معده‌های گاوها می‌تواند پلاستیک‌هایی که بازیافت آنها سخت است را تجزیه کند!
محققان آب معده گاوهای آلپ را آزمایش کردند، و دریافتند که می‌تواند برخی از پلاستیک‌ها را تجزیه کند.
محققان در اتریش ممکن است راه حلی غیر محتمل برای مشکل آلودگی پلاستیک کشف کرده باشند: گاوها و میکروب‌هایی که در داخل معده آنها پیدا شدند.
محققان دانشگاه Natural Resources and Life Sciences (BOKU) در وین، مرکز بیوتکنولوژی صنعتی اتریش و دانشگاه Innsbruckدریافتند که پلاستیک‌های متداول توانستند زمانی که در معرض معده اول قرار گرفتند، تجزیه شوند، ماده ای که در بزرگ‌ترین قسمت معده گاو یافت می‌شود.
آنها دریافتند میکروب‌ها و آنزیم‌هایی که در معده اول یافت می‌شوند، می‌توانند پلاستیک‌های رایج را تجزیه کنند – شامل پلاستیک‌هایی که به طور گسترده برای کیسه‌های پلاستیکی، بطری‌ها، منسوجات و بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شوند.
این مطالعه که در مجله علمی Frontiers منتشر شد، نمونه‌هایی از معده اول مربوط به گاوهای آلپ را در یک کشتارگاه در اتریش بررسی کرد.
محققان تأثیر معده اول را بر روی سه نوع پلاستیک آزمایش کردند – پلیاتیلنترفتالات (PET)، پلی‌بوتیلن‌آدیپات‌ترفتالات (PBAT) و پلی‌اتیلن‌فورانوات (PEF).
برای هضم کردن، آموزش دیده است
پروفسور Georg Gübitz، از BOKU، به سی ان ان گفت که معده اول توانست پلاستیک‌ها را در «چند ساعت» تجزیه کند – و زمانی که به مدت کافی با آن (معده اول) عمل‌آوری شود، می‌تواند برخی از پلاستیک‌ها را به طور کامل تجزیه کند.
Gübitz گفت: این به دلیل این است که معده‌های گاوها از قبل برای تجزیه ماده غذایی سخت به تخریب، از جمله کوتین پلیمری گیاهی – یک ماده مومی شکل که در گیاهان، از جمله در پوست سیب و توت‌ها یافت می‌شود – آموزش دیده می‌شوند.
او گفت: “کوتین یک پلی‌استر است، نه هم‌سان، اما شبیه PET است، متداول ترین نوع پلاستیک که در کیسه‌های پلاستیکی و بسته‌بندی مواد غذایی یافت می‌شود.
او گفت که تحقیقات بیش‌تری مورد نیاز بود، اما این یافته‌ها قابل توجه بودند، زیرا توانستند به یافتن راه‌حلی برای تخریب بعضاً پلاستیک‌هایی که «بازیافت آنها سخت است» کمک کند.
او گفت که تحقیق در مورد اینکه چگونه میکروب‌ها و آنزیم‌ها بر پلاستیک‌ها تأثیر می‌گذارند پیش از این یک زمینه مطالعاتی موجود است، اما او معتقد بود که نقش بالقوه گاوها تاکنون کشف نشده بود.
او گفت: “این معده اول در مقایسه با سایر آنزیم های آزمایش شده در ۱۰ سال گذشته بسیار کارآمد بود.”
او گفت اگر در مقیاس تولید شود، در ابتدا معده اول می تواند به عنوان محصول جانبی صنعت گوشت و لبنیات به دست آید.
او افزود: “اما تولید آنزیم‌های معتبر و حتی افزایش بیش‌تر فعالیت آنها با استفاده از مهندسی ژنتیک در طولانی‌مدت آن را منطقی‌تر خواهد ساخت”
پروفسور Richard C. Thompson، رئیس International Marine Litter Research Unit در دانشگاه Plymouth انگلستان، که در این مطالعه شرکت نداشت، به CNN گفت که استفاده از میکروب‌های مربوط به گاوها بدیع بود اما مفهوم گسترده‌تر تخریب پلاستیک با استفاده از ماده آلی موضوع جدید نبود.
“اکثر پلاستیک های متداول در برابر تجزیه زیستی بسیار مقاوم هستند و این از یک طرف مزیت ایجاد می‌کند. در حالی که پلاستیک استفاده می‌شود- مانند تلفن همراهی که اکنون از آن استفاده می کنم یا قطعات سبک‌‌وزن در هواپیما یا حتی یک بطری آبلیمو، ما می خواهیم پلاستیک دوام بیاورد.
اما چالش این است که وقتی با این مورد تمام می‌کنید چه اتفاقی می‌افتد – و اینجاست که تجزیه زیستی اغلب به عنوان بخشی از پاسخ مطرح می‌شود.
مشکل آلودگی پلاستیکی به طور گسترده مستند شده است.
محققان در این مطالعه گفتند که در اروپا، “مصرف گسترده زباله‌های پلاستیکی منجر به انباشت ۸/۲۵ میلیون تن زباله شده است.”
سال گذشته، یک مطالعه جداگانه پیش‌بینی کرد که جهان تا سال ۲۰۴۰، ۷۱۰ میلیون تن پلاستیک خواهد داشت – و این تلاش‌ها برای کاهش، استفاده مجدد و بازیافت محصولات پلاستیکی را در نظر می گیرد.
