فوم‌های پلیمری

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
فوم پلیمری جامد برای بسته‌بندی در زیر میکروسکوپ نوری.

فوم پلیمری فومی است، به صورت مایع یا جامد، تشکیل شده از پلیمرها.


مثال‌ها عبارتند از:

  • فوم اتیلن-وینیل استات (EVA)، کوپلیمرهای اتیلن و استات وینیل. همچنین به عنوان استات پلی اتیلن-وینیل (PEVA) نامیده می‌شود
  • فوم پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE)، درجه یک پلی اتیلن (PE)
  • فوم لاستیک نیتریل (NBR)، کوپلیمرهای اکریلونیتریل (ACN) و بوتادین
  • فوم پلی کلروپرن یا نئوپرن
  • فوم پلی آیمید
  • فوم پلی پروپیلن (PP)، شامل پلی پروپیلن منبسط شده (EPP) و کاغذ پلی پروپیلن (PPP)
  • فوم پلی استایرن (PS)، شامل پلی استایرن منبسط شده (EPS)، فوم پلی استایرن اکسترود شده (XPS) و گاهی اوقات کاغذ پلی استایرن (PSP)
    • فوم، از جمله کف پلی استایرن اکسترود شده (XPS) و گاهی پلی استایرن منبسط شده (EPS)
  • فوم پلی اورتان (PU)
  • فوم پلی اتیلن، همان‌طور که در میله PEF استفاده می‌شود
  • فوم پلی وینیل کلراید (PVC)
    • فوم پی وی سی سلول بسته
  • فوم سیلیکونی
  • فوم میکروسلولار

مقدمه

فوم های پلیمری یا پلیمرهای سلولی یا منبسط شده نقش مهمی در زندگی روزمره داشته اند. به دلیل ویژگی های خاص خود ، برای بسیاری از کاربردهای صنعتی و خانگی جذاب شدند.مهمترین ویژگیهای فوم های پلیمری وزن سبک و خاصیت عایق حرارتی مناسب است. از دیگر مزایای آن مقاومت نسبتاً بالا در واحد وزن و ثابت دی الکتریک پایین تر در مقایسه با پلیمرهای جامد است.

تاریخچه

فوم های پلیمری برای اولین بار در دهه های1930-1940 ساخته شدند و پلی استایرن فوم دار اولین فوم پلیمری در سال 1931 بود. پلی اورتان در ابتدای جنگ جهانی دوم توسط دکتر اوتو بایر اختراع شد. این ماده ابتدا به عنوان جایگزینی برای لاستیک مورد استفاده قرار گرفت و همچنین به عنوان پوششی برای محافظت از سایر مواد رایج آن زمان مانند فلزات و چوب استفاده شد. چند سال پس از جنگ ، فوم پلی اورتان انعطاف پذیر اختراع شد و اولین بار بود که برای بالشتک سازی در مبلمان و صنعت خودرو مورد استفاده قرار گرفت. دو دهه پس از آن ، فومهای پلیمری به عنوان توسعه فن آوری های جدید ، با معرفی روش هایی مانند قالب گیری تزریقی ، پیچ دوتایی برای فوم و چندین روش اکستروژن ، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفت.

رفتار مکانیکی فوم ها و کاربرد آن

فوم های پلیمری دسته بسیار مفیدی از مواد مهندسی را ایجاد می کنند. آنها را می توان به آسانی در اشکال مختلف ساختاری با طیف گسترده ای از روش ها با استفاده از عوامل دمنده فیزیکی یا شیمیایی تولید کرد. اکثر رزین های ترموپلاستیک و ترموستات می توانند فوم شوند. خصوصیات یک فوم تابعی از اول مشخصات پلیمر جامد ، دوم چگالی نسبی فوم است. یعنی نسبت تراکم فوم به تراکم پلیمر جامد تشکیل دهنده دیواره های سلول (ρ / ρs) ، و سوم شکل و اندازه سلولها است .

تراکم نسبی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. دامنه وسیعی قابل دستیابی است (به طور معمول 0.05-0.2). فوم های پلیمری غالباً ناهمسانگرد هستند.

به طور کلی ، دو نوع ساختار اصلی موجود است: فوم های سلول باز و فوم های سلول بسته. بین این دو حد ساختاری انبوهی از اشکال میانی نهفته است.

در مورد کلاه ایمنی ، توانایی فوم بوش برای کاهش بارگذاری شوک اساساً به رفتار فشرده سازی آن بستگی دارد. در ابتدا ، تحت تنش فشاری ، با خم شدن و یا کشش دیواره های سلول ، فوم های پلیمری به صورت کششی و خطی تغییر شکل می دهند. با افزایش بیشتر استرس ، دیواره های سلول مانند ستون های بیش از حد سنگین می شوند و فرو می ریزند. در مرحله دوم ، جذب انرژی بسیار بارزتر است و بسته به پلیمر خاص ، تغییر شکل می تواند الاستیک یا پلاستیک باشد. اگر سلولها از نوع بسته باشند ، فشرده سازی هوای موجود سهم بیشتری و قابل توجهی در جذب انرژی دارد. در نهایت با متراکم شدن فوم ، دیواره های سلول لمس می شوند و استرس به شدت افزایش می یابد. این وضعیت زمانی اتفاق می افتد که یک آستر با ضخامت ناکافی در برابر پوسته کلاه ایمنی "از پایین" خارج شود. طراحی آستر کلاه ایمنی باید جذب انرژی مورد نظر را بدون "ته کشیدن" فراهم کند و در عین حال تنش های اوج را زیر حد مجاز نگه دارد.

