واحد فروش: 55377750 - 021
واتساپ: 5537775 - 0902
شنبه تا پنجشنبه از 9 الی 16
تاثیر کوارتز و سنگ مرمر بر عملکرد پلی یورتان
هدف از این مطالعه بررسی نقش کوارتز و سنگ مرمر بر عملکرد ذرات کامپوزیتهای پلی یورتان پرشده است. قبل از اختلاط، کوارتز و مرمر پودر شده و الک شدند تا اندازه به کمتر از 90 میکرومتر برسد. پلی یورتان (PU) از ایزوسیانات و پلیول به روش دو مرحله ای تولید شد که در آن ذرات سنگ مرمر و کوارتز در نسبت های از پیش تعیین شده ترکیب شدند. در اینجا به منظور بررسی رفتار فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی فوم پلی یورتان سخت بکر (RPUF) و RPUF حاوی سنگ مرمر و کوارتز با استفاده از تجهیزات تحلیلی مانند FTIR، XRF و SEM از 3 نسبت وزنی متفاوت استفاده شد. خواص مکانیکی نیز براساس استانداردهای ASTM، که در آن مقاومت فشاری و خمشی با استفاده از دستگاه تست جهانی مورد بررسی قرار گرفتند، ارزیابی شدند. به طور کلی، RPUF نوارهای هیدروکسیل را نشان می دهد در حالی که عناصر اصلی پرکننده کلسیم و سیلیکون هستند. باتوجه به نتایج به دست آمده مشخص شد که افزودن این پرکنندهها موجب بهبود خواص مکانیکی نمونه های پر شده می شود که در آنها مقاومت فشاری افزایش یافته است.
پلی یورتان (PU) از سنتز Wurtz در سال 1849 ساخته شد؛ پس از آن که گروه اوتو بایر PU را در سال 1937 کشف کرده و آن را Das DI-Isocganat-Poluadditions verfahren نامیدند. پلی یورتان از ترکیب گروه های ایزوسیانات با گروه های هیدروکسیل پلیول ساخته می شود. ابتدا، پلی یورتان یک ماده بی ارزش تصور می شد اما اکنون نقش مهمی در بسیاری از کاربردهای روزمره دارد و یکی از پرکاربردترین کلاس های پلیمری به شمار می رود. در سال 2018، پلی یورتان در بین کلاسهای پلیمری در رتبه ششم قرار گرفت؛ در 2019، حدود 25 میلیون تن تولید داشت و در 2021، متوسط مصرف جهانی آن 79 میلیارد دلار بود. با این حال، ارزش بازار پلی یورتان همیشه در نوسان است زیرا ماده اصلی تشکیل دهنده برای تولید پلی یورتان (پلیول ها و پلی ایزوسیانات) به قیمت جهانی نفت بستگی دارد. از همان ابتدای تولید پلی یورتان، به دلیل قالبگیری عالی در علم مهندسی اهمیت زیادی پیدا کرده است. همچنین مسیر ساده واکنش بین دی ایزوسیانات (دی فنیل ایزوسیانات) و پلی استر دیول( سیکلوآلکیل آمین/پلیول اتوکسیله) پلی یورتان را به پلیمر انتخابی در کاربردهایی مانند معماری، هوافضا، خودرو، عایق حرارتی، فوم، چسب ها، تصفیه فاضلاب، نظامی، فضا و زیست پزشکی تبدیل کرده است. درنتیجه با افزایش جمعیت جهان، سطح مصرف و ضایعات تولید نیز افزایش می یابد. پرمصرف ترین کلاس پلی یورتان فوم های پلی یورتان (PUF) هستند و سطوح بالای مصرف به بهبود پایداری، عایق حرارتی عالی، افزایش دوام و محبوبیت اقتصادی نیاز دارد. این بهبود با تغییر رابطه ترکیب-ریزساختار-ویژگی پلی یورتان با افزودن مواد افزودنی مختلف به دست می آید. غلظت و تنظیم دقیق چندین افزودنی در واکنش بین پلیولها، ایزوسیاناتها و عوامل دمنده تعیین کننده خواص نهایی پلی یورتان هستند. افزودنی ها شامل کاتالیزورها، سورفکتانت ها و بازدارنده های شعله می شوند. این مواد افزودنی مورد استفاده در تولید پلی یورتان شامل کاتالیزورها، عوامل دمنده و اتصال دهنده های عرضی است. افزودن یک کاتالیزور واکنش در شرایط دمای پایین را تسریع می کند و همچنین عوامل دمنده و سورفکتانت ها به تولید و کنترل ساختار سلولی فوم پلی یورتان کمک می کنند، در حالی که اتصال دهنده های متقاطع (بسط دهنده های زنجیره ای) خواص مکانیکی مانند استحکام کششی و سختی را با اصلاح ساختار RPUF بهبود می بخشند.
