دانلود مقاله در مورد پلیمرها

بخشی از مقاله

ساخت لا ستيک خود ترميم کن
محققان لا ستيک خودرويي ساخته اند که پس از ساييدگي سطح جديدي براي خود ايجاد مي کند. اين لا ستيک خودرو چند لايه است و لايه هاي آن با گذشت زمان و بر اثر سائيدگي جاي خود را به لايه هاي بعدي مي دهند و سطح جديدي از لا ستيک ايجاد مي شود. عمر اين لا ستيک 25 تا 50 درصد بيشتر از ديگر لا ستيکها است.


کاربرد کامپوزيت در صنعت برق و الكترونيك
حدود 20 سال است که کامپوزيتهاي پليمري تقويت شده با الياف FRP در کاربردهاي الکتريکي مصرف مي شوند . اين مواد در ساخت قطعات گوناگون صنعت برق به کار مي روند ؛ از جمله لوله هاي عبور کابل ، سيستم هاي حمل کابل در تونل ها و پل ها ، تيرهاي انتقال برق ، بازوهاي عرضي ( کراس آرم ها ) ، مقره ها ، برج هاي ارتباطي و جز آن .

لوله کامپوزيتي عبور کابل
يکي از موارد کاربرد کامپوزيت در صنعت برق ، ساخت لوله هاي عبور کابل است . لوله هاي پليمري تقويت شده با الياف شيشه GRP را مي توان در ترکيب با اتصالات و متعلقات ويژه اي به کاربرد و آن ها را به شکل يک سيستم عبور کابل چندلايه و چند رديفي شکل داد . اين لوله ها براي کابل هاي شبکه برق شهري و کابل هاي مخابراتي زيرزميني مورد استفاده قرار مي گيرند . علاوه بر اين در موارد زير نيز کاربرد دارند :

1) براي کابل هايي که از زير ريل جرثقيل هاي سقفي و يا راه هاي اصلي شهري عبور مي کنند .
2) براي کابل هايي که از روي پل ها و رودخانه ها عبور مي کنند . به ويژه براي کابلهايي که از روي پل عبور مي کنند ، به کارگيري لوله هاي GRP ، بار وارده بر پل را کاهش داده و ساخت و ساز پل را تسهيل خواهد کرد .

سيستم حمل کابل کامپوزيتي
سيستم هاي حمل کابل کامپوزيتي ، يک محصول سازه اي براي حل بسياري از مشکلات مهندسي و طراحي در شبکه هاي برق رساني و مخابراتي هستند که براي نگهداري کابل هاي گرانبها و اغلب حساس و استراتژيک در دراز مدت قابل اعتمادند . اين سيستم ها ويژگي هاي منحصربه فردي دارند که آن ها را قادر به تحمل بسياري از محيط هاي خورنده مي کند ؛ به ويژه شرايطي که مواد سنتي در آن ها عمر کاري مفيد و اقتصادي ندارند . اين محصولات از رزين هاي گرما سخت تقويت شده با شيشه و به نحوي طراحي و ساخته مي شوند که يکپارچگي سازه اي آنها با انواع فولادي و آلومينيمي رقابت مي کند ؛ با اين تفاوت که مشکلات خوردگي ، سنگيني وزن و هدايت الکتريکي آنها را ندارند .

اين محصولات در برابر اسيدها ، نمک ها ، قلياها و محدوده وسيعي از محيط ها و مواد شيميايي خورنده که بر آلومينيم و فولاد گالوانيزه اثرات شديدي دارند ، مقاومند . حتي محصولات آلومينيمي يا فولادي پوشش داده شده نيز ممکن است به علت خراش هاي کوچک ايجاد شده حين نصب يا پس از آن ، در معرض آسيب باشند .
اين محصولات در مقايسه با فولاد يا آلومينيم ، داراي نسبت استحکام به وزن بسيار بالايي هستند درحالي که يکپارچگي سازه اي مشابهي با آنها دارند .

