اصطکاک و مواد لیزکننده، به کار می رود. این ساختارهای نانومتری الماس با روش احتراق، تولید می شوند و خواص برجسته آنها عبارتند از: ۱) ساختار کریستالی (بلوری) ۲)سطح شیمیایی کاملا ناپایدار ۳) شکل کاملا کروی ۴) ساختمان شیمیایی بسیار محکم ۵) فعالیت جذب سطحی بسیار بالا در روسیه، الماس نانومتری با درصدهای مختلف در لاستیک طبیعی، Poly Soprene Rubber, FluorineRubber با هدف ساخت لاستیک هایی که در صنعت کاربرد دارند (تایر خودروها، لوله های انتقال آب و ...) مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج به دست آمده نشان می دهند که با افزودن ساختارهای نانومتری الماس به لاستیک ها، خواص آنها به شکلی قابل توجه بهبود می یابد، مثلا: ▪ ۴ تا ۵ برابر شدن خاصیت انعطاف پذیری لاستیک ▪ افزایش ۲ تا ۵/۲ برابری درجه استحکام ▪ افزایش حد شکستگی تا حدود ▪ ۳ برابر شدن قدرت بریده شدن آنها ▪ بهبود آشکار در خاصیت ضدپارگی لاستیک در دمای بالا و پایین ● کاربرد ذرات نانومتری خاک رس در لاستیک ذرات نانومتری خاک رس یکی از مواد نانومتری است که کاربردهای تجاری گسترده ای در صنعت لاستیک پیدا کرده و شرکت های بزرگ لاستیک سازی به طوری گسترده از آن در محصولات خود استفاده می کنند. با افزودن این ماده به لاستیک، خواص آن به طوری قابل ملاحظه بهبود می یابد که مهم ترین آنها عبارتند از: ▪ افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش ▪ افزایش استحکام مکانیکی ▪ افزایش مقاومت گرمایی ▪ کاهش قابلیت اشتعال ▪ بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی ● ایده های طرح ▪ افزایش دمای اشتعال لاستیک: تهیه نانوکامپوزیت الاستومرها از جمله SBR مقاوم، به عنوان مواد پایه در لاستیک سبب بهبود برخی خواص از جمله افزایش دمای اشتعال و استحکام مکانیکی بالا می شود و دلیل اصلی آن حذف مقدار زیادی از دوده است. ▪ کاهش وزن لاستیک: تهیه و بهینه سازی نانوکامپوزیت الاستومرها با وزن کم از طریق جایگزین کردن این مواد با دوده در لاستیک، امکان حذف درصد قابل توجهی دوده توسط درصد بسیار کم از نانوفیلر وجود دارد. به طوری که افزودن حدود ۳ تا ۵ درصد نانوفیلر می تواند استحکام مکانیکی معادل ۴۰ تا ۴۵ درصد دوده را ایجاد کند. بنابراین با افزودن ۳ تا ۵ درصد نانوفیلر به لاستیک، وزن آن به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد. ▪ افزایش مقاومت در مقابل نفوذپذیری گاز: نانوکامپوزیت الاستومرها بویژه EPDM به دلیل دارا بودن ضریب عبوردهی کم نسبت به گازها (بویژه هوا) می توانند در پوشش داخلی تایر و تیوب ها مورد استفاده قرار گیرند. یکی از ویژگی های نانوکامپوزیت EPDM مقاومت بسیار بالای آن در برابر نفوذ و عبور گازهاست. این نانوکامپوزیت ها می تواند جایگزین موادی باشند که امروزه با هدف پیشگیری از نشت هوا استفاده می شوند. نانوکامپوزیت های مورد بحث از جمله الاستومرهایی هستند که می توانند در آلیاژهای مختلف با ترموپلاستیک ها، کاربردهای وسیعی را در صنعت خودرو داشته باشند. ▪ قطعات لاستیکی خودرو: نانوکامپوزیت ترموپلاست الاستومرها می توانند به عنوان ماده ای پرمصرف در صنایع ساخت و تولید قطعات خودرو به کار روند. از ویژگی های این مواد، بالا بودن مدول بالا، مقاومت حرارتی، پایداری ابعاد، وزن کم و مقاومت در برابر شعله است. نانوکامپوزیت ترموپلاستیک الاستومرهای پایه EPDM و PP می توانند تحولی چشمگیر در ساخت قطعات خودرو ایجاد کنند. ▪ افزایش مقاومت سایشی لاستیک: استفاده از نانوسیلیکا و نانواکسید روی در ترکیبات تایر زمینه ساز تحولی عظیم در صنعت لاستیک خواهد شد. با افزودن این مواد به لاستیک، علاوه بر خواصی ویژه که به لاستیک می دهند، امکان افزایش مقاومت سایشی لاستیک های تولیدی نیز وجود دارد. ▪ نسبت وزن تایر