دو ماهنامه علوم و تکنولوژی پلیمر
سال بیستم شماره 4 (پیاپی 90، مهر - آبان 1386)

کامپوزیت پلی اتیلن- کربن به عنوان ماده پلیمری رسانا در صنعت کاربردهای فراوانی دارد. از طرف دیگر، رفتار غیر خطی در رسانایی الکتریکی این کامپوزیت در محدوده باریک دمایی نزدیک به دمای ذوب بلورهای آن به این ماده ویژگی خاصی داده است. به عبارت دیگر، مقاومت الکتریکی کامپوزیت پلی اتیلن- کربن با افزایش دما تا نزدیکی دمای انتقال (Tt) کاهش ملایم و خطی دارد و در حوالی دمای مزبور ناگهان افزایش می یابد. پس از دمای نقطه اوج، مقاومت الکتریکی با افزایش دما تا دمای ذوب به سرعت کاهش می یابد. این ویژگی یا ضریب دمایی مثبت (PTC) به این ماده خاصیت کلیدخوری می دهد. در این کار پژوهشی، اثر دوز تابش پرتو g بر تغییر ساختار پلیمر، دمای اوج مقاومت (Tp) و Tt مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که هر دو دمای مشخصه بر حسب دوز تابش از کاهش شبه خطی برخوردارند. بنابراین، کلیدخوری این ماده کامپوزیتی با درصد معین کربن از راه تابش دهی با g قابل کنترل است.

رزین های فنولی یکی از رزین های مصنوعی گرماسخت با وزن مولکولی کم هستند که به روش تراکمی پلیمر و پخت می شوند. از خواص مهم این رزین ها می توان به مقاومت زیاد در برابر عوامل جوی، اکسایش گرمایی و مواد شیمیایی اشاره کرد. پخت این رزین ها به دو روش گرمایی و اسیدی دسته بندی می شود. پخت گرمایی رایج ترین روش پخت این رزین هاست که معمولا در محدوده دمایی 130-180oC انجام می شود، ولی امکان پخت اسیدی آنها در دمای محیط نیز وجود دارد. در این مقاله، پخت محیطی رزین های فنولی رزول به کمک پاراتولوئن سولفونیک اسید بررسی شده است. مقدار اسید مصرفی مناسب برای پخت محیطی دو نوع رزول برای حصول سختی و زمان ژل شدن مناسب معین شده است. به منظور بررسی رفتار پخت و پایداری گرمایی رزین های مورد بررسی، آزمون های DSC و TGA به کار گرفته شده است. همچنین، قطعات کامپوزیتی با آمیختن الیاف سوزنی پیوسته با رزین تهیه و به روش گرمایی و اسیدی زیر پرس پخت شده اند. با انجام آزمون های پایداری گرمایی، خواص مکانیکی و مقاومت شیمیایی کامپوزیت های پخت شده به دو روش اسیدی و گرمایی مقایسه شده است، نتایج نشان می دهد که مقدار بهینه اسید مصرفی برای پخت محیطی رزول با توجه به مقدار سختی و زمان ژل شدن برابر 20 درصد وزنی رزین مصرفی است. با توجه به آزمون های انجام شده می توان گفت که خواص مکانیکی و پایداری شیمیایی نمونه های پخت شده به روش اسیدی مطلوب است. اما، با این روش نمی توان به خواصی دست یافت که از راه پخت گرمایی حاصل می شود.

