موضوع مقاله: زمینه پلیمری گرماسخت | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # زمینه پلیمری گرماسخت | مقدمه: زمینهٔ ترموستی (زمینهٔ پلیمری گرماسخت) یک تقویت‌کننده پلیمری مصنوعی است که در آن پلیمرها به عنوان چسب یا زمینه عمل می‌کنند تا ذرات، الیاف یا دیگر تقویت‌کننده‌ها را در محل ثابت کنند. | ## بخش 1: زمینه پلیمری گرماسخت | رزین‌های بنزوکسازین اینها از واکنش فنل‌ها، فرمالدئید و آمین‌های اولیه در دماهای بالا (۴۰۰ درجه فارنهایت (۲۰۰ درجه سانتی‌گراد تحت پلیمریزاسیون با بازکردن حلقه و تشکیل شبکه‌های ترموست پلی‌بنزوکسازین ساخته می‌شوند. میزان آروماتیک بالای پلیمرهای با وزن مولکولی بالا عملکرد مکانیکی و اشتعال‌پذیری بیشتری را در مقایسه با رزین‌های اپوکسی و فنلی ارائه می‌دهد. بیس-مالیمیدها (BMI) از واکنش تراکمی یک دی آمین با مالئیک انیدرید تشکیل شده و اساساً مانند رزین‌های اپوکسی پردازش می‌شود (دمای تشکیل ۳۵۰ درجه فارنهایت (۱۷۷ درجه سانتی‌گراد . پس از یک پخت بالا (۴۵۰ درجه فارنهایت (۲۳۲ درجه سانتی‌گراد ، آنها خواص برتری را نشان خواهند داد. این ویژگی‌ها تحت تأثیر دمای استفاده مداوم ۴۰۰ تا ۴۵۰ درجه فارنهایت (۲۳۲–۲۰۴ درجه سانتی‌گراد) و انتقال شیشه‌ای ۵۰۰ درجه فارنهایت (۲۶۰ درجه سانتی‌گراد) قرار دارند. همچنین به عنوان یک ماده پوشش و به عنوان زمینه لوله‌های تقویت‌شده شیشه‌ای، به ویژه در دمای بالا و محیط‌های شیمیایی استفاده می‌شود. رزین‌های سیانات استر واکنش بیسفنول‌ها یا رزین‌های فنول نوولاک چندعملکردی با سیانوژن‌برومید یا کلرید منجر به مونومرهای عملکردی سیانات می‌شود که می‌توانند به صورت کنترل‌شده به رزین‌های پیش‌پلیمر عملکردی سیانات‌استر با گسترش زنجیره یا کوپلیمریزاسیون تبدیل شوند. هنگامی که پس از تشکیل، همه عملکرد سیانات‌استر باقیمانده با سیکلوتریمریزاسیون پلیمریزه می‌شوند که منجر به تشکیل شبکه‌های پلی‌سیانورات با پیوند متقابل محکم با پایداری حرارتی بالا و دمای انتقال شیشه‌ای تا ۷۵۲ درجه فارنهایت (۴۰۰ درجه سانتی‌گراد) و پایداری حرارت مرطوب تا حدود ۴۰۰ درجه فارنهایت (۲۰۰ درجه سانتی‌گراد) می‌شوند. رزین‌های اپوکسی (epoxide) رزین‌های اپوکسی پیش‌پلیمرهای ترموستی هستند که از واکنش اپی‌کلروهیدرین با آروماتیک‌های عملکردی هیدروکسیل، سیکلوآلیفاتیک‌ها و آلیفاتیک‌ها یا آروماتیک‌های عامل آمین یا با اکسیداسیون سیکلواآلیفاتیک غیراشباع ساخته می‌شوند. دی‌گلیسیدیل‌اترهای بیسفنول-A و بیسفنول-F به دلیل خاصیت چسبندگی بالا، استحکام مکانیکی، مقاومت در برابر حرارت و خوردگی بیشترین کاربرد را دارند. در سال‌های اخیر، فرمول‌های اپوکسی مورد استفاده در پیش‌آغشته‌سازی کامپوزیت‌ها به منظور بهبود چقرمگی، استحکام ضربه‌ای و مقاومت در برابر جذب رطوبت، به‌خوبی تنظیم شده‌اند. این نه تنها در تقاضای هواپیما و هوافضا استفاده می‌شود که در کاربردهای نظامی و تجاری و همچنین در ساخت‌وساز استفاده می‌شود. بتن مسلح اپوکسی و سازه‌های اپوکسی تقویت شده با شیشه (فایبرگلاس) و کربن در سازه‌های ساختمانی و پل استفاده می‌شود. کامپوزیت‌های اپوکسی دارای خواص زیر هستند: تقویت‌شده با الیاف شیشه‌ای با استحکام بالا چگالی نسبی: ۱٫۶–۲٫۰ دمای ذوب (C°) محدوده پردازش ترموست: (F°) C: 300-330، I=۲۸۰–۳۸۰ فشار قالب‌گیری: ۱–۵ انقباض: ۰٫۰۰۱–۰٫۰۰۸ استحکام کششی: (psi) 5000-20000 مقاومت فشاری: (psi) 18000-40000 مقاومت خمشی: (psi) 8000-30000 قدرت ضربه ایزد: (ft·lb/in) 0.3-10.0 انبساط خطی: (in. /°C 10−6) ۱۱–۵۰ سختی راکول: M100-112 قابلیت اشتعال: V-0 جذب آب ۲۴ ساعت: (%) ۰٫۰۴–۰٫۲۰ رزین‌های اپوکسی فنول نوولاک (EPN) و اپوکسی کرزول نوولاک (ECN) ساخته‌شده از واکنش اپی‌کلروهیدرین با رزین‌های فنل نوولاک چندعملکردی یا کرزول نوولاک در مقایسه با رزین‌های اپوکسی DGEBF، دارای مکان‌های واکنش‌پذیرتری هستند و پس از تشکیل منجر به تراکم اتصالات عرضی بیشتر می‌شود. آنها در ورقه سیم / تخته مدار چاپی و همچنین برای کپسوله‌کردن الکتریکی، چسب و پوشش فلزات در مواردی که نیاز به محافظت در برابر خوردگی، فرسایش یا حمله شیمیایی در دمای بالای عملیات مداوم وجود دارد، استفاده می‌شود. نوولاک‌ها با کاتالیزورهای اسیدی و نسبت مولی فرمالدئید به فنل کمتر از یک ساخته می‌شوند تا الیگومرهای فنلی متصل به متیلن را به‌دست‌آورند. رزوله‌ها با کاتالیزورهای قلیایی و نسبت مولی فرمالدئید به فنل بیش از یک ساخته می‌شوند تا الیگومرهای فنلی با واحدهای فنل متصل به متیلن و بنزیل‌اتر تولید شود. آنها با استحکام باند بالا، پایداری ابعادی و مقاومت در برابر خزش در دماهای بالا مشخص می‌شوند و اغلب با رزین‌های هم‌پخت مانند اپوکسی‌ها ترکیب می‌شوند. | ## بخش 2: زمینه پلیمری گرماسخت | ترکیبات قالب‌گیری عمومی، ترکیبات قالب‌گیری مهندسی و ترکیبات قالب‌گیری ورق، اشکال اولیه کامپوزیت‌های فنلی هستند. فنولیک‌ها در بسیاری از کاربردهای الکتریکی مانند جعبه‌های مدارشکن قدرت، مواد پوشش ترمز و اخیراً در ترکیب با تقویت‌کننده‌های مختلف در قالب‌گیری مجموعه سر بلوک موتور، به نام پولی موتور، استفاده می‌شوند. فنولیک‌ها ممکن است با تکنیک‌های رایج مختلف از جمله فشرده‌سازی، انتقال و قالب‌گیری تزریقی پردازش شوند. کامپوزیت‌های فنلی دارای خواص زیر هستند: تقویت شده با الیاف شیشه ای با استحکام بالا چگالی