كيف يتم تصنيع المواد المرنة؟

لتوليف أ مادة مرنة, أولاً ، يجب أن يكون لدى الشخص معرفة بنوع البوليمرات التي يتكون منها ؛ لأنه ، خلاف ذلك ، سيتم صياغة البلاستيك أو الألياف. مع العلم بذلك ، فإن البوليمرات التي يجب أخذها في الاعتبار هي تلك المسماة اللدائن.

ثم ، المطاط الصناعي تشكل المواد المرنة. ولكن ما هي؟ كيف تختلف عن غيرها من البوليمرات؟ كيفية معرفة ما إذا كان للمادة توليفها حقا خصائص مرنة?

يوجد أحد أبسط الأمثلة على مادة مرنة في الأشرطة المرنة (أو الأربطة) التي تربط الصحف ، والزهور ، أو مجموعة من الفواتير. إذا تم تمديدها ، فسيتم ملاحظة أنها تشوه طولياً ، ثم تعود إلى شكلها الأصلي.

ولكن ، إذا كانت المواد مشوهة بشكل دائم ، فهي ليست مرنة ، ولكنها بلاستيكية. هناك العديد من العوامل المادية التي تسمح لك بالتمييز بين هذه المواد ، مثل معامل يونغ الخاص بك ، وحدتك المرنة ، ودرجة حرارة انتقال الزجاج (Tg)..

بالإضافة إلى هذه الصفات الفيزيائية ، يجب أن تفي المواد المرنة كيميائيًا أيضًا بمعايير جزيئية معينة لكي تتصرف على هذا النحو.

من هذا ينشأ مجموعة واسعة من الاحتمالات ، المخاليط والتوليفات ، تخضع لعدد لا يحصى من المتغيرات ؛ كل هذا ليتلاقى على سمة "بسيطة" من المرونة.

مؤشر

• 1 المواد الخام
  • 1.1 الخصائص الجزيئية
• 2 توليف من المطاط الصناعي
  • 2.1 الفلكنة
  • 2.2 العلاجات الفيزيائية والكيميائية الإضافية
• 3 توليف العصابات المرنة
• 4 المراجع

المواد الخام

كما ذكرنا في البداية ، المواد المرنة مصنوعة من المطاط الصناعي. هذا الأخير بدوره يتطلب البوليمرات الأصغر الأخرى أو "أجزاء الجزيئية" ؛ وهذا هو ، اللدائن أيضا تستحق التوليفات الخاصة بهم من البوليمرات السابقة.

كل حالة تتطلب دراسة دقيقة لمتغيرات العملية ، والظروف ولماذا مع هذه البوليمرات "المطاط الصناعي" الناتج ، وبالتالي ، المواد المرنة.

دون الخوض في التفاصيل ، لدينا سلسلة من البوليمرات المستخدمة لهذا الغرض:

-polyisocyanate

-بوليول بوليستر

-بوليميرات الإيثيلين والبروبيلين (أي خليط من البولي إيثيلين والبولي بروبيلين)

-polyisobutylene

-polysulphides

-polysiloxane

بالإضافة إلى العديد من الآخرين. تتفاعل هذه مع بعضها البعض من خلال آليات البلمرة المختلفة ، من بينها: التكثيف ، الإضافة ، أو عن طريق الجذور الحرة.

لذلك ، كل التوليف ينطوي على الحاجة إلى إتقان حركية رد الفعل ، من أجل ضمان الظروف المثلى لتطوره. وبالمثل ، فإن المكان الذي سيتم فيه صنع التوليف يدخل حيز التنفيذ ؛ وهذا هو ، المفاعل ونوعه ومتغيرات العملية.

الخصائص الجزيئية

ما الذي تشترك فيه جميع البوليمرات المستخدمة في تخليق المطاط الصناعي؟ سوف تجعل خصائص الأول التآزر (الكل أكبر من مجموع أجزائه) مع الثاني.

بادئ ذي بدء ، يجب أن يكون لديهم هياكل غير متماثلة ، وبالتالي ، تكون غير متجانسة قدر الإمكان. يجب أن تكون هياكلها الجزيئية بالضرورة خطية ومرنة ؛ وهذا يعني أن دوران الروابط الفردية يجب ألا يتسبب في حدوث تصدعات استوائية بين المجموعات البديلة.

أيضًا ، لا ينبغي أن يكون البوليمر قطبيًا للغاية ، حيث إن تفاعلاته بين الجزيئات ستكون أقوى وتظهر صلابة أكبر.

لذلك ، يجب أن تحتوي البوليمرات على: وحدات غير متناظرة وغير قطبية ومرنة. إذا كانت لديهم كل هذه الخصائص الجزيئية ، فإنها تمثل نقطة انطلاق محتملة للحصول على المطاط الصناعي.

توليف المطاط الصناعي

بعد تحديد المواد الخام وجميع متغيرات العملية ، نواصل تخليق المطاط الصناعي. مرة واحدة توليفها ، وبعد سلسلة لاحقة من العلاجات الفيزيائية والكيميائية ، يتم إنشاء المواد المرنة.

