– مقدمه

کامپوزیت های پلیمری کاربردهای بسیار زیادی در صنایع مختلف دارند به دلیل مقاومت بسیار خوب و خاصیت ضربه پذیری بسیار عالی و همچنین ظرفیت ویژه آنهادر کاهش و یا زیاد کردن وزن عرشه کشتی مورد توجه خاص و ویژه ای در صنعت کشتی سازی قرار گرفته است. پایداری و مقاومت آنها در برابر زنگ زدگی و تخریب تدریجی توسط محیط آبی و دریایی یکی از مزیت های بسیار زیاد آنهاست. استفاده از پلیمرها در صنایع مخلتف همیشه نگرانی هایی در خصوص قابلیت احتراق و حرارت به وجود می آورد. یکی از روشهای جلوگیری از این مشکل اضافه کردن تاخیر دهنده ها و مواد بازدارنده از آتش و مواد فروکش کننده دود به رزین است. در حالی که این کار ممکن است در بعضی از کاربردها موثر واقع شود، اما این روش دارای ضعف هایی است، بعضی از مکمل ها ممکن است خواص مکانیکی رزین را تخریب کنند. [1]
وقتی که ماده پلیمری شعله ور می شود ممکن است که تأخیر دهنده های شعله که برای بالا بردن و زیاد کردن دمای احتراق و تشعشع و کاهش سرعت پخش شعله و حرارت به یک رزین اضافه می شود باعث شود که سرعت و درجه آزادی و رهایی دود و گازهای سمی را زیاد کند.
به خاطر ساختار و ترکیب خاص شیمیایی آنها قابلیت شعله ور شدن مستلزم استفاده از رزین هایی می باشد که در برابر حرارت و شعله مقاومتر هستند که این یک روش نسبتأ متفاوت برای جلوگیری از این مشکل است. در مقایسه با دیگر رزین های ترموست نظیر پلی استرها و اپوکسی ها رزین های فنولیک مقاومت بهتری در برابر حرارت دارند همچنین آنها ارزانتر از بسیاری از رزین هایی هستند که خواصی شبیه آنها مثل PEEK دارند که آنها را برای مصارف و کاربردهایی که در حجم و اندازه های زیاد دارند جذاب تر می کند. مقاومت و پایداری فنولیک ها در برابر آتش مستقیمأ به ساختار و ترکیب و به مکانیزم های تخریب حرارتی و گرمایی این پلیمرها بستگی دارد. در مقایسه با رزین های پلی استر تخریب حرارتی رزین های فنولیک منجر به تولید چار در ساختار آن می شود که منجر به سرعت ها و درجات بسیار کم و پائین پخش و گسترش شعله و حرارت می شود.
فنولیک ها دارای یک مقدار بسیار زیادی اکسیژن اصلی (70- 45%) هستند و بنابراین احتراق و شعله ور شدن آنها دشوار است و در یک شرایط سوختن حفظ می شوند. فنولیک ها همچنین در میان پائین ترین پلاستیک های تولیدکننده دود هستند که شناخته شده اند. علاوه بر این فنولیک ها دودی را تولید می کنند که از حداکثر پلاستیک های دودکننده و تأخیر دهنده شعله و حرارت، یک رزین فنولیک استاندارد تولید شده چهار برابر کمتر منوکسید کربن شش برابر کمتر هیدروژن کلراید و مقادیر هیدروژن برمید یک قاعده و نظمی با قدرت و حجمی پائین تر و کمتر تولید می کند. مقاومت فنولیک ها در برابر آتش را حتی بیشتر می توان با معرفی کردن و وارد کردن عناصر دورکننده حرارت و شعله از جمله فسفر و برم را به اثبات رساند. در مقایسه با موارد مشابه و به دست آمده از طریق افزایش فسفر در مرحله پلیمر افزایش فسفر در مرحله مونومر تا حد بسیار زیادی در معرض حرارتی و اضافه کردن اکسیژن محدود کننده به رزین آن را تقویت می کند.
افزایش برم به مقدار زیاد، اکسیژن محدودکننده را افزایش می دهد اما این کار در معرض حرارتی و تولید چار با صرف هزینه بسیار زیاد انجام می گیرد. فنولیک ها همچنین پایداری بسیار خوب ابعادی پایداری حرارتی و گرمایی، پایداری و مقاومت شیمیایی و توانایی مقاومت حرارتی در حمل بار و در دماهای مختلف را دارند و همه این ویژگیها را در سطوح بسیار عالی دارند مهندسان طراح به طور بسیار وسیع فنولیک هایی را برای قالب گیری های دقیق که دارای مقاومت زیادی هستند شناسایی و مشخص می کنند که در محیط های ناسازگار و سخت مقاومت خوبی داشته باشند.در مقایسه با بعضی از ترموپلاستیک های تقویت شده ، هر چند که پلیمر ذاتاً شکننده و ظریف است اما رزین های فنولی تقویت شده ، کامپوزیت هایی را تولید می کند که مقاومت خوبیدر برابر ضربه های بالا را دارد . خواص ضربه ای ایزود با ناچ برای کامپوزیت های ساخته شده ازرزین های فنولی اصلاح شده و تأثیر آن ( ضربه ) در کامپوزیت های کوتاه به میزان cm 5 مشاهده شده است .