نسبی: ۱٫۶۹–۲٫۰ جذب آب ۲۴ ساعت: (%) ۰٫۰۳–۱٫۲ دمای ذوب (C°) محدوده پردازش حرارتی: (F°) C:300-380 I:330-390 فشار قالب‌گیری: I-20 انقباض: ۰٫۰۰۱–۰٫۰۰۴ مقاومت کششی: (psi) 7000-18000 مقاومت فشاری: (psi) 16000-70000 مقاومت خمشی: (psi) 12000-60000 قدرت ضربه ایزد: (ft-lb/in) 0.5-18.0 انبساط خطی: (in. Bruins, Gordon and Breach, New York, 1976 و نسبتاً ارزان از پلیمرهای ترموست هستند که از پلی تراکم مخلوط‌های گلیکول که اغلب حاوی پروپیلن‌گلیکول هستند، با یک اسید دی‌بازیک و انیدریدهایی که معمولاً مالئیک‌انیدرید برای تأمین غیراشباع ستون مورد نیاز برای اتصال عرضی، و اسیدهای هیدرولیک، فتالیک، یا اسید ترفتالیک که در آن خواص ساختاری و مقاومت در برابر خوردگی برتر مورد نیاز است، تشکیل می‌شوند. رزین‌های پلی‌استر به‌طور معمول در یک مونومر عملکردی وینیل مانند استایرن رقیق/حل می‌شوند و شامل یک بازدارنده برای تثبیت رزین برای اهداف ذخیره‌سازی می‌شوند. پلیمریزاسیون در سرویس توسط رادیکال‌های آزاد تولیدشده از تشعشعات یونیزان یا با تجزیه فتولیتیک یا حرارتی یک آغازگر رادیکال آغاز می‌شود. پراکسیدهای آلی، مانند متیل‌اتیل‌کتون‌پروکسید و شتاب‌دهنده‌های کمکی که تجزیه را برای تشکیل رادیکال‌ها ترویج می‌کنند، با رزین ترکیب می‌شوند تا پخت در دمای اتاق شروع شود. همچنین می‌توان آن‌ها را پس از اعمال بر روی آرماتورهای خرد شده و تقویت‌کننده پیوسته مرحله‌بندی کرد تا پیش‌آغشته‌ها را تشکیل دهند. ترکیبات قالب‌گیری جامد به شکل گلوله یا گرانول نیز در فرآیندهایی مانند قالب‌گیری فشرده‌سازی و انتقال استفاده می‌شوند. پلی‌آمیدها دو نوع پلی‌آمید تجاری وجود دارد: پلی‌آمیدهای متقاطع ترموست که از تراکم دی‌آمین‌های آروماتیک با مشتقات دی‌هیدرید آروماتیک و انیدریدهایی با محل‌های غیراشباع ساخته می‌شوند که پلیمریزاسیون افزودنی بین مونومرهای ایمیدی و الیگومرهای از پیش ساخته شده را تسهیل می‌کنند،D.A. پلی‌آمیدهای ترموست پیشرفته‌ترین زمینهٔ پلیمری ترموست با ویژگی‌های خواص فیزیکی و مکانیکی در دمای بالا هستند و به صورت رزین، پیش‌آغشته، شکل‌های استوک، ورق‌ها/غشاهای نازک، ورقه‌ها و قطعات ماشین‌کاری‌شده دردسترس هستند. همراه با خواص دمای بالا، این نوع پلیمر ترموست باید در دماهای بسیار بالا و فشار نسبی برای تولید ویژگی‌های بهینه پردازش شود. برای مواد پیش آغشته، دمای ۶۰۰ درجه فارنهایت (۳۱۶ درجه سانتی‌گراد) تا ۶۵۰ درجه فارنهایت (۳۴۳ درجه سانتی‌گراد) و فشار 200 psi (۱۳۷۹ کیلوپاسکال) مورد نیاز است. کل پروفیل‌های پخت ذاتاً طولانی هستند، زیرا تعدادی دمای متوسط وجود دارد که مدت آن به اندازه و ضخامت