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
آرامید مخفف آروماتیک‌پلی‌آمید است. آرامیدها خانواده‌ای از نایلون‌ها هستند، که شامل کِولار و نومِکس می‌باشند. کولار در کاربردهایی مثل جلیقه‌های ضد گلوله و تایرهای دوچرخه‌های مقاوم در برابر پنجر شدن استفاده می‌شود.
آلیاژهایی از نومکس و کولار برای تهیه‌ی لباس‌های ضد حریق به کار می‌روند. نومکس، و آلیاژ آن با کولار، همان چیزی است که آتش‌نشانان را به هنگام انجام عملیات نجات از مرگ در اثر سوختگی حفظ می‌کند.
کولار پلی‌آمیدی است که در آن تمام گروه‌های آمیدی به وسیله‌ی گروه‌های پارا-فنیلن از هم جدا شده‌اند، یعنی گروه‌های آمیدی از دو نقطه مقابل یکدیگر در حلقه‌های فنیل، یعنی از کربن های ۱ و ۴، به این حلقه ها متصل شده اند.
در مقابل، نومکس دارای گروه‌های متا- فنیلین است به این صورت که گروه‌های آمید در موقعیت‌های ۱ و ۳ به حلقه‌ی فنیل متصل هستند.
کولار پلیمری بسیار بلورین است. زمان زیادی طول کشید تا دانشمندان فهمیدند که چگونه کولار را فرآیند کنند. زیرا در هیچ چیز حل نمی‌شود. بنابراین، فرآیند این ماده به صورت محلول ممکن نبود. کولار در زیر دمای C °۵۰۰ ذوب نمی‌شود، بنابراین روش ذوب کردن نیز حذف می‌شود. در نهایت یکی از دانشمندان شرکت دوپونت، به نام استفانی کولک ( Stephanie Kwolek )، برای این مشکل یک راهکار عالی ارائه نمود. در کولار، بین زنجیرهای پلیمری پیوندهای هیدروژنی قوی وجود دارد و همین امر سبب می شود تا نتوان آن را ذوب و یا حل نمود. کولک توانست کولار را در N- متیل پیرولینیدون که یک حلال قطبی و غیر پروتونی می باشد، با کمک کلرید کلسیم، حل نماید. نقش کلرید کلسیم این است که جذب اکسیژن گروه های کربنیل شده، در نتیجه زنجیرهای آرامید قادر به تشکیل پیوندهای هیدروژنی نبوده و از هم جدا می شوند.
آرامیدها به شکل الیاف استفاده می‌شوند. آنها حتی بهتر از پلی‌آمیدهای غیرآروماتیک مثل نایلون ۶،۶ به شکل لیف در می‌آیند.
چرا ؟
این موضوع با یک ویژگی عجیب آمیدها ارتباط دارد. آمیدها این توانایی را دارند که به دو شکل یا صورتبندی (کانفورماسیون) متفاوت درآیند. می‌توانید این مسئله را در تصویر یک آمید با وزن مولکولی کم ببینید. هر دو شکل، یک ترکیب هستند در دو صورتبندی متفاوت. شکل سمت چپ، صورتبندی ترانس نامیده می‌شود و شکل سمت راست، صورتبندی سیس.
در لاتین ترانس یعنی «در طرف دیگر». بنابراین وقتی گروه‌های هیدروکربن آمید در دو طرف پیوند آمید بین اکسیژن کربونیل و نیتروژن آمید قرار می‌گیرند، در این حالت یک ترانس-آمید خواهیم داشت. به همین ترتیب سیس درلاتین به معنای «در یک طرف» می‌باشد، و وقتی گروه‌های هیدروکربن در یک طرف پیوند آمیدی قرار دارند ما آن را سیس-آمید می‌نامیم.
یک مولکول آمید می‌تواند با دادن مقدار کمی انرژی بین صورتبندی سیس و ترانس نوسان کند.
هر دو صورتبندی سیس و ترانس در پلی‌آمیدها وجود دارند. وقتی همه‌ی گروه‌های آمید در یک پلی‌آمید، به عنوان مثال نایلون ۶،۶، در صورتبندی ترانس قرار دارند، پلیمر کاملاً به صورت یک خط راست کشیده شده است. این دقیقاً چیزی است که ما برای الیاف می‌خواهیم. زیرا زنجیرهای بلند و مستقیم و کاملاً کشیده شده در حالت بلوری، بسیار خوب در کنار یکدیگر قرار گرفته و لیف تشکیل می‌دهند. ولی متأسفانه همیشه حداقل تعدادی از اتصالات آمید در صورتبندی سیس قرار دارند. بنابراین زنجیرهای نایلون ۶،۶ هیچ وقت به صورت کاملاً کشیده قرار نمی‌گیرند.
ولی کولار فرق می‌کند. وقتی زنجیرهای کولار می‌خواهند بچرخند تا به شکل صورتبندی سیس درآیند، هیدروژن‌های روی گروه‌های بزرگ آروماتیک مانع می‌شوند. صورتبندی سیس هیدروژن‌ها را کمی بیشتر از آنچه که تمایل دارند، نزدیک یکدیگر قرار می‌دهد. بنابراین کولار تقریباً به طور کامل در صورتبندی ترانس باقی می‌ماند. به همین دلیل کولار می‌تواند به طور کامل کشیده شود و الیافی عالی تشکیل دهد.
شاید نگاه کردن به تصویر فوق از نمای نزدیک‌تر بهتر باشد. به تصویر پایین نگاه کنید. می‌توانید ببینید که وقتی کولار تلاش می‌کند صورتبندی سیس ایجاد کند، فضای کافی برای هیدروژن‌های فنیل وجود ندارد. بنابراین تنها صورتبندی ترانس وجود خواهد داشت.
ولی پلیمر دیگری وجود دارد که حتی بهتر کشیده می‌شود و نام آن پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا می‌باشد. این پلیمر حتی می‌تواند جایگزین کولار برای تهیه‌ی جلیقه‌ی ضد گلوله باشد.
ولی برگردیم به کولار …
همچنین حلقه‌های فنیل زنجیرهای مجاور به راحتی و خیلی مرتب روی یکدیگر انباشته می‌شوند و پلیمر با بلورینگی بیشتر و الیافی قوی‌تر می‌سازند.
02432464407-9
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.
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 تماس9- 02432464407
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 سه مطلب اخیر ارائه شده، انواع محدودی از پلیمرهای هر گروه و کاربرد و خواص آنها مورد بررسی قرار گرفت. در پایان به نتیجه گیری مباحث فوق می پردازیم:
نتیجه‌گیری:
با توجه به مطالب ارایه شده در مباحث فوق الذکر، پلیمرها به سه گروه اصلی ترموپلاستیک‌ها، ترموست‌ها و الاستومرها تقسیم می شوند که بعضی انواع آن از نظر خواص فیزیکی و کاربردهای آنها بیان شد. نتیجه حاصل از بررسی انواع مختلف پلیمرها مشخص می‌کند که هر سه گروه مذکور داری مقاومت شیمیایی بسیار بالا در برابر اسیدهای معدنی بوده و تقریباً همه آنها در مقابل تابش اشعه UV، مخصوصاً تابش نور خورشید، بسیار حساس هستند.
ترموپلاستیک‌ها با توجه به خواص مکانیکی و شیمیایی مناسب، در بسیاری کاربردهای صنعتی نظیر لوله‌ها و تجهیزات انتقال، تجهیزات الکتریکی، پوشش‌ها، اتصالات و نظایر آن استفاده می‌شوند.
ترموست‌ها برخلاف ترموپلاستیک‌ها دارای مقاومت خوردگی پایینی هستند و در نتیجه استفاده از آنها در صنایع محدود به ساخت لوله‌ها، شیرها، پمپ‌ها، ظروف، پوشش‌های محفاظ، عایق‌کاری، چسبنده‌ها و … می شود.
الاستومرها نیز به عنوان مواد پوشش مخازن، تانکها و لوله‌ها استفاده شده و از نظر شیمیایی در مقابل اسیدهای معدنی رقیق، قلیاها و نمک ها مقاوم هستند.
02432464407-9