کولار

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
کولار
Ball-and-stick model of a single layer of the crystal structure
Aramid fiber2.jpg
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس 24938-64-5 YesY
خصوصیات
فرمول مولکولی [-CO-C6H4-CO-NH-C6H4-NH-]n
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
 N (بررسی) (چیست: YesY/N؟)
Infobox references


کولار نام تجاری برای الیاف ساخته شده از پارا آرامید قوی و سبک که با دیگر آرامیدها مثل نومکس و تکنورا ارتباط دارد. به طور معمول بصورت نخ و یا پارچه‌های بافته شده و یا به عنوان یک بخش از مواد کامپوزیتی استفاده می شود.

در حال حاضر کولار استفاده‌های زیادی دارد اعم از تایر دوچرخه، بادبان‌های مسابقه تا محافظ بدن به علت اینکه نسبت استحکام به وزن آن زیاد است و به این ترتیب با وزن یکسان، ۵ برابر فولاد استحکام دارد.


تاریخچه[ویرایش]

Poly-paraphenylene terephthalamide - برند کولار - توسط آمریکایی لهستانی تبار شیمیدان استفانی Kwolek اختراع شد. در سال 1964، گروه او شروع به جستجو برای یک فیبر قوی بسیار سبک وزن و جدید برای استفاده لاستیک سبک اما قوی کرد. ذر آن زمان Stephanie Kwolek مشغول به کار با پلیمرهای poly-p-phenylene-terephthalat وpolybenzamide شد که کریستال مایع منحصر به فردی که با آن پلیمر در زمان ایجاد شده بود.

استفانی کولک, an American chemist of Polish origin, inventor of kevlar

محلول ابری شکل پس از هم زدن به حالت شیری تبدیل شد که ویسکوزیته ی آن پایین بود و معمولا دور انداخته میشد. Kwolek ، تکنسین ها و Charles Smullen محلولی را برای اداره کردن اسپینرت ارائه داد . راه حلی شگفت انگیز که از پاره شدن الیاف جلوگیری کندو برخلاف نایلون بود. سرپرست او و مدیر آزمایشگاه اهمیت کشف چنین اتفاقی را دریافتند و یک میدان جدید شیمی پلیمر به سرعت به وجود آمد . در سال 1971، کولار مدرن معرفی شد اما با این حال Kwolek بسیار در توسعه ی برنامه های کاربردی تولید کولار درگیر نیست.

خواص[ویرایش]

وقتی کولار تافته می‌شود، لیف حاصل خصوصیات کشسانی بسیار عالی دارد ( ca 3620 mpa ( و فشردگی نسبی حدود ۱٫۴۴ داراست . و وقتی بافته می شود برای طناب‌های کشتی‌ها و دیگر مصارف زیر آب مناسب است .

کولار مدل یا درجه دارد:

  1. کولار
  2. کولار۲۹
  3. کولار ۴۹

به طور عام کولار برای تقویت تایرها و ادوات مکانیکی پلاستیکی استفاده می‌شود . کولار ۲۹ در کابل‌ها و به عنوان جایگزینی برای آزبست در لنت ترمز و جلیقه ضد گلوله استفاده می‌شود . کولار ۴۹ بهترین خاصیت کشسایی را دارا است و به عنوان تقویت کننده پلاستیک در ساخت بخش داخل آب قایق ها، در ساخت هواپیما و دوچرخه استفاده می شود. لياف كولار از زنجيرهاي مولكولي طولاني پلي پارا فنيلن ترفتال آميد، توليد شده‌اند. آرايش يافتگي بالاي زنجيرها به همراه اتصال خوب بين آنها، تلفيق منحصر به فردي از خواص را ايجاد مي‌نمايد كه برخي از آنها عبارتند از: - استحكام كششي بالا و وزن كم - ازدياد طول كم در پارگي - چقرمگي خوب - مدول بالا - پايداري ابعاد عالي - هدايت الكتريكي پايين - مقاومت پارگي بالا - مقاومت شيميايي زياد - مقاوم به شعله و خود خاموش كن - جمع شدگي حرارتي كم - حفظ خواص در دماهاي بسيار بالا و بسيار پايين - خزش بسيار كم - مقاومت سايش و اصطكاك عالي

رنگ الياف كولار[ویرایش]

