نانو کامپوزیت ها
با توجه به این که تایر یکی از قطعاتی است که در صنعت و مهندسی نقش استراتژیک و بسیار مهمی دارد، در کشورمان فعالیت های گسترده ای برای تاسیس کارخانجات جدید تایرسازی و توسعه آنها درحال پیگیری و انجام است.
بنابراین پروژه های تحقیقاتی متعددی در جهت ارتقای خواص و ویژگی های کنونی تایرهایی که مورد استفاده قرار می گیرند ، تعریف و اجرا شده است تا بتوان در آینده ای نه چندان دور از این دستاوردها در ساخت تایر استفاده کرد.
با موفقیت محققان پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی کشور در تولید نانوتایر، کشور ایران به عنوان تنها قدرت خاورمیانه و آسیا در عرصه طراحی و ساخت تایرهای نوین با استفاده از فناوری نانوشناخته شد و به این ترتیب همگام با دیگر تولیدکنندگان بزرگ تایر در سراسر دنیا، در آینده ای نزدیک با بهره گیری از فناوری نانو، تولید تایرهایی با خواص مکانیکی و دینامیکی بالا را آغاز خواهد کرد.
استفاده از این فناوری در حضور صنعت خودروسازی ایران در بازارهای جهانی بسیار تاثیرگذار خواهد بود.
مواد و توسعه آنها از پایه های تمدن بشری به شمار می آیند و به همین علت دوره های تاریخی را به نام مواد نامگذاری کرده اند. ما هم اکنون در عصر کربن زندگی می کنیم.
این در حالی است که بدون شناخت یک ماده جدید، از طریق بهینه سازی و ترکیب مواد نیز می توان قدم در عرصه های نوین گذاشت.
دستیابی به فناوری نانو می تواند مقدمه ای بر ایجاد تغییراتی شگرف و جدید در مواد کامپوزیتی باشد.
کامپوزیت ها ترکیباتی هستند که از چند ماده متمایز که اجزای آن به آسانی از یکدیگر تشخیص داده می شوند، ساخته شده اند. هدف از ایجاد کامپوزیت دستیابی به ماده ای ترکیبی با خواص و ویژگی های مورد نظر است.
نانو کامپوزیت ها نیز کامپوزیت هایی هستند که در مقیاس نانوساخته می شوند. این مواد در دو مرحله تشکیل می شوند. در مرحله اول ساختاری بلوری در ابعاد نانو ساخته می شود که زمینه یا ماتریس کامپوزیت محسوب می شود. ماده زمینه ممکن است از جنس پلیمر، فلز یا سرامیک باشد. در مرحله دوم ذراتی در مقیاس نانو به عنوان تقویت کننده برای استحکام ، مقاومت ، هدایت الکتریکی و... به ماده زمینه افزوده می شود. کامپوزیت های پلیمری به علت خواصی مانند استحکام ، سختی و پایداری حرارتی و ابعادی در ساخت هواپیماها مورد توجه قرار گرفته اند. با توسعه فناوری نانو، کاربرد کامپوزیت های پلیمری نیز گسترش خواهد یافت.
پلیمرها با استفاده از موادآلی یا معدنی تقویت می شوند. ذرات و الیاف با توجه به ساختارشان سبب ایجاد استحکام می شوند و ماده زمینه پلیمری با چسبیدن به موادمعدنی ، نیروهای اعمال شده به کامپوزیت را به طور یکنواخت به ماده تقویت کننده منتقل می کند و در نتیجه سبب ایجاد تغییر در میزان سختی ، شفافیت و تخلخل ماده درون کامپوزیت می شود. این ماده پلیمری می تواند سطح ماده تقویت کننده را از آسیب دور کند و ذرات را به گونه ای در کنار هم قرار دهد تا از ایجاد و گسترش هرگونه ترک یا شکاف در کامپوزیت جلوگیری شود. تبدیل کامپوزیت به نانو کامپوزیت سبب افزایش بازده استحکامی آن خواهد شد. در نانو کامپوزیت ها از مقادیر کمی ذرات نانومتری استفاده می شود. این ذرات علاوه بر افزایش استحکام پلیمرها، وزن آنها را نیز کاهش می دهند. به گفته دکتر محمد کرابی از محققان پژوهشکده پلیمر و پتروشیمی ایران و مجری این طرح امروزه مواد تقویت کننده در مقیاس نانو تولید و برای به کارگیری در آمیزه های لاستیکی اصلاح شده اند بنابراین امکان بررسی تقویت کنندگی این دسته از مواد در ترکیبات لاستیکی امکان پذیر است و می بایست نقش مواد نانو در ترکیبات لاستیکی و همچنین تایرها را به طور کامل مورد بررسی قرار داد. با توجه به احداث کارخانجات جدید تایرسازی و همچنین طرح توسعه اکثر تولیدکنندگان تایر به نظر می رسد دستیابی به فناوری نانو در ساخت تایر که قطعه ای استراتژیک و مهندسی محسوب می شود دارای اهمیت بسیار زیادی است و چه بسا در آینده ای نه چندان دور بدون استفاده از فناوری نانو ، تولیدکنندگان تایر در ایران با مشکلات اساسی در میدان رقابت جهانی مواجه خواهند شد.