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست مطالب

چکیده………………………………………………………… 1
1 – مقدمه……………………………………………………. 2
2 – رزینها……………………………………………………. 5
3 – فرآیندها………………………………………………… 6
4 – قالبگیری دمشی – تزریقی…………………………… 7
4 – 1 – ابزارهای قالب دمشی – تزریقی………………. 10
4 – 2 – عیب یابی………………………………………. 11
2 – 5 – رزینهای نووالاک………………………………… 12
2 – 6 – رزینهای رزول………………………………….. 19
2 – 7 – پخت رزینهای فنلی……………………………. 23
2 – 8 – پخت رزولها……………………………………… 24
2 – 9 – پخت نووالاکها………………………………….. 26
2 – 10 – ساخت رزین فنلی ……………………………27
3 – تأثیر زمانمندی حرارتی بر روی نمونه های مختلف رزینهای 29
3 – 1 – استحکام ضربه پذیری ایزود در دماهای مختلف… 30
3 – 1 – 1 – تأثیر قرار گرفتن در معرض دمای 180 درجه…. 31
3 – 1 – 2 – تأثیر قرار گرفتن در دمای 300 و 800 درجه سانتیگراد 38
3 – 2 – SEM ( اسکن میکروسکوپ الکترونی )…………… 41
4 – عوامل اتصال لایه ها……………………………………. 44
5 – مدول ذخیره (′E) مدول کاهش یافته (′′E)و فاکتور اتلاف (tanδ ) ا45
6 – اثر قرارگرفتن در معرض دما بر روی ′E و′′E و tanδ ا…………46
6 – 1 – مدول های ذخیره (′E ) ا…………………………………..48
6 – 2 – اثر قرارگرفتن در معرض دما بر روی ′′E و ′E و tanδ برای 49
6 – 3 – اثر قرارگرفتن در معرض دما بر روی ′′E و ′E و tanδ برای 51
6 – 4 – اثر قرارگرفتن در معرض دما بر روی ′′E و ′E و tanδ برای 52
6 – 5 – اثر قرارگرفتن در معرض دما بر روی ′′E و ′E و tanδ برای 55
7 – نتیجه گیری……………………………………………………… 57
8 – پیشنهادات ……………………………………………………….60
9 – منابع………………………………………………………………61

 

