پلیمرهای مورد استفاده بعنوان زمینه کامپوزیت ها

  • پلی استر PES
  • اپوکسی Epoxy
  • فنولیک Phenolic
  • آمین Amine
  • پلی آمید PA
  • پلی اتراترکتون PEEK
  • وینیل استر Vinyl Ester

پلی استر PES

پلی استر (PES) یک رزین ترموست است که از واکنش پلیمریزاسیون مابین یک الکل دو یا چند عاملی با یک کربوکسیلیک اسید دو یا چند عاملی ایجاد می شود. استحکام مکانیکی و مقاومت شیمیایی این پلیمر به عامل پخت کننده وابسته بوده و سرعت پخت آن با کاتالیزور قابل کنترل است. دما نیز نقش تعیین کننده ای بر سرعت و زمان پخت دارد. کارایی اغلب پلی استرها (PES) در دماي ℃ 80 – 70 است. البته برخی از آنها دمای ℃ 250 را نیز تحمل می کنند. ولی مداومت حضور در این دما و دماهای بالاتر موجب افت خواص می شود.

اشکال عمده پلی استرها (PES) آن است که در خلال انجام واکنش پخت بین 8 – 4 درصد انقباض و افزایش مقاومت شیمیایی، به این دسته از پلیمرها یک جز معدنی افزوده می شود. عمدتا در کامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه از رزین پلی استر استفاده می کنند. در مورد کاربرد الیاف شیشه به همراه رزین پلی استر (PES) باید از ژل کوت مناسب استفاده کرد تا از نفوذ رطوبت به فصل مشترك الیاف و رزین جلوگیری کرد.

اپوکسی Epoxy

منشا به دست آمدن اپوکسی (Epoxy) از رزین اپوکسید است. در اثر پلیمریزاسیون این مونومر، حلقه باز شده و در اثر واکنش با مونومرهای دیگر به یک زنجیر تبدیل می شود. این ماده در اثر پخت %3 – 2 منقبض می شود. محصول جانبی حاصل از پخت آب یا مواد فرار نیست و از این جهت از پلی استر (PES) بهتر است. دمای پخت اپوکسی ها ℃ 180 – 5 است و برخی از آنها دمای ℃ 250 – 150 را نیز می توانند تحمل کنند. از آنجا که واکنش پخت آنها در دمای کم و فشار پایین میسر است، لذا فرآیند تولید ساده ای دارند.

کامپوزیت هایی که زمینه آنها اپوکسی (Epoxy) است، دارای چگالی کم و خواص مطلوبی برای صنایع هوافضا هستند. بسیاری از کامپوزیت های کربن دارای چنین زمینه ای هستند. چند لایه های رزین اپوکسی (Epoxy) از اهمیت فوق العاده ای در صنایع هواپیماسازی برخوردارند. بسیاری از قطعات ساختاری از جنس الیاف کربن و رزین اپوکسی (Epoxy) جایگزین آلیاژهای فلزی شده اند و نتایج مطلوبی را نیز داشته اند. همچنین از این رزین به همراه الیاف آرامید در ساخت موتور راکت و کپسول های تحت فشار به روش رشته پیچی استفاده می شود. علاوه بر آن رزین های اپوکسی (Epoxy) به طور وسیعی به همراه الیاف و ساختارهای لانه زنبوری برای ساخت ملخ های هلی کوپتر استفاده می شود.

فنولیک Phenolic

فنولیک (Phenolic) از واکنش بین یک فنول و آلدئید به دست می آید. مکانیزم واکنش بین فنول و فرم آلدئید هنوز به طور کامل شناخته شده نیست. با این وجود، مشخص است که واکنش شروع توسط فعال شدن حلقه های بنزنی با گروه های هیدروکسیل صورت می گیرد. حلقه های فنول دارای سه رادیکال آزاد هستند. بنابراین امکان ایجاد اتصال عرضی وجود دارد.

فنولیک ها (Phenolic) معمولا کدر هستند و رنگ آنها از کهربایی کم رنگ و قهوه ای تا سیاه تغییر می کند. این رنگ تیره آنها کاربردشان را محدود می کند. این رزین ها جز رزین های با کاربرد عمومی محسوب می شوند. در اشکال پولک، فیلم مایع و پودر موجود هستند.

