البوليمر الصلب بالحرارة

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
على اليسار : سلاسل بوليمرية خطية فردية
على اليمين : سلاسل بوليمرية تم ربطها بشكل متقاطع لإعطاء بوليمر صلب ثلاثي الأبعاد

في علم المواد ، البوليمر الصلب بالحرارة ، والذي يُطلق عليه غالبًا البوليمر الصلب بالحرارة ، هو بوليمر يتم الحصول عليه عن طريق التصلب غير القابل للرجوع (" المعالجة ") لبوليمر أولي صلب أو سائل لزج ( راتنج ). [1] يتم تحفيز المعالجة بالحرارة أو الإشعاع المناسب ويمكن تعزيزها بالضغط العالي أو الاختلاط بمحفز . لا يتم تطبيق الحرارة بالضرورة خارجيًا، وغالبًا ما يتم توليدها عن طريق تفاعل الراتنج مع عامل المعالجة ( المحفز ، المصلب ). ينتج عن المعالجة تفاعلات كيميائية تخلق ترابطًا متقاطعًا واسع النطاق بين سلاسل البوليمر لإنتاج شبكة بوليمر غير قابلة للذوبان وغير قابلة للذوبان .

المادة الأولية المستخدمة في تصنيع المواد الصلبة بالحرارة تكون عادة قابلة للطرق أو سائلة قبل المعالجة، وغالبًا ما تكون مصممة ليتم صبها في الشكل النهائي. ويمكن أيضًا استخدامها كمادة لاصقة . بمجرد أن تتصلب، لا يمكن صهر المواد الصلبة بالحرارة لإعادة تشكيلها، على عكس البوليمرات البلاستيكية الحرارية التي يتم إنتاجها وتوزيعها عادةً في شكل حبيبات، وتشكيلها في شكل المنتج النهائي عن طريق الصهر أو الضغط أو القولبة بالحقن .

عملية كيميائية

يؤدي معالجة الراتينج الصلب بالحرارة إلى تحويله إلى بلاستيك أو إلاستومر ( مطاط ) عن طريق التشابك أو تمديد السلسلة من خلال تكوين روابط تساهمية بين السلاسل الفردية للبوليمر . تختلف كثافة التشابك اعتمادًا على مزيج المونومر أو البوليمر الأولي وآلية التشابك:

ترتبط الراتنجات الأكريليكية والبوليستر وإسترات الفينيل ذات المواقع غير المشبعة في النهايات أو على العمود الفقري بشكل عام عن طريق البلمرة المشتركة مع مخففات المونومر غير المشبعة ، مع المعالجة التي تبدأ بالجذور الحرة الناتجة عن الإشعاع المؤين أو عن طريق التحلل الضوئي أو الحراري لمبادر الجذر - تتأثر شدة الترابط بدرجة عدم تشبع العمود الفقري في البوليمر المسبق؛ [2]

يمكن أن يتم بلمرة راتنجات الإيبوكسي الوظيفية بشكل متجانس باستخدام محفزات أنيونية أو كاتيونية والحرارة، أو يتم بلمرة مشتركة من خلال تفاعلات إضافة نووية مع عوامل ترابط متعددة الوظائف والتي تُعرف أيضًا باسم عوامل المعالجة أو المقويات. مع تقدم التفاعل، تتشكل جزيئات أكبر وأكبر وتتطور هياكل مترابطة متفرعة للغاية، ويتأثر معدل المعالجة بالشكل المادي ووظيفة راتنجات الإيبوكسي وعوامل المعالجة [3] - تؤدي درجة الحرارة المرتفعة بعد المعالجة إلى ترابط ثانوي لوظائف الهيدروكسيل الأساسية التي تتكثف لتكوين روابط الأثير؛

تتشكل البولي يوريثينات عندما يتم دمج راتنجات الإيزوسيانات والبوليمرات الأولية مع بوليولات منخفضة أو عالية الوزن الجزيئي، مع كون النسب المتكافئة الصارمة ضرورية للتحكم في بلمرة الإضافة النووية - يتم تعديل درجة الترابط والنوع الفيزيائي الناتج (الإيلاستومر أو البلاستيك) من الوزن الجزيئي ووظيفة راتنجات الإيزوسيانات والبوليمرات الأولية والتركيبات الدقيقة للديولات والثلاثيات والبوليولات المختارة، مع تأثر معدل التفاعل بشدة بالحفازات والمثبطات؛ تتشكل البولي يوريا بشكل فوري تقريبًا عندما يتم دمج راتنجات الإيزوسيانات مع راتنجات البولي إيثر أو البوليستر الوظيفية الأمينية طويلة السلسلة وممددات ثنائي الأمين قصيرة السلسلة - لا يتطلب تفاعل الإضافة النووية الأمينية الإيزوسيانات محفزات. تتشكل البولي يوريا أيضًا عندما تتلامس راتنجات الإيزوسيانات مع الرطوبة؛ [4]

