کاربرد فناوری نانو در صنعت لاستیک
تاکنون در دنیا در صنایع پلیمری تحقیقات بسیار زیادی انجام شده است. از جمله آنها تحقیقات در زمینه فناوری نانو در صنعت لاستیک است. موارد استفاده از فناوری نانو اعم از نانوفیلرها و نانوکامپوزیت است که به لاستیکها خواص ویژه ای می دهد.
بازار نانوکامپوزیت در 2005 به میزان 200 بیلیون یورو و در سال 2015 بر اساس آمارBSF به میزان 1200 بیلیون یورو پیش بینی شده است. در سال 2002 کشوری مثل ژاپن 1500 میلیون یورو در تحقیقات در زمینه فناوری نانو صرف کرده است. تحقیقات در زمینه فناوری نانو را بدون شک نمی توانیم رها کنیم. اکثر کشورهای دنیا تحقیقات و فعالیت در زمینه نانو را شروع کرده است، به عنوان مثال کشور هند تولید نانوکامپوزیت SBR را شروع کرده است.
همچنین صنایع خودرو در دنیا به سمت استفاده از نانو) PP نانوپلی پروپیلن( سوق پیدا کرده است و علت اصلی آن خواص مناسب از جمله سبکی، مقاومت حرارتی و مقاومت ضربه اینگونه مواد است. بنابراین رسیدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بیش از هرچیز دیگر برای ما نمایان می سازد.
2- (کاربردهای فناوری نانو در صنعت لاستیک):
با توجه به تحقیقات به عمل آمده چهار ماده نانومتری هستند که کاربرد فراوانی در صنعت لاستیک سازی پیدا کرده اند. چهار ماده موردنظر عبارتنداز : اکسیدروی نانومتری(NanoZnO)، نانوکربنات کلسیم، الماس نانومتری، ذرات نانومتری خاک رس.
با اضافه کردن این مواد به ترکیبات لاستیک، به دلیل پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات لاستیک صورت می گیرد، علاوه بر این که خواص فیزیکی آنها بهبود می یابد، می توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحکام، بهبود خاصیت مکانیکی، افزایش حد پارگی و حد شکستگی اشاره کرد.در زیبایی ظاهری لاستیک نیز تاثیر گذاشته و باعث لطافت، همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری لاستیک می گردد. همه اینها به نوبه خود باعث می شود که محصولات نهایی، مرغوبتر، با کیفیت بالا، زیبایی و در نهایت بازارپسند باشند و توانایی رقابت در بازارهای داخلی و جهانی را داشته باشند.
3- کاربرد اکسیدروی نانومتری (NanoZnO) درلاستیک:
اکسیدروی نانومتری مادهای غیرآلی و فعال است که کاربرد گسترده ای در صنعت لاستیک سازی دارد.کوچکی کریستالها و خاصیت غیرچسبندگی آنها باعث شده که اکسیدروی نانومتری به صورت پودرهای زردرنگ کروی و متخلخل باشد.
از خصوصیات استفاده از این تکنولوژی در صنعت لاستیک، می توان به پایین آمدن هزینه ها، بازدهی بالا، ولکانیزاسیون(Volcanization) خیلی سریع و هوشمند و دامنه دمایی گسترده اشاره کرد.
اثرات سطحی و فعالیت بالای اکسیدروی نانومتری ناشی از اندازة بسیار کوچک، سطح موثر خیلی زیاد وکشسانی خوب آن است.
استفاده از اکسید روی نانومتری در لاستیک باعث بهبود خواص آن میشود از جمله میتوان به زیبایی و ظرافت بخشیدن به آن، صافی و همواری شکل ظاهری، افزایش استحکام مکانیکی لاستیک، افزایش مقاومت سایشی (خاصیت ضد اصطکاکی و سایش)، پایداری دمایی بالا، طول عمر زیاد و همچنین افزایش حد پارگی ترکیبات لاستیک اشاره کرد که همگی اینها بصورت تجربی ثابت شده است.
براساس نتایج بدست آمده میتوان نتیجه گرفت بهبود یافتن خواص فیزیکی لاستیک در اثر اضافه شدن ZnO ناشی از پیوند ساختار نانومتری اکسید روی با مولکولهای لاستیک است که در مقیاس اتمی صورت می گیرد.