رنگ زرد الیاف کولار ناشي از سيستم الكترون تلفيق پيوند قوي در جهت طولي و نيروي ضعيف در جهت عرضي زنجيرهاي پليمري رفتار ليفي جالب توجهي بوجود مي‌آورد. وقتي الياف بصورت يك حلقه خم مي‌شوند، درون حلقه، پيچ مي‌خورد (

اين خواص انحصاري الياف، به كامپوزيت منتقل مي‌شود. چند لايه‌هاي با الياف تك جهته به عنوان مثال از كولار -‌اپوكسي، در جهت طولي الياف، محكم و قوي هستند ولي در جهت عرضي داراي ضعف مي‌باشند. استحكام فشاري كمتر از استحكام كششي مي‌باشد و خميدگي تحت بار فشاري يك مشكل محسوب مي‌شود. همچنين محصول

Nomex داراي زنجيرهاي مولكولي سخت و بلند مي‌باشد كه از پلي متا فنيلن دي آمين توليد مي‌شود. در اثر حرارت ذوب نمي‌شود و جريان پيدا نمي‌‌كند. تخريب و زغال گذاري تا دماي oC 350 ادامه پيدا مي‌كند و از نظر شيميايي و حرارتي بسيار پايدار است.


تولید[ویرایش]

کولار ( پلی پارافینلین ترفتالامید ) پروسه تولیدی گرانی دارد. مشکلاتی که از استفاده از اسید سولفوریک غلیظ به وجود می آید و همچنین نیاز به نگهداری پلیمر غیر حلال در آب به صورت محلول در طول مدت ترکیب و چرخاندن آن مسئله را مشکل می سازد.

Molecular structure of Kevlar: bold represents a monomer unit, dashed lines indicate hydrogen bonds.


خواص شیمیایی[ویرایش]

الیاف کولار از زنجیره‌های مولکولی بلند PPTA ( پلی پارافینل ترافتالامید ) تشکیل شده‌اند پیوندهای بین زنجیره ای موجود ماده را بسیار قوی می‌کند، کولار مقداری از قدرت بالای خود را از پیوندهای بین ملکولی هیدروژنی بین گروه‌های کربنیل و پروتون‌های زنجیره‌های پلیمری همسایه دریافت می‌کند و مقداری از استاکنیگ PI را از فعل و انفعالات استاکنیگ آروماتیک ( معطر ) بنزوتیدی بین لایه‌های بسته شده دارد . این فعل و انفعالات تاثیر زیادی بر روی کولار دارد. ساختار کولار از مولکول های سفت و محکم درست شده است که معمولاً ساختارهای صفحه مانند به جای پروتین‌های ابریشمی به وجود می آورند.

خواص دمایی[ویرایش]

به عنوان یک پلیمر لیفی، کولار در مقابل دمای بالا مقاومت خوبی دارد. در دماهای بالا قدرت کشسانی بطور آنی حدود ۱۰ تا ۲۰٪ کاهش می یابد و بعد از چند ساعت این قدرت و استحکام پایین تر می آید . به عنوان مثال درc° ۱۶۰ حدود ۱۰٪ کاهش بیشتر پس از ۵۰۰ ساعت کارکرد مداوم بوجود می آید و در c° ۲۶۰ ، ۵۰٪ قدرت آن پس از ۷۰ ساعت کارکرد مداوم در این دما از دست می رود .

ساختار و خواص[ویرایش]

وقتی کولار ریسیده میشود ، الیاف حاصل دارای استحکام کششی در حدود 3620 مگاپاسکال است، [13] و یک تراکم نسبی 1.44است. این پیوند هیدروژنی بین مولکولی بین گروه های کربونیل و مراکز NH تشکیل می شود. قدرت اضافی از تعاملات انباشته معطر بین رشته مجاور مشتق شده است. این فعل و انفعالات، تأثیر بیشتری بر کولار از ون der تعاملات والس و طول زنجیره ای است که به طور معمول تحت تاثیر قرار خواص دیگر پلیمرهای مصنوعی و الیاف مانند Dyneema قرار دارند. حضور نمک و برخی دیگر ناخالصی ها، به خصوص کلسیم، می تواند با فعل و انفعالات رشته تداخل پیدا کند . ساختار کولار متشکل از مولکول های نسبتا سفت و سخت که تمایل به تشکیل ساختارهای ورق مانند اغلب مسطح است و نه مانند پروتئین ابریشم. [14]