فنولیک ها (Phenolic) دومین رتبه را در بین رزین های گرما سخت پرمصرف دارند. رزین های فنولیک (Phenolic) به دلیل تفاوت های فیزیکی و شیمیایی اجزا، خواص متنوعی را در بر می گیرند. کاربردهای مرسوم از این مواد عبارتند از سازه های عایق برای ولتاژهای بالا و چرخ دنده ها. از فنولیک ها (Phenolic) به عنوان چسب پوشش و لایه برای قطعات قالب گیری استفاده می شود.

آمین Amine

دسته ی دیگری از رزین ها آمین ها (Amine) هستند که از مونومرهای اوره و فرمالدئید به دست می آیند. با اتصال فرمالدئید در زنجیره اتصال عرضی پدید می آید.

پلی آمید PA

پلی آمیدها (PA) که کولار یکی از آنهاست، پودری شکل هستند. به منظور مصرف در کامپوزیت ها ابتدا در یک حلال حل می شوند. سپس از آنها قطعه ساخته می شود و در ادامه حلال را خارج می کنند. کولار می تواند تا حدود ℃ ۴٠٠ را تحمل نماید و علت آن وجود زنجیره های آروماتیک در استخوان بندی اصلی زنجیره های آن می باشد.

پلی اتراترکتون PEEK

کامپوزیت های گرما سخت، تقویت شده با الیاف معمول، استحکام و سفتی بالایی از خود نشان می دهند ولی رفتار شکننده ای دارند. پلی اتراترکتون (PEEK) امکان جذب مقادیر بالای انرژی بدون تخریب و صدمه و کاهش استحکام را ندارند. حتی ضربه های با سرعت پایین، می تواند کاهش شدیدی در استحکام فشاری این مواد ایجاد نماید.

اخیرا کامپوزیت های با زمینه گرما نرم توسعه یافته اند. شناخته شده ترین آنها کامپوزیت الیاف کربن و رزین پلی اتراترکتون (PEEK) می باشد. پلی اتراترکتون (PEEK) یک پلیمر حلقوی است و در دمای اتاق و سرعت پایین کرنش قادر به تغییر شکل پلاستیک و رسیدن به کرنش شکست تا %100 می باشد. کامپوزیت های بر پایه پلی اتراترکتون (PEEK) با فرآیند قالبگیری فشاری ساخته می شوند. محصولات نهایی کیفیت بسیار خوبی دارند و دارای حداقل حباب و سطح نهایی بسیار خوب هستند.

وینیل استر Vinyl Ester

رزین وینیل استر (Vinyl Ester) محصول واکنش رزین های اپوکسی (Epoxy) با اسیدهای غیر اشباع اتیلنی می باشند. به جز حالات خاص، معمولا رزین های مینیل استر دارای انتهای غیر اشباع می باشند. این انتها می تواند واکنش شبکه ای شدن را انجام دهد و نیز می تواند پلیمریزاسیون زنجیره های وینیل استر را انجام دهد. می توان آنها را به تنهایی با واکنش رادیکال آزاد پخت نمود و یا در مونومری مانند استایرن حل نمود و رزین مایع به دست آورد.

در این صورت وینیل استر را می توان مانند رزین پلی استر استفاده نمود. رزین های وینیل استر خواص چقرمگی و مقاومت شیمیایی بسیار بهتری نسبت به رزین های پلی استر (PES) دارند. زنجیر اصلی اپوکسی (Epoxy) سازنده وینیل استر (Vinyl Ester) موجب پیدایش چقرمگی و ازدیاد طول کششی بالاتر می شود. جرم مولکولی رزین های وینیل استر (Vinyl Ester) به انتخاب نوع اپوکسی (Epoxy) به کار رفته بستگی دارد. به این دلیل استحکام کششی، ازدیاد طول، نقطه نرمی و واکنش پذیری رزین نهایی توسط جرم مولکولی و ساختار اولیه تعیین می شود.