الراتنجات الفينولية والأمينو والفورانية جميعها معالجة بالتكثيف المتعدد الذي يتضمن إطلاق الماء والحرارة، مع التحكم في بدء المعالجة وإخراج الحرارة من البلمرة المتأثر بدرجة حرارة المعالجة أو اختيار المحفز أو طريقة التحميل أو الضغط للمعالجة - تحدد درجة ما قبل البلمرة ومستوى محتوى هيدروكسي ميثيل المتبقي في الراتنجات كثافة الروابط المتقاطعة. [5]

يتم معالجة البولي بنزوكسازينات عن طريق بلمرة فتح الحلقة الطاردة للحرارة دون إطلاق أي مادة كيميائية، مما يعني انكماشًا قريبًا من الصفر عند البلمرة. [6]

يمكن صياغة مخاليط البوليمرات الصلبة بالحرارة القائمة على مونومرات الراتنج الصلبة بالحرارة والبوليمرات الأولية وتطبيقها ومعالجتها بعدة طرق لإنشاء خصائص معالجة مميزة لا يمكن تحقيقها باستخدام البوليمرات البلاستيكية الحرارية أو المواد غير العضوية. [7] [8]

ملكيات

تعتبر المواد البلاستيكية الصلبة بالحرارة أقوى عمومًا من المواد البلاستيكية الحرارية بسبب الشبكة ثلاثية الأبعاد من الروابط (الترابط المتقاطع)، كما أنها أكثر ملاءمة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية حتى درجة حرارة التحلل لأنها تحافظ على شكلها حيث لا يمكن كسر الروابط التساهمية القوية بين سلاسل البوليمر بسهولة. وكلما زادت كثافة الترابط المتقاطع والمحتوى العطري للبوليمر الصلب بالحرارة، زادت مقاومة التدهور الحراري والهجوم الكيميائي. تتحسن القوة الميكانيكية والصلابة أيضًا مع كثافة الترابط المتقاطع، وإن كان ذلك على حساب الهشاشة. [9] تتحلل عادةً قبل الذوبان.

قد تتعرض المواد الصلبة البلاستيكية الصلبة للتشوه الدائم أو البلاستيكي تحت الحمل. المواد المرنة، التي تكون ناعمة ومرنة أو مطاطية ويمكن أن تتشوه وتعود إلى شكلها الأصلي عند إطلاقها تحت الحمل.

لا يمكن صهر البلاستيك أو الإيلاستومرات الصلبة بالحرارة التقليدية وإعادة تشكيلها بعد معالجتها. وهذا يمنع عادةً إعادة التدوير لنفس الغرض، باستثناء مادة الحشو. [10] التطورات الجديدة التي تنطوي على راتنجات الإيبوكسي الصلبة بالحرارة والتي تشكل شبكات مترابطة عند التسخين المتحكم فيه والمحدود تسمح بإعادة التشكيل بشكل متكرر، مثل زجاج السيليكا عن طريق تفاعلات تبادل الرابطة التساهمية العكسية عند إعادة التسخين فوق درجة حرارة انتقال الزجاج. [11] هناك أيضًا بولي يوريثين صلبة بالحرارة ثبت أنها تتمتع بخصائص مؤقتة وبالتالي يمكن إعادة معالجتها أو إعادة تدويرها. [12]

المواد المقواة بالألياف

عند تجميعها مع الألياف، تشكل الراتنجات الحرارية الصلبة مركبات بوليمرية مقواة بالألياف ، والتي تستخدم في تصنيع مركبات هيكلية مصنعة في المصنع أو قطع غيار، [13] وكمواد إصلاح مركبة مطبقة في الموقع ومُعالَجة ومُنْهَجَة [14] [15] ومواد حماية. عند استخدامها كمادة رابطة للركام والحشوات الصلبة الأخرى، فإنها تشكل مركبات بوليمرية مقواة بالجسيمات، والتي تستخدم في الطلاء الواقي المطبق في المصنع أو تصنيع المكونات، ولأغراض البناء المطبقة في الموقع والمُعالَجة، أو الصيانة .