قطعه بستگی دارد. دمای عملیاتی معمولی از برودتی تا ۵۰۰ درجه فارنهایت (۲۶۰ درجه سانتی‌گراد) متغیر است. کامپوزیت‌های پلی‌آمیدی دارای خواص زیر هستند: خواص مکانیکی خوب و حفظ در دماهای بالا خواص الکتریکی خوب مقاومت در برابر سایش بالا خزش کم در دماهای بالا فشرده‌سازی خوب با تقویت الیاف شیشه یا گرافیت مقاومت شیمیایی خوب مقاومت ذاتی در برابر شعله تحت تأثیر اکثر حلال‌ها و روغن‌ها قرار نمی‌گیرد غشای پلی‌آمید دارای ترکیبی منحصربه‌فرد از خواص است که آن را برای کاربردهای مختلف در بسیاری از صنایع مختلف ایده‌آل می‌کند، به ویژه به این دلیل که خواص فیزیکی، الکتریکی و مکانیکی عالی در محدوده‌دمایی وسیعی حفظ می‌شوند. رزین پلی‌آمید با کارایی بالا در مواد الکتریکی، مقاوم در برابر سایش و به‌عنوان مواد ساختاری هنگامی‌که با تقویت‌کننده‌ها برای کاربردهای هواپیما-هوافضا ترکیب می‌شود، استفاده می‌شود، که جایگزین فلزات سنگین‌تر و گران‌تر می‌شود. پردازش در دمای بالا باعث ایجاد برخی‌مشکلات فنی و همچنین هزینه‌های بالاتر در مقایسه با سایر پلیمرها می‌شود. | ## بخش 3: زمینه پلیمری گرماسخت | رزین‌های پلی‌اورتان (PUR) پیش‌پلیمرهای پلی‌اورتان ترموست با پیوندهای کاربامات (-NH-CO-O-) خطی و الاستومری هستند. اگر از ترکیب دی‌ایزوسیانات‌ها (OCN-R1-NCO) با دیول‌های با زنجیره بلند (HO-R2-OH) تشکیل شوند، یا اگر از ترکیب پلی‌ایزوسیانات‌ها و پلی‌ال‌ها تشکیل شوند، به صورت شبکه‌ای و سفت خواهند بود. , 1994, , چسبندگی بالا و مقاومت در برابر خستگی به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. هسته‌های ساختاری فوم پلی‌اورتان همراه با ورقه‌های کامپوزیت تقویت شده با شیشه یا گرافیت برای ساخت سازه‌های ساندویچی سبک، مستحکم استفاده می‌شوند. همه اشکال مواد، از جمله فوم‌های انعطاف‌پذیر و سفت، قالب‌های فوم، قالب‌گیری‌های الاستومری جامد و اکسترودات، هنگامی که با پرکننده‌های تقویت‌کننده مختلف ترکیب می‌شوند، کاربردهای تجاری در کامپوزیت‌های زمینه پلیمری ترموست پیدا کرده‌اند. پلی‌اوره‌ها با خشک‌شدن تقریباً آنی، استحکام مکانیکی بالا و مقاومت در برابر خوردگی مشخص می‌شوند، بنابراین به‌طور گسترده برای اسپری با نسبت مخلوط حجمی ۱: ۱، پوشش و پوشش محافظ ضدآب مقاوم در برابر سایش استفاده می‌شود. رزین‌های سیلیکونی رزین‌های سیلیکونی تا حدی ذاتاً آلی هستند و ساختار پلیمری ستون آن از اتم‌های سیلیسیم و اکسیژن متناوب ساخته‌شده است تا ویژگی‌های شناخته‌شده ستون کربن به کربن پلیمرهای آلی. رزین‌های سیلیکونی علاوه برداشتن حداقل یک اتم اکسیژن متصل به هر اتم سیلیکون، پیوند مستقیمی با کربن دارند و به همین