در روش سوراخ کاری مرکزی، تنش های صفحه ای همواره مورد توجه بوده و به تنش های بین لایه ای پرداخته نشده است. تنش های بین لایه ای در لبه های آزاد چند لایه های کامپوزیتی از اهمیت بیشتری برخوردار است و مقادیر زیاد آنها می تواند باعث ترک خوردن ماتریس و لایه لایه شدن سازه گردد. ایجاد سوراخ در چند لایه باعث به وجود آمدن لبه های آزاد می شود و تنش های پسماند صفحه ای ممکن است منجر به تنش های برشی بین لایه ای و تنش عمودی خارج صفحه ای گردد. در این تحقیق، با استفاده از روش اجزای محدود و شبیه سازی سه بعدی فرایند سوراخ کاری مرکزی در مواد همسانگرد و ناهمسانگرد به بررسی سه بعدی تنش های رها شده پرداخته شده است. در شبیه سازی فرایند سوراخ کاری مواد همسانگرد، اثر تعداد مراحل سوراخ کاری، تنش اولیه یکنواخت و غیریکنواخت و تنش تک محوری و دو محوری بررسی شده است. نتایج نشان می دهد، هرگاه تعداد مراحل سوراخ کاری از یک تا چهار مرحله تغییر کند، نسبت حداکثر مقادیر تنش های سه بعدی به تنش تک محوری اعمالی تغییر می کند. در چند لایه های کامپوزیتی خواص هر لایه در جهات مختلف، اثر تعداد لایه ها و جهت چیدمان الیاف از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به همین منظور، چند لایه های تک جهتی با افزایش تعداد لایه ها تا عمق برابر قطر سوراخ، زیر تنش تک محوری و تنش دو محوری بررسی شده اند. با توجه به اهمیت تنش های بین لایه ای و اثر لبه ها در چند لایه های angle-ply, cross-ply و شبه همسانگرد حوزه تنش سه بعدی در آنها در حین فرایند سوراخ کاری مرکزی مطالعه شده است. از آن جا که نقاط کرنش سنجی در یک کرنش سنج روزت با فاصله مشخص از مرکز سوراخ و در زوایای معین قرار دارد، اثر تنش های بین لایه ای در نقاط کرنش سنجی روزت بررسی گردیده است.

امروزه، سازه های دریایی که در خلیج فارس ساخته می شوند، اغلب از جنس فولاد ST37 هستند. تعداد این سازه ها به دلیل اکتشافات نوین منابع گاز و نفت، روز به روز در حال افزایش است. از طرفی، این سازه ها همواره در معرض محیط خورنده دریایی اند و باید بتوان سال ها از آنها بهره برداری کرد. اپوکسی قطران یکی از پوشش هایی است که به طور رایج در سازه های فولادی واقع در نواحی مختلف خلیج فارس استفاده می شود. درباره کارایی این پوشش در نواحی جزر و مدی، پاشش آب و اتمسفری کارهای پراکنده ای انجام شده است. اما تاکنون در ناحیه غوطه وری هیچ بررسی اصولی انجام نگرفته است. بنابراین، در پژوهش حاضر، سه سامانه پوشش انتخاب شده که در هر سه آنها در یکی از لایه های اولیه، میانی یا نهایی از اپوکسی قطران استفاده شده است. دو سامانه به شکل آزمایشگاهی و میدانی و یک سامانه نیز تنها به شکل میدانی به مدت 6 ماه بررسی شده است. کلیه آزمون های مکانیکی و شیمیایی انجام گرفته مطابق با استاندارد NACE RPO 176-64 برای بررسی کارایی پوشش های دریایی بوده است. این آزمون ها در آزمایشگاه خوردگی پژوهشگاه صنعت نفت انجام شده و نمونه های میدانی نیز در محل اسکله فولاد واقع در حاشیه جنوبی بندرعباس به مدت 6 ماه به شکل هفتگی بررسی شده اند. نتایج نشان می دهد، استفاده از اپوکسی قطران در لایه نهایی سامانه های پوشش، در ناحیه غوطه وری خلیج فارس مناسب نیست. اما، با آماده سازی سطح مناسب و به کارگیری پوشش روی اتیل سیلیکات در لایه اولیه و ضد ذخیره در لایه نهایی، اپوکسی قطران در لایه میانی کارایی مطلوبی خواهد داشت.