مواد

  • راتنج الإيبوكسي [16] المستخدم كمكون مصفوفة في العديد من المواد البلاستيكية المقواة بالألياف مثل البلاستيك المقوى بالزجاج والبلاستيك المقوى بالجرافيت ؛ الصب؛ تغليف الإلكترونيات؛ [17] البناء؛ الطلاءات الواقية؛ المواد اللاصقة؛ الختم والربط.
  • البولي إيميدات والبيسمال إيميدات المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة وفي أجزاء أجسام الطائرات الحديثة، والهياكل المركبة في مجال الطيران والفضاء، وكمواد طلاء وفي الأنابيب المقواة بالزجاج.
  • إسترات السيانات أو بولي سيانورات للتطبيقات الإلكترونية التي تحتاج إلى خصائص عازلة ومتطلبات درجة حرارة الزجاج العالية في مكونات المركبات الهيكلية الجوية والفضائية.
  • أنظمة الألياف الزجاجية من راتنج البوليستر : مركبات صب الصفائح ومركبات صب الجملة؛ لف الخيوط؛ التصفيح الرطب؛ مركبات الإصلاح والطلاءات الواقية.
  • البولي يوريثين : الرغوات العازلة، المراتب، الطلاءات، المواد اللاصقة، أجزاء السيارات، بكرات الطباعة، نعال الأحذية، الأرضيات، الألياف الاصطناعية، إلخ. تتشكل بوليمرات البولي يوريثين من خلال الجمع بين اثنين من المونومرات/الأوليغومرات الوظيفية الثنائية أو أعلى.
  • هجينة من البولي يوريا / البولي يوريثين تستخدم في الطلاءات المقاومة للتآكل والعزل المائي.
  • المطاط المبركن .
  • الباكليت ، وهو عبارة عن راتينج فينول فورمالدهايد يستخدم في العوازل الكهربائية والأواني البلاستيكية.
  • دوروبلاست ، مادة خفيفة لكنها قوية، تشبه الباكليت المستخدم سابقًا في تصنيع سيارة ترابانت ، وتستخدم حاليًا في الأغراض المنزلية
  • رغوة اليوريا فورمالدهايد المستخدمة في الخشب الرقائقي واللوح الخشبي واللوح الليفي متوسط ​​الكثافة.
  • راتينج الميلامين المستخدم في أسطح العمل [18] وبعض الأطباق البلاستيكية. [19]
  • ثنائي أليل الفثالات (DAP) يستخدم في الموصلات الكهربائية عالية الحرارة والمواصفات العسكرية والمكونات الأخرى. عادة ما يكون مملوءًا بالزجاج.
  • راتنجات إيبوكسي نوفولاك المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة والتغليف الكهربائي والمواد اللاصقة والطلاءات المعدنية.
  • بنزوكسازينات ، تستخدم بمفردها أو مهجنة مع راتنجات الإيبوكسي والفينول، في المواد التشريبية الهيكلية، والقوالب السائلة، والمواد اللاصقة للأفلام للبناء المركب، والترابط والإصلاح.
  • القالب أو ممرات القالب (الجزء البلاستيكي الأسود في الدوائر المتكاملة أو أشباه الموصلات).
  • راتنجات الفوران المستخدمة في تصنيع البناء الحيوي المستدام، [20] والأسمنت، والمواد اللاصقة، والطلاءات، وراتنجات الصب/المسبك.
  • راتنجات السيليكون المستخدمة في مركبات مصفوفة البوليمر الصلبة بالحرارة وكمواد أولية لمصفوفة السيراميك المركبة.
  • ثيوليت، مادة عازلة للكهرباء من الفينول المتصلب بالحرارة.
  • راتنجات فينيل استر تستخدم في التصفيح الرطب والتشكيل والحماية الصناعية السريعة ومواد الإصلاح.

التطبيقات

تتضمن استخدامات وطرق تطبيق المواد الصلبة بالحرارة الطلاء الواقي ، والأرضيات الخالية من اللحامات ، والجص المستخدم في البناء الهندسي المدني للتوصيل والحقن ، وقذائف الهاون ، ورمال الصب، والمواد اللاصقة ، والمواد المانعة للتسرب ، والصب ، والتعبئة في أوعية ، والعزل الكهربائي ، والتغليف ، والرغوة الصلبة ، والتصفيح الرطب ، والضغط ، وطبقات الجل ، ولف الخيوط ، والمواد مسبقة التشريب ، والقولبة.

