پرتال دانشگاهی کشور پرتال دانشگاهی کشور
University Portal of Iran

کلمات مرتبط

    نتایج کارشناسی ارشد 97 نتایج ارشد 97 دفترچه کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد امریه سربازی استخدام تامین اجتماعی استخدام شرکت نفت استخدام آموزش و پرورش استخدام بانک پذیرش بدون کنکور منابع کارشناسی ارشد منابع دکتری استخدام شهرداری آگهی استخدام پليس استخدام نیروی انتظامی لیست همایش های بین المللی لیست سمینار لیست کنفرانس سالن همایش مقاله ISI دانشگاه پيام نور استخدام بانک پاسارگاد سازمان سما استخدام بانک شهر استخدام بانک گردشگری آگهی استخدام بانک صادرات استخدام بانک پارسیان پودمانی علمی کاربردی 97 استخدام دولتی استخدام استانداری استخدام آتش نشانی استخدام وزارت نيرو استخدام ديپلم استخدام برنامه نویس استخدام حسابدار نمونه سئوالات کارشناسی ارشد نمونه سئوالات دکتری ارزشیابی مدرک دانشگاه پیام نور فراگير دانشپذير مدرک دیپلم مدرک کارشناسی انتخاب رشته کنکور سراسری 97 عدح.هق daneshgah پردیس دانشگاهی شهریه دانشگاهها آگهی استخدام تهران azad karshenasi arshad kardani peyvasteh azmoon konkoor mba مجازی mba یکساله مدرک mba
 اخبار دانشگاهی کشور / آموزش های عمومی          22 اسفند 1389 - 13 March 2011



تاکنون تحقیقات بسیار زیادی صنایع پلیمری انجام شده که از جمله آنها، تحقیقات در زمینه فناوری نانو در صنعت لاستیک است. 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 فیلترها 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 ۱

▪ 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.

خبرنامه - شبکه های اجتماعی

آمار سایت

    تندیس جشنواره

    pagerank