وبلاگ

-1-1
برنــده جــایزه نوبــل فیزیــك در ســال 1965 و یكــی از مشــهورترین فیزیكــدانان دهــه 1 60 ریچــارد فــاینمن
میلادی كه ملقب به پـدر علـم نـانو تكنولـوژی اسـت، در سـال 1960 در همـایش جامعـه فیزیـك آمریكـا طـی
یك سـخنرانی، پـیشبینـی انقلابـی و جـذابی را بیـان نمـود. وی بیـان كـرد كـه فضـا زیـادی در پـایین وجـود
دارد. همین جمله پایه علم نانوتكنولوژیـك شـد. وی پیشـنهاد كـرد كـه مـیتـوان اتـمهـای مجـزا را دسـتكاری
كـــرد و مـــواد و ســـاختارهای كـــوچكی را تولیـــد نمـــود كـــه خـــواص متفـــاوتی دارنـــد. گرچـــه
پیشبینیهـای فـاینمن در بـین دانشـمندان هـم دورهاش از پـذیرش خـوبی برخـوردار نشـد، ولـی ایـن پـیش-
بینیها امروزه به حقیقت پیوسته است [1].
2 پیشوند نانو در اصل یك كلمه یونـانی اسـت. معـادل لاتـین ایـن كلمـه، دوآرف

اسـت كـه بـه معنـی كوتولـه و
كوتـاه قـد اسـت. ایـن پیشـوند در علـم مقیاسـها بـه معنـی یـك میلیـاردم اسـت. بنـابراین یـك نـانومتر، یـك
میلیاردم متر است.
به بیان ساده علم نـانو مطالعـه اصـول اولیـه مولكـولهـا و سـاختارهای بـا ابعـاد بـین 1 تـا 100 نـانومتر اسـت.
ایـن سـاختارها را نـانو سـاختار مـینـامیم. نـانوتكنولوژی، كـاربرد ایـن سـاختارها در دسـتگاههـای بـا انـدازه
نانومتری است. تعریف دیگری كه از نانو تكنولـوژی مـیتـوان ارایـه نمـود ایـن اسـت كـه نـانو تكنولـوژی شـكل
جدیدی از ساخت مواد به وسیله كنترل و دستكاری واحدهای ساختمانی
آنها در مقایس نانو میباشد. 3
شاید این سئوال در ذهن پدیـد آیـد كـه چـه چیـزی در علـم نـانو وجـود دارد كـه یـك تكنولـوژی بـر پایـه آن
4 بنا نهاده شده است. آنچه باعث ظهور نـانو تكنولـوژی شـده، نسـبت سـطح بـه حجـم بـالای نـانو مـواد
اسـت و
این خود باعث ایجـاد ناحیـه تمـاس بزرگـی بـا محـیط اطـراف مـیشـود. ایـن ویژگـی نـانو مـواد آنهـا را بـرای
استفاده در مواد كامپوزیت، واكنشهای شیمیایی، تهیه دارو و ذخیره انرژی ایدهآل میسازد.

:
پیشرفت الیاف محكم و سفت كربن و استفاده از آن در تقویت ساختارهای سبك وزن یكی از بهترین
دستاوردهای تكنولوژی در سالهای گذشته است و حجم تولیدات حاصل از آن دركاربردهای جدید
افزایش یافته است [۲]. لذا برای بهبود كارایی كامپوزیت نیاز به شناختن كلیه خواص الیاف می
باشد.كارایی كامپوزیت بستگی شدید به میزان چسبندگی بین الیاف و فاز پیوند دهنده دارد كه این
موضوع نیز به خواص سطح الیاف بر می گردد، بنابراین تعداد روشهای اصلاح سطح نیز متفاوت و رو به
افزایش است. كشف این موضوع كه اكسایش اصل دوده باعث تغییر در ماهیت سطح از حالت آبگریز به
آبدوست و نتیجاً افزایش چسبندگی به مواد پلیمری میشود خود عاملی برای ایجاد توانایی مشابه در

الیاف كربن شد كه متداولترین آن اكسایش سطح است.

