:
پلی الفین ها ، پلیمرهای مناسب و ارزان قیمتی هستند كه خواص مناسبی دارا می باشـند ولـیكن تعـداد
آنها اندك بوده و خواص مكانیكی مناسبی ندارند لذا به منظور تقویت خواص آنها تدابیری توسط محققین
اندیشیده شده است كه شامل تقویت، كوپلیمریزاسیون و آلیاژسازی مـیباشـد. روش كوپلیمریزاسـیون بـا
موفقیت انجام گرفت، اما از لحاظ مسایل اقتصادی، تولید كوپلیمرهای جدید با مشكل روبرو بود. لذا روش
دیگر كه برای بهبود خواص مواد پلیمری مورد توجه قرار گرفت، اختلاط دو یا چند پلیمر و سـاخت آلیـاژ
پلیمری میباشد. آلیاژسازی شامل اختلاط عمدتاً فیزیكی دو یا چند پلیمر با یكدیگر میباشـد كـه در اثـر
این اختلاط خواص آلیاژ نسبه به پلیمرهای اولیه بهتر مـی باشـد. امـروزه آلیاژهـای پلیمـری %16 از كـل
مصرف پلیمرها را تشكیل میدهد. نرخ رشد متوسط مصرف آلیاژهای پلیمری دو برابر نـرخ رشـد مصـرف
پلیمرهای معمولی است و حتّی برای آلیاژهای پلیمری مهندسی با كارآیی بالا، این رقم به سـه برابـر هـم
میرسد. بطور كلی مهمترین دلایل اصلی آلیاژسازی پلیمرها كه جنبه اقتصادی دارند عبارتند از:
1- كاهش قیمت تمام شده محصول از طریق اختلاط آن با یك پلیمر ارزان قیمت
2- تهیه و تولید موادی با كلیه خواص مورد نظر
3- تولید مواد با كارآیی بالا از طریق تولید پلیمرهایی كه بر هم كنش هم افزا (Synergistic) دارند.
4- استفاده مجدد و بازیافت مواد پلیمری
5- تنظیم تركیب و خواص آلیاژ براساس نیاز مشتری
با استفاده از فرآیند آلیاژسازی به پلیمرهای دست یافته شده است كه دامنه خواص وسیعی دارنـد كـه مـی
توان بعضا از انها در كاربردهای مهندسی هم استفاده نمود. پلی پـروپیلن و پلـی اتـیلن پركـاربردترین پلـی
الفین ها هستند كه با آلیاژسازی مـی تـوان در صـنایع مختلـف از آنهـا اسـتفاده نمـود. پیشـرفت علمـی و
اقتصادی در زمینه آلیاژهای پلیمری طی دو دهه اخیر بسیار زیاد بوده است. علت این امـر در آن اسـت كـه
اولاً پلیمرهای موجود هیچ گاه تمامی خواص مورد نظر را در خود ندارنـد و همـواره در كنـار مزایـای آنهـا،
معایبی نیز وجود دارد، ثانیاً مولكولهای جدید پلیمری همواره نیاز به مواد جدید با خواص معـین را بـرآورد
نمیسازند. همچنین اختلاط مواد موجود میتواند سریعتر و اقتصادیتر از تولید یك مونومر جدید باشد.
بدلیل همین جذابیت ها است كه 97% مقالات در دهه اخیر به بحث در مورد آلیاژهـا مـی پـردازد.ایـن امـر
نشان دهنده عمق فواید آلیاژسازی و مزایای گسترده آن دارد.در ادامه به روش هـای مختلـف آلیاژسـازی و
پارامترهای تاثیر گذار در این حوزه می پردازیم.
علوم و تکنولوژی پلیمرها طی چند دهه اخیر گسترش و توسعه یافته اسـت. ایـن توسـعه ابتـدا فقـط
محدود به تولید مونومرهای جدید بود، اما با پیشرفت تکنولوژی در زمینههای متفاوت، موارد کاربردی
زیادی حاصل شد بطوریکه پلیمرهای تولید شده هیچکدام به تنهایی قابلیت کاربردی لازم را نداشتند.