الطرق المحددة لتشكيل المواد الصلبة بالحرارة هي:

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ IUPAC ، Compendium of Chemical Terminology ، الطبعة الثانية ("الكتاب الذهبي") (1997). النسخة المصححة على الإنترنت: (2006–) "البوليمر الصلب بالحرارة". doi :10.1351/goldbook.TT07168
  2. ^ تقنية البوليستر غير المشبع، تحرير بي إف بروينز، جوردون وبريتش، نيويورك، 1976
  3. ^ كيمياء وتكنولوجيا راتنجات الإيبوكسي، تحرير ب. إليس، سبرينغر هولندا، 1993، ISBN 978-94-010-5302-0 
  4. ^ دليل البولي يوريثين، أد. جي أورتيل، هانسر، ميونيخ، ألمانيا، الطبعة الثانية، 1994، ISBN 1569901570 ، ISBN 978-1569901571  
  5. ^ أساسيات وتطبيقات البوليمرات التفاعلية: دليل موجز للبوليمرات الصناعية (مكتبة تصميم البلاستيك)، ويليام أندرو، الطبعة الثانية، 2013، ISBN 978-1455731497 
  6. ^ "بولي بنزوكسازينات". قاعدة بيانات خصائص البوليمر .
  7. ^ الموسوعة المختصرة لعلوم وهندسة البوليمرات، تحرير جي آي كروشويتز، وايلي، نيويورك، 1990، ISBN 0-471-5 1253-2 
  8. ^ تطبيقات البوليمر الصناعي: الكيمياء الأساسية والتكنولوجيا، الجمعية الملكية للكيمياء، المملكة المتحدة، الطبعة الأولى، 2016، ISBN 978-1782628149 
  9. ^ SH Goodman, H. Dodiuk-Kenig, ed. (2013). Handbook of Thermoset Plastics (3rd ed.). الولايات المتحدة الأمريكية: William Andrew. ISBN 978-1-4557-3107-7.
  10. ^ الجامعة المفتوحة (المملكة المتحدة)، 2000. T838 التصميم والتصنيع باستخدام البوليمرات: مقدمة إلى البوليمرات ، الصفحة 9. ميلتون كينز: الجامعة المفتوحة
  11. ^ D. Montarnal، M. Capelot، F. Tournilhac، L. Leibler، Science، 2011، 334، 965-968]، دوى :10.1126/science.1212648
  12. ^ فورتمان، ديفيد جيه؛ جاكوب ب. بروتمان؛ كريستوفر جيه. كرامر ؛ مارك أ. هيلماير؛ ويليام ر. ديشتل (2015). "مركبات البولي هيدروكسي يوريثين الزجاجية الخالية من المحفزات والمنشطة ميكانيكيًا". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية. doi :10.1021/jacs.5b08084
  13. ^ مركبات مصفوفة البوليمر: استخدام المواد وتصميمها وتحليلها، SAE International، 2012، ISBN 978-0-7680-7813-8 
  14. ^ PCC-2 إصلاح معدات الضغط والأنابيب، الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين، 2015، ISBN 978-0-7918-6959-8 
  15. ^ ISO 24817 إصلاحات مركبة لأنابيب المياه: التأهيل والتصميم والتركيب والاختبار والتفتيش، 2015، ICS: 75.180.20
  16. ^ جوزمان، إنريكي؛ كوجنوني، جويل؛ جومور، توماس (2014). "نماذج متعددة العوامل لمركب ألياف الكربون/الإيبوكسي المعرض للشيخوخة البيئية المتسارعة". هياكل مركبة . 111 (4): 179-192. doi :10.1016/j.compstruct.2013.12.028.
  17. ^ كولكارني، روميت؛ وابلير، بيتر؛ سولتاني، مهدي؛ هايبات، محمد؛ غونتر، توماس؛ جروزينجر، توبياس؛ زيمرمان، أندريه (1 فبراير 2019). "تقييم عملية حقن المواد الصلبة بالحرارة للتغليف المطابق ذي الجدران الرقيقة للحزم الإلكترونية على مستوى اللوحة". مجلة التصنيع ومعالجة المواد . 3 (1): 18. doi : 10.3390/jmmp3010018 .
  18. ^ روبرتو سي دانتي، دييغو أ. سانتاماريا وخيسوس مارتين جيل (2009). "الترابط المتقاطع والاستقرار الحراري للمواد الصلبة بالحرارة القائمة على نوفولاك والميلامين". مجلة علوم البوليمر التطبيقية . 114 (6): 4059-4065. doi :10.1002/app.31114.
  19. ^ إيشيواتا، هاجيمو؛ إينوي، تاكيكو؛ تانيمورا، أكيو (1986). "هجرة الميلامين والفورمالديهايد من أدوات المائدة المصنوعة من راتنج الميلامين". إضافات وملوثات الأغذية . 3 (1): 63-69. doi :10.1080/02652038609373566. PMID  3956795.
  20. ^ T Malaba, J Wang, Journal of Composites, المجلد 2015، رقم المقال 707151، 8 صفحات، 2015. doi :10.1155/2015/707151
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=بوليمر_التصلب_الحراري&oldid=1242731696"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate