كيف يتم تصنيع مادة مرنة؟ ملخص العملية

المواد المرنة هي شيء موجود في حياتنا اليومية. توجد لهم كل شيء ، مثل الأربطة المرنة لربط الحقائب والأساور المطاطية والبالونات والإطارات ...

ثم دعونا نرى كيف يتم تصنيع مادة مرنةموضحا ماهية مكوناتها البوليمرات مع بيان خواصها الجزيئية وبعض المؤشرات التي تؤخذ في الاعتبار في الصناعة.

• مقالات لها صلة: "11 نوعا من التفاعلات الكيميائية"

ما هي البوليمرات المرنة؟

المواد المرنة ، والمعروفة باسم البوليمرات المرنة ، هي تلك يمكن أن يتشوه عن طريق تطبيق القوة أثناء تطبيقه. بمجرد أن لا يتعرض الجسم المرن لهذه القوة ، فإنه سيعود إلى شكله الأصلي. خلاف ذلك ، إذا كانت المادة مشوهة بشكل دائم ، فلن نتحدث عن شيء مرن ، ولكن عن مادة بلاستيكية.

عرف البشر المواد المرنة منذ زمن بعيد ، لأنها موجودة في الطبيعة. ومع ذلك ، على الرغم من وجود البوليمرات بشكل طبيعي في أشياء مثل المطاط ، لقد رأى الإنسان الحاجة إلى إنشاء بعضها صناعياً ، أي في المختبر.

بعض الأمثلة على المواد المرنة ، بخلاف تلك التي سبق ذكرها ، لدينا أشرطة مطاطية لإغلاق أكياس الطعام ، والبالونات ، والأساور المطاطية ، واللاتكس ...

ما هي البوليمرات؟

البوليمرات تتكون الجزيئات الكبيرة من اتحاد الروابط التساهمية لواحدة أو أكثر من الوحدات البسيطة

، والتي ستكون المونومرات. عادةً ما تكون هذه الجزيئات الكبيرة عضوية ، أي أنها تحتوي على ذرات كربون في بنيتها. عادة ما تكون هذه السلاسل طويلة ، وترتبط بقوى فان دير فال ، والروابط الهيدروجينية ، والتفاعلات الكارهة للماء.

تعتمد إحدى طرق تصنيف البوليمرات على استجابتها الميكانيكية لدرجات الحرارة المرتفعة. هذا هو سبب وجود نوعين من البوليمرات.

1. بوليمرات لدن بالحرارة

بوليمرات لدن بالحرارة تليين عند التعرض لدرجات حرارة عالية، حتى تذوب. عندما تكون درجة الحرارة منخفضة فإنها تتصلب. هذه العمليات قابلة للعكس تمامًا ويمكن تكرارها مرارًا وتكرارًا.

ومع ذلك ، إذا تم الوصول إلى درجة حرارة عالية جدًا ، يمكن أن يحدث تدهور لا رجعة فيه ، منذ الاهتزازات الجزيئية بين مونومرات المادة عنيفة لدرجة أنها يمكن أن تكسر روابطها تساهمية.

يتم تصنيع هذه المواد عادةً بالتطبيق المتزامن لدرجات حرارة وضغط مرتفعين. عندما ترتفع درجة الحرارة ، تضعف قوة الروابط الثانوية، مما يسهل الحركة النسبية للسلاسل المكونة للبوليمر.

معظم البوليمرات الخطية وتلك ذات الهياكل المتفرعة ، ذات السلاسل المرنة ، هي لدائن حرارية ، وهي لينة وقابلة للدكت.

2. البوليمرات الحرارية

البوليمرات الحرارية تلك التي تظل قاسية بغض النظر عن مقدار درجة الحرارة المطبقة عليها.

عندما تبدأ في التعرض للحرارة ، تحدث روابط تساهمية بين السلاسل الجزيئية المتجاورة. نتيجة لذلك ، فإن الحركات بين مونومرات البوليمر محدودة ، مما يمنع اهتزازها ودورانها. ومع ذلك ، إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة بشكل مفرط ، يتم كسر الروابط المتقاطعة ويحدث تحلل البوليمر.

تعتبر بوليمرات المتصلب الحراري أكثر صلابة بشكل عام مقارنة بالبلاستيك الحراري. بعض الأمثلة على البوليمرات من هذا النوع هي الإيبوكسي والمطاط المفلكن وراتنجات البوليستر الفينولية.

كيف يتم تصنيع المواد المرنة؟

المواد المرنة مصنوعة من اللدائن ، وهي بشكل عام بوليمرات لدن بالحرارة ، مما يعطيها خصائصها الرئيسية: مرونة وتشوه سهلة ولكن ليست دائمة.

هناك العديد من المواد التي تجعل من الممكن صنع مادة مرنة. بعض البوليمرات المستخدمة في تصنيع الأشرطة المطاطية هي: بوليول بوليستر ، بولي إيزوسيانات ، البوليمرات المشتركة للإيثيلين والبروبيلين والبولي إيزوبوتيلين وعديد الكبريتيدات والبولي سيلوكسان ، على سبيل المثال لا الحصر عديدة.

عندما يتم خلط هذه المواد ، فإنها تتفاعل مع بعضها البعض من خلال آليات البلمرة المختلفة.من بينها التكثيف أو الإضافة أو مسار الجذور الحرة.

الخصائص الجزيئية لللدائن

من أجل الجمع بين بوليمرات معينة لتوليد مادة مطاطية أو مادة مرنة في نهاية المطاف ، من الضروري ذلك إن الجمع بينهما يصنع نوعًا من التآزر ، مما يؤدي إلى شيء أكبر من مجموع أجزائه البسيط.

الشرط الأول هو أن لديهم هياكل غير متماثلة وبالتالي ، فإنهم مختلفون قدر الإمكان. يجب أن تكون هياكلها على المستوى الجزيئي خطية ومرنة ، كما ذكرنا سابقًا البوليمرات المتلدنة بالحرارة ، والتي يمكن لسلاسل الجزيئات أن تهتز دون كسر الروابط.

كشرط ثان هو أن البوليمر ليس قطبيًا جدًا ، أي أنه لا يحتوي على الكثير من الشحنة لعلامة أو أخرى، لأنه إذا كان هذا هو الحال ، فستكون التفاعلات بين الجزيئات أقوى وستكون هناك صلابة أكبر بسبب الانجذاب (كما يحدث مع المغناطيس الإيجابي مع المغناطيس السلبي).

الشرط الثالث هو أن هذه البوليمرات مرنة، وهذا يسمح ببعض التشوه عند تطبيق نوع من القوة عليهم. إذا كانت هذه البوليمرات تلبي هذه المتطلبات الثلاثة ، فسيتم إنشاء الوضع المثالي لتركيب المطاط الصناعي.

• قد تكون مهتمًا: "9 خصائص عامة للمادة"

توليف اللدائن

يجب أن تخضع البوليمرات التي ينتج عنها المطاط الصناعي لسلسلة من العمليات الفيزيائية والكيميائية.

1. تشابك

في هذه العملية يتم تحقيق أن السلاسل الجزيئية متحدة مع بعضها البعض عن طريق الجسور، والتي تكون قادرة على تكوين اثنين أو أكثر من الروابط التساهمية القوية.

تسمح هذه الجسور الجزيئية للمطاط الصناعي بالتدحرج على نفسه عندما يكون في وضع السكون أو السكون ، بينما ، عند تعرضها لنوع من التمدد ، يمكن أن تكون في وضع مرن بفضل مرونة هذه الروابط.

2. الفلكنة

على الرغم من أنها عملية يمكن العثور عليها داخل عمليات الانتقال ، إلا أنه من المثير للاهتمام ذكر شرح أكثر تفصيلاً بشكل منفصل.

الفلكنة هي واحدة من أشهر العمليات للحصول على اللدائن. في هذه العملية، ترتبط السلاسل البوليمرية بجسور الكبريت (S-S-S ...).

3. بعد الحصول على المطاط الصناعي

عندما يتم تصنيع اللدائن بالفعل ، فإن الخطوات التالية تتكون من إخضاعهم لمعالجات مختلفة لمنحهم خصائص معينة.

سيتم استخدام كل مادة لغرض مختلف ، وهذا هو السبب في أنها ستتلقى أيضًا علاجات مختلفة، من بينها التسخين أو الصب أو أنواع أخرى من المعالجة الفيزيائية ، أي منحها الشكل.

في هذه المرحلة من العملية يتم إضافة الأصباغ لإعطاء اللون للجسم المرن الناتج ، بالإضافة إلى دمج مواد كيميائية أخرى تضمن مرونته. في هذه المرحلة أيضًا يتم تقييم ثلاثة جوانب أساسية لضمان أن المواد المرنة ذات جودة: معامل يونغ ، درجة حرارة التزجج (Tg) والحد الأقصى مرونة.

معامل يونج هو مؤشر يشير إلى كيفية تصرف المادة المرنة وفقًا للاتجاه الذي يتم تطبيق القوة فيه.

Tg هي درجة الحرارة التي يحدث فيها التحول الكاذب للديناميكا الحرارية في المواد الزجاجية. يقلل البوليمر كثافته وصلابة وصلابة عند درجة الحرارة تلك. يمكن ملاحظة ذلك في الزجاج والمواد غير العضوية غير المتبلورة.

تشير نقطة العائد إلى الحد الأقصى من الإجهاد أن مادة مرنة يمكن أن تدعمها دون أن تتشوه بشكل لا رجعة فيه.

بعد التحقق من هذه المؤشرات ومعرفة أن المطاط الصناعي يعمل بشكل فعال ، يكون هذا عندما يطلق عليه عادة المطاط بجميع أنواعه: السيليكون ، النتريل ، اليوريتان ، البوتادين - الستايرين ...

بعض المواد القابلة للتمدد

بعد ذلك ، سنرى بعض المواد المرنة ومكوناتها.

1. البوليستر

البوليستر عبارة عن ألياف مُصنعة ، وتتكون من أي بوليمر من أصل صناعي طويل السلسلة. في هذا البوليمر حوالي 85٪ من المركب عبارة عن إستر حمض تيريفالاليك.

2. نايلون

النايلون عبارة عن بوليمر صناعي ينتمي إلى مجموعة البولي أميدات. يتم إنشاؤه عن طريق التكثيف المتعدد لحمض مثل ثنائي أمين. أشهرها هو PA6.6.

3. ليكرا

الليكرا هي ألياف صناعية معروفة بأنها مادة مرنة ومقاومة للغاية. وهو عبارة عن بوليمر مشترك يوريتان ويوريا ، ويتكون من حوالي 95٪ بولي يوريثان مجزأ. في عملية التفصيل ، يتم خلط مجموعة كبيرة ومتنوعة من المواد الخام ، مثل البوليمرات الأولية ، التي تشكل الهيكل الرئيسي لهذه الألياف.

مراجع ببليوغرافية.

• أكره G. (1986) مقدمة في تركيب اللدائن. في: Lal J. ، Mark J.E. (محرران) التطورات في اللدائن ومرونة المطاط. سبرينغر ، بوسطن ، ماساتشوستس