همچنین تولید مونومرهای جدید مستلزم کار آزمایشگاهی و تحقیقاتی طـولانی و طراحـی روشهـای
تولید صنعتی جدید میباشد، که فرایندی بسیار وقتگیر و هزینهبر میباشد. روشهای دیگری کـه در
این زمینه مطرح گردید شامل تقویت، کوپلیمریزاسیون و آلیاژسازی میباشد. روش کوپلیمریزاسیون با
موفقیت انجام گرفت، اما از لحاظ مسایل اقتصادی، تولید کوپلیمرهای جدید با مشکل روبرو بـود. لـذا
روش دیگر که برای بهبود خواص مواد پلیمری مورد توجه قرار گرفـت، اخـتلاط دو یـا چنـد پلیمـر و
ساخت آلیاژ پلیمری میباشد. آلیاژسازی شامل اختلاط عمدتاً فیزیکی دو یـا چنـد پلیمـر بـا یکـدیگر
میباشد که در اثر این اختلاط خواص ویژهای از آلیاژ حاصل بهبود مییابد.به عنـوان مثـال مـی تـوان
اختلاطPVCخالص با ذرات لاستیکی را ذکر کرد که در نتیجه آن آلیاژی چقرمه حاصـل مـی گـردد.
امروزه آلیاژهای پلیمری %16 از کل مصرف پلیمرها را تشکیل میدهد. بطـور کلـی مهمتـرین دلایـل
اصلی آلیاژسازی پلیمرها که جنبه اقتصادی دارند عبارتند از:
1- کاهش قیمت تمام شده محصول از طریق اختلاط آن با یک پلیمر ارزان قیمت
2- تهیه و تولید موادی با کلیه خواص مورد نظر
3- تولید مواد با کارآیی بالا از طریق تولید پلیمرهایی که بر هم کنش هم افزا (Synergistic) دارند.
4- استفاده مجدد و بازیافت مواد پلیمری
5- تنظیم ترکیب و خواص آلیاژ براساس نیاز مشتری
همانطوریكه میدانیم مبنای كار دستگاههای مكانیكی بر حركت نهاده شده است در این دستگاهها
مكانیزمهای متعددی برای تولید ، انتقال و تبدیل حركت وجود دارد . برای هر یك از موارد مذكور مكانیزمهای
ویژهای وجود دارد كه با لحاظ كردن شرایط كاری، صرفه اقصادی و منبع انرژی موجود برگزیده میشود.
موتورهای الكتریكی، موتورهای احتراق داخلی و توربینها از انواع تولید كنندههای حركت میباشند. اما برای
انتقال و تبدیل قدرت معمولاً از شفت، تسمه، زنجیر و چرخنده استفاده میشود كه چرخدنده ها و یا مجموعه آنها
كه گیربكس نامیده میشود از اهمیت خاصی برخوردار است بدلیل آنكه انتقال و تبدیل قدرت در آن كامل، بدون
لغزش, كم حجم و دارای قابلیت اطمینان بالائی است. لذا در دورها و گشتاورهای بالا به راحتی قابل استفاده
است.
از جمله موارد مصرف چرخدندهها میتوان از گیربكس و دیفرانسیل اتومبیل، تبدیل دور در توربینها گیربكس
آسانسور و دیگر ماشینآلات صنعتی نام برد.
از طرفی برای ساخت دستگاههای میكرومكانیكی مانند ساعت، ویدئو و دوربینهای ویدئوئی بكارگیری
چرخدندهها میكرومتری رایج شده است.
طراحی پیشرفته مكانیك، برای هر چه كوچكتر كردن چرخدندهها و گیربكس بدلیل نیاز اقتصادی صنایع به
صرفهجویی، در بكاربری مواد و هزینه تولید و ایجاد ارزش افزوده بیشتر در مقایسه با مصرف مواد اولیه، و نیز كم
حجمتر و سبكتر شدن قطعات مكانیكی بدلیل امكان استفاده از انرژی كمتر بمنظور مدنظر قرار دادن مسائل
زیست محیطی، كار برد روزافزونی رسیده است. تا چرخدندههای كوچك با دقت و دارای عمر مشخص تولید
گردد. بعبارتی در طراحی بهینه نه عمر بینهایت مطلوب است و نه عمر كوتاه بلكه عمر بهینه در محدوده زمان
مصرف دستگاه هدف طراحی امروزی میباشد. ایده قدیمی ساخت اتومبیلها و دستگاههای مكانیكی با عمرهای
طولانی جای خود را به خودروها و دستگاههای كوچك و جمع و جور امروزی داده كه عمر كمتر از ده سال دارند
و مصرف هر نوع موادی در این دستگاهها در حداقل ممكن است میباشد.