پروفيل هاي کامپوزيتي پالترود شده که در اين سيستم ها به کارگرفته مي شوند داراي وزن مخصوصي حدود يک چهارم فولاد و يک سوم آلومينيم هستند که اين امر حمل و نقل و برپا کردن آن ها را تسهيل مي کند . برخلاف فولاد زنگ نزن اين قطعات را مي توان در محل و با وسايل دستي بريد و سوراخ کرد . از آنجاييکه سيني و نردبان هاي اين سيستم نارسانا هستند ، از بابت انتقال برق به سيستم حمل کابل از کابل هاي آسيب ديده هيچ نگراني وجود ندارد . علاوه بر آن احتياجي به جلوگيري از خوردگي الکتروليتي در شرايط ويژه نيست . ويژگي هاي نارسانايي و مغناطيسي نبودن به معني سيستم حمل کابل ايمن ترند .

در بزرگترين پروژه مهندسي انجام شده با سرمايه خصوصي – تونلي که بريتانيا را به اروپا متصل مي کند – بيش از 63/3 هزارتن FRP پالترود شده ، 1260کيلومتر کابل الکتريکي و فيبر نوري را بر روي خود نگه داشته اند . اين کابل ها ، روشنايي ، تهويه و ارتباطات درون تونل را کنترل مي کنند . کابل هاي 25 کيلو ولتي تأمين کننده انرژي قطارها نيز با اين کامپوزيت هاي پالترود شده حمل مي شوند . اين محصولات با شرايط زير سازگارند :

• محدوده دمايي 5 تا 40 درجه سانتي گراد
• رطوبت 100 درجه
• سرعت باد km/h 359
• پاشش مداوم آب نمک و حتي غوطه وري در آن
• نصب آسان

• حداقل تعميرات
• هزينه کلي کمينه
• مقاومت در برابر بارگذاري استاتيک کابل ها

بازوهاي عرضي کامپوزيتي
هر تير انتقال برق فشار متوسط ( 20 و 33 کيلوولت ) از سه قسمت اصلي يعني تير ، بازوهاي عرضي و مقره ها تشکيل شده است . بازو هاي عرضي معمولا ً از جنس فولاد ساخته مي شوند . با اين وجود در بعضي از کشورها نظير آمريکا ، استراليا ، کانادا و بخشهايي از اروپا اين محصولات از مواد کامپوزيتي ساخته مي شوند . به کارگيري بازوهاي عرضي کامپوزيتي به جاي نمونه فلزي داراي برتري هايي است ؛ از جمله :

• کاهش وزن : سنگيني وزن بازوهاي عرضي فلزي ( حدود 20 کيلوگرم ) يکي از مشکلات شرکتهاي انتقال و توزيع برق است . در مناطقي که به دلايل گوناگون از جمله ناهمواري سطح زمين ، امکان استفاده از ماشين هاي بالابر در آن ها وجود ندارد ، حمل بازوهاي عرضي فلزي تا بالاي تير بسيار سخت و خطرناک است ؛ درصورتي که کامپوزيت ها وزن نسبتا ً کمي دارند و حمل آنها آسان است .

• مقاومت در برابر خوردگي : بازوهاي عرضي فلزي در آب و هواي مرطوب و خورنده ، عمر نسبتا ً کمي دارند . يکي از برتري هاي مواد کامپوزيت ، مقاومت بسيار مناسب آنها در برابر خوردگي است که اين مواد را براي اين مناطق مطلوب مي سازد .
• نارسانايي الکتريکي : کامپوزيت ها را مي توان به صورت موادي عايق طراحي کرده و ساخت . اين ويژگي خطر برق گرفتگي و اتصال کوتاه را کاهش مي دهد . شايد بتوان با به کارگيري بازوهاي عرضي کامپوزيتي از کاربرد مقره هاي حامل کابل – که در واقع نقش عايق را بين کابل و پروفيل بازي مي کنند – جلوگيري کرد .

• زيبايي : در ساخت بازوهاي عرضي فلزي هميشه محدوديت هايي وجود دارد که طراح را مجبور به استفاده از قطعات استاندارد نبشي مي کند . با به کارگيري کامپوزيت ها مي توان به سراغ طرح هايي رفت که علاوه بر بهينه بودن ، زيبا نيز باشند .
• عمر بيشتر : عمر بازو هاي عرضي کامپوزيتي حدود سه برابر طول عمر نمونه فلزي است . به دليل عمر بيشتر و عدم نياز به تعويض و تعمير در کامپوزيت ها ، هزينه هاي تعويض و نگهداري حذف خواهند شد .