پلاستیک در برخی از دورافتاده ترین نقاط روی زمین نیز یافت شده است.
تخمین زده می شود که ۱۴ میلیون تن میکروپلاستیک در کف اقیانوس نشسته است، در حالی که پلاستیک در روده یک بی مهرگان کوچک در جزیره ای دورافتاده در قطب جنوب در سال ۲۰۲۰ یافت شد.
لینک خبر:
https://edition.cnn.com/2021/07/02/world/cows-plastic-scli-intl-scn/index.html
بازیافت بطرى‌هاى پلاستیکى و تبدیل آنها به طعم‌دهنده وانیل!
پلیاتیلنترفتالات که معمولاً PET نامیده می‌شود، یکی از پرمصرف‌ترین پلیمرهایی است که به روش پلیمریزاسیون مرحله‌ای تولید می‌شود. پلیاتیلنترفتالات پلی‌استری از اسید ترفتالیک و اتیلن گلیکول با ساختار شیمیایی زیر است. این پلیمر امروزه کاربرد وسیعی در صنایع مختلف مثل نساجی، ساخت الیاف با مقاومت بالا، ساخت نوارهای سمعی و بصری و بطری‌های نوشیدنی دارد. گریدهای مختلف آن در طیف گسترده‌ای از اوزان مولکولی در صنایع مختلف به کار می‌روند و امروزه وسیع‌ترین زمینه کاربرد آن ساخت بطری‌های نوشیدنی است. بطری‌های PET استحکام بالا، وزن کم و خاصیت گذردهی (CO2) کمی دارند. خاصیت مهم آن قابلیت استفاده در صنایع غذایی است (چون عوارض جانبی ایجاد نمی‌کند). مصرف جهانی PET اخیراً حدود ۱۳ میلیون تن در سال است: ۵/۹ میلیون تن در صنایع نساجی، ۲ میلیون تن در ساخت نوارهای سمعی و بصری و ۵/۱ میلیون تن در ساخت بطری‌ها.
PET صدمه مستقیمی به محیط زیست وارد نمی‌کند اما به خاطر حجم زیاد و مقاومت در مقابل تجزیه باکتری‌ها ماده زائد به حساب می‌آید و با توجه به گسترش روزافزون مصرف آن ملاحظات اکولوژیکی و اقتصادی بازیافت PET را ضروری می‌داند. ضایعات PET را می‌توان ذوب کرد و تغییر شکل داد. مجموعه‌ای از مشکلات و قیمت بسیار بالای بسیاری از فرآیندهای بازیافت آنها را محدود می‌کند.
آینده ای را تصور کنید که مشکل زباله‌های پلاستیکی ما به معنای واقعی کلمه با خوردن آنها به عنوان دسر برطرف شود. البته که سرآشپزها نمی‌توانند “بطری‌های پلاستیکی آماده شده” را سرو کنند، اما تحقیقات منتشر شده در این ماه در مجله شیمی سبز (Green Chemistry) نشان داده است که چگونه یک بطری پلاستیکی مصرف شده به طعم دهنده وانیلی تبدیل می‌شود!
در این راستا محققان دانشگاه ادینبورگ اسکاتلند از باکتری E. coli اصلاح شده به صورت ژنتیکی، برای تبدیل بطری پلاستیکی به وانیلین-منبع اصلی طعم و بوی وانیل- استفاده کرده‌اند. محققان حتی معتقدند که وانیلین مشتق شده از پلاستیک احتمالاً برای مصرف انسان بی‌خطر است؛ اما به گفته سایت خبری دانشگاه، هنوز به آزمایشات بیش‌تری در این زمینه احتیاج است. اگرچه می‌توان وانیلین را به طور طبیعی از دانه‌های وانیل استخراج کرد، اما این دانه‌ها گران‌قیمت هستند. بنابراین وانیلین سنتزی بسیار رایج‌تر است. گزارش شده است که ۸۵% وانیلین از این طریق تولید می‌شود.
به نقل از Ellis Crawford، ویراستار انتشارات در انجمن رویال شیمی، “این یک کاربرد بسیار جالب از علوم میکروبی در سطح مولکولی برای بهبود پایداری و کارایی در جهت اقتصاد چرخشی است. استفاده از میکروب‌ها برای تبدیل پلاستیک‌های زائد که برای محیط زیست مضر هستند، به عنوان یک ماده مهم و سکویی با کاربردهای گسترده در مواد آرایشی و غذایی، نمایشی زیبا از شیمی سبز است.”
نکته مهم موجود آن است که این آزمایش‌ها بطری‌های پلاستیکی را به راحتی به کاسه بستنی وانیلی تبدیل نکردند! بلکه دانشمندان مجبور شدند تعدادی از مراحل واسطه را دنبال کنند. همان طور که گاردین توضیح می‌دهد، ابتدا پلاستیک پلیاتیلنترفتالات (PET) باید با استفاده از “سوپرآنزیم‌های” مهندسی شده به اسید ترفتالیک (TA) تجزیه شود. سپس از E. coli مهندسی شده برای تبدیل TA حاصله به وانیلین استفاده شود. اگر چه تا به این زمان تنها ۷۹% از TA تبدیل گردید، اما محققان معتقدند که می توانند این نرخ را بهبود بخشند.