در این پژوهش، خواص مکانیکی تخته های چوب- پلاستیک ساخته شده با دو روش اختلاط مذاب و خشک مورد مقایسه قرار گرفت. تخته های چوب- پلاستیک با چگالی اسمی 1g/cm3 و ابعاد اسمی 35 35 1 cm از ضایعات پلی اتیلن سنگین حاصل از بطری های شیر (به عنوان پلاستیک) و MDF (به عنوان آرد یا پرکننده) با نسبت وزنی 70, 60 و 80 درصد آرد ساخته و سپس خواص مکانیکی آنها مانند مدول کشسان خمشی، استحکام خمشی، قدرت نگهداری پیچ و میخ عمود بر سطح و مقاومت به ضربه بدون فاق اندازه گیری شد. در هر دو روش، بیشترین مقدار مدول خمشی در سطح 70 درصد الیاف به دست آمد. استحکام خمشی، قدرت نگهداری پیچ و میخ عمود بر سطح و مقاومت به ضربه بدون فاق کامپوزیت های چوب- پلاستیک با افزایش درصد آرد از 60 به 80 درصد کاهش یافت. در تمام ترکیب های مشابه خواص مکانیکی کامپوزیت های چوب- پلاستیک ساخته شده به روش خشک به طور عمومی از روش مذاب بهتر بود.

سنگ شویی جین یکی از عملیات تکمیلی مهم است که امروزه به جهت ایجاد طرح ویژه و روزآمد شدن پوشاک کاربرد وسیعی پیدا کرده است. در تحقیق حاضر، روش های مختلف سنگ شویی شامل استفاده از مقادیر مختلف پوکه معدنی، آنزیم سلولاز خنثی و آنزیم سلولاز اسیدی به تنهایی و به همراه پوکه معدنی به کار گرفته شده و ویژگی های نمونه های جین سنگ شویی شده مورد مقایسه قرار گرفته است. تغییر رنگ کالاهای حاصل به وسیله رنگ سنجی روی کالا و پشت کالا و همچنین لکه گذاری آستر جیب با اندازه گیری سفیدی و تغییر رنگ مورد بررسی قرار گرفته اند. به علاوه، مقاومت سایشی و استحکام کششی به همراه زاویه بازگشت از چروک برای همه نمونه ها اندازه گیری شده و میزان بلورینگی نیز محاسبه و طیف های آنها ارایه شده است. ساختار سطحی نمونه های عمل آوری شده در دو حالت لیفی و پارچه ای به وسیله میکروسکوپ الکترونی (SEM) مشاهده شده است. نتایج نشان می دهد، پوکه معدنی به تنهایی به میزان یک برابر وزن جین در مقایسه با سلولازها در عملیات سنگ شویی تغییر رنگ کمی داشته و همراهی آن با سلولاز تغییر رنگ را افزایش داده است. همچنین، میزان سفیدی آستر جیب نمونه های عمل آوری شده با سلولازها کمتر از پوکه معدنی بوده است. سلولاز خنثی مورد استفاده در مقایسه با سلولاز اسیدی در عملیات سنگ شویی با تغییر رنگ بیشتری روی سطح کالا و لکه گذاری کمتری در پشت کالا و آستر مواجه بوده است. به علاوه آسیب سطحی پارچه جین در ترکیب پوکه با آنزیم بیشتر شده ولی این آسیب کاملا سطحی بوده است.

