پلیمر و مواد ترکیبی
برای مدیریت مصرف مصالح ساختمانی، ابتدا لازم است برای افزایش اثربخشی ساختاری و همچنین یافتن مواد اولیه جدید و تولید مصالح ساختمانی از آنها بهتر استفاده شود. مهم ترین این مواد پلاستیک، لاستیک، مواد سلولزی، سرامیک و مواد کامپوزیت هستند. مواد کامپوزیت فلزی، پلیمری و سرامیکی موادی هستند که توسعه تکنیک های آینده را تضمین می کنند. در حال حاضر، این مواد به رفع مشکلات فنی کمک می کنند و نیاز به آنها در حال افزایش است. این مقاله به بررسی مواد غیر فلزی، مواد پلیمری، پلیمرهای مصنوعی، مواد کامپوزیت، مواد کامپوزیت پلیمری و خواص آنها، و تکستولیت ها می پردازد.
اخیراً تولید مصنوعی مواد به منظور پاسخگویی به تقاضای مواد ابداع شده است. مواد مصنوعی تولید شد تا جایگزین موادی مانند چوب، چرم، پشم، ابریشم، شیشه و لاستیک شود. فرآورده های نفتی و فرآورده های پالایشی گاز به عنوان مواد خام عمل می کنند. مواد غیرفلزی با توجه به منشأیی که دارند، به دو دسته مواد طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند. فرآیند تشکیل ترکیبات شیمیایی ساده یا ترکیبات پیچیده از عناصر منحصر به فرد "سنتز" نامیده می شود. پلیمرهای مصنوعی اجسام پیچیده ای هستند که تشکیل آنها بر پایه یک دانش عمیق از ساختار مولکولی پلیمرهای طبیعی و خواص واکنشی عناصر تشکیل دهنده آن صورت می گیرد. پلیمرهای مصنوعی نیز با اصلاح پلیمرهای طبیعی به دست می آیند. به عنوان مثال، با روش نیتراسیون سلولز یک پلیمر مصنوعی به نام نیتروسلولز به دست می آید. مواد پلیمری در اثر دما خواص خود را تغییر می دهند و به پلیمرهای ترمواکتیو و ترموپلاستیک تقسیم می شوند. پلیمرها به عنوان یک ماده ساختمانی مستقل یا یک ماده کامپوزیت در ترکیب با سایر مواد، و همچنین لاک، پرده، الیاف، رنگ و چسب کاربرد دارند. در حال حاضر، پرمصرف ترین مواد پلیمری عبارتند از پلی اولیفین ها، پلی وینیل کلریدها، پلی آمیدها، پلی استات ها، فلوئوروپلاست ها، پلی کربنات ها، پلی یورتان ها، فنل فرمالدئید، اپوکسی، پلی استر، ترکیبات آلی سیلیکون و رزین های پلی آمید. جسم پیچیده متشکل از مخلوطی از فازهای نرم و سخت یکنواخت و دارای استحکام را "ماده کامپوزیت" می گویند. به زبان ساده، اجسام چند جزئی از موادی مانند ترکیبات مختلف گرانیت و سیلیکون تشکیل می شوند. سازه های بتن مسلح را می توان به عنوان نمونه هایی از مواد کامپوزیت مدرن نام برد. پلاستیک های شیشه ای تهیه شده با افزودن الیاف شیشه ای پلیمری نیز نمونه هایی از این مواد هستند. در سال‌های اخیر، مواد کامپوزیت پلیمری و فلزی زیادی تولید شده است. جزئی که یکپارچگی مواد کامپوزیت را فراهم می کند "جزء اتصال" (ماتریس) نامیده می شود. قرار دادن سایر اجزاء (اتصالات، فیلرها و غیره) در این ماتریس ممکن است از یک الگوی هندسی خاص تبعیت کند یا نه. بین ماتریس و اینسرت ها یک لایه نازک خاص وجود دارد که سطح جداسازی را مشخص می کند.