• کاهش تداخلات امواج راديويي : امواج راديويي بدون هرگونه انحراف و شکست از کامپوزيت ها عبور مي کنند .
• کاهش افت توان خط : به کارگيري بازوهاي عرضي کامپوزيتي از نشت جريان الکتريکي از خط به سمت پايه ها تا حدودي جلوگيري مي کند و به اين ترتيب ميزان افت توان خط کاهش خواهد يافت .
علاوه بر موارد فوق با به کارگيري بازوهاي عرضي کامپوزيتي مي توان از طرح هايي استفاده کرد که يکپارچه بوده و نيازي به سوار کردن قطعات برروي هم نباشد .

تيرهاي کامپوزيتي
به کارگيري تيرهاي کامپوزيت FRP ، موضوع جديدي در خدمات برق رساني نيست ، با اين وجود تيرهاي انتقال برق FRP پالترود شده 21 تا 24 متري داستان ديگري است . تيرهاي FRP با يک سوم وزن تيرهاي چوبي ، نضف وزن تيرهاي فولادي و تنها يک دهم وزن تيرهاي بتني ، انتخاب بسيار جذابي براي اغلب شرکتهاي خدماتي برق رساني هستند .

شرکت آمريکايي بريستول تنسي الکتريک سيستم BTES به تازگي 144 تير FRP را در دو خط انتقال نصب کرده است . شرکت استرانگ ول Strongwell Corp واقع در ايالت ويرجينيا اين تيرهاي FRP پالترود شده SE 28 را با بيشترين ظرفيت ممان اينرسي در مقطع پاييني طراحي و براي جايگزيني تيرهاي چوبي ، فولادي و بتني در خطوط انتقال برق توليد کرده است . شرکت هاي خدمات برق

رساني در حال کشف برتري هاي تيرهاي SE 28 ، نسبت به تيرهاي ساخته شده از مواد سنتي هستند . تيرهاي SE 28 شرکت استرانگ ول ، سبک ، محکم و داراي ويژگي هاي هدايتي خيلي کمي هستند . اين تيرها همچنين در برابر خوردگي ، پوسيدگي ، پرتوهاي فرابنفش ، نفوذ آب ، حشرات و دارکوب ها مقاومت بسيار بالايي دارند .

به عقيده دکتر مايکل برودر ، مدير عامل شرکت BTES ، تيرهاي کامپوزيتي SE 28 ، در مقايسه با تيرهاي چوبي ، با گذشت زمان استحکامشان را از دست نمي دهند و تقريبا ً به هيچ گونه ترميم و تعميري احتياج ندارند . او هم چنين به ويژگي هاي الکتريکي تيرهاي FRP و تحمل ضربه و بار ناشي از بادهاي شديد توسط آن ها اشاره مي کند .


منبع: فصلنامه كامپوزيت ( شماره 12 )

خوردگي از 8 روش مي تواند به سطوح فلزي حمله کند . هشت دليل موجه براي به کارگيري کامپوزيت ها در سازه هاي نظامي و غيرنظامي . اين 8 روش عبارتند از :

حمله يکنواخت Uniform Attack

در اين نوع خوردگي که متداول ترين نوع خوردگي محسوب مي شود ، خوردگي به صورتي يکنواخت به سطح فلز حمله مي کند و به اين ترتيب نرخ آن از طريق آزمايش قابل پيش بيني است .

خوردگي گالوانيک Galvanic Corrosion

اين نوع خوردگي وقتي رخ مي دهد که دو فلز يا آلياژ متفاوت ( يا دو ماده متفاوت ديگر همانند الياف کربن و فلز ) در حضور يک ذره خورنده با يکديگر تماس پيدا کنند . در منطقه تماس ، فرايندي الکترو شيميايي به وقوع مي پيوندد که در آن ماده اي به عنوان کاتد عمل کرده و ماده ديگر آند مي شود . در اين فرآيند کاتد در برابر اکسيداسيون محافظت شده و آند اکسيد مي شود .

خوردگي شکافي Crevice Corrosion
اين ساز و کار وقتي رخ مي دهد که يک ذره خورنده در فاصله اي باريک ، بين دو جزء گير کند . با پيشرفت واکنش ، غلظت عامل خورنده افزايش مي يابد . بنابراين واکنش با نرخ فزاينده اي پيشروي مي کند.