اکسید روی نانومتری در مقایسه با اکسید روی معمولی دارای اندازة بسیار کوچک ولی در عوض دارای سطح موثر بسیار زیادی می باشد. از لحاظ شیمیایی بسیار فعال و همچنین به دلیل اینکه پیوندهای بین اکسیدروی نانومتری و لاستیک در مقیاس مولکولی انجام می گیرد، استفاده از اکسیدروی نانومتری خواص فیزیکی و خواص مکانیکی از قبیل حد پارگی، مقاومت سایشی و ... ترکیبات لاستیک را بهبود می بخشد.
4- کاربرد نانوکربنات کلسیم در لاستیک:
نانوکربنات کلسیم به طور گسترده ای در صنایع لاسیتک به کار می رود، زیرا اثرات خیلی خوبی نسبت به کربنات معمولی بر روی خواص و کیفیت لاستیک دارد.
استفاده از نانوکربنات کلسیم در صنایع لاستیک باعث بهبود کیفیت و خواص ترکیبات لاستیک می شود. از جمله مزایای استفاده از نانوکربنات کلسیم می توان به توانایی تولید در مقیاس زیاد، افزایش استحکام لاستیک، بهبود بخشیدن خواص مکانیکی )افزایش استحکام مکانیکی) و انعطاف پذیر شدن ترکیبات لاستیک اشاره کرد. همچنین علاوه بر بهبود خواص فیزیکی، ترکیبات لاستیک در شکل ظاهری آنها نیز تاثیر می گذارد و به آنها زیبایی و ظرافت می بخشد که این خود در مرغوبیت کالا و بازارپسند بودن آن تاثیر بسزایی دارد.
نانوکربنات کلسیم سبک بیشتر در پلاستیک و پوشش دهی لاستیک به کار میرود.
برای به دست آوردن مزایای ذکر شده، نانوکربنات کلسیم به لاستیکهای طبیعی و مصنوعی از قبیلNP، EPDM ،SBS ،BR ،SBR اضافه می گردد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استحکام لاستیک بسیار بالا می رود.
استحکام بخشی نانوکربنات کلسیم برخواسته از پیچیدگی فیزیکی ناشی از پیوستگی در پلیمرهای آن و واکنشهای شیمیایی ناشی از سطح تعمیم یافته آن است.
نانوکربنات کلسیم سختی لاستیک و حد گسیختگی پلیمرهای لاستیک را افزایش داده و حداکثر توانی که لاستیک می تواند تحمل کند تا پاره شود را بهبود می بخشد. همچنین مقاومت لاستیک را در برابر سایش افزایش می دهد.
به کار بردن نانوکربنات کلسیم هزینه ها را پایین می آورد و سود زیادی را به همراه دارد و همچنین باعث به روز شدن تکنولوژی و توانائی رقابت در عرصه جهانی می گردد.
به طور کلی نانوکربنات کلسیم در موارد زیادی به طور کلی یا جرئی به ترکیبات لاستیک جهت افزایش استحکام آنها افزوده می شود.
5- کاربرد ساختارهای نانومتری الماس در لاستیک:
الماس نانومتری به طور گسترده ای در کامپوزیت ها و از جمله لاستیک در مواد ضد اصطکاک، مواد لیزکننده به کار می رود. این ساختارهای نانومتری الماس از روش احتراق تولید می شوند که دارای خواص برجسته ای هستند از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1) ساختار کریستالی( بلوری)
2) سطح شیمیایی کاملا ناپایدار
3) شکل کاملا کروی
4) ساختمان شیمیایی بسیار محکم
5) فعالیت جذب سطحی بسیار بالا
در روسیه، الماس نانومتری با درصدهای مختلف به لاستیک طبیعی ، Poly Soprene Rubber و FluorineRubber برای ساخت لاستیک هایی که در صنعت کاربرد دارند از قبیل کاربرد در تایر اتومبیل، لوله های انتقال آب و ... مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با اضافه کردن ساختارهای نانومتری الماس به لاستیک ها خواص آنها به شکل قابل توجهی بهبود می یابد از جمله می توان به :
1) 4 الی 5 برابر شدن خاصیت انعطاف پذیری لاستیک
2) افزیش 2 الی 5/2 برابری درجه استحکام
3) افزایش حد شکستگی تا حدود 2 Kg/cm700-620
4) 3 برابر شدن قدرت بریده شدن آنها
و همچنین به اندازة خیلی زیادی خاصیت ضدپارگی آنها در دمای بالا و پایین بهبود می یابد.