Stephen Wallace، یکی از دو همکار مقاله، خطاب به روزنامه انگلیسی گفته است: “ما فکر می‌کنیم که می‌توانیم خیلی سریع این کار را انجام دهیم. ما در اینجا یک مرکز مونتاژ DNA رباتیک شده شگفت‌انگیز داریم. “آنها همچنین قصد دارند تولید خود را افزایش دهند و به غیر از وانیلین که می‌تواند با این روش ساخته شود، در جستجوی مولکول های مفید دیگری نیز هستند.”
Wallace اظهار داشت: “کار ما تصور وجود پلاستیک به عنوان یک زباله مشکل‌ساز را به چالش کشیده است و در عوض استفاده از آن را به عنوان یک منبع جدید کربنی که محصولات با ارزش بالا از آن قابل حصول است نمایش می‌دهد.”
Joanna Sadler، نویسنده دیگر مقاله، افزوده است: “این اولین نمونه استفاده از یک سیستم بیولوژیکی برای تبدیل زباله‌های پلاستیکی به یک ماده شیمیایی صنعتی با ارزش است و این امر پیامدهای بسیار مهیجی برای اقتصاد چرخشی دارد. نتایج حاصل از تحقیقات ما پیامدهای عمده‌ای در زمینه پایداری پلاستیک داشته است و قدرت زیست شناسی سنتزی را برای حل چالش‌های دنیای واقعی نشان می‌دهد.”
منبع خبر:
https://www.foodandwine.com/news/plastic-bottle-vanilla-flavoring
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com
چرا کامپوزیت‌ها متفاوتند؟
کامپوزیت‌ها خواص مختلفی نسبت به سایر مواد دارا هستند. برای مثال فلزات استحکام یکسانی در همه جهات دارند. کامپوزیت‌ها می‌توانند طبق درخواست مشتری جهت گیری شده یا در یک جهت خاص بیش‌ترین استحکام را داشته باشند. اگر کامپوزیتی در یک جهت باید در قبال خمش مقاومت کند، بیش‌تر الیاف می‌توانند در جهت ۹۰ درجه عمود بر نیروی خمشی قرار گیرند. این کار، سازه‌ای خیلی سفت را در یک جهت ایجاد می‌کند. آنچه واقعاً اتفاق می‌افتد این است که بیش‌تر ماده می‌تواند به طوری که مؤثرتر است به کاربرده شود. در عوض در فلزات اگر استحکام بزرگ‌تری در یک جهت خواسته شده باشد ماده باید به طور کلی ضخیم‌تر ساخته شود که وزن را اضافه کند.
کامپوزیت‌ها نسبت به فلزات به خاطر دامنه وسیع ترکیبات مختلفی از ماده می‌تواند در آنها استفاده شود، تفاوت دارند. از این رو استفاده از هندبوک جهت طراحی کامپوزیت‌ها مشکل است. مشخصه‌های عمل‌کرد کامپوزیت‌ها می‌توانند به طور عجیبی تغییر داده شوند و هیچ چیزی به صورت یک کامپوزیت کلی و عمومی وجود ندارد. عوامل زیادی وجود دارند که باعث می‌شوند کامپوزیت‌ها به صورت یک ماده مهندسی قابل تعریف درآیند.
کامپوزیت‌ها شامل یک یا چند فاز ناپیوسته می‌باشند که در یک فاز کلی پیوسته و به صورت محاط در آن قرار گرفته‌اند. فازهای ناپیوسته معمولاً سخت‌تر از فازهای پیوسته می‌باشند و به نام تقویت‌کننده‌ها یا مواد تقویت‌کننده نامیده می‌شوند در صورتی که فاز پیوسته را ماتریس می‌نامند. خواص کامپوزیت‌ها شدیداً تحت تأثیر مواد سازنده، چگونگی توزیع این مواد و نیروهای جاذبه بین آنها قرار می‌گیرند. به عبارت دیگر هر یک از خواص کامپوزیت‌ها جمع درصدهای آن خاصیت در فازهای مخختلف بوده به نحوی که فازهای مختلف در اشکال گوناگون جذب یک‌دیگر و باعث بهبود در خواص همه فازها می‌شوند.
انواع زیادی از رزین‌ها و تقویت‌کننده‌های مورد استفاده در کامپوزیت‌ها وجود دارند. هر یک از آنها در ایجاد خواص ویژه‌ای از محصولات پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف FRP (Fiber Reinforced Plastic) سهیم هستند. تعداد زیادی از رزین‌های گوناگون وجود دارند که در ساخت کامپوزیت‌ها استفاده می‌شوند. این سیستم‌های رزینی عبارتند از پلی‌استر، وینیل‌استر، اکریلیک اصلاح شده، اپوکسی، فنولیک و یورتان. نکته مهم قابل توجه این است که هر یک از این رزین‌ها مشخصه‌های عمل‌کردی ویژه‌ای را دارند. برای مثال اگر محصولی نیاز هست که در قبال خوردگی مقاوم باشد، رزین وینیل‌استر یا ایزوفتالیک می‌تواند به کار برده شود. اگر استحکام بالا بحرانی باشد، یک اپوکسی می‌تواند رزین انتخابی باشد. اگر هزینه محصول یک عامل مهم باشد، رزین پلی‌استر متداول‌ترین مصرف می‌باشد. سیستم رزینی بر مبنای نیازهای هزینه‌ای و کاربردی محصول انتخاب می‌شود.
کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف (FRC) (Fiber Reinforced Composite)
به طور کلی نقش‌های ماتریس در یک کامپوزیت لیفی به قرار ذیل می‌باشد.
اولاٌ لیف را محکم در جای خود نگه می‌دارد و از سطوح آنها در مقابل سایش مکانیکی حفاظت می‌کند.
ثانیاً وقتی یک نیروی خارجی اعمال می‌شود ماتریس تغییر شکل می‌دهد و تنش‌های وارده را به طور یکنواخت به الیاف درون خود منتقل می‌سازد.
ثالثاً سبب ایجاد یک سپر حفاظتی مناسب در مقابل شرایط محیطی نامناسب می‌شود.
مزایای هشت‌گانه کامپوزیت‌ها (پلاستیک‌های تقویت شده با الیاف FRP)
انعطاف‌پذیری در طرحی
کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف شیشه را می‌توان در هر اندازه و شکلی قالب‌گیری نمود. در این مقوله انتخاب صحیح و مناسب مواد از مهم‌ترین ارکان در انعطاف‌پذیری برای کامپوزیت‌ها جهت مواد قالب‌گیری می‌باشد.
پایداری ابعادی
کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف در دامنه وسیعی از درجه حرارت و استرس‌های فیزیکی، پایداری ابعادی خود را حفظ می‌کند. از دیگر خواص استثایی این مواد اینست که می‌توان ضریب انبساط حرارتی آنها را طوری طراحی نمود تا برای هر فلزی بتوان آنها را به کار برد.
ساخت قطعات به شکل یکپارچه
امروزه می‌توان به جای استفاده از قطعات پیچیده ساخته شده از چندین فلز مختلف، از کامپوزیت یکپارچه استفاده نمود. فرآیند ساخت این کامپوزیت‌های فلزی پیچیده بوده اما با پیشرفت علوم و تکنولوژی دانش بشر در زمینه ساخت و استفاده بهینه از این مواد در حال افزایش است.
مقاومت بالا
مواد کامپوزیت موادی بسیار سخت و ناهموار هستند که نه تنها می‌توان آنها را مشابه فلزات دانست بلکه در بسیاری موارد از فلزات برترند.
سبکی وزن
کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف (FRP) در حجم مساوی با یک قطعه آلومینیومی ۴۰%-۳۵% سبک‌تر از آن می‌باشد و از خواص بسیار جالب دیگر آن با توجه به وزن بسیار ناچیز، نسبت مقاومت به وزن بالایی است که کامپوزیت‌ها دارند این امر باعث شده تا رقیب بزرگی برای فلزات به شمار آیند.
هزینه تجهیزات متوسط
هزینه تجهیزات برای کامپوزیت‌های FRP در مقایسه با موادی با خواص آنها (مواد رقیب) از مقدار متوسطی برخوردار است. علت آن را می‌توان در سهولت شکل‌گیری قطعات کامپوزیتی و سهولت قالب‌گیری آنها خلاصه نمود. با طراحی مناسب می‌توان تعداد قالب‌ها و فرآیندهای قالب‌گیری را کاهش داده و سبب کاهش هزینه تجهیزات گردید.
هزینه براخت‌کاری پائین
به منظور ایجاد سطوح صاف و صیقلی از یک سو و ساخت قطعات کامپوزیتی رنگی از سوی دیگر می‌توان از صیقل‌دهنده‌ها استفاده نمود. این مواد در مقایسه با مواد مشابه از قیمت بسیار نازل‌تری برخوردارند.
مقاومت خوردگی بالا
یکی از مهم‌ترین مزایای کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف مقاومت فوق‌العاده آنها در برابر مواد و محیط‌های خورنده است. این مقاومت تا حد زیادی بستگی به نوع ماتریس مورد استفاده در قطعه کامپوزیت دارد.
مقاومت کامپوزیت‌های لیفی
چندین عامل در میزان مقاومت کامپوزیت‌های فایبر-ماتریس مؤثرند.
احتمالاً مهم‌ترین عامل، آرایش الیاف یا طرز قرار گرفتن آنها درون ماتریس می‌باشد. معمولاً الیاف بیش‌ترین مقاومت را در امتداد طول خود نشان می‌دهند. سه نوع اصلی از آرایش الیاف تقویت‌کننده تک‌جهتی، دوجهتی، ایزوتروپیک.
عوامل مؤثر بر مقاومت کامپوزیت‌های لیفی را می‌توان به موراد زیر خلاصه کرد:
۱- مقاومت خود الیاف ۲- طول الیاف ۳- تعداد ترک‌های ریز در الیاف ۴- شکل الیاف ۵- میزان چسبندگی الیاف به ماتریس
از میان عوامل پنج‌گانه فوق، مورد میزان چسبندگی الیاف به ماتریس از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
عواملی چند در میزان استحکام بین الیاف و ماتریس مؤثرند.
مثلاً حباب‌های هوا باعث ایجاد حفره‌هایی می‌شود که در آن نقاط ماتریس با الیاف در تماس نیستند.