اصلاح سطحی
پیشرفت الیاف محكم و سفت كربن و استفاده از آن در تقویت ساختارهای سبك وزن یكی از بهترین
دستاوردهای تكنولوژی در سالهای گذشته است و حجم تولیدات حاصل از آن دركاربردهای جدید
افزایش یافته است [۲]. لذا برای بهبود كارایی كامپوزیت نیاز به شناختن كلیه خواص الیاف می
باشد.كارایی كامپوزیت بستگی شدید به میزان چسبندگی بین الیاف و فاز پیوند دهنده دارد كه این
موضوع نیز به خواص سطح الیاف بر می گردد، بنابراین تعداد روشهای اصلاح سطح نیز متفاوت و رو به
افزایش است. كشف این موضوع كه اكسایش اصل دوده باعث تغییر در ماهیت سطح از حالت آبگریز به
آبدوست و نتیجاً افزایش چسبندگی به مواد پلیمری میشود خود عاملی برای ایجاد توانایی مشابه در
الیاف كربن شد كه متداولترین آن اكسایش سطح است.
بر حسب اكسایشی یا غیر اكسایشی بودن عملیات اصلاح موارد زیر مهم می باشد :
۱- انجام اصلاح در فاز گازی یا فاز مایع
۲- اصلاح در دمای نسبتا پایین (كمتر از ۱۵۰ درجه سانتی گراد) یا در دمای بسیار بالا به عنوان مثال
بیش از ۱۴۰۰ درجه سانتی گراد
۳-اصلاح از طریق روشهای شیمیایی والكتروشیمیایی یا دیگر روشها
۴-اینكه در اثر اصلاح بر وزن الیاف اضافه یا از وزن آن كاسته می شود
۲-۱- روشهای اصلاح سطحی
بر طبق یك تقسیم بندی اصلاح سطح بر حسب اكسایشی بودن به روشهای زیر تقسیم بندی میشود
[۳]. اكسایش در برخی دماها سبب تخریب الیاف و كاهش وزن و كاهش استحكام به وسیلهای ایجاد
حفره در سطح میشود.

نیاز روز افزون بشر به مواد با كیفیت و خواص مطلوب باعث شده كه توجه او به مواد پلیمری (كه تـا حـدود زیـادی در
رفـــع ایـــن نیـــاز موفـــق بـــوده انـــد) بیشـــتر شـــده و روز بـــه روز بـــر دامنـــه اســـتفاده از آنهـــا افـــزوده
می گردد. واضح است كه با افزایش مصرف ، هر روز بر تعداد پلیمرهای جدید افزوده شده به طوری كه آغاز تولد صنعت
پلیمر تاكنون پلیمرهای زیادی با خواص متنوعی منتشر شده اند . معهذا بعضی اوقات با توجه به نیازهای جدید صنعت
و بازار ، خواصی لازم است كه هیچ یك از پلیمرهای موجود به تنهایی جوابگوی خصوصیات نمی باشند
بطور كلی برای طراحی فرمول یك ماده پلیمری جدید با خواص مشخص لااقل چهار راه وجود دارد :
– ساخت منومرهای جدید
– استفاده از روشها و تكنیك های جدید پلیمریزاسیون
– ساخت كوپلیمرهای بلاك یا گرافت
– آلیاژ نمودن پلیمرهای موجود
در طی دو دهه اخیر مشخص گردیده است كه استفاده از آلیاژهای پلیمری معمولاً خیلی اقتصادی تر بوده و سـریعتر از
سایر روشها به نتیجه مطلوب می رسد . هم اكنون سالانه بـیش از 4500 ، اختـراع (Patent) و لااقـل 10 برابـر ایـن
تعداد مقالات علمی در این زمینه به چاپ می رسد و در حالیكه استفاده از پلیمرها در كامپوزیت ها و پلاستیك های پر

شده ، به حدود 29 درصد رسیده است ، استفاده از پلیمرهای خالص به كمتر از 50 درصد تقلیل یافته اسـت . در طـی
دهه 80 ساخت آلیاژها تكامل زیادی یافته و به عنوان مثال در سال 1987 حدود 60 تا 70 درصد پلی اولفین ها و 23
درصد سایر پلیمرها به صورت مخلوط های پلیمری فروخته شده اند . در طی دهه 80 رشد سالانة صنعت پلاسـتیك 2
تا 4 درصد بوده است در حالیكه رشد تولید آلیاژ 9 تا 11 درصد و رشد تولیـد و آلیاژهـای سـاخته شـده از پلیمرهـای
مهندسی در مدت مشابه به 13 تا 17 درصد رسیده است . این نرخ رشد هم اكنون نیز با سرعت زیادی ادامـه داشـته و
در هفته و حتی هر روز آلیاژهای جدید با خواص متنوع و مطلوب ساخته می شوند .
هدف
از لحاظ تاریخی اولین آمیزه ای كه از اختلاط دو پلیمر متفاوت بدست آمد، نوریل می باشد كه از اختلاط پلی فنیلن
اتر و پلی استایرن در سال 1960 توسط شركت جنرال الكتریك بدست آمد. در سال 1970 میلادی تكنولوژی مربوط
به آمیزه ها ی پلیمری در موقعیت مناسبی ، به عنوان حوزه وسیعی از تحقیق و توسعه در علوم پلیمر نائل شد. آلیاژها
و آمیزه های پلیمری از 30% وزنی مصارف پلیمر را دربر می گیرند و آهنگ رشدی برابر با 9 درصد در سال را دارا می
باشد و این نقش رو به ازدیاد است . با توجه به این موضوع كه هزینه تولید آمیزه های پلیمری نسبت به تولید مواد
پلیمری جدید بسیار پایین تر است روش آمیزه كاری یك تكنیك اقتصادی و مقرون به صرفه می باشد. دلایل زیر علت
این امر را مشخص می كنند:
1- افزایش كارائی پلیمرهای مهندسی از طریق رقیق كردن آنها با پلیمرهای ارزانتر
2- بدست آوردن آمیزه با كارائی بالا از طریق واكنش پلیمرها با یكدیگر
3- تنظیم اجزاء آمیزه جهت حصول خصوصیات مورد نظر مشتری
4- تهیه مواد با كلیه خواص مطلوب
5- بازاریابی پلاستیك های صنعتی و یا شهری
در حدود 65% از آمیزه ها و آلیاژهای پلیمری بتوسط سازندگان رزین ، 25% توسط كمپانی های آمیزه ساز و بقیه
توسط واسط های این صنعت تولید می شوند.

:
در طبقه بندی مواد پلیمری دسته ای از مواد تحت نام لاستیك جای میگیرند كه هم منشاً طبیعی دارند وهم
به صورت مصنوعی تولید می شوند؛ كه تولید آنها در حجم انبوه نشان از اهمیت این مواد دارد.لاستیك خام در
سطح جهان سالانه بالغ بر 25 میلیون تن تولید می شودكه حدود % 75 آن صرفاٌ در صنعت تایر سازی مورد
استفاده قرار می گیرد؛كه این میزان بطور طبیعی رشد سالانه خودرا در حد رشد صنعت خودرو به دنبال دارد.
اما آیا صنعت تایر نیز به صورت گسترده تحت تأثیر فناوری نانو قرار خواهد گرفت؟ در آینده با توجه به رشد
روزافزون نانو در عرصه الكترونیك، نور و… احتمالاً بتوان تمام مراحل تولید تایر را در ابعاد نانو مشاهده و
كنترل كرد. اما بازار امروز صنعت تایر نیز با جایگزینی مواد متداول با موادنانو ساختار میتواند از خواص و
مزیتهای آنها بهره گیرد. به عنوان مثال شركت Goodyear پروژههایی را بر پایه فناوری نانو و با بهرهگیری از
روشهای مكانیكی و شیمیایی دنبال میكند كه هدف از آنها كنترل ساختار، خواص مكانیكی و پاسخ