در مواد کامپوزیتی پلیمری (PKM)، بایندرهای پلیمری به عنوان ماتریسی که همه اجزاء تشکیل دهنده یک کل واحد را ترکیب می کند استفاده می شود. پلاستیک ها نمونه هایی از PKM هستند. در تشکیل پلاستیک، پلیمر به انعطاف پذیری یا کشسانی بالا می رسد؛ سپس مواد افزودنی با روش فناوری خاص، پس از سرد شدن (در حالت جامد) پایه در حالت کریستال شیشه ای افزوده می شوند. امروزه، PKM ها با خواص بسیار عالی مانند استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، خواص مغناطیسی و الکتریکی کنترل شده کمتر از مصالح ساختمانی فولادی و چدن معمولی نیستند. PKM ها حتی در دمای 400-200 درجه سانتیگراد عملکرد خود را حفظ می کنند. در آینده، چنین موادی را می توان به طور گسترده در صنایع خودروسازی، کشتی و هواپیما سازی به کار برد. مواد کامپوزیتی همچنین می توانند ارتعاشات مکانیکی در ماشین آلات را متوقف یا کاهش دهند. علاوه براین، آنها را می توان هم به عنوان ماتریس و هم به عنوان افزودنی استفاده کرد. چسبندگی ماتریس به بدنه فیلر را نمی توان به صورت مکانیکی تشکیل داد. از آنجا که ماکرومولکول های پلیمری باند کووالانسی بسیار قوی دارند و فیلرها هم در یک پیوند فلزی یا یونی هستند، ایجاد یک پیوند شیمیایی قوی بین ماتریس و عناصر فیلر دشوار است. بنابراین، از یک لایه فیلم نازک برای ایجاد چسبندگی بین فیلر و ماتریس استفاده می شود. در صورتی که اثر نیروی خارجی متناسب با قدرت ماتریس و فیلر (یا متناسب با مدول الاستیک) باشد، استحکام افزایش خواهد یافت. برای انجام این کار، مقدار تغییر شکل طولی قالب باید بزرگ تر یا مساوی با مقدار تغییر شکل فیلر (آرماتور) باشد. معمولا در اکثر شرکت های تولیدی، تولید محصولات PKM در ارتباط با تکنولوژی دستیابی به این مواد صورت می گیرد. در حال حاضر، پلاستیک های ترموست کاربرد فراوانی در چرخه تولید دارند. از رزین هایی مانند فنولوفرمالدئید، ارگانوسیلیکن، اپوکسی، پلی استرها و اصلاح کننده های مختلف به عنوان بایندر استفاده می شود. از این میان، پلاستیک های با استحکام بالا را به دلیل چسبندگی قوی رزین های اپوکسی به فیلر بهترین گزینه هستند. پلاستیک های حاوی بایندر آلی سیلیکونی، فنوفرمالدئید و بایندرهای پلی آمید به ترتیب دارای مقاومت دمایی 260 تا 370، 260 و 350-280 درجه سانتی گراد هستند که گرمایش آنها را تا مدت طولانی حفظ می کند. یکی از خواص رزین های پلی استر و اپوکسی این است که نه تنها در دماهای بالا بلکه در شرایط معمولی نیز بدون جداسازی مواد افزودنی و تشکیل رسوب سخت می شوند. پلاستیک های لمینتی مواد مناسبی برای سازه های بادوام هستند. بین فیلرهای لایه نازک، ماده ای با خاصیت ناهمسانگرد از طریق عناصر اتصال تشکیل می شود. چنین موادی به شکل ورق، لوله، صفحات تولید می شوند. با توجه به جزئیات مختلف، این محصولات با پردازش مکانیکی ساخته می شوند.
فیبر Getinax از کاغذهای مختلف آغشته به فنل اصلاح شده، رزین های آنیلینو فرمالدئید و اوره تولید می شود. فیبر Getinax یک ماده مهم در صنعت برق است. برخی گونه ها دارای کاربرد تزئینی نیز هستند. این ماده خواص خود را تا 140-120 درجه سانتیگراد حفظ می کند و همچنین در برابر مواد شیمیایی، مخلوط های مایع و مواد غذایی مقاوم است. از جتیناکس به عنوان یک پوشش تزئینی در ساخت کابین هواپیما، واگن های ریلی و کابین کشتی استفاده می شود. تکستولیت ها (رزین های بایندر-ترموست، فیلرها-ضایعات کاغذی و پارچه ای) نیز مواد لایه ای هستند که نقش مهمی در صنعت دارند. آنها مقاومت بالایی در برابر ترک خوردگی داشته و بارهای ارتعاشی را خاموش می کنند. با توجه به نحوه استفاده از آنها، انواع مختلفی از تکستولیت من جمله ساختاری، الکتریکی، انعطاف پذیر و هرمتیک وجود دارد. از آنها برای افزایش نویزلس چرخ دنده های کوچک و بزرگ، و قطعات قابل تعویض بلبرینگ استفاده می شود. آنها 15 تا 10 برابر بیشتر از نمونه های برنز کار می کنند و سطح دمایی برای آنها نباید از 80 تا 90 درجه سانتیگراد تجاوز کند. تکستولیت های ساختاری در ماشین های لباسشویی، پمپ های سانتریفیوژی و توربین ها استفاده می شوند. همچنین اسلب ها یا تخته های فشرده متشکل از خرده چوب (یا پودر) و فنولوفرمالدئید به عنوان DSP شناخته می شوند که دارای خواص فیزیکی و مکانیکی بالایی هستند. این مواد کاربرد گسترده ای در صنعت ساخت و ساز و ماشین آلات دارند. به عنوان مثال، یک چرخ دنده ساخته شده از DSP در مقایسه با نمونه فولادی مقاوت بیشتری در برابر نویز دارد و بلبرینگ ساخته شده از DSP نیز آثار خوردگی عمیق روی فلز باقی نمی گذارد.