به عمر آن: با افزودن میزان مصرف یکی از نانوفیلرها، می توان مصرف دوده را کاهش داد. به بیانی دیگر، اگر وزن تایر کم شود، عمر لاستیک افزایش می یابد. بنابراین، برای بالا بردن عمر لاستیک کافی است تا با افزودن یک سری مواد نانومتری به لاستیک، عمر آن را افزایش دهیم. ● اثرات نانوکربنات کلسیم مطالعات اندکی در زمینه چگونگی تاثیر این نانو ذرات بر روی پلیمرها صورت گرفته است. هدف ما در این مقاله بررسی جزئی تاثیر نانو ذرات کربنات کلسیم بر خواص مکانیکی و حرارتی پلیمرها و در پی آن، تایرهاست. در صنعت، این تاثیرات با روش هایی دقیق و قابل قبول نظیر TGA۱، DSC۲ و UTM۳ صورت می پذیرد. ● بررسی های تجربی مواد و آماده سازی نمونه: ابعاد نانو ذرات کربنات کلسیم مورد استفاده در این آزمایش در حدود و متوسط پراکندگی آنها ۲۰ ۳۰ gr/m۲ در سطحی خاص است. این سطح، شامل اسید چرب است. تمام موارد یا دنده به کمک TGA اندازه گیری می شود. در جدول ۱، چند ترکیب پلیمری دیده می شود که درصد نانو ذرات هایی کربنات کلسیم افزوده شده به آنها، بین ۵ تا ۲۰ درصد متغیر است. برای تقویت و بهبود مواد پلیمری مورد نیاز تولید تایرها، مراحل زیر را پیش رو خواهیم داشت: جدول 1 ▪ ابتدا مواد لاستیکی را با Zno، stearic acid و antioxidant ترکیب کرده و در ماشین آسیاب دو محوره و درجه حرارت ۶۰ درجه سانتی گراد، به مدت ۵ دقیقه مخلوط می کنیم. ▪ در مرحله بعد، نانوکربنات کلسیم را به ترکیب افزوده و مانند حالت قبل، اما به مدت ۲۰ دقیقه درون آسیاب مخلوط می کنیم. ▪ در مرحله سوم، سولفورها و شتاب دهنده ها۴ افزوده شده و در دمای ۶۰ درجه سانتی گراد به مدت ۱۰ دقیقه درون آسیاب مخلوط می کنیم. ▪ ورقه حاصل از مراحل زیر، ضخامتی حدود ۲ میلی متر دارد. در این مرحله، آن را به کمک پرس داغ الکتریکی۵ جوش می دهیم این مخلوط باید به مدت ۲ ساعت در دمای ۱۶۰ درجه سانتی گراد بماند. ● خصوصیات و اندازه گیری پایداری حرارتی نمونه از ۳۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی گراد مورد بررسی قرار گرفته و توسط یک آنالیزر )TGA ۲۹۵۰( با نرخ شارش حرارت در جو نیتروژن، محاسبه می شود. دستگاه تغییرات دمای تبدیل شیشه ای را در محدوده منفی ۱۰۰ درجه سانتی گراد تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد با نرخ شارش حرارتی معادل و جو نیتروژن محاسبه می کند. ● بحث و تحلیل نتایج در جو نیتروژن و با کمک دستگاه TGA، خواص حرارتی یک لاستیک تقویت شده با نانو ذرات کربنات کلسیم، مورد بررسی قرار می گیرد. عامل پایداری حرارتی یک پلیمر به موارد زیر بستگی دارد: ۱( دمای آغازین تجزیه (IDT) ۲( دما در حالت بیشترین کاهش وزن (Tmax) ۳( میزان ذغال در ۸۵۰ درجه سانتی گراد که توسط TGA محاسبه می شود. نتایج مربوط به خواص حرارتی لاستیک ها در جدول ۲ ارائه شده است. همانطور که در جدول ۲ مشاهده می شود، با افزایش درصد نانو ذرات افزوده شده IDT،Tmax ،Char content افزایش یافته و به تبع آن، خواص حرارتی پلیمر مورد استفاده در تایرها، بهبود می یابد. در لاستیکی که هیچ ترکیب تقویت کننده ای به آن افزوده نشده باشد، تخریب در دمای ۳۳۰ درجه سانتی گراد آغاز می شود، در حالی که با افزودن نانو ذرات کربنات کلسیم IDT، نمونه ها حداقل ۱۵ درجه نسبت به لاستیک های فاقد افزودنی، افزایش می یابند. این نتایج را می توان با افزودن مقادیر جزیی نانو کربنات کلسیم نیز مشاهده کرد. جدول ۲ از دیگر مواردی که در این جدول مورد توجه قرار می گیرد، درصد زغال باقیمانده است نتیجه ای مشابه را می توان با افزودن نانو کربنات کلسیم به Rubber latex گرفت. در این بخش، تغییرات دمای تبدیل شیشه ای را بررسی می کنیم. این خواص، توسط DSC محاسبه و ارزیابی می شود. DSC چگونگی تاثیر نانو کربنات کلسیم را بر