الاستومرهای پخت شده به فركانسهای مختلف است.آنها در نظر دارند تقویت كنندگی و پخت را در ابعاد زیر
میكرون كنترل كرده و بهبود دهند تا كارآیی تایرها، هم با مواد جدید و هم با مواد سنتی، ارتقاء یابد. آنها مواد
بسیار جدید را نیز بررسی نمودهاند. آئروژلهای سیلیكاتی یكی از این مواد هستند. نانو ایروژلها از 98% هوا
(به صورت حبابهای نانو) در بستر سیلیكا ساخته شدهاند كه علاوه بر سبك بودن، مقاومت حرارتی بسیار
بالایی دارند. محققان دانشگاه میسوری
آمریكا ادعا كردهاند كه نانوآئروژل خاصی ساختهاند كه میتواند به
جای تایرهای لاستیكی استفاده شود. شركت Goodyer نیز از این نانو آئروژلها در ساخت تایر استفاده كرده،
نتایج تحقیق خود را به صورت اختراع ثبت كرده است.و بالاخره یكی از بهترین این تحقیقات را شركت Cabot
صورت داده است. در سال 2003 شركت Cabot یك نمونه از پركنندههای نانو، تولید شركت nano products
با نام تجاری PüreNano را در تایر به كار برده است. استفاده از پركننده نانو سیلیكون كاربید منجر به بهبود
و كاهش 50 درصدی سایش شده است كه در نهایت منجر به تولید تایرهایی با 2 قابل توجه مقاومت لغزندگی
ایمنی بسیار بالا و طول عمر 2 برابر تایرهای متداول خواهدشد.

هدف
اخیراً آلیاژكردن دو یا چند ماده پلیمری جهت دستیابی به خواص مطلوبتر هم از لحاظ پژوهشی و هم از لحاظ
تجاری مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است.آلیاژهای پلیمری چه در حالت پخت شده و چه در
حالت پخت نشده خواص فیزیكی و فرآیند پذیری بهبود یافته ای از خود نشان می دهند.[1-3] پلیمرها در
اكثركاربردها بدون تقویت كننده استفاده میشوند.اما در آلیاژ NR/EPDM به منظور بهبود مدول،استحكام
كششی و پارگی و افزایش مقاومت سایشی از تقویت كننده استفاده میشود. اضافه كردن تقویت كننده به
پلیمر منجربه ایجاد رنج وسیعی از برهم كنش ها در فصل مشترك پلیمر/تقویت كننده میشود. ذرات تقویت
كننده كه در ماتریس پلیمری پراكنده میشوند خواص كامپوزیت را تحت تاثیر قرار میدهند. كربن و سیلیكا
تقویت كننده های متداولی هستند كه برای مواد لاستیكی بكار گرفته میشوند.كربن یك تقویت كننده مناسب
میباشد، زیرا برهم كنش خوبی با زنجیرهای رابری ایجاد میكند.اما در درصدهای بالا از این تقویت كننده
،فرآیند پذیری آمیزه لاستیكی به میزان زیادی كاهش می یابد.. یكی از مواد تقویت كننده كه كاربردهایی در
صنعت لاستیك پیدا كرده است و اكنون شركت های بزرگ لاستیك سازی از آن در محصولات خود استفاده
می كنند، ذرات نانومتری خاك رس است كه با افزودن آن به لاستیك خواص آن بطور قابل ملاحظه ای بهبود
پیدا می كند كه از جمله می توان به موارد زیر اشاره كرد :1) افزایش مقاومت لاستیك در برابر سایش،2)
افزایش استحكام مكانیكی،3) افزایش مقاومت گرمایی،4) كاهش قابلیت اشتعال،5) بهبود بخشیدن اعوجاج
گرما.