اصلاح ترکیبات لاستیکی
بررسی ها نشان داد که این ترکیب نسبت به ترکیبات معمولی که فاقد نانو سیلیکات هستند از خواص مکانیکی بسیار بهتری برخوردار است.
مفاهیم جدید فناوری نانو بسیار گسترده و ناشناخته است و ممکن است علم و فناوری را در مسیرهای غیرقابل پیش بینی شده قرار دهد.
اگر چه ذرات رس به صورت طبیعی در ابعاد نانو یافت می شوند، اما برای استفاده از آنها در ترکیبات لاستیکی لازم است اصلاحات شیمیایی روی آن انجام شود تا بتوان خواص ویژگی های فرآیند تولید تایر را افزایش داد. به این ترتیب ، با توجه به پیش بینی خواص مکانیکی تایر، مقاومت سایشی آن تا حد زیادی افزایش خواهد یافت.
تایر ساخته شده با این آمیزه از مقاومت غلتشی پایین تر و خواص سایشی بالاتر برخوردار خواهد بود که به ترتیب به کاهش مصرف سوخت و افزایش عمر مفید تایرها منجر خواهد شد.
نانو ذراتی از جنس خاک رس
عرصه نانو محدوده ای میان ابعاد میکرو و ابعاد ملکولی را در بر می گیرد و هدف اصلی در فناوری نانو ایجاد کاربردهایی متفاوت و استفاده از خواص و ویژگی های منحصر به فرد مواد شناخته شده است.
در نانوکامپوزیت های خاک رس ، از خاک رسهای نوع اسمکتیت مانند مکتوریت و مونت موریلونیت به عنوان پرکننده استفاده می شود. این نوع از خاک رس ساختاری لایه ای دارد و به همین جهت پیش بینی می شود از خواص مکانیکی فوق العاده ای در جهت موازی این لایه ها برخوردار باشد. یکی از مهمترین زمینه های کاربرد این مواد صنعت خودروسازی است که اولین کاربرد تجاری آن استفاده از این ماده در ماده زمینه ای نایلون به عنوان روکش نوار زمان سنج برای ماشین های تویوتا در سال 1991 بوده است.
در نانوکامپوزیت های رسی نه تنها دانه های رسی را از هم جدا می کنند، بلکه لایه های هر دانه را نیز از هم جدا می کنند تا خواص مکانیکی هر لایه به میزان چشمگیری افزایش یابد. اگرچه تحقیقات درخصوص ترکیب خاک رس و پلیمر به پیش از سال 1980برمی گردد اما با توجه به این که تحقیقات انجام شده در آن زمان هیچ گاه به نتایج مطلوبی در بهبود خواص فیزیکی و مهندسی آنها منجر نشده است ، نمی توان آنها را بخشی از تاریخچه نانوکامپوزیت های رسی به شمار آورد. استفاده از فناوری نانو در ساخت کامپوزیت های پلیمری در نتیجه تلاشهای محققان شرکت تویوتا برای لایه لایه کردن دانه های رسی در ماده زمینه ای نایلون آغاز شد.آنها اثبات کردند که با استفاده از ذرات خاک رس در ابعاد نانو به عنوان ماده تقویت کننده در پلیمرها می توان خواص این مواد را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید. به این ترتیب ، تحقیقات وسیعی در این زمینه در سطح جهان آغاز شد و در حال حاضر استفاده از این ویژگی در دیگر پلیمرهای مهندسی مانند پلی پروپیلن ، پلی اتیلن و لاستیک نیز مورد توجه قرار گرفته است.
با توجه به ویژگی های منحصر به فرد مواد تولید شده با استفاده از این فناوری انتظار می رود نانوکامپوزیت های رسی بتوانند جایگزین مناسبی برای کامپوزیت های مقاوم شده با الیاف مرسوم باشند.به گفته کرابی ، تحقیقات انجام شده در این طرح بر روی آج تایر متمرکز است که در حقیقت نقطه تماس تایر با سطع جاده محسوب می شود. استفاده از این فناوری ، علاوه بر ایجاد مقاومت در برابر سایش تایر، کاهش چشمگیر وزن و حجم تایر را هم به همراه داشته که بسیار امیدوارکننده بوده است اما به نظر می رسد کاهش در مصرف سوخت خودروها با توجه به سهمیه بندی بنزین یکی از مهمترین مزایای دستیابی به این فناوری نوین باشد. این طرح با حمایت وزارت علوم انجام شده است و مجریان طرح هم اکنون در تلاش هستند مقدمات استفاده از این فناوری نوین در دو کارخانه تایرسازی کشور به مرحله اجرا گذاشته شود. لزوم به روزرسانی و ایجاد اصلاحاتی در تجهیزات کارخانه های تایرسازی از مشکلات موجود در این زمینه است.
مجری این طرح در پایان خاطرنشان کرد که استفاده از این فناوری در حال حاضر برای تایرهای کوچک در نظر گرفته شده است و در آینده در صنایعی دیگر مانند ساخت تایر هواپیماها نیز مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
