- مواد خام
- الخصائص الجزيئية
- توليف اللدائن
- الفلكنة
- العلاجات الفيزيائية والكيميائية الإضافية
- توليف الأربطة المرنة
- المراجع
لتجميع مادة مرنة ، أولاً ، يجب أن يكون لدى المرء معرفة حول نوع البوليمرات التي تتكون منها ؛ منذ ذلك الحين ، خلاف ذلك ، سيتم صياغة وضع من البلاستيك أو الألياف. بمعرفة هذا ، فإن البوليمرات التي يجب أخذها في الاعتبار هي تلك التي تسمى المطاط الصناعي.
لذلك ، تشكل اللدائن مواد مرنة ؛ لكن ما هي ، وكيف تختلف عن غيرها من البوليمرات ، وكيف تعرف ما إذا كانت المادة المصنعة لها خصائص مرنة بالفعل؟
المصدر: Pxhere
أحد أبسط الأمثلة على المواد المرنة هو الأشرطة المرنة (أو الأربطة المطاطية) التي تربط بين الصحف والزهور أو رزمة من الأوراق النقدية. إذا تم شدها ، فسوف يلاحظ أنها تتشوه طوليًا ، ثم تعود إلى شكلها الأصلي.
ولكن ، إذا كانت المادة مشوهة بشكل دائم ، فهي ليست مرنة ، ولكنها بلاستيكية. هناك العديد من المعلمات الفيزيائية التي تسمح بالتمييز بين هذه المواد ، مثل معامل يونج الخاص بها ، ونقطة إنتاجها ، ودرجة حرارة التزجج (Tg).
بالإضافة إلى هذه الصفات الفيزيائية ، يجب أن تلبي المواد المرنة كيميائيًا معايير جزيئية معينة لتتصرف على هذا النحو.
من هنا تنشأ مجموعة واسعة من الاحتمالات والخلائط والتوليف ، تخضع لمتغيرات لا نهاية لها ؛ كل هذا لتتقارب على خاصية "بسيطة" المرونة.
مواد خام
كما ذكرنا في البداية ، فإن المواد المرنة مصنوعة من اللدائن. وتتطلب الأخيرة بدورها بوليمرات أخرى أو "قطع جزيئية" أصغر ؛ وهذا يعني أن اللدائن تستحق أيضًا تركيبها الخاص من البوليمرات المسبقة.
تتطلب كل حالة دراسة متأنية لمتغيرات العملية والظروف ولماذا باستخدام هذه البوليمرات "يعمل" المطاط الصناعي الناتج وبالتالي المادة المرنة.
دون الخوض في التفاصيل ، إليك سلسلة من البوليمرات المستخدمة لهذا الغرض:
- بولي أيزوسيانات
-بوليول بوليستر
- بوليمرات الإيثيلين والبروبيلين (أي مزيج من البولي إيثيلين والبولي بروبيلين)
-بوليزوبوتيلين
-بولي كبريتيد
- بوليسيلوكسان
إلى جانب العديد من الآخرين. تتفاعل هذه مع بعضها البعض من خلال آليات البلمرة المختلفة ، من بينها: التكثيف ، الإضافة ، أو عبر الجذور الحرة.
لذلك ، يشير كل تخليق إلى الحاجة إلى إتقان حركية التفاعل ، من أجل ضمان الظروف المثلى لتطوره. وبالمثل ، حيث يتم التوليف ؛ أي المفاعل ونوعه ومتغيرات العملية.
الخصائص الجزيئية
ما هو القاسم المشترك بين جميع البوليمرات المستخدمة في تصنيع اللدائن؟ خصائص الأول سوف تتآزر (الكل أكبر من مجموع أجزائه) مع خصائص الأخير.
بادئ ذي بدء ، يجب أن يكون لها هياكل غير متماثلة ، وبالتالي تكون غير متجانسة قدر الإمكان. يجب أن تكون هياكلها الجزيئية بالضرورة خطية ومرنة ؛ أي أن دوران الروابط الفردية لا ينبغي أن يسبب تنافرًا ثابتًا بين المجموعات البديلة.
أيضًا ، يجب ألا يكون البوليمر قطبيًا جدًا ، وإلا فإن تفاعلاته بين الجزيئات ستكون أقوى وستظهر صلابة أكبر.
لذلك ، يجب أن تحتوي البوليمرات على: وحدات غير متماثلة وغير قطبية ومرنة. إذا استوفوا كل هذه الخصائص الجزيئية ، فإنهم يمثلون نقطة انطلاق محتملة للحصول على المطاط الصناعي.
توليف اللدائن
بعد اختيار المواد الخام وجميع متغيرات العملية ، يستمر تصنيع اللدائن. بمجرد تصنيعها ، وبعد سلسلة لاحقة من المعالجات الفيزيائية والكيميائية ، يتم إنشاء المادة المرنة.