6- کاربرد ذرات نانومتری خاک رس در لاستیک:
یکی از مواد نانومتری که کاربردهای تجاری گسترده ای در صنعت لاستیک پیدا کرده است و اکنون شرکت های بزرگ لاستیک سازی بطور گسترده ای از آن در محصولات خود استفاده می کنند، ذرات نانومتری خاک رس است که با افزودن آن به لاستیک خواص آن بطور قابل ملاحظه ای بهبود پیدا می کند که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد :
1) افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش
2) افزایش استحکام مکانیکی
3) افزایش مقاومت گرمایی
4) کاهش قابلیت اشتعال
5) بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی
7- ایده های مطرح شده:
1-7) افزایش دمای اشتعال لاستیک : تهیه نانوکامپوزیت الاستومرها از جملهSBR مقاوم، به عنوان مواد پایه در لاستیک سبب بهبود برخی خواص از جمله افزایش دمای اشتعال و استحکام مکانیکی بالامی شود و دلیل اصلی آن حذف مقدار زیادی از دوده است.
2-7) کاهش وزن لاستیک : تهیه و بهینه سازی نانوکامپوزیت الاستومرها با وزن کم از طریق جایگزین کردن این مواد با دوده در لاستیک، امکان حذف درصد قابل توجهی دوده توسط درصد بسیار کم از نانوفیلر وجود دارد. بطوریکه افزودن حدود 3 تا 5 درصد نانوفیلر می تواند استحکام مکانیکی معادل 40 تا 45 درصد دوده را ایجاد کند. بنابراین با افزودن 3 تا 5 درصد نانوفیلر به لاستیک، وزن آن به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد.
3-7) افزایش مقاومت در مقابل نفوذپذیری گاز : نانوکامپوزیت الاستومرها بویژه EPDM بدلیل دارا بودن ضریب عبوردهی کم نسبت به گازها بویژه هوا می توانند در پوشش داخلی تایر و تیوب ها مورد استفاده قرار می گیرد. زیرا یکی از ویژگیهای نانوکامپوزیت EPDM مقاومت بسیار بالای آن در برابر نفوذ و عبور گازها می باشد. بنابراین این نانوکامپوزیت ها می تواند جایگزین مواد امروزی گردد. همچنین این نانوکامپوزیت ها از جمله الاستومرهایی است که می تواند در آلیاژهای مختلف با ترموپلاستیکها کاربردهای وسیعی را در صنعت خوردو داشته باشد.
4-7) قطعات لاستیکی خودرو : نانوکامپوزیت ترموپلاست الاستومرها می تواند به عنوان یک ماده پرمصرف در صنایع ساخت و تولید قطعات خوردو بکار رود. از ویژگی های این مواد، بالا بودن مدول بالا ، مقاومت حرارتی، پایداری ابعاد، وزن کم، مقاومت شعله می باشد. لذا نانوکامپوزیت ترموپلاستیک الاستومرهای پایهEPDM و PP می توانند تحول چشمگیری را در ساخت قطعات خوردو ایجاد نماید.
5-7) افزایش مقاومت سایشی لاستیک : استفاده از نانوسیلیکا و نانواکسیدروی در ترکیبات تایر سبب تحول عظیمی در صنعت لاستیک می شود. بطوریکه با افزودن این مواد به لاستیک علاوه بر خواصی ویژه ای که این مواد به لاستیک می دهند، امکان افزایش مقاومت سایشی این لاستیکها وجود دارد.
6-7) نسبت وزن تایر به عمر آن : با افزودن میزان مصرف یکی از نانوفیلرها می توان مصرف دوده را پایین آورد. به عبارت دیگر اگر وزن تایر کم شود، عمر لاستیک افزایش می یابد. بنابراین جهت بالا بردن عمرلاستیک کافی است با افزودن یک سری مواد نانومتری به لاستیک عمر آن را افزایش داد.
