آمیزهها و کامپوزیتهای پلیمری
آمیختن پلیمرها یا تقویت آنها با الیاف و پرکنندهها، نقاط قوت مواد مختلف را ترکیب میکند و سیستمهای چندفازی ایجاد مینماید که فصل مشترک و مورفولوژی آنها، تعادل نهایی سفتی، چقرمگی و سایر خواص را تعیین میکند.
Definition
آمیزههای پلیمری مخلوطهای فیزیکی دو یا چند پلیمر هستند، و کامپوزیتهای پلیمری موادی هستند که در آنها یک ماتریس پلیمری با الیاف یا ذرات تقویت میشود؛ هر دو سیستمهای چندفازی هستند که خواص آنها به ترکیب، مورفولوژی فاز و چسبندگی بینسطحی بستگی دارد.
Scope
این موضوع به ترکیبهای فیزیکی پلیمرها و تقویتکنندهها میپردازد: آمیزههای امتزاجپذیر در مقابل آمیزههای امتزاجناپذیر و نادر بودن امتزاجپذیری، مورفولوژی فاز و سازگارسازی، چقرمه کردن پلیمرهای شکننده با لاستیک پراکنده، و کامپوزیتهای تقویتشده با الیاف و ذرات شامل نقش فصل مشترک و تخمین سفتی بر اساس قانون مخلوطها.
Core questions
- چرا بیشتر جفتهای پلیمری امتزاجناپذیر هستند و چه مورفولوژیای حاصل میشود؟
- چگونه سازگارسازی خواص آمیزه را بهبود میبخشد؟
- چگونه لاستیک پراکنده یک پلاستیک شکننده را چقرمه میکند؟
- چگونه هندسه تقویتکننده و فصل مشترک، سفتی و استحکام کامپوزیت را کنترل میکنند؟
Key theories
- رفتار فاز و سازگارسازی آمیزهها
- از آنجایی که اختلاط زنجیرههای بلند آنتروپی کمی به دست میآورد، بیشتر آمیزهها جدایش فاز دارند؛ اندازه و چسبندگی فاز پراکنده خواص را کنترل میکند، و سازگارکنندههای بلوکی یا پیوندی کشش بینسطحی را کاهش داده و مورفولوژی ریز و با پیوند خوب را پایدار میکنند.
- تقویت و انتقال بار در کامپوزیتها
- الیاف یا ذرات سفت، باری را که از طریق فصل مشترک ماتریس-تقویتکننده منتقل میشود، حمل میکنند، بنابراین سفتی کامپوزیت با محتوای تقویتکننده و جهتگیری آن افزایش مییابد، در حالی که چقرمگی و استحکام به شدت به چسبندگی بینسطحی و طول الیاف بستگی دارد.
Mechanisms
هنگامی که دو پلیمر به صورت مذاب مخلوط میشوند، آنتروپی اختلاط کم معمولاً باعث امتزاجناپذیری آنها میشود، بنابراین یکی به صورت دامنههایی در دیگری پراکنده میشود؛ اندازه دامنه و چسبندگی بینسطحی، که با سازگارکنندهها قابل تنظیم است، تعیین میکند که آمیزه شکننده است یا چقرمه. ذرات لاستیک پراکنده با آغاز و کنترل بسیاری از ترکهای کوچک یا نوارهای برشی که انرژی را جذب میکنند، ماتریس شیشهای را چقرمه میکنند. در کامپوزیتها، بار اعمالشده از ماتریس انعطافپذیر به الیاف یا ذرات سفت در سراسر فصل مشترک آنها منتقل میشود، بنابراین مدول، کسر حجمی، نسبت ابعادی و جهتگیری تقویتکننده، همراه با پیوند بینسطحی، سفتی و استحکام کلی را تعیین میکنند.
Clinical relevance
آمیزهها و کامپوزیتها بر کاربردهای مهندسی غالب هستند زیرا به ترکیباتی از خواص دست مییابند که هیچ پلیمر واحدی ارائه نمیدهد: پلاستیکهای چقرمهشده با لاستیک مانند پلیاستایرن با ضربه بالا و ABS مقاومت در برابر ضربه را فراهم میکنند، آلیاژهای پلیمری هزینه و عملکرد را تنظیم میکنند، و کامپوزیتهای تقویتشده با الیاف، مواد سبک، سفت و قوی را برای هوافضا، خودرو، کالاهای ورزشی و ساختوساز فراهم میآورند.
History
پلاستیکهای چقرمهشده با لاستیک در اواسط قرن بیستم با پلیاستایرن ضربهپذیر و ABS ظهور کردند، آمیزههای پلیمری و شبکههای درهمتنیده از دهه 1970 سیستماتیک شدند، و کامپوزیتهای تقویتشده با الیاف با کارایی بالا بر پایه الیاف شیشه، کربن و آرامید در همان دوره به سرعت رشد کردند تا نیازهای مواد ساختاری سبکوزن را برآورده سازند.
Key figures
- Leslie Sperling
- Souheng Wu
Related topics
Seminal works
- sperling2006
- young2011
Frequently asked questions
- چرا بیشتر آمیزههای پلیمری امتزاجناپذیر هستند؟
- مخلوط کردن زنجیرههای بلند آنتروپی بسیار کمی به دست میآورد، بنابراین حتی تعاملات نامطلوب کوچک نیز باعث جدایش فاز میشوند. بنابراین بیشتر آمیزهها شامل یک پلیمر هستند که به صورت دامنههایی در دیگری پراکنده شده است، به جای اینکه یک محلول یکنواخت تشکیل دهند.
- چگونه افزودن لاستیک یک پلاستیک را چقرمهتر میکند؟
- ذرات لاستیک پراکنده به عنوان متمرکزکنندههای تنش عمل میکنند که به جای یک ترک فاجعهبار واحد، بسیاری از ترکهای کوچک و جذبکننده انرژی یا نوارهای برشی را آغاز میکنند. این امر تغییر شکل را گسترش داده و مقاومت در برابر ضربه را به طور چشمگیری افزایش میدهد.