آشنایی با پلیمر و تاریخچه کاربرد در بتن
تعریف پلیمر
با
پیوند تعداد زیادی از مولکول های کوچک بنام منومر(از طریق پیوند
کوالانسی) مولکول های بسیار بزرگی بنام پلیمر تشکیل می شوند به این عمل
پلیمریزاسیون[1] گفته می شود.
پلیمرها
به دو دسته پلیمرهای طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند. پلیمرهای طبیعی به
پلیمرهای موجود در طبیعت اطلاق می شود. کراتین، پروتئین، سلولز و نشاسته از
جمله پلیمرهای طبیعی هستند. پلیمرهای مصنوعی که در آزمایشگاه با واکنش
های شیمیایی ساخته می شوند خود به دو گروه پلیمرهای افزایشی: که تشکیل
پیوند بین دو مولکول با شکستن پیوند دوگانه ایجاد می شود مانند پلی اتیلن و
پلیمرهای تراکمی: پلیمره شدن منومرها با تولید مولکولهای کوچکی (مانند
آب) همراه است مانند پلی استرها، تقسیم می شوند. هر منومر در پلیمرهای
تراکمی باید حداقل دو عامل شیمیایی فعال داشته باشد.
در دسته بندی بر حسب دما پلیمرها به دو دسته تقسیم می شوند: 1- ترمو پلاست[2](
گرما نرم): با دادن حرارت نرم و در اثر سرما سخت می شوند. این پلیمر ها
دارای زنجیرهای مولکولی خطی می باشند که نسبت به هم حرکت می کنند. 2-
ترموست[3](گرما سخت): در اثر حرارت نرم نمی شوند، ساختار شبکه ای آن ها مانع حرکت مولکول های پلیمر می شود [6].
ویژگی های که در اکثر پلیمرها مورد بررسی قرار می گیرد: 1- خواص گرمایی: دمای ذوب شدن پلیمر (PMT[4]) ، دما انحراف گرمایی (HDT[5]) ، نقطه ذوب بلورین پلیمر (Tm) و دمای تبدیل شیشه ای پلیمر (Tg) 2- میانگین وزن مولکولی 3- میزان تبلور 4- طیف انحلال پذیری 5- اثبات ساختار شیمیایی در موادی که عدم قطعیت وجود داشته باشد [6].
دمای ذوب شدن پلیمر (PMT): دمایی است که در آن پلیمر ذوب می شود و با حرکت دادن پلیمر با فشار ملایم بر روی یک سطح فلز داغ از آن اثری بر جا نمی ماند.
دمای شیشه ای شدن پلیمر (Tg): یک پلیمر در پایین تر از یک دمای معین مانند یک شیشه سخت و در بالاتر از آن دما معمولاً نرم یا لاستیکی می شود.
دما انحراف گرمایی (HDT):
دمایی است که در آن یک میله قالبگیری شده ( 5 ×5/0×125/0تا 5/0 اینچ) که
در دو انتها محکم شده است، اگر در معرض دمایی با سرعت افزایشoC/min 2 و تنش لیفی 66 یاp.s.i 264 در عرض مرکز میله قرار گیرد، به اندازهin 010/0 انحراف پیدا کند.
گرانروی
(ویسکوزیته): بر حسب تعریف چندین نوع گرانروی وجود دارد. شامل: گرانروی
نسبی، گرانروی ویژه، گرانروی کاهیده، گرانروی درونی و گرانروی ذاتی. تمام
این گرانروی ها بر اساس گرانروی نسبی محاسبه می شوند. گرانروی نسبی: نسبت
مدت زمانی که محلول پلیمر و حلال خالص در گرانروی سنج بین دو خط نشان طی می
کنند.
(2-1)
= گرانروی نسبی
t= مدت زمان ریزش برای محلول پلیمر
t0= مدت زمان ریزش برای حلال
در بیان دیگری ویسکوزیته مقاومت در برابر جریان (سیالیت) تعریف می گردد. واحد اندازه گیری در این تعریف پویز[6] یا سنتی پویز[7] و از جمله وسایل اندازه گیری آن ویسکومتر بروکفیلد[8] است.
حلالیت:
بسیاری از پلیمرها در مواد آلی انحلال پذیرند. معمولاً برای پلیمرهای
جدید، پس از تهیه، طیفی از انحلال پذیری تعریف می کنند. پلیمرها به علت
بزرگی اندازه، به کندی حل می شوند و محلول آن ها پس از تهیه بسیار گرانروا
است. کاربرد محلول پلیمر در صنعت ساخت مواد پلیمری بسیار است. حل کردن
پلیمر یکی از روش های شکل دهی پلیمر هاست. همچنین اکثر ویژگی های پلیمر از
طریق حل کردن آن در یک حلال مناسب بدست می آید (وزن مولکولی، میانگین وزن
مولکولی، اندازه مولکول). همان طور که در بالا ذکر شد حلال ها موجب کاهش
ویسکوزیته پلیمر می شوند [7]. داشتن ویسکوزیته پایین برای پلیمر مورد
استفاده در بتن پلیمری بسیار مهم است چون نه تنها اختلاط را آسان می کند
بلکه کارایی را افزایش داده و کاربرد آن را راحت تر می کند. در انتخاب حلال
مورد کاربرد در بتن پلیمری ، حلال علاوه بر دارا بودن معیارهای متداول
همچون قیمت، عدم تخریب ساختار پلیمری و قابلیت انحلال بالا، باید به
معیارهای همچون اثرات زیست محیطی، سرعت فراریت، درجه سمی بودن و نقطه
اشتعال نیز توجه شود. البته توصیه بر این است که تا حد امکان از حلال ها در
ساخت بتن استفاده نشود.