سایر افزودنی هایی که می توانند بر خواص RPUF تاثیر بگذارند عبارتند از نرم کننده هایی که سختی مواد را کاهش می دهند؛ پرکننده هایی که سفتی و استحکام کششی را بهبود می بخشند؛ و بازدارنده های شعله که واکنش به احتراق را کاهش می دهند. در زمینه زیست پزشکی، از پلی یورتان برای تولید تجهیزات پزشکی با خواص مکانیکی عالی و همسازگاری استفاده می شود. از دیگر خواص پلی یورتان می توان به چقرمگی عالی و مقاومت سایشی اشاره کرد که موجب می شود از آن در ساخت چرخ های تایر، پانل های بدنه و اجزای سپر در صنعت خودرو استفاده شود. از محصولات ساخته شده از پلی یورتان می توان فوم های پلی یورتان، الاستومرها، چسبها، فومهای قالب گیری شده و عایق به منظور حساسیت به مقاومت حرارتی آنها، خواص مکانیکی خوب در برابر فشرده سازی، خواص صوتی و شیمیایی نام برد. یکی از پرکاربردترین محصولات پلی یورتان فوم پلی یورتان است که در تولید محصولات سبک استفاده شده و حدود 70 درصد از مصرف جهانی را به خود اختصاص داده است؛ 30 درصد باقیمانده الاستومرها، چسب ها و سایر پلی یورتان ها هستند. این فوم ها به دسته های انعطاف پذیر (60 درصد) و صلب (40 درصد) با فناوریهای تولید روبه رشد و تثبیت شده تقسیم می شوند.
فوم صلب پلی یورتان (RPUF) دارای محدوده دمایی موثر (235- درجه سانتیگراد تا 150 درجه سانتیگراد) با استحکام خوب، به ویژه برای کاربردهای برودتی و فضایی است. رسانش حرارتی RPUF نسبتا پایین است اما نسبت استحکام به چگالی بالایی (9-8 کیلو پاسکال/کیلوگرم بر مترمکعب) دارد. RPUF می تواند اشکال پیچیده را به عنوان یک ماده عایق با استفاده از روش اسپری پوشش دهد اما میزان چسبندگی به ساختار شیمیایی ماتریس پلیمری بستگی دارد و انتظار می رود در شرایط دمای محیط سفت و سخت باشد اما در سرما و برودت انعطاف پذیر. این حالت نشان می دهد که RPUF یکی از مواد عالی عایق حرارتی موجود است. همچنین در صنعت آرایشی و بهداشتی، پوکه های RPUF به دلیل اندازه قابل کنترل، شکل و رنگ در تولید جایگزین مناسبی برای پوکه های طبیعی به شمار می روند. علاوه براین، پوکه های RPUF به قارچ و باکتری مقاوم بوده و برای پوست انسان غیرسمی هستند.
کلام آخر و نتیجه گیری
در این تحقیق چندین فوم RPUF با استفاده از ایزوسیانات و پلیول ساخته شدند که با ذرات سنگ مرمر و کوارتز تقویت شدند. سپس خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی RPUF های پر شده مورد بررسی قرار گرفتند. باتوجه به جدول زیر، نتایج حاصل از تحلیل FTIR نشان دهنده حضور مورد انتظار باندهای O-H در تمام نمونه های RPUF است و مواد پرکننده جذب نمونه را تغییر دادند؛ به این معنی که مواد پرکننده به درستی به RPUF متصل شدند.
جدول 1:
همانطور که در تحلیل XRF مشخص شده است، عناصر اصلی در پرکننده های مرمر کلسیم و سیلیکون هستند و پرکننده های کوارتز، سیلیکون هستند. افزایش کرم، ژل و متعاقبا زمان بدون چسبندگی به واکنشی بستگی دارد که در داخل ماتریس رخ داد و تا حدودی به این دلیل است که ذرات پرکننده به جای برخورد مستقیم با مولکولهای ایزوسیانات، باهم برخورد داشته اند. همچنین تجزیه و تحلیل SEM نشان داد که ذرات پرکننده در شکافهای بین ساختار فوم قرار گرفته اند؛ در نتیجه، استحکام کامپوزیت RPUF را بهبود می بخشند. استحکام مکانیکی کلی نمونه های RPUF با افزودن مواد پرکننده سنگ مرمر و کوارتز بهبود یافته است که عملکرد این مواد در کاربردهای صنعتی را ارتقا می دهد. به طور کلی، نتایج حاصل از این مطالعه نشان میدهد که می توان امیدوار بود که در آینده RPUF پر شده از کوارتز و مرمر به عنوان مواد پرکننده جایگزین مواد مصنوعی شود. این قابلیتهای جایگزین به پایداری با ساخت وسایل نقلیه سبک وزن که باعث افزایش بهره وری سوخت می شوند کمک خواهد کرد.