مشکل دیگر رطوبت است. شیشه جاذبه‌الرطوبه است. چنانچه سطح الیاف خیس باشد اتصال مناسب با ماتریس به وجود نمی‌آید به همین خاطر اغلب سطح الیاف را با عامل پیونددهنده (Coupling Agent) پوشش می‌دهند. این پوشش باعث بهبود مقاومت چسبندگی می‌شود. علاوه بر الیاف شیشه، از الیاف مختلفی در ساخت کامپوزیت‌های لیفی شکل استفاده می‌شود. از جمله گرافیت و کربن، الیاف فلزی و سرامیکی.
کامپوزیت‌ها با ماتریس پلیمری
کامپوزیت‌ها با ماتریس پلیمری نه تنها به عنوان موضوع جالب آزمایشگاهی یا ماده‌ای برای ساخت محصولاتی ارزان قیمت، بلکه به عنوان موادی با ساختار مهندسی مورد توجه قرار گرفته گرفته‌اند. این امر نه تنها به علت استفاده از وجود الیاف با کیفیت بالا مانند کربن، بور، کولار بلکه به دلیل وجود بعضی ماتریس‌های جدید توسعه یافته است. به طور کلی کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه بزرگ‌ترین گروه را در بین کامپوزیت‌های با ماتریس پلیمری به خود اختصاص داده‌اند. ماتریس‌های پلیمری در مقایسه با سایر ماتریس‌ها بسیار پیچیده‌تر است و لی با هزینه کم‌تر و به سهولت فرآیند می‌شوند. از طرف دیگر این مواد استحکام و مدول کشسانی کم‌تر و گسترده دمای کاربردی پایین‌تری دارند.
البته قرار گرفتن درازمدت پلیمرها در معرض نور ماوراءبنفش یا بعضی از حلال‌ها، کاهش خواص آنها را به دنبال دارد. چون در پلیمرها پیوند کووالانسی غالبند معمولاً این مواد رسانایی گرمایی، هدایت حرارتی و الکتریکی ضعیفی از خود نشان می‌دهند. در هر صورت معمولاً پلیمرها در مقایسه با فلزات در مقابل مواد شیمیایی مقاوم‌ترند.
کارایی و خواص کامپوزیت‌ها
این ماده جدید ویژگی‌های بهتری از هر یک از اجراء متشکله خود دارد. این شاید مهم‌ترین انگیزه ساخت کامپوزیت‌ها باشد.
خواصی را که می‌توان به وسیله به هم آمیختن مواد (کامپوزیت) بهبود بخشید، عبارتند از:
مقاومت، سختی، مقاومت در برابر خوردگی، جذابیت ظاهری، وزن، مقاومت در مقابل خستگی، انبساط یا انقباض ناشی از تغییرات درجه حرارت، عایق حرارتی بودن، عایق صوتی بودن، قابلیت هدایت حرارتی، قابلیت هدایت الکتریکی
البته بافتن کامپوزیتی که کلیه خواص فوق را دارا باشد کار دشواری است. معمولاً برخی از این خواص در یک کامپوزیت مورد نیاز است.
پارامترهای اصلی مؤثر در خواص کامپوزیت‌ها
این پارامترها را می‌توان به سه دسته زیر طبقه‌بندی نمود
- موادی که کامپوزیت از آنها تشکیل شده است.
- شکل و ترتیب قرارگرفتن این مواد اصلی
- اثرات متقابل این مواد بر یک‌دیگر
محدودیت‌های کامپوزیت‌ها را می‌توان در موارد ذیل جمع‌بندی کرد
با وجود آن که قوانین ساده‌ای برای نمونه‌های کوچک وجود دارد، اما پیش‌بینی خواص نمونه‌های بزرگ‌تر مسأله‌ساز می‌باشد و از لحاظ ایمنی باعث وقوع زیان‌های جدیدی می‌گردد.
کنترل مرغوبیت و کیفیت اجزاء اصلی و قطعات ساخته شده از آنها به ویژه قطعات حساس و تحت تنش‌های مکانیکی شدید نظیر قطعات هواپیما.
طرح مهندسی ویژه کامپوزیت‌ها، این محدودیت بیش‌تر در موارد عمومی صنعتی وجود دارد تا صنایع فضایی که در آن طرح راه حل‌های غامض معمول می‌باشد.
محدودیت تخصصی و آموزشی در تمام سطوح در عرصه طراحی، ساخت و مصرف کامپوزیت‌ها.
تقویت‌کننده‌های لیفی
معمولاً یک ماده کامپوزیت شامل یک ماتریس برای نگه داشتن مواد تقویت کننده می‌باشد. مواد تقویت‌کننده چنان که گفته شد مهم‌ترین عامل در اعطاء مقاومت به سیستم کامپوزیتی بوده و دارای اشکال متفاوتی می‌باشند. این مواد قادرند حرارت را هدایت و در برابر مواد شیمیایی مقاومت نمایند. در حال حاضر الیاف به عنوان مهم‌ترین عامل تقویت‌کننده سیستم‌های کامپوزیتی شناخته شده‌اند. کاربرد این مواد نیز بسیار متنوع بوده و از ساخت قطعات کامپیوتر تا راکت‌های تنیس و مخازن نگهداری مواد شیمیایی را شامل می‌شود.
الیاف حجم قابل توجهی از کامپوزیت را اشغال می‌کنند و بخش بزرگی از بار وارده به یک سازه کامپوزیتی را تحمل می‌کنند. انتخاب صحیح در مورد مقدار، نوع و آرایش الیاف بسیار مهم است زیرا بر روی خواص زیر می‌تواند اثر بگذارد.