در این پژوهش، مواد هیبریدی آلی- معدنی با استفاده از کوپلیمر شدن 2- هیدروکسی اتیل متاکریلات (HEMA) و 3- متاکریلوکسی پروپیل تری متوکسی سیلان (MPTMS) به روش سل- ژل تهیه شدند. پیش مواد پلیمری دارای MPTMS با ترکیب درصدهای مختلف تهیه شدند، سپس این پیش مواد طی فرایند آبکافت و تراکم، به نانوکامپوزیت های آکریلیک- سیلیکا تبدیل شدند. نمونه ها با استفاده از آزمایش های طیف سنجی زیرقرمز و تجزیه گرمایی مورد بررسی قرار گرفتند. خواص نوری و سختی نمونه ها به ترتیب با استفاده از طیف بینی نور مریی و سختی سنجی شور D اندازه گیری شد. شکل شناسی نمونه ها به کمک تصاویر میکروسکوپ الکترون پویشی و تشکیل و پخش ذرات نانو SiO2 با استفاده از تصاویر میکروسکوپ نیروی اتمی بررسی شد. طیف سنجی زیر قرمز تشکیل پیوندهای سیلیکا (Si-O-Si) و نمودارهای TGA پایداری گرمایی زیاد نمونه های هیبریدی را تا 340oC نشان دادند. همچنین، خواص نوری خوبی در محدوده طول موج مریی برای نمونه ها مشاهده شد. تصاویر میکروسکوپی وجود نانوذرات سیلیکا و پخش مناسب آنها را نشان دادند.

هدف از انجام این پژوهش، بررسی اثر الیاف چرم بر مشخصه های وولکانش و خواص فیزیکی- مکانیکی آمیزه های لاستیکی است. ابتدا، آمیزه هایی از هر یک از انواع الاستومرهای CR, NBR و EPDM همراه با استفاده از الیاف چرم و بدون آن روی غلتک تهیه گردید. سپس، مشخصه های وولکانش آنها از راه اندازه گیری گشتاورهای اولیه و نهایی و زمان های برشتگی و پخت بررسی شد. بر اساس نتایج به دست آمده، الیاف چرم موجب تغییر گشتاور اولیه آزمون رئومتری نمی شود و آمیزه ها همچنان فرایندپذیری خود را حفظ می کنند، ضمن آن که تغییر قابل توجهی در زمان لازم برای وولکانش آمیزه ایجاد نمی گردد. مطالعه خواص استحکام آمیزه ها نشان داد که سازگاری بین پایه پلیمری و الیاف چرم اثر بسیاری بر این خواص دارد. استفاده از الیاف چرم در NBR موجب افزایش استحکام آمیزه گردید و تغییر در خواص به نوع سیستم پخت به کار رفته در آن آمیزه وابستگی نشان داد. نتایج حاصل از اندازه گیری سختی آمیزه ها، بیانگر افزایش قابل توجه سختی همه آمیزه ها به هنگام استفاده از الیاف چرم بود. اثر الیاف چرم روی چگالی، جهندگی و سایش آمیزه ها نیز در این پژوهش با اندازه گیری این خواص بررسی و گزارش شده است.

واکنش آبکافت کوپلیمر اتیلن- وینیل استات (EVA) به روش آبکافت قلیایی به دو طریق با استفاده از محلول سدیم هیدروکسید- متانول و پتاسیم هیدروکسید- ایزوپروپانول انجام شد و به طور سینتیکی روند تبدیل کوپلیمر EVA به کوپلیمر اتیلن- وینیل الکل (EVOH) به وسیله اندازه گیری خواص کوپلیمرهای حاصل به روش های تجزیه دستگاهی NMR و DSC بررسی شد. با استفاده از طیف سنجی NMR درصد وزنی وینیل استات و درصد آبکافت EVA محاسبه و مشخص شد که آبکافت با استفاده از محلول سدیم هیدروکسید- متانول با سرعت و مقدار بیشتر و تا حدود 100 درصد تبدیل انجام می شود. با استفاده از روش DSC نیز تغییرات دمای ذوب و DH مربوط به نمونه های تهیه شده حین فرایند با زمان آبکافت اندازه گیری و مشخص شد که کوپلیمرهای حاصل از آبکافت خاصیت بلورینگی بیشتری نسبت به کوپلیمر EVA اولیه دارند. همچنین، نتایج DSC نشان می دهد که درجه های آبکافت بیشتر در روش آبکافت EVA با محلول سدیم هیدروکسید- متانول حاصل شده است که نتایج NMR را تایید می کند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که واکنش آبکافت بر حسب روش به کار رفته بین 10 تا 30min به بیشینه مقدار می رسد.