پیزو سرامیکها با وجود قابلیتهای بسیار زیاد و کاربردهای گسترده ای که دارنـد، ماننـد همـۀ مـواد
هوشمند معایبی هم دارند مثلا کرنش (مربوط به حرکت عملگر) که بوسیلۀ یک پیزو الکتریک معمـول
ایجاد میشود، عموما خیلی کوچک است. (در حد چند میکرون) و باید با بکار بـردن در یـک سـاختار
تقویت شود تا بتوان مقدار کار مناسبی را تولید نمودco- extrusion افـزایش مقـدار جابجـایی بـه
قیمت افزایش مقدار نیرو تمام میشود که در پیزو سرامیک به مقدار زیاد دیده میشود ولـی متاسـفانه
آنچه موجب تقویت مقدار جابجایی میشود همچنین موجب کاهش قابلیـت اطمینـان در عملگـر نیـز
خواهد شد. عموما برای ایجاد یک ساختار ، لایههای متصل به هم در عملگر ایجاد میکنیم که مستعد
ایجاد جدایی بین لایه ای (delamination)و نیز تمرکز تنش بالا در ماده است. این شرایط میتواند
موجب تخریب ناگهانی در وسیلۀ پیزو سرامیک شود که باعث میشود قطعـه از نظـر تجـاری مناسـب
نباشد. اگر چه همچنان کاربردهای تجاری زیادی هستند که از قابلیتهای پیزو سـرامیکهـا اسـتفاده
میکنند، محدودیتهای این مواد قابل حذف میباشد.
با اینکه حرکت و قابلیت اطمینان همچنان یـک مسـئله اساسـی اسـت، پیشـرفتهـایی کـه در پیـزو
سرامیکها و روشهای ساخت آنها ایجاد شده میتواند مشکلات بسیار را حل کند.
به عنوان مثال قابلیتهای پیزو سرامیکهایی با خواص تابعی یا مواد (Functionally graded piezoceramics)
بدلیل عدم وجود سطوح تمـاس در آن و گرادیـان
خواص پیوسته میتواند انقلابی در زمینۀ تولید پیزو سرامیکها محسوب میشود. زیـرا مشـکلات ذکـر
شده از نوع تمرکز تنش وایجاد جدایی در لایهها در آن اتفاق نمـی افتـد وقابلیـت اطمینـان مناسـبی
خواهد داشت. بنابراین میتواند در مصارف تجاری مورد استفاده قرار گیرد. این متن به توضیح این نوع
از پیزو سرامیکها و خواص و روش ایجاد گرادیان و فرآیند تولید مواد Functionally graded)
(FGP) piezoceramics)می پردازد.
تعداد صفحه :70
قیمت : شش هزار تومان
***
—-
پشتیبانی سایت :
**** serderehi@gmail.com
—-
پشتیبانی سایت :
* parsavahedi.t@gmail.com
در سالهای اخیر با رشد روزافزون و شتابان صنایع مختلف و پیشرفتهتر شدن دسـتگاههـای صـنعتی و توسـعه
موتورهای پرقدرت صنایع هوافضا، توربینها و راكتورها و دیگر ماشینها نیاز بـه مـوادی بـا مقاومـت حرارتـی بـالا و
مقاومتر از لحاظ مكانیكی احساس شده است. در سالهای قبل در صنایع هوافضـا از مـواد سـرامیكی خـالص جهـت
پوشش و روكش قطعات با درجه كاركرد بالا استفاده میشد. این مواد عایقهای بسـیار خـوبی بودنـد ولـی مقاومـت
زیادی در برابر تنشهای پسماند نداشتند. تنشهای پسماند در این مواد مشكلات زیادی از جمله ایجاد حفره و ترك
مینمود. بعدها برای رفع این مشكل از مواد كامپوزیت لایهای استفاده شد. تنشهای حرارتی در این مواد نیز موجـب
پدیده لایهلایه شدن میگردید. با توجه به این مشكلات طرح مادهای مركب كه هم مقاومت حرارتی و مكـانیكی بـالا
داشته و هم مشكل لایهلایه شدن نداشته باشد، ضرورت پیدا كرد.