لاستیک هوشمند احتمال پنچری خودرو را اعلام میکند
پژوهشگران با تهیه یک تایر آزمایشی خودرو که میتواند آسیب را حس کند و راننده را از احتمال پنچری آگاه نماید، تازهترین پیشرفت در فناوری خودرو هوشمند را ارایه کردند.
، پیش از این تایری ساخته شده بود که میتوانست رانندگان را از کم بودن فشار لاستیک آگاه کند. اما محققان دانشگاه پوردو در "وست لافایت" در ایندیانا راهی یافتهاند که کل لاستیک را به یک نوع سنجنده تبدیل میکند.
گری کروتز مدیر مرکز الکتروهیدرولیک و استاد مهندسی زیستشناسی و کشاورزی دانشگاه پردو میگوید وجود چند لایه مواد مختلف در کل لاستیک با خواص الکتریکی متفاوت امکان سنجش تمام قسمتهای لاستیک را میسر میسازد.
این سامانه میتواند اشکالاتی نظیر پارگی، سوراخ شدگی، نقایص تولید، عدم توازن، نصب غلط و خرابی را تشخیص دهد.
این محققان سامانه سنجندهای ابداع کردهاند که میتواند پیامهای الکتریکی مجزا را در لایههای لاستیک شناسایی کند، تغییراتی را که منجر به پنجری میشود بیابد یا فرسودگی نظیر فشار نابرابر هوا را کاهش دهد.
این تایرها از لاستیک خاصی ساخته شدهاند و این فناوری از خواص خود مواد بهره گرفته است و این شیوهای است که پیش از این در تایرها انجام نشده بود.
یک تراشه مخصوص داخل تایر، لایههای مختلف را بررسی میکند و اطلاعات ایمنی را به سرعت برای راننده ارسال میکند.
این کار کمتر از یک ثانیه به طول میانجامد. اگر لاستیک شروع به خراب شدن کند از خیلی قبل به راننده هشدار میدهد.
این محققان پیش از این یک شیلنگ هیدرولیک ساختهاند که خرابی را هشدار میدهد و در حال تحقیق برای استفاده از این فناوری در ابزارهای ارتوپدی جهت تشخیص خرابی زانو و لگن مصنوعی هستند.
آنها دریافتند این فناوری روی جنس لاستیک نیز کارایی دارد.
محققان پردو تاکنون ? 24?تایر ساختهاند. کروتز قصد دارد این فناوری را به ثبت برساند و به تولیدکنندگان عرضه نماید. اولین استفاده از آن در خودروهای چند میلیون دلاری مسابقه خواهد بود که هزینه پنچری بالاست.
استفاده از این فناوری برای تولیدکنندگان در هر تایر یک دلار هزینه دربردارد که هزینه هر تایر برای مشتری ? 50?دلار تمام میشود.
لاستیک فلزی محصولی با کاربردهای متنوع (83/09/30 )
چه مادهای میتواند مانند فلز، هادی جریان الکتریکی بوده و در عین حال همانند یک نوار لاستیکی قابلیت ارتجاعی داشته و کش بیاید؟ این سؤالی است که ذهن شیمیدانان را به خود مشغول کرده است.
در اوایل سال 2004 گروهی از محققان شرکت نانوسونیک در بلاکسبرگ ویرجینیا پاسخ این سؤال را یافتند؛ مادة قهوهای رنگ نازکی که میتواند تا سه برابر طول اولیة خودکشیده شده و در عین حال جریان برق را همانند یک میلة فولادی از خود عبود دهد. دکتر ریک کلاوس ضمن اظهار این مطلب بیان داشت که آنها این ماده را لاستیک فلزی (Metal Rubb ER نام نهادهاند.
تاکنون تعداد بسیار کمی از شرکتهای بزرگ برنامة رسمی خود را برای سرمایهگذاری در زمینة این پلیمر جدید اعلام کردهاند. شرکت بینالمللی SRI از جمله شرکتهایی است که در نظر دارد از لاستیک فلزی برای ساخت ماهیچههای مصنوعی و آینههای ستارهشناسی استفاده نماید. همچنین بنابر برخی گزارشها شرکت لاکهید مارتین هم از آن برای ساخت بال هواپیما با کارایی بیشتر استفاده میکند.