- وزن مخصوص
- استحکام کششی و مدول
- استحکام فشاری و مدول
- استحکام خستگی و مکانیزم شکست در خستگی
- ضرایب انتقال حرارتی و الکتریکی
- قیمت
الیاف شیشه
الیاف شیشه متداول‌ترین الیاف تقویت‌کننده برای کامپوزیت‌های با ماتریس پلیمری هستند.
مزیت‌های اصلی الیاف شیشه: قیمت کم، استحکام کششی بالا، مقاومت شیمیایی بالا، خواص عایق عالی آنها می‌باشد.
معایب آنها عبارتند از مدول کششی کم، وزن مخصوص نسبتاً زیاد حساسیت به سایش در موقع حمل و نقل (که غالباً استحکام کششی را کاهش می‌دهد)، مقاومت خستگی کم و سختی زیاد که باعث سایش قالب‌ها و ابزار برش می‌شود. بر حسب نوع و ترکیب مواد به کار رفته در الیاف شیشه آنها را به انواع گوناگون تقسیم می‌کنند و برای معرفی نوع نیز از یک حرف که از واژه معروف خصوصیت آن لیف استخراج شده است، استفاده می‌کنند.
انواع الیاف شیشه تجاری- نام و نوع مواد موجود در لیف
شیشه E اشاره به Electrical دارد و بیش‌تر از ۹۰% الیاف شیشه مورد مصرف در کامپوزیت‌ها از این نوع می‌باشد. این نوع الیاف خواص الکتریکی خوبی از خود نشان می‌دهند و در بین مجموعه الیاف شیشه پایین‌ترین قیمت را نیز دارا می‌باشند.
الیاف نوع S بالاترین استحکام را دارا هستند و S اشاره به High Strenghth دارد. استحکام این نوع لیف حدود ۲۰% نسبت به نوع E بیش‌تر است اما قیمت آن حدود ۴ برابر الیاف E است.
حرف C اشاره به Chemical (High Chemical Durability) دارد.
شیشه M اشاره به Modulus (High Modulus) دارد.
الیاف نوع D کم‌ترین ثابت دی‌الکتریک را دارد و در ساخت سپرهای محافظ رادار از آنها استفاده می‌شود.
نوع A اشاره به (Window & Container Glass) Soda-lime glass که یک شیشه High Alkali است، دارد. اگرچه در برهه‌ای یک نوع کاملاً متداول بوده است اما امروزه تقریباً E جای‌گزین آن شده است.
الیاف Z شیشه حاوی Zirconia است و یک شیشه با مقاومت عالی در برابر مواد قلیایی است.
کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف شیشه در صنایع مختلف کارایی خوبی از خود نشان داده‌اند از جمله این‌ها می‌توان به ساخت مخازن توسط این مواد اشاره نمود.
مخازن حمل و نگهداری
از دیگر کاربردهای مواد کامپوزیتی ساخت مخازن نگهداری جهت حمل از طریق دریا یا زیر دریا می‌باشد.
به عنوان مقایسه‌ای از خواص عالی کامپوزیت‌ها نسبت به مخازن و ظروف فلزی (فولادی و آلومینیومی) می‌توان به ارزان قیمت بودن، سبک بودن و مقاومت بسیار بالا در برابر محیط‌های خورنده اشاره نمود.
کامپوزیت‌ها در صنعت مهندسی دریا
آب‌های موجود در جهان یکی از شدید‌ترین محیط‌های خورنده را به وجود می‌آورند. به این منظور باز هم این کامپوزیت‌ها هستند که در جهت رفع این مشکل پا به میدان گذاشته و این نقیصه را برطرف می‌نمایند.
استفاده از کامپوزیت‌ها در صنعت مهندسی دریایی به جنگ جهانی دوم باز می‌گردد هنگامی که استفاده از پلاستیک‌های تقویت‌شده برای اولین بار تجربه شد.
تجربیات چندین ساله نشان داد که بهترین کامپوزیت‌ها در این مورد عبارتند از کامپوزیت‌های شیشه و اپوکسی و شیشه پلی‌استر دارای خواص بسیار عالی نظیر
مقاومت بالا، پایداری زیاد، وزن ناچیز، مقاومت در برابر شرایط محیطی عالی و سهولت در ساخت می‌باشند.
در این مورد می‌توان از کامپوزیت‌ها به شکل لمینیت‌های ساخته شده از رزین‌های اپوکسی یا پلی‌استر که توسط الیاف (به خصوص الیاف شیشه) تقویت شده‌اند، استفاده نمود.
صنایع ساختمانی
از دیگر کاربردهای مواد کامپوزیت، استفاده در صنایع ساختمانی است. در این جا بیش‌تر به بحث پیرامون انواع رزین‌ها و تقویت‌کننده‌های مورد مصرف در این صنعت پرداخته می‌شود.
الف) تقویت‌کننده‌ها
در صنایع ساختمانی به منظور بالابردن میزان مقاومت و سختی سازه‌ها، از تقویت‌کننده های مختلفی استفاده می‌شود.
متداول‌ترین انواع تقویت‌کننده‌هایی که در ساخت این کامپوزیت‌ها به کار می‌روند، شیشه می‌باشد که به دلیل خواص ویژه‌ای که دارد در اغلب سازه‌ها از آن به اشکال گوناگون استفاده می‌شود.