آبشويي ترجيحي Selective Leaching
اين نوع خوردگي انتخابي وقتي رخ مي دهد که عنصري از يک آلياژ جامد از طريق يک فرآيند خوردگي ترجيحي و عموما ً با قرار گرفتن آلياژ در معرض اسيدهاي آبي خورده مي شود . متداول ترين مثال جدا شدن روي از آلياژ برنج است . ولي آلومينيوم ، آهن ، کبالت و زيرکونيم نيز اين قابليت را دارند .

خوردگي درون دانه اي Intergranular Corrosion
اين نوع خوردگي وقتي رخ مي دهد که مرز دانه ها در يک فلز پلي کريستال به صورت ترجيحي مورد حمله قرار مي گيرد . چندين عامل مي توانند آلياژي مثل فولاد زنگ نزن آستنيتي را مستعد اين نوع خوردگي سازند . از جمله حضور ناخالصي ها و غني بودن يا تهي بودن مرزدانه از يکي از عناصر آلياژي .


خوردگي حفره اي Pitting Corrosion
اين نوع خوردگي تقريبا ً هميشه به وسيله يون هاي کلر و کلريد ايجاد مي شود و به ويژه براي فولاد ضد زنگ بسيار مخرب است ؛ چون در اين خوردگي ، سازه با چند درصد کاهش وزن نسبت به وزن واقعي اش ، به راحتي دچار شکست مي شود . معمولا ً عمق اين حفرات برابر يا بيشتر از قطر آنهاست و با رشد حفرات ، ماده سوراخ مي شود .

خوردگي فرسايشي Erosion Corrosion
اين نوع خوردگي وقتي رخ مي دهد که محيطي نسبت به يک محيط ثابت ديگر حرکت کند ( به عنوان نمونه مايع يا دوغابي که درون يک لوله جريان دارد ) يک پديده مرتبط با اين گونه خوردگي ، سايش Fretting است که هنگام تماس دو ماده با يکديگر و حرکت نسبي آنها از جمله ارتعاش به وجود مي آيد . اين عمل مي تواند پوشش هاي ضد خوردگي را از بين برده و باعث آغاز خوردگي شود .


خوردگي تنشي Stress Corrosion
اين نوع خوردگي وقتي رخ مي دهد که ماده اي تحت تنش کششي در معرض يک محيط خورنده قرار گيرد . ترکيب اين عوامل با هم ، ترک هايي را در جزء تحت تنش آغاز مي کند .

جايزه بهترين طراحي براي کلاه ايمني شركت DXL
دو شرکت صاحب نام صنعت کامپوزيت با تشريک مساعي کارکنانشان موفق شدند جايزه اول طراحي را که توسط مجله "Business Week " ارائه ميشود برنده شوند. در مسابقه امسال بيشتر از1500 طرح از اقصا نقاط دنيا شرکت داشتند.

نام طرح مورد بحث "کلاه ايمني DXL " ميباشد که عصاره يک طراحي ابداعي ويک کار خوب مهندسي است. در طراحي اين کلاه صفحات محافظت کننده کامپوزيتي ونيز سيستم تنظيم "Reel Fit " اين شرکت ( که يک اختراع ثبت شده است ) دست بدست هم ميدهند تا اطمينان حاصل شود که اين کلاه به شکل هر سَري قالب گيري شود.
لايه بيروني از الياف کربن"Carbon Fiber "ساخته ميشود که داراي مقاومت بالائي است و پانل هاي جانبي به منظور داشتن دوام بالا وضربه پذيري از پلاستيک هاي تزريقي مخصوص ساخته ميشوند. حبابهاي هواي قابل تنظيم در داخل اين کلاه سبب راحتي بيشتر آن ميشود. در حقيقت با استفاده از اجناس مقاوم ودر عين حال سبک ضمن افزايش ايمني اين کلاه وزن آنرا در مقايسه با کلاههاي مشابه در بازار حدود 30 درصد کم کرده اند.
قطعات کلاه ايمني بگونه اي طراحي شده است که ضمن راحتي کامل سَر پوشنده ماکزيمم ايمني شخص را نيز شامل شود و در عين حال ظاهري قشنگ و شيک دارد.