FGMها مواد كامپوزیتی با ریزساختار ناهمگن میباشند، كه خواص مكانیكی آنها بطور ملایم و پیوسـته از یـك
سطح به سطح دیگر جسم تغییر میكند. نوع رایج آن تركیب پیوسـتهای از سـرامیك و فلـز مـیباشـد. ایـن مـواد از
اختلاط پودر فلز و سرامیك بدست میآیند. تغییر فلز و سرامیك از یك سطح به سطح دیگر كاملاً پیوسته میباشـد؛
به گونهای كه یك سطح از جنس سرامیك خالص و یك سطح، فلز خالص است. بین دو سطح، تركیب پیوسـتهای از
هر دو ماده میباشد. خواص مكانیكی نیز با توجه به نوع تركیب تغییـرات پیوسـتهای در جهـت ضـخامت دارد. مـاده
ساختاری سرامیك به علت ضریب انتقال حرارت كم و مقاومت زیاد در مقابل دما، درجات حرارت بسیار بالا را تحمل
كرده و ماده ساختاری فلز انعطافپذیری لازم را فراهم میكند. بهعلاوه، اختلاط سرامیك و فلز با تغییرات پیوسـته از
یك سطح تا سطح دیگر در یك سازه به آسانی قابلساختن میباشـد. بـه علـت تغییـرات پیوسـته خـواص مكـانیكی
مشكلات عدم پیوستگـی كه در سازههای كامپوزیت وجود دارد؛ در مواد FGM به وجود نمیآید. این مواد ابتدا بـرای
در سازههای مختلف تولید شدند. مزیـت اسـتفاده از ایـن مـواد، ایـن 1 ایجاد سپر حرارتی و پوششهای عایق حرارتی
است كه قادر به تحمل درجات حرارت بسیار بالا و اختلاف درجه حرارت بسیار بالا بوده و مقاوم در مقابل خوردگی و
سایش میباشند و همچنین مقاومت بالایی در مقابل شكست دارند. در حال حاضر از این مواد برای سازههایی كـه در
مقابل درجات حرارت بالا باید مقاوم باشند، استفاده میگردد. از نكات بسیار برجسته این مـواد، امكـان بهینـهسـازی
تغییرات تنش در آنها با تغییر مناسب پروفیل تغییـرات مـواد سـاختاری اسـت. تـا مـدتهـا افـزایش یكنـواختی در
ریزساختارها مورد توجه بود تا بدین وسیله خصوصیات ماده بهبـود یابـد. حـال آنكـه امـروزه مـواد FGM همـراه بـا
غیریكنواختیهای فضایی كه عمداً در آنها ایجاد میشود، محبوبیت زیادی در محیطهای با دمای بالا كسب نمودهاند.
این مواد با توجه به پیوستگی تركیب مواد تشكیلدهنده، دارای خواص مكانیكی مؤثرتری نسبت به مـواد كامپوزیـت
لایهای میباشد.
این مواد در ساخت صفحات و پوستههای مخازن، راكتورها و توربینها و دیگر اجزای ماشینهـا كـاربرد زیـادی
دارند، زیرا این قطعات آمادگی بالایی جهت واماندگی ناشی از كمانش حرارتـی دارنـد. از دیگـر مزایـای مـواد FGM
نسبت به مواد كامپوزیت لایهای، عدم گسستگی در محل اتصال لایهها میباشد؛ زیرا همانطور كه گفته شـد در مـواد
FGM تركیب سرامیك و فلز پیوسته میباشد.