ترکیبات مورد استفاده در تایرها را بررسی می کند. در جدول ۳، داده های مربوط به این بررسی ارائه شده است. جدول ۳ بر اساس مندرجات ۳، با افزایش درصد نانو کربنات کلسیم افزوده شده به نمونه، Tg نیز بالا می رود. مثلا، می توان نانو کربنات کلسیم را به ترکیب پلیمری pp/rubber powder بیفزاییم تا نتیجه ای مشابه بگیریم. برری تاثیر نانوکربنات کلسیم بر خواص مکانیکی پلیمرها، بویژه لاستیک ها را می توان با اندازه گیری انرژی پارگی نیز بررسی کرد. این عامل با تست trouser beam در دمای اتاق محاسبه می شود. راهی دیگر برای محاسبه این عامل مهم، متوسط گیری از داده های به دست آمده از فرمول زیر است: که در آن، نیروی اعمالی برای کشش نمونه است و بر حسب N محاسبه می شود و t پهنای نمونه ای است که مورد تست قرار می گیرد. در شکل ۱ مقادیر مربوط به انرژی پارگی کامپوزیت حاوی نانو ذرات کلسیم کربنات بر حسب درصد نانو ذرات موجود در نمونه، نشان داده شده است. شکل ۱ همانطور که در شکل دیده می شود با افزودن نانو کربنات کلسیم تا ۱۵wt% خواص مکانیکی نمونه تا حدی قابل قبول بهبود می یابد. اگر نمونه ای فاقد افزودنی را مورد آزمایش قرار دهیم، انرژی پارگی محاسبه شده در حدود است، با افزودن تقویت کننده های مورد نظر، این میزان تا ۵۰ درصد افزایش یافته و به حدود می رسد. علت این امر آن است که با افزایش میزان نانو ذرات کربنات کلسیم، تمایل واکنش مولکول ها و ایجاد پیوند بین زنجیره های لاستیک افزایش می یابد زیرا نانو ذرات کلسیم کربنات، تفرق قابل قبولی را بین ذرات لاستیک ایجاد و در نتیجه درگیری زنجیره ها را بیشتر می کنند. بررسی چگونگی تاثیر نانو ذرات کلسیم کربنات را بر خواص مکانیکی لاستیک ها می توان با محاسبه مقادیر استحکام کششی و elongation انجام داد. با توجه به شکل ۲ که مقادیر استحکام کششی و elongation را بر حسب درصد نانو ذرات اضافه شده نشان می دهد، می توان به نتایج شکل ۲ رسید. با افزودن درصد نانو ذرات اضافه شده تا ۱۵ درصد به نمونه، می توان هر دو عامل یاد شده را بهبود بخشید. با افزایش بیشتر، استحکام کششی همچنان بیشتر می شود، اما elongation مقداری تقریبا ثابت به خود می گیرد و تغییراتی ملموس را از خود نشان نمی دهد. این موضوع، نشانگر این واقعیت است که نانو ذرات افزوده شده، باعث پراکنده شدن ذرات زمینه شده و به دنبال آن، فعل و انفعالات بین ذرات و درگیری بین زنجیره ها بیشتر می شود. شکل ۲ ● نتیجه گیری استحکام بخشی نانوکربنات کلسیم برخواسته از پیچیدگی فیزیکی ناشی از پیوستگی در پلیمرهای آن و واکنش های شیمیایی، ناشی از سطح تعمیم یافته آن است. نانوکربنات کلسیم سختی لاستیک و حد گسیختگی پلیمرهای لاستیک را افزایش داده و حداکثر توانی را که لاستیک می تواند تحمل کند تا پاره شود، بهبود می بخشد. همچنین، مقاومت لاستیک را در برابر سایش، افزایش می دهد. به کار بردن نانوکربنات کلسیم هزینه ها را پایین می آورد، سود زیادی را به همراه دارد و همچنین باعث به روز شدن تکنولوژی و توانایی رقابت در عرصه جهانی می شود. به طور کلی، نانوکربنات کلسیم در موارد زیادی با هدف افزایش استحکام لاستیک به طور کلی یا جزئی به ترکیبات آن افزوده می شود. پانوشت ۱ . Thermo Gravimetric Analysis ۲ . Differential Scanning Calorimetry ۳ . Universal Test Machine ۴ . accelerator ۵ . Electrical heated press منابع ۱. [Hidden Content] [Hidden Content] ۲. M. Morton, Rubber Technology, Van Nostrand Reinhold Company, NewYork, ۱۹۸۷, p. ۱. ۳.S.J. Park, J.S. Kim, Carbon ۳۹ (۲۰۰۱) ۲۰۱۱. ۴. S.J. Park, K.S. Cho, S.K. Ryu, Carbon ۴۱ (۲۰۰۳) ۱۴۳۷. ۵.F.L. Jin, K.Y. Rhee, S.J. Park, Matۀer. Sci. Eng. A ۴۳۵ ۴۳۶ (۲۰۰۶) ۴۲۹. ماهنامه صنعت خودرو ( [Hidden Content] )