برخی از ساختارهای پلیمری می توانند شکل اصلی خود را از طریق ویسکولاستیک بازیابی کرده و در برابر تعدادی از اثرات سنگین مقاومت کنند. با دیگران ، یک ضربه می تواند باعث آسیب دائمی به ساختار سلول شود ، به عنوان مثال PS گسترده شده پس از برخورد جدی ، کلاه ایمنی با این نوع آستر باید از بین برود. اگرچه این الزام در برخی از فعالیت های ورزشی غیرقابل عملی است ، مواردی وجود دارد که آسترهای PS یک ضربه ای کافی ارزیابی می شوند.


خواص مکانیکی و ساختاری

همراه با عملکرد برتر عایق ، فوم های سفت و سخت PU همچنین به دلیل ترکیب مقاومت مکانیکی ذاتی فوم پلیمری و اتصال چسبنده خودکار به رویه ها و مواد آستری که به عنوان عناصر ساختاری برای انتها استفاده می شوند ، سهم قابل توجهی در مقاومت ساختاری دارند.


کاربرد

رفتار استحکام فوم های ترموست سفت و سخت در درجه اول تابعی از تراکم است. چگالی فوم به طور کلی برای یک کاربرد خاص بهینه شده است ، و متعادل کننده مقاومت مکانیکی با مبادلات وزن ، هزینه و تا حدی نیز در عایق حرارتی است. طراحی شبکه پلیمری نیز مهم است. به طور کلی پلیمرهای با پیوند بسیار زیاد با مقاومت فشاری بالاتر مشخص می شوند. از طرف دیگر ، تراکم پیوند عرضی بیش از حد ممکن است منجر به شکنندگی بیشتر شود ، در نتیجه برخی از خواص خمشی و یا اتصال به مواد روبرو را از بین می برد. اتصال متقاطع ، بسته به تراکم فوم ، برای مقاومت در برابر تمایل به کوچک شدن هنگامی که فوم دچار افت فشار گاز سلول می شود ، زیرا فوم تحت درجه حرارت سرد قرار می گیرد. برای عایق بندی یخچال فریزر ، تراکم فوم معمولاً بین 32 تا 35 کیلوگرم در متر مکعب ، برای تخته های عایق بین 30 تا 35 کیلوگرم در متر مکعب است. تراکم فوم در وسایل تجاری و آبگرمکن ها به طور عمده در نتیجه چندین فن آوری عامل دمنده به کار رفته بسیار متفاوت است. ساندویچ پانل های عایق صورت فولادی که به عنوان عناصر ساختمانی خود پشتیبانی می شوند ، معمولاً با تراکم کف از 36 تا 45 کیلوگرم در متر مکعب تولید می شوند. نمونه هایی از کاربردهای چگالی بالاتر شامل عایق لوله گرمایش منطقه ای است که در آن تراکم در محدوده 60-80 کیلوگرم بر متر مکعب مشخص می شود. تراکم فوم محصولات عایق فنولیک معمولاً بین 35 تا 40 کیلوگرم در متر مکعب برای تخته های عایق حفره ، بین 55 تا 60 کیلوگرم در متر مکعب برای کانال کشی پیش ساخته و تا 120 کیلوگرم در متر مکعب برای تکیه گاه های لوله متغیر است .


بازیافت و بازیابی

بازیافت و بازیابی فوم های پلیمری برای پایداری طولانی مدت صنعت بسیار مهم است. با متنوع سازی محصولات فوم، روشهای جدیدی برای بازیافت و بازیابی فومها دائماً در حال ظهور هستند. روش های بازیافت را می توان در چهار دسته عمده طبقه بندی کرد ، یعنی : بازیافت مکانیکی ، بازیافت مواد شیمیایی ، فرآوری ترموشیمیایی و بازیابی انرژی.

بازیافت مکانیکی فوم های سفت و سخت و کامپوزیت ها اغلب راه ترجیحی برای بدست آوردن این مواد برای استفاده مجدد است. بازیافت مکانیکی شامل تعدادی از فرآیندهای کاهش اندازه است که به دنبال فرآوری مجدد شکل دهی از طریق فرآیندهای تولید ثانویه ، مانند قالب گیری فشرده سازی ، تزریق پس از خرد کردن یا فرز انجام می شود. روشهای بازیافت شیمیایی شامل مسیرهای تجزیه شیمیایی است از جمله هیدرولیز ، گلیکولیز ، الکل ، تجزیه ، هیدروگلیکولیز و آمینولیز به عنوان پایه مواد و روش ها.

فرآیندهای ترموشیمیایی بازیابی شامل تجزیه در اثر حرارت ، گازدهی و هیدروژناسیون است که برای پردازش نیاز به سرمایه گذاری و انرژی بالایی دارند. روش اصلی تجزیه مواد کف به گاز و روغن برای مصارف ثانویه است. بازیابی انرژی گروهی از فرایندها است که با احتراق یا سوزاندن فوم ها در فقدان سود قابل درک یا بازار نهایی تشکیل می شود.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  • مشارکت‌کنندگان «Polymeric foam» در ویکی‌پدیای انگلیسی