دلیل به نام پلی‌ارگانوسیلوکسان نیز شناخته می‌شوند. آنها دارای فرمول عمومی R2SiO(n) و شکل فیزیکی (مایع، ژل، الاستومر یا جامد) هستند و کاربرد آنها با وزن مولکولی، ساختار (خطی، منشعب، در قفس) و ماهیت گروه‌های جایگزین (R = آلکیل، آریل، H, OH، آلکوکسی) متفاوت است. رزین‌های سیلیکونی جایگزین‌شده با آریل در دمای بین ~۳۰۰ درجه فارنهایت (~۱۵۰ درجه سانتی‌گراد) و ~۴۰۰ درجه فارنهایت (~۲۰۰ درجه سانتی‌گراد) پلیمریزه‌شده (مکانیسم درمان تراکم) نسبت به رزین‌های سیلیکونی جایگزین آلکیل پایداری حرارتی بیشتری دارند. علاوه بر کاربردها به عنوان پیش‌سازهای کامپوزیت زمینه سرامیکی، رزین‌های سیلیکونی به شکل پلیمرهای پلی‌سیلوکسان ساخته‌شده از رزین‌های سیلیکونی با قابلیت آویز آکریلات، وینیل‌اتر یا اپوکسی به عنوان UV، پرتو الکترونی و کامپوزیت‌های زمینه پلیمری ترموست کاربرد پیدا می‌کنند، جایی که با مقاومت خود به اکسیداسیون، حرارت و تخریب اشعه ماوراء بنفش مشخص می‌شوند. انواع دیگر کاربردها در حوزه کلی کامپوزیت‌ها برای سیلیکون‌ها شامل درزگیرها، مواد پوشش‌دهنده و به عنوان یک کیسه قابل استفاده مجدد برای پخت قطعات کامپوزیت در کیسه خلاء است. رزین‌های وینیل استر رزین‌های وینیل‌استر که با واکنش‌های افزودن بین یک رزین اپوکسی با مشتقات اسیداکریلیک ساخته می‌شوند، هنگامی که در یک مونومر عملکردی وینیل مانند استایرن، پلیمریزه رقیق/حل می‌شوند. ترموست‌های حاصل به دلیل چسبندگی بالا، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر خوردگی قابل توجه هستند. رزین‌های اوره فرمالدئید و ملامین‌فرمالدئید، اگرچه به‌طور گسترده در کاربردهای کامپوزیت ساختاری با کارایی بالا مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، مشخصاً به عنوان زمینه پلیمری در قالب‌گیری و ترکیبات اکستروژن که در آن برخی از پرکننده‌ها و تقویت‌کننده‌ها استفاده می‌شود، استفاده می‌شود. رزین‌های اوره‌فرمالدئید به‌طور گسترده‌ای به عنوان چسب زمینه در محصولات ساختمانی مانند نئوپان، تخته‌ویفر و تخته‌سه‌لایی استفاده می‌شوند که ساختارهای کامپوزیت ذرات و لایه‌ای واقعی هستند. در حالی که آنها به‌طور کلی تحت تأثیر گرما، کاتالیزورها و فشار تشکیل می‌شوند، رزین‌های فوران می‌توانند به عنوان سیستم‌های سخت‌شده با اسید بدون پخت دو جزئی نیز فرموله شوند که با مقاومت بالا در برابر گرما، اسیدها و قلیایی‌ها مشخص می‌شوند. | ## جمع‌بندی | رزین‌های فوران برای ساخت کامپوزیت‌های پایدار-بیوکامپوزیت‌های ساخته‌شده از یک زمینه مشتق‌شده زیستی (در این مورد رزین فوران) یا تقویت‌کننده‌های بیوفیبر یا هردو مورد توجه فزاینده‌ای هستند.