پیوند عرضی (کراس- لینک[9])
: به پیوند های عرضی بین مولکول های بزرگ پلیمر اطلاق می شود. ایجاد
پیوند عرضی در مرحله پخت نهایی موجب سخت شدن پلیمر می شود. تعداد این
پیوندها به شدت بر خواص مقاومتی و الاستیک پلیمر مؤثر است.
وزن
اکی والان: یک اکی والان به معنی مقدار جرمی از ماده که با یک مول
هیدروژن (یا یک مول الکترون در واکنش اکسایش- کاهش) واکنش دهد. وزن اکی
والان اپوکسی[10] مقدار جرمی از پلیمر اپوکسی که یک اکی والان واکنش پذیری داشته باشد و همچنین به جرم یک مول اپوکسی نیز گفته می شود.
خاصیت
الاستیک: افزایش بلورینگی و پیوند عرضی موجب افزایش مقاومت و سخت و صلب
شدن پلیمر می شود در نتیجه خواص الاستیک و شکل پذیری کاهش می یابد. به
عنوان مثال در الیاف CFRP،
افزایش دمای عمل آوری الیاف موجب افزایش بلورینگی در لیف ها شده در نتیجه
مقاومت کششی و مدول الاستیسیته افزایش می یابد اما کرنش شکست کاهش می
یابد. مواد الاستیک پیوند عرضی کمتر و ساختمان نامنظم دارند.
تغییر
طول در مواد پلیمری را می توان به سه دسته تقسیم کرد: 1- تغییر طول به
سرعت برگشت پذیر که در مواد پلیمری مانند کش رخ می دهد. 2- برگشت پذیری با
سرعت کم (ویسکو الاستیک) 3- جاری شدن (تغییر طول پلاستیک). به زبان ساده
علت تغییر طول های فوق را می توان چنین بیان کرد: مولکول های پلیمر بصورت
تاب خورده در مواد قرار دارند. در اثر نیرو این مولکول ها باز شده و افزایش
طول می یابند ولی با حذف نیرو مولکول ها بلافاصله به حالت قبلی بر می
گردند (به سرعت برگشت پذیر). اما اگر افزایش طول مولکول پلیمر به همراه
شکسته شدن پیوند های عرضی بین مولکول ها باشد، در فاز برگشت دو باره پیوند
های عرضی (نه لزوماً همان پیوند ها) شروع به تشکیل شدن می کنند که موجب
کند شدن رفتار برگشت پذیری چنین موادی می شود (ویسکو الاستیک). اگر در اثر
اعمال نیرو مولکول ها نسبت به مولکول های دیگر جابجا شوند تغییر طول
پلاستیک رخ می
دهد.
سه
روش برای افزایش مقاومت پلیمر در برابر حرارت: 1- ایجاد پیوند پیوند عرضی
که منجر به ایجاد پلیمرهای بلوری و نیز گرما سخت می شود. 2- سخت کردن
زنجیر پلیمر که انرژی زیادتری یعنی دمای بیشتری لازم باشد تا آزادی حرکت
لازم به قطعات مولکول برای ذوب شدن فراهم شود 3- ساختن پلیمرهای متبلور که
مانند وجود پیوند های عرضی پلیمرها را در هم قفل می کند [6].
پلیمرها
کاربرد فراوانی در مکانیک، الکترونیک، صنایع شیمیایی و ساختمان دارند.
بخش عظیمی از وسایل مورد استفاده در زندگی روزمره ما از پلیمرها ساخته شده
اند. اکثر مواد مورد مصرف پلیمری مانند ظروف یکبار مصرف، پارچه ها و آنچه
ما بعنوان مواد پلاستیکی می شناسیم اشکال جامد و سخت شده پلیمر هستند. از
مثال های استفاده از پلیمر مایع و سخت نشده چسب های دوقلو است که شامل
دوظرف، یکی پلیمر اپوکسی و دیگری سخت کننده است که پس از اختلاط پلیمر سخت
شده موجب اتصال دو قطعه به هم می شود.
فرمت ورد قابل ویرایش
تعداد صفحات: 54
مبانی نظری و پیشنه تحقیق جهت نوشتن فصل دوم پایان نامه ارشد و دکتری
همراه با رفرنس نویسی و پاورقی داخل متن
منابع فارسی کامل
منابع انگلیسی کامل
ما
در این بخش علاوه بر منابع مبانی نظری، منابع کلی دیگری رو برایتان در
نظر گرفتیم تا همواره در نوشتن پایان نامه از این منابع بهره مند گردید.