ب) رزین‌ها
تقریباً کلیه پلاستیک‌ها می‌توانند به عنوان ماتریس سازه‌های کامپوزیتی مورد استفاده واقع شوند از متداول‌ترین و پرمصرف‌ترین آنها در صنایع ساختمانی به علت ارزان‌قیمت بودن و سهولت ساخت می‌توان به رزین‌های پلی‌استر غیر اشباع، اپوکسی‌ها و تا حدی آکریلیک‌ها اشاره نمود.
از گروه‌های اتصال‌دهنده آکریلیک می‌توان جهت بالابردن مقاومت محیطی (weathering Resistant) سازه استفاده نمود.
کامپوزیت‌ها جای‌گاه ویژه‌ای در ساخت این مواد دارا می‌باشند. علت این مهم، داشتن خواص ذیل است
خواص مناسب کامپوزیت‌ها جهت ساخت ابزار
پایداری ابعادی بالا
وزن ناچیز
سیکل گرمایی سریع‌تر و سرد شدن کندتر
هزینه ثابت پایین‌تر
مدت زمان ساخت کم‌تر
سهولت کپی‌کردن مواد
رزین‌های ترموست در ساخت اسباب و تجهیزات
این رزین‌ها موادی هستند که توسط اعمال حرارت یا با استفاده از کاتالیست و یا نور ماوراءبنفش و… دست‌خوش
واکنش های شیمیایی می‌گردند که منجر به پدید آمدن یک حالت غیر قابل ذوب شده است.
رزین‌های ترموست پلی‌استر به طور کلی در موارد مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند چون می‌توان آنها را به راحتی تحت تحت فرآیند قرار داد و ضمناً از نظز اقتصادی بسیار مقرون به صرفه می‌باشند.
البته به علت خصوصیات ویژه‌ای که اپوکسی‌ها، سیلیکون‌ها و فنولیک‌ها دارند، گاه‌گاهی آن هم بر حسب نیازهای خاص، مورد استفاده واقع می‌شوند.
اصولاً یکی از مهم‌ترین معیارهای انتخاب این رزین‌ها بسته به نوع کاربردی است که انتظار داریم برای مثال جهت استفاده در محیط‌های خورنده یا در درجه حرارت‌های بسیار بالا و… از سیستم‌های رزینی خاصی استفاده می‌شود.
در این جا ذکر این نکته نیز لازم است که کامپوزیت‌ها (مثلاً کامپوزیت‌های رزین‌های گرماسخت تقویت‌شده با شیشه) معمولاً با یک‌سری مواد افزودنی به کار برده می‌شوند، مانند پرکننده‌ها، کاتالیست‌ها، بازدارنده ها، پیگمنت‌ها و عوامل جداکننده از قالب.
کلیه مواد افزودنی با تقویت‌کننده مناسب شیشه و سیستم رزینی مناسب ترکیب گردیده تا دامنه وسیعی از خواص را ایجاد نمایند.
از دیگر کاربردهای مهم کامپوزیت‌ها می‌توان به استفاده از مواد کامپوزیت در ساخت وسایل ورزشی اشاره نمود. مانند قاب دوچرخه با الیاف کربن و راکت تنیس از اپوکسی-کربن.
به علت سبکی وزن و در عین حال استحکام بالای این مواد، می‌توان در ساخت اجزاء مصنوعی بدن انسان نیز از آنها استفاده نمود مثل ساقه‌های ساخته شده از الیاف کربن.
فرآیندهای ساخت کامپوزیت‌ها
دو تقسیم‌بندی عمومی در فرآیندهای ساخت کامپوزیت‌ها وجود دارد: قالب‌گیری باز (تماسی) قالب‌گیری بسته. در قالب گیری باز ژل‌کت و لایه‌ها در حین فرآیند ساخت در معرض اتمسفر محیط می‌باشند. در قالب‌گیری بسته، کامپوزیت‌ها در یک قالب دو تکه یا درون یک کیسه خلأ ساخته می‌شوند. روش‌های ساخت متنوعی در هر یک از این دو شاخه وجود دارند.
قالب‌گیری باز
- لایه‌گذاری دستی
کاربرد دستی رزین
کاربرد مکانیکی رزین
- فرآیند لایه‌گذاری با الیاف سوزنی
روش پاشش با اسپری به صورت اتمیزه
به کارگیری غیر اتمیزه
- روش فیلامنت ویندینگ
قالب‌گیری بسته
- قالب‌گیری فشاری
Sheet Molding Compound (SMC)
Bulk Molding Compound (BMC)
Thic Molding Compound (TMC)
قالب‌گیری فشاری به صورت لایه‌گذاری خیس
- کششی Pultrusion Processing
- Reinforced Reaction Injection Molding (RRIM)
- Resin Transfer Molding (RTM)
- قالب‌گیری تحت کیسه خلأ
لایه گذاری خیس
پری‌پرگ Prepreg
- فرآیند تزریق در خلأ
- ریخته‌گری گریز از مرکز
- لایه‌گذرای پیوسته
فرآیندهای ساخت کامپوزیت‌ها در مطالب بعدی ذکر خواهد شد.