تارعنکبوت
تارعنکبوت ، قوي ترين الياف موجود در جهان
براساس مجموعه مقالات چاپ شده توسط آکادمي ملي علوم آمريکا ، پژوهشگران دانشگاه کاليفرنيا و ارتش ايالات متحده در مطالعه تار عنکبوت به پيشرفت هايي دست يافته اند . پروتئيني که عنکبوت را قادر مي سازد خود را آويزان کند و هم چنين به شکار طعمه کمک مي کند نظر دانشمندان را به خود جلب کرده است . ملکول هاي اين پروتئين بسيار کشسان و قوي هستند و به گونه اي طراحي شده اند که بتوان آن ها را کشيد . تار عنکبوت را مي توان تا سي الي پنجاه درصد طول اوليه اش بدون پاره شدن کشيد . اين ماده از فولاد محکم تر و از نظر استحکام با الياف کولار قابل مقايسه است .

برمبناي مجموعه مقالات چاپ شده ، شمار نوشتارهاي علمي درزمينه تارعنکبوت در دهه گذشته افزايش قابل توجهي داشته است . اين افزايش به علت ويژگي هاي مکانيکي شگفت انگيز تارعنکبوت است . علاقه به تارعنکبوت در حالي است که مواد زيستي و بيوميمتيک دوزمينه بسيار قابل توجه و روبه روشد درزمينه پژوهش هاي مواد است .

دليل توجه ارتش ايالات متحده به اين ماده استفاده از آن در ساخت جليقه هاي ضد گلوله و محافظ هاست . هدف عمده پژوهش هاي دانشگاه کاليفرنيا ، درک چگونگي چين خوردن اين پروتئين و سازماندهي رشته تار عنکبوت است . پژوهشگران با استفاده از روش ميکروسکوپ نيروي اتمي و يک کشنده مولکولي با تصويربرداري و کشش اين پروتئين به سرنخ هايي دست يافته اند

. اين مشاهدات به پژوهشگران کمک مي کند تا آن چه را هنگام تشکيل تارعنکبوت در غده تراوش تارعنکبوت رخ مي دهد ، شبيه سازي کنند . آن ها دريافته اند که وقتي پروتئين باز مي شود به صورت تکه تکه است . درضمن اين پروتئين داراي پيوندهايي است که هنگام افزايش بار، باز شده و تغيير شکل مي دهند ، اين امر از الگويي پيروي مي کند که درديگر پروتئين هاي تحت بار کشف شده است .

تارعنکبوت داراي بخش هاي کريستالي و بخش هاي شبه لاستيکي کشساني است . پژوهشگران دريافته اند که مولکولهاي منفرد داراي هردوبخش هستند .


خلق مواد برتر با تقليد از عنکبوت
پژوهشگران دانشگاه کاليفرنيا در لس آنجلس ( UCLA ) براين باورند که با مطالعه توانمندي عنکبوت ها در تنيدن تار مي توان به راز توليد مواد قوي تر و بهتر پي برد . بنابراظهار نظر توماس هان ، استاد دانشگاه مکانيک و هوا فضا دانشگاه کاليفرنيا و فرانک کو استاد دانشگاه در کسل ، مهندسان مي توانند با تقليد از قدرت عنکبوت در تنيدن تار ، فرايند طراحي مواد را بهبود بخشند . به اين ترتيب آن ها مي توانند کارآيي محصولات گوناگوني را از راکت تنيس گرفته تا بمب افکن استليث بهبود بخشند . آزمايش هاي انجام شده توسط پرفسور کو نشان مي دهند که تار عنکبوت در برابر تغيير خواص ، فوق العاده مقاوم است و مي توان آن را در هوا يا زير آب تنيد .

الياف تار عنکبوت و ظرافت آن – قطري در حدود 02/0 ميکرون – برتري هاي فراواني دارند . ويژگي هاي ذاتي تارعنکبوت براي مهندسان که در حال طراحي مواد براي مشتريان و بازار صنعتي هستند ، بسيار جذاب است . پرفسور هان مي گويد : « به طور معمول مي توان موادي فوق العاده قوي ساخت ولي با اين کار چقرمگي کاهش مي يابد . هم چنين مي توان موادي با چقرمگي فوق العاده بالا ساخت ولي استحکام کاهش خواهد يافت . ترکيب اين دو ويژگي همان گونه که در تار عنکبوت مشاهده مي شود ، هدف ماست . »

پرفسور کوکه سال هاست عمر خود را صرف مطالعه الياف عنکبوت کرده است ، در ژانويه 2002 به دوست و همکار قديمي خود پرفسور هان در UCLA پيوست تا چند پروژه پژوهشي را رهبري کند . اين پروژه ها تحت تأثير ويژگي هاي چشمگير تار عنکبوت تعريف شده اند .