:
اصطلاح WPC یا کامپوزیت های چوب – پلاستیک بـه دو گـروه متفـاوت از مـواد مرکـب
اطلاق می شود. در گروه اول مونو مر در داخل چوب با روش های متداول اشباع چـوب تزریـق شـده و
پلیمریزاسیون مونومر با استفاده از روش های مختلف به انجام می رسد. مـاده حاصـل دارای ظـاهری
مانند چوب با دانسیته و ثبات ابعاد بیشتری بوده و خواص مکانیکی آن از چوب بهتر است .در گـروه
دوم اختلاط مذاب پلیمرهای گرمانرم و چوب که می تواند به صورت پودر یا الیاف کوتاه باشد در یک
سیستم اختلاط انجام می شود. ماده حاصل بیشتر شبیه پلاسـتیک بـوده و در گـروه پلاسـتیک هـای
تقویت شده طبقه بندی می شود. پلیمرهای پلی وینیـل کلرایـد،پلی اتـیلن و پلـی پـروپیلن و الیـاف
طبیعی نظیر پودر چوب، ک تان، کنف، باگاس، پوسته برنج و غیره در ساخت اینگونه مواد کـامپوزیتی
مورد استفاده قرار می گیرند. این دسته از مواد زمانی متولـد شـدند کـه بحـث بازیافـت کیـسه هـای

پلیاتیلن مطرح شد و گروهی از محققین به تولید کامپوزیتهای پلی اتیلن بازیافتی با چـوب اقـدام
نمودند. همچنین با توجه به محدودیت های ایجاد شده توسـط سـازمان محـیط زیـست جهـانی، در
ارتباط با کاهش قطع درختان و استفاده از منابعی با دوره تجدیدپذیری کوتاه، استفاده از محصولات
جانبی صنایع دیگر از جلمه کارخانه های چوب بری و تولید مبلمان مثل پودر چوب مورد توجـه قـرار
گرفت. پیش از آن خرده چوب های بازیافتی یا پودر چوب همراه با چـسب بـرای کاربردهـای خـاص
 مانند نئوپان یا نئوپان با دانسیته متوسط استفاده میگردید.
پیشینه تحقیق
ازجمله مزایای کامپوزیت های چوب پلاستیک میتوان به قیمت پایین، سفتی و مقاومت ویژه بـالا،
دانسیته پایین، تجدیدپذیری الیاف وتخریبپذیری کامپوزیت اشاره نمود [1،2].
کامپوزیت های چوب پلاستیک از الیاف سلولزی به عنوان پرکننده های تقویتی در ماتریس پلیمری
استفاده می کنند ، بنابراین تنش های وارده بر روی مواد کامپوزیتی از طریق فـصل مـشترك مـابین
ماتریس و الیاف به الیاف تقویتی، انتقال می یابد که سبب افزایش چقرمگی و استحکام می شود.این
در حالیستکه خواص مقاومتی پایین ،دانسیته و شـکنندگی بـالا از رسـیدن ایـن مـواد بـه پتانـسیل
عملکردی واقعیشان جلوگیری به عمل می آورد [3]. کمپانی های تولید کننده کامپوزیت های چوب
پلاستیک به پلاستیک به عنوان یک ماده مطلوب که دارای خواصی که چـوب فاقـد آن مـی باشـد ،
(برای مثال مقاومت در برابر رطوبت و حشرات ) نگاه می کنند . فرایند کاران پلاستیک به چـوب بـه
عنوان یک ماده در دسترس و پرکننده نسبتا ارزان که مـی توانـد باعـث کـاهش قیمـت محـصول ،
افزودن چقرمگی و سرعت اکستروژن در تولید پروفیل (چـون چـوب نـسبت بـه پلاسـتیک سـریعتر
خنک می شود ) می گردد ، نگاه می کنند .خواص مکانیکی مثل مقاومـت، سـختی، مقاومـت ضـربه،
دانسیته و رنگ مهمترین فاکتورهای مورد توجـه در کاربردهـای کامپوزیـت هـای چـوب پلاسـتیک
میباشد کاربردهای مختلف، خ واص و ویژگیهای مورد نیاز خود را میطلبد.