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com
توسعه حسگر رادار توسط شرکت Sabic
پلی‌بوتیلن‌ترفتالات یک رزین نیمه بلوری با کارایی بالا می‌باشد و یکی از چقرمه‌ترین و متنوع‌ترین رزین از میان همه ترموپلاستیک‌های مهندسی می‌باشد. قوی بوده و وزن سبکی دارد، این پلی‌استر به وسیله جذب رطوبت پایین آن، خواص الکتریکی عالی، مقاومت شیمیایی وسیع، قابلیت لغزنده‌سازی و روان‌کنندگی (Lubricity)، دوام بالا (Durability)، استحکام مکانیکی و مقاومت گرمایی. این خواص در گستره وسیعی از شرایط دمایی و رطوبت، پایدار می‌باشند. رزین عموماً با الیاف شیشه و یا تقویت‌کننده‌های معدنی آمیزه‌سازی شده و بسته‌بندی می‌شود و به همان صورت به فروش می‌رسد.
پلی‌بوتیلن‌ترفتالات از طریق ترانس استری شدن دی‌متیل‌ترفتالات با بوتان‌دی‌ال تهیه و تولید می‌شود. این واکنش از طریق پلیمرزاسیون تراکمی ماده مذاب که کاتالیز شده است به وقوع می‌پیوندد و سبب تکرار واحد مولکولی در طول زنجیر پلیمر می‌گردد و بدین ترتیب موجبات رشد زنجیری پلیمری را فراهم می‌سازد.
پلی‌بوتیلن‌ترفتالات را می‌توان با ۱۰%-۳۰% نایلون آلیاژسازی کرد تا تقویت کردن شیشه‌ای تسهیل گردد. جذب رطوبت را می‌توان کاهش داد، هنگامی که PBT با ۲۵%-۱۵% از پلی‌اتیلن با دانسیته پایین (LPET) آلیاژسازی و آمیخته می‌شود (PBT-LDPE)، فرآیندپذیری و خواص مکانیکی آن، به طور هم‌زمان تقویت می‌شود. افزودن پلیمرهای بوتادی‌ان پیوندی و نیز اوره‌تان‌ها یا الاستومرهای کوپلی‌استر، حساسیت ایجاد شکاف را در آزمون مقاومت ضربه‌ای آیزود، کاهش می‌دهد. وقتی PBT با پلیاتیلنترفتالات (PET) مخلوط شده و آمیزه‌سازی می‌شود، جلای سطحی آمیزه (PBT-BET) افزایش می‌یابد و مخلوط پلیمری با سطح نسبتاً براق، به دست می‌آید.
مزایای پلی‌بوتیلن‌ترفتالات
مقاومت عالی در برابر آب تا دمای ۵۰ درجه سانتی‌گراد. همچنین این پلیمر در دمای اتاق در برابر محلول‌های آبی نمک، اسیدها و بازهای ضعیف، اغلب حلال‌های آلی (هیدروکربن‌های آلیفاتیک، گلیکول، بنزین و محلول‌های تمیزکننده، مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهد. این ماده از سوی بیش‌تر روغن‌ها، نفت‌ها و گریس‌ها در دماهای تا ۶۰ درجه سانتی‌گراد، تحت حمله قرار نمی‌گیرد.
خواص الکتریکی عالی دارد و از استحکام دی‌الکتریک یا مقاومت عایقی بالایی برخوردار می‌باشد. مقاومت در برابر قوس بهتری دارد، ثابت دی‌الکتریک پایدار و پیوسته و برخوردار بودن از فاکتورهای اتلاف پایین در گستره وسیعی از دماها و رطوبت، از دیگر ویژگی‌های خوب PBT می‌باشد. در عمل این دو کمیت یعنی ثابت الکتریک و فاکتور اتلاف انرژی تقریباً مستقل از دما و فرکانس رفتار می‌کنند و به تجربه ثابت شده است که وابستگی آنها به این دو متغیر کم است.
کاربردهای نوعی PBT
خانه‌سازی و صنعت ساختمان، کاربردهای خودرویی، قطعات الکتریکی و الکترونیکی، کاربردهای مخابراتی، جابه‌جایی ماده، کاربردهای صنعتی، کاربردهای صنعتی.
در همین راستا شرکت Sabic دو ترکیب مبتنی بر پایه (PolyButylene Terephthalate) PBT برای رادار جاذب (گیرنده) جهت استفاده در کاربردهای خودرویی را معرفی کرده است. این ترکیبات (Stat Kon) حاوی افزودنی‌های رسانای هدایت الکتریکی هستند تا مقاومت سطحی را برای کاربردهای ضد الکتریسیته ساکن تا محافظت از تداخل امواج الکترومغناطیس فراهم کنند. از مواد جاذب رادار برای محافظت از میدان انتقال رادار، تضعیف امواج جانبی در سیستم‌های کمکی راننده، افزایش دامنه تشخیص و بهبود قدرت تفکیک سیگنال استفاده می‌شود. ترکیبات جدید ۶۷% جذب را در ۷۷ گیگا هرتز فراهم می‌کنند. گفته می‌شود این رادارها در حال توسعه و تکمیل بوده و مواد (Polycarbonate) PC و (Polyethylenimine) PEI را شامل می‌شوند. به گفته شرکت این ترکیبات به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا انعطاف پذیری در راستای موقعیت یابی، عمل‌کرد حسگر و همچنین طراحی آن افزایش یابد. بدین ترتیب می‌تواند برای اندازه وسیله نقلیه و سایر متغیرها بهینه شود.
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com