ولكن ، ما هي التحولات التي يجب أن تخضع لها البوليمرات المختارة لتصبح إلاستومر؟
يجب أن يخضعوا لعملية تشابك أو معالجة (crosslinking ، باللغة الإنجليزية) ؛ أي أن سلاسلها البوليمرية سوف تتصل ببعضها البعض عن طريق الجسور الجزيئية ، والتي تأتي من جزيئات أو بوليمرات ثنائية أو متعددة الوظائف (قادرة على تكوين اثنين أو أكثر من الروابط التساهمية القوية). الصورة أدناه تلخص ما ذكر أعلاه:
المصدر: غابرييل بوليفار
تمثل الخطوط الأرجوانية سلاسل البوليمر أو الكتل "الأكثر صلابة" من اللدائن ؛ بينما الخطوط السوداء هي الجزء الأكثر مرونة. يمكن أن يتكون كل خط أرجواني من بوليمر مختلف ، أكثر مرونة أو صلابة فيما يتعلق بالبوليمر الذي يسبق أو يتقدم.
ما الوظيفة التي تلعبها هذه الجسور الجزيئية؟ السماح لللاستومر بالتدحرج على نفسه (الوضع الثابت) ، ليكون قادرًا على الانفتاح تحت ضغط التمدد (الوضع المرن) بفضل مرونة روابطه.
يتصرف الزنبرك السحري (Slinky ، على سبيل المثال ، من Toystory) بشكل مشابه إلى حد ما لكيفية عمل اللدائن.
الفلكنة
من بين جميع عمليات الربط المتقاطع ، تعد الفلكنة واحدة من أشهر العمليات. هنا ، يتم ربط سلاسل البوليمر ببعضها البعض بواسطة جسور الكبريت (SSS…).
بالعودة إلى الصورة العليا ، لن تكون الجسور سوداء ، بل صفراء. هذه العملية ضرورية في صناعة الإطارات.
العلاجات الفيزيائية والكيميائية الإضافية
بمجرد تصنيع اللدائن ، فإن الخطوات التالية هي معالجة المادة الناتجة لمنحها خصائصها الفريدة. كل مادة لها معالجتها الخاصة ، من بينها التسخين أو القولبة أو الطحن أو "المعالجة" الفيزيائية الأخرى.
في هذه الخطوات يتم إضافة أصباغ ومواد كيميائية أخرى لضمان مرونتها. وبالمثل ، يتم تقييم معامل Young الخاص به ، و Tg الخاص به ، وحد مرونته على أنه تحليل جودة (بالإضافة إلى المتغيرات الأخرى).
ومن هنا يتم دفن مصطلح المطاط الصناعي بكلمة "مطاط" ؛ مطاط السيليكون ، النتريل ، الطبيعي ، يوريثان ، بوتادين ستايرين ، إلخ. المطاط مرادف للمواد المرنة.
توليف الأربطة المرنة
أخيرًا ، سيتم تقديم وصف موجز لعملية تركيب الشريط المرن.
يتم الحصول على مصدر البوليمرات لتركيب اللدائن المرنة من اللاتكس الطبيعي ، وتحديداً من شجرة Hevea brasiliensis. هذه مادة راتنجية حليبية تخضع للتنقية ثم تُمزج مع حمض الأسيتيك والفورمالدهيد.
من هذا الخليط يتم الحصول على بلاطة ، يستخرج منها الماء عن طريق الضغط عليها وإعطائها شكل كتلة. يتم تقطيع هذه الكتل إلى قطع أصغر في الخلاط ، حيث يتم تسخينها وإضافة الأصباغ والكبريت من أجل الفلكنة.
بعد ذلك ، يتم قصها وبثقها للحصول على قضبان مجوفة ، حيث ستشغل بداخلها قضيبًا من الألومنيوم مع التلك كدعم.
وأخيرًا ، يتم تسخين القضبان وإزالتها من دعامة الألمنيوم الخاصة بها ، ليتم عصرها مرة أخيرة بواسطة بكرة قبل قطعها ؛ كل قطع يولد دوريًا ، وتولد عمليات قطع لا حصر لها أطنانًا منها.
المراجع
- ويكيبيديا. (2018). المرونة (فيزياء). تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
- Odian G. (1986) مقدمة في تركيب اللدائن. في: Lal J. ، Mark JE (محرران) ، التطورات في اللدائن المرنة والمطاط. سبرينغر ، بوسطن ، ماساتشوستس
- مجموعة أدوات الروبوتات اللينة. (سادس). اللدائن. تم الاسترجاع من: softroboticstoolkit.com
- الفصل 16 ، 17 ، 18 - البلاستيك ، والألياف ، واللدائن.. تم الاسترجاع من: fab.cba.mit.edu
- توليف المطاط الصناعي.. تم الاسترجاع من: gozips.uakron.edu
- Advameg ، Inc. (2018). رابط مطاطي. تم الاسترجاع من: madehow.com.