کاربردهای بالقوة زیاد دیگری برای این مادة جدید میتوان تصور نمود؛ از جتهای مسافربری گرفته تا ابزارهای پزشکی بااستفاده از آنحتی مدارهای الکترونیکی و صفحه نمایشهای انعطافپذیری را تصور نمود که در رایانههای کیفی و تلفنهای همراه بهکار رفته و مرحلة جدیدی از ضدضربهبودن را تجربه میکنند و یا اندامهای مصنوعی که درست همانند مشابه واقعی خود قابلیت خمشدن دارند. در واقع میتوان گفت اقبال عمومی و حمایت از این فناوری جدید روند رو به رشدی را طی میکند و شرکت نانوسونیک امیدوار است با توجه و تأکید بر منافع و کاربردهای متنوع لاستیک فلزی، بتواند سهم خود از بازار فناورینانو را به دست آورد.
نکتة جالب توجه در مورد لاستیک فلزی آن است که علاوه بر انعطافپذیری و رسانش الکتریکی، این ماده بسیار سبکتر از فلزات دیگر است و وزن آن چیزی معادل یک درصد وزن قطعهای فولادی با همان کارایی میباشد. ضمن آن که دانشمندان امیدوارند با تولید انبوه این ماده قیمت آن به حدود یک هزارم تمامی رساناهای فلزی دیگر برسد.
همانند اغلب اختراعات، این ماده ضمن انجام کار دیگری کشف شد و هدف اولیه و اصلی گروه تحقیقاتی نانوسونیک رسیدن به آن نبود، بلکه آنها به طور اتفاقی و در حالی که سرگرم فعالیت و تحقیق و انجام سایر پروژههای نیروی هوایی آمریکا بودند، به این کشف مهم دست یافتند. در واقع به نظر کلاوس، لاستیک فلزی ایدهای نبود که کسی حاضر باشد مستقیماً از آن حمایت کرده و روی آن سرمایهگذاری نماید.
از ابتدای پیدایش لاستیک فلزی در سال 1998 نانوسونیک همواره در پی آن بوده تا با استفاده از روش خودسامانی مولکولی
(molecular self- Assembly مواد جدیدی را تولید نماید.
با لایهنشانی متناوب مولکولهایی با بارالکتریکی مثبت یا منفی روی بستری چون شیشه یا پلاستیک، این ماشینهای سازندة ریز تدریجاً روی هم به صورت لایهای جمع شده، مادة جدیدی را تشکیل میدهند.
در واقع میتوان لاستیک فلزی را نوعی پلیمر پلاستیکی با یونهای فلزی دانست. به گفته کلاوس یکی از مزایای این روش این است که وجود تنها یک درصد ناخالصی فلزی در این پلیمر برای رساناکردن آن کافی است. لذا میتوان در عین حفظ خاصیت کشسانی (الاستیسیته) در استفاده از فلزات گران قیمت نیز صرفهجویی نمود.
با این روش لایهنشانی- معروف به ساماندهی الکترواستاتیکی (electrostatic- Assembly - تولید لایههای فوقالعاده نازک به ضخامت در حد یک هزارم یک تار مو، چند روز به طول میانجامد.
امّا آنچه باعث شده تا لاستیک فلزی منحصر به فرد شناخته شود آن است که چنین خواص گستردهای در مادهای ضخیمتر و واقعی با کاربردی بیشتر جمع شده و صرفاً یک پوششدهی نازک نمیباشد.
اگر چه نانوسونیک کلید دستیابی به این اختراع را اعلام نکرده و آن را همچون یک راز علمی برای خود نگه داشته، اما جنیفر لالی مدیر بخش نانوکامپوزیت این شرکت میگوید: "او و تیم کاریاش مدت دو سال بود که برای رسیدن به یک فرآیند پلیمری بهتر تلاش میکردند." به گفتة وی، به کمک این روشهای فرآوری جدید میتوان موادی به مراتب ضخیمتر ولی در زمانی بسیار کوتاهتر - چند میلیمتر در ساعت به جای چند نانومتر در مدت چند روز- تولید کرد. وی میگوید ما به مادهای دست یافتهایم که در واقع میتواند مثلاً برای ساخت آنتن و یا اتصالات بال یک هواپیما به کار رود.
بعد از تمام این پیشرفتها و تلاشها و استفاده از ترکیبات مختلفی از طلا و نقره، آخرین نوع از انواع لاستیک فلزی در اواسط سال 2004 به ثمر رسید و از آن هنگام دنیای تحقیق و پژوهش را به تکاپو واداشت.
شرکت نانوسونیک علاوه بر رابطهای که با لاکهید مارتین دارد، با چندین نمایندگی دولتی دیگر نیز همکاری داشته و تسهیلات و کمکهای مالی را از DARPA، ناسا، دریافت داشته است. به ادعای کلاوس، آخرین اختراعات این شرکت همواره در بین محصولات شرکتهای برتری که مجلة Fortune معرفی میکند در نوع خود اولین بوده است. البته وی محصول مشخصی را نام نمیبرد.
علاوه بر کاربردهای فراوانی که این لاستیک فلزی در صنایع هوا فضا و صنایع دفاعی دارد، پیشبینی میشود کاربرد آن حتی به ابزارهای زیست پزشکی، ماهیچههای مصنوعی و نمایشگرهای الکترونیکی نیز گسترش یابد.
همچنین پیشبینی میشود این ماده در وسایل الکترونیکی دستی، اندامهای مصنوعی، اسباببازیها وبالاخره در هر کجا که به اتصالات انعطافپذیر با هدایت الکتریکی مناسب نیاز باشد مورد استفاده واقع شود.
دکتر روی کرنبلو مهندس و محقق عضو مؤسسة بینالمللی SRI و متخصص تولید ماهیچههای مصنوعی امیدوار است بتواند در آیندة نزدیک آزمایشهایی را با استفاده از این ماده ترتیب دهد و دو کاربرد مستقیم آن را در کار خود را مشاهده نماید؛ استفاده از لاستیک فلزی در صفحات رسانایی که در ساخت نوع بخصوصی از ماهیچههای مصنوعی به کار میرود و دیگر ساخت آینههایی است که در فضا برای ستارهشناسی و مقاصد دیگر به کار میرود. لاستیک فلزی برای ساخت این نوع آینهها مادهای ایدهآل است.
وی معتقد است به دلیل آنکه این آینهها باید بزرگ و تا حد ممکن سبک باشند، مادة انعطافپذیر و بازتابندهای چون لاستیک فلزی جایگزین مناسبی است.
شرکت نانوسونیک هنوز در راه تولید انبوه این محصول با مشکلاتی مواجه است که باید مرتفع شوند، خصوصاً آنکه انتظار دارد مشتریان بیشتری را برای این محصول پیدا کند. حتی خود کلاوس هم تصدیق میکند که تولید چنین محصولی به صورت انبوه آن هم در شرایطی که این شرکت ظرف مدت یک روز و نیم تنها 12 اینچ مربع از آن را به صورت نمونه ساخته، کاری بس دشوار است.
به هر حال این شرکت به دنبال سرمایهگذاران خطرپذیری است که در کوتاهمدت روی این طرح سرمایهگذاری کنند و احتمالاً برای توسعة بیشتر فناوری خود، به جذب سرمایه از طریق مشارکتهای عمومی روی آورد. به عقیدة کلاوس در حال حاضر لاستیک فلزی قابلیت کاربرد در محصولاتی چون اسباببازیها و تجهیزات پزشکی را دارد و میتواند تا سال 2006 به بازار مصرف راه یابد. امّا فعلاً و زودتر از آن موقع نمیتوان به تولید player MP3 از این جنس امیدوار بود.
منابع
http://www.technologyreview.com
http://www.nano.ir
http://www.iritn.com
http://www.daneshju.ir
http://www.sheshmim.com
http://autoeram.blogspot.com
http://www.centralclubs.com
http://www.donya-e-eqtesad.com
http://daneshnameh.roshd.ir
http://www.saba.org.ir
http://www.tiktaak.blogsky.com/
تیونینگ تاک