ولكن ما هي التحولات التي يجب أن تخضع لها البوليمرات المختارة ليصبح المرنة?

يجب عليهم الخضوع للربط أو المعالجة (يشابك, باللغة الإنجليزية) ؛ أي أن سلاسل البوليمرات الخاصة بهم سيتم ربطها ببعضها البعض بواسطة جسور جزيئية ، والتي تأتي من جزيئات ثنائية أو متعددة الوظائف أو بوليمرات (قادرة على تكوين رابطة تساهمية قوية أو أكثر). الصورة أدناه تلخص ما ورد أعلاه:

تمثل الخطوط الأرجواني سلاسل البوليمر أو الكتل "الأكثر صلابة" من المطاط الصناعي ؛ في حين أن الخطوط السوداء هي الجزء الأكثر مرونة. يمكن أن يتكون كل خط أرجواني من بوليمر مختلف ، أكثر مرونة أو صلابة من سابقه أو إجراء.

ما وظيفة هذه الجسور الجزيئية الوفاء؟ يمكن السماح باستخدام المطاط الصناعي المدلفن على نفسه (الوضع الثابت) تحت ضغط تمددي (الوضع المرن) بفضل مرونة روابطه.

يتصرف الربيع السحري (Slinky ، على سبيل المثال ، Toystory) بشكل يشبه إلى حد ما طريقة عمل اللدائن المرنة.

تقسية المطاط بالكبريت

من بين جميع عمليات الربط المتبادل ، تعتبر الفلكنة واحدة من أشهرها. هنا ، يتم ربط سلاسل البوليمر بجسور الكبريت (S-S-S ...).

بالعودة إلى الصورة أعلاه ، لم تعد الجسور سوداء ، ولكنها صفراء. هذه العملية ضرورية في صناعة الإطارات.

المعالجات الفيزيائية والكيميائية الإضافية

تشتمل اللدائن المركبة ، على أن الخطوات التالية تتكون من معالجة المواد الناتجة لمنحهم خصائصها الفريدة. كل مادة لها معاملة خاصة بها ، من بينها التدفئة أو القولبة أو الطحن أو غيرها من "العلاج" الجسدي.

في هذه الخطوات يتم إضافة أصباغ ومواد كيميائية أخرى تضمن مرونتها. أيضًا ، يتم تقييم معامل Young الخاص بهم ، Tg الخاصة بهم ، وحدود المرونة الخاصة بهم كتحليل للجودة (بالإضافة إلى متغيرات أخرى).

هذا هو المكان الذي يتم فيه دفن مصطلح المطاط الصناعي بكلمة "مطاط" ؛ مطاط السيليكون ، النتريل ، طبيعي ، يوريثان ، بوتادين ستيرين ، إلخ. المطاط مرادف للمواد المرنة.

توليف العصابات المرنة

وحتى النهاية ، سيتم تقديم وصف موجز لعملية التوليف للأشرطة المرنة.

يتم الحصول على مصدر البوليمرات لتركيب اللدائن من اللاتكس الطبيعي ، وتحديدا من شجرة Hevea brasiliensis. هذه مادة حليبية وراتنجية ، والتي تخضع للتنقية ثم تُخلط مع حمض الأسيتيك والفورمالدهايد.

من هذا الخليط يتم الحصول على بلاطة ، والتي يتم استخراج المياه منها بالضغط عليها ومنحها شكل كتلة. يتم قطع هذه الكتل إلى قطع أصغر في الخلاط ، حيث يتم تسخينها وتضاف الأصباغ والكبريت من أجل الفلكنة.

بعد ذلك ، يتم قصها وتعريضها للقذف ، للحصول على قضبان مجوفة ، داخلها سيشغلون قضيبًا من الألومنيوم مع التلك كدعم.

وأخيرًا ، يتم تسخين القضبان وإزالتها من دعامة الألومنيوم الخاصة بها ، بحيث يتم ضغطها مرة أخيرة بواسطة بكرة قبل قطعها ؛ كل محكمة تولد رابطة ، وتخفيضات لا تعد ولا تحصى تولد طن منهم.

مراجع

1. ويكيبيديا. (2018). مرونة (فيزياء). تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
2. Odian G. (1986) مقدمة في تخليق المطاط الصناعي. In: Lal J.، Mark J.E. (eds) التقدم في المطاط الصناعي ومرونة المطاط. سبرينغر ، بوسطن ، ماساتشوستس
3. أدوات الروبوتات الناعمة. (بدون تاريخ). اللدائن. تم الاسترجاع من: softroboticstoolkit.com
4. الفصل 16 ، 17 ، 18 ، البلاستيك ، الألياف ، اللدائن. [PDF]. تم الاسترجاع من: fab.cba.mit.edu
5. توليف المرنة. [PDF]. تم الاسترجاع من: gozips.uakron.edu
6. Advameg، Inc. (2018). الشريط المطاطي تم الاسترجاع من: madehow.com.