موارد استفاده[ویرایش]

حفاظت سرمازایی کولار است که اغلب در زمینه های خنک برای هدایت حرارتی و مقاومت بالا پایین نسبی آن به مواد دیگر برای اهداف تعلیق استفاده می شود. این است که اغلب به حالت تعلیق یک محفظه نمک پارامغناطیس از سنبه آهنربای ابررسانا به منظور به حداقل رساندن هر گونه نشت گرما به مواد پارامغناطیس استفاده می شود. همچنین به عنوان یک بن بست حرارتی و یا پشتیبانی ساختاری که در آن نشت حرارت کم مورد نظر استفاده می شود.

زره کولار یک جزء شناخته شده از زره شخصی مثل کلاه مبارزه با ، ماسک صورت بالستیک، و جلیقه های بالستیک است. کلاه و جلیقه PASGT توسط نیروهای نظامی ایالات متحده از سال 1980s هر دو استفاده می شود کولار عنوان یک جزء کلیدی ، به عنوان انجام جایگزین های آنها . سایر کاربردها نظامی شامل ماسک های ضد گلوله استفاده شده توسط نگهبانان و آستر سنگ ریزه برای محافظت از خدمه وسایل نقلیه زرهی . حتی ناوهای هواپیمابر نیمیتز طبقه شامل زره و پوشش Kevlar در اطراف فضاهای حیاتی است. کاربردهای غیر نظامی مرتبط عبارتند از دنده حفاظت از خدمات اورژانس اگر آن را شامل حرارت بالا (به عنوان مثال ، آتش نشانی )، و کولار زره بدن مانند جلیقه برای افسران پلیس ، امنیت، و SWAT .

جلیقه ضدگلوله کولار بعنوان مادهٔ سازندهٔ جلیقه‌های مقاوم در برابر گلوله و ماسک‌های صورت ضد گلوله استفاده می‌شود . شرکت PASGT که محصولات ارتش امریکا را از ۱۹۸۰ تامین می‌کند از کولار بعنوان ماده اصلی برای ساخت این محصولات استفاده می‌کند . دیگر موارد استفاده آن ماسک‌های ضد گلوله نگهبان هاست .

موارد استفاده آن در شهرها لباس های موتورسوارانی است که در مقابل خراشیدگی محافظت می‌کند و همین طور در شرایط اورژانسی که مقابله با دمای بالا مورد نیاز است ( آتش نشانی ) و همچنین در گروه‌های ضربت استفاده می‌شود . ریسمان و کابل

این لیف به صورت بافته در کابل هایی که در آنها به وسیلهٔ آستینی از پلی اتیلن این الیاف ثابت نگه داشته شده‌اند که به نام پارافیل معروف است استفاده می شوند .این الیاف در پل های معلق استفاده می شوند، هم چنین برای پر کردن ترک‌های ستون‌های تبرید از طریق سانتریفوژ برای بستن و پر کردن ترک‌ها استفاده می شوند . استفاده در ورزش

کولار بسیار زیاد در قایق‌های مسابقه و همچنین یک لایهٔ داخلی در تایر دوچرخه برای جلوگیری از پنچر شدن و به علت استحکام عالی آن برای فیتیله فایر پوئی و همچنین در لباس‌های موتور سواران علی‌الخصوص در محل هائی مثل شانه و زانو استفاده می شود. همچنن لاین ها (بندها) پاراگلایدر که بال پاراگلایدر را به هارنس ( صندلی) متصل می کند نیز از هسته کولار با روکش مقاوم در برابر سایش ساخته شده است. لنت ترمز

فیبرهای تکه تکه شده کولار به عنوان جایگزین برای آزبست در لنت ترمز سرامیکی استفاده شده‌اند، گردوغبار ناشی از آزبست، سمی می‌باشد حال آنکه آرامیدها یک جایگزین بی خطر برای آن می باشند. استحکام بالا، طول عمر زیاد و مقاومت در برابر حرارت از مهم ترین خصوصیات کولار و سرامیک در لنت محسوب می شود. گوشی‌های موتورولا و وان پلاس

این ماده به عنوان روکش پشتی در گوشی‌های موتورولا بخصوص سری Droid Razr HD و وان پلاس در گوشی وان پلاس ۲ به خاطر مقاومت و سبکی مورد استفاده قرار می گیرد.