رزین فنلی (phenolic resin) یا رزین فنل فرمالدئید که بعضأ به آن فنوپلاست
(phenoplst) نیز می گویند، رزینی است که از واکنش فنل یا مشتقات آن، با یک آلدئید به دست می آید که معمولا آلدئید مصرفی فرمالدئید می باشد. تولید این رزین در سال 1905 توسط بیکلند آغاز شد. او به روشهای کنترل و توسعه واکنش برای به دست آوردن محصولی مفید پی برد و در سال 1907 موفق به اخذ اولین امتیاز در این زمینه شد. گرچه واکنش بین فنل و آلدئیدها مدتها قبل از این تاریخ شناخته شده بود ولی او با افزودن پرکننده های معدنی و پودر چوب به رزین، موادی مناسب قالبگیری تهیه کرد و آنها را تحت فشار و دما قالبگیری نمود و اولین کمپانی ساخت این مواد را تحت نام با کلیک (Bakelite) در سال 1910 در آلمان افتتاح کرد.
واکنش فنل و آلدئید در حضور کاتالیزور اسیدی یا بازی صورت می گیرد، با توجه به نسبت مولی فنل و فرمالدئید و نوع کاتالیزور مصرفی، رزین های فنلی به دو دسته رزول (Resole) و نووالاک (Novolac) تقسیم می شوند. اگر نسبت مولی فنل به فرمالدئید کمتر از یک و کاتالیزور مصرفی بازی باشد، رزین حاصل را رزول گویند. اما اگر نسبت مولی فنل به فرمالدئید بیشتر از یک و کاتالیزور مصرفی اسیدی باشد، رزین حاصل را نووالاک گویند.این دو نوع رزین فنلی دارای خواص و کاربردهای مختلفی می باشند. رزولها ذاتا گرماسخت (thermoset) بوده، برای پیشرفت واکنش و شبکه ای شدن نیازی به عامل پخت ندارند، در حالیکه نووالاک ها ذاتا گرمانرم (therloplast) می باشند و لازم است که به آنها عامل پخت اضافه گردد که معمولا بیشتر هگزا متیلن تترآمین یا یک رزول اضافه می کنند و به همین جهت رزین های نووالاک را رزین های دو مرحله ای (two steps) گویند.
نوع کاتالیزور و نسبت مولی مواد اولیه ای که در ساخت رزین فنلی به کار برده می شود بهمقدار زیادی در وزن مولکولی آن تاثیر گذاشته و در نتیجه در خصوصیات فیزیکی رزین تاثیربسزایی دارد. رزین های فنلی وقتی در حالت غیرشبکه ای باشند، وزن مولکولی نسبتأ کمی دارندزیرا فنل سه عاملی و فرمالدئید دو عاملی می باشد. وزن مولکولی رزولها معمولأ از نووالاک ها کمتر است. رزول ها عمدتأ به حالت مایع وجود داشته و مورد استفاده قرار می گیرند، در حالی که نووالاک ها معمولأ به شکل جامد مصرف می شوند، گرچه رزول ها به صورت جامد نیز تولید و مصرف می گردند.[4،3]
ساختار کلی رزین های فنلی به شکل زیر می باشد:
2 – 1 – مواد اولیه
مواد اولیه یا منومرهایی که در تهیه رزین فنلی مورد استفاده قرار می گیرند، شامل فنل یا مشتقات آن و آلدئیدها می باشند. بیشترین حجم مواد مورد مصرف در ساخت رزین های فنلی، فنل و فرمالدئید است. فنل های مهم دیگر، از فنل هایی که روی آنها آلکیل استخلاف شده مانند کروزول، گزیلنول، پارا ترشیری بوتیل فنل، پارافنیل فنل و نونیل فنل،؛ تهیه می شوند.
دی فنل ها نظیر رزورسینول (1 و 3 بنزن دی ال) و بیسفنل A در مقدار کم برای کاربردهایی که خصوصیات ویژه ای مورد نیاز است، مورد استفاده قرار می گیرند. از آلدئیدها، آستالدئید و فورفورالدئید نیز در برخی موارد استفاده می شود اما مصرف آنها کم است. با تغییرات زیادی که درمواد خام، شیمی و فرآیند ساخت، قابل اعمال کردن است، کاربردهای زیادی با خصوصیاتفیزیکی مختلف برای این مواد می توان به دست آورد. [4،3]
2 – 2 – فنلها
فنلها خانوادهای از ترکیبات آروماتیک هستند که در آنها گروه هیدروکسیل مستقیمأ به هسته آروماتیک متصل است. آنها از لحاظ خواص با الکلها متفاوت اند و شبیه به الکلهای ضعیف عمل می کنند و به خوبی در محلول هیدروکسید سدیم حل می شوند اما در محلول کربنات سدیم نامحلولاند. فنلها جامداتی بی رنگ هستند اگرچه بعضی از آلکیل فنلها مایع میباشند. خواص فیزیکی مهمترین فنلها در جدول 2-1 آورده شده است.
فنل با فرمول شیمیایی C6H5OH منومر یا ماده خامی است که به مقدار زیادی در تهیه رزین فنلی مصرف میشود. فنل به عنوان یک جامد با نقطه ذوب پایین (جدول 2-2) معمولأ درکارخانه به شکل مایع در دمای 60- 50 درجه سانتیگراد نگهداری و حمل می شود. تانکهای نگهداری یا حمل این مواد معمولأ با لولههای مخصوص یا ژاکت، گرم نگهداشته میشوند. به منظور حفظ شفافیت رنگ، فنل با اکسیژن و آهن باید به کمترین مقدار خود برسد. نگهداری آن تحت گاز نیتروژن از تشکیل ترکیبات کوئینون صورتی جلوگیری میکند. آلوده شدن آن به آهن باعث تیرگی رنگ آن می شود.
فنل از تقطیر زغال سنگ و فرآیندهای شیمیایی بنزن از قبیل سولفوناسیون، فرآیند راشیگ (Rasching) و فرآیند کیومن (Cumene) تهیه می شود. عمده ترین فرآیندی که برای تهیه فنل به کار می رود فرایند کیومن است که لیسانس آن توسط شرکت شیمیایی آلید در آمریکا ارائه شده است. در این روش بنزن را توسط پروپیلن، بازی می کنند تا تولید کیومن (ایزوپروپیلبنزن) نماید. این محصول در مجاورت هوا اکسیده می شود و تولید کیومن هیدروپراکسید میکند. سپس محصول اکسیداسیون را با کاتالیزور اسیدی به طرف تولید فنل و استن هدایت میکنند که در این مسیر متیل استایرن و استوفنون به عنوان محصول فرعی تولید می شوند.
فنل به صورت محلولهای بی رنگ کریستال می شود. فنل را به صورت تجاری در حالت جامد یا محلول در آب (8 تا 20 درصد) عرضه می کنند. در صورتی که فنل به صورت جامد تحویل شود آن را ذوب کرده و به راکتور یا مخازن ابتدایی منتقل می کنند و اگر تحویل آن به صورت محلول انجام گیرد، بایستی دقت کرد تا فنل بلوری نشود. این ماده سوختگی شدیدی در پوست به وجود می آورد و برای اجتناب از آن لازم است که در جابجایی مواد دقت کافی به عمل آید.

ترکیبات دیگر فنلی یا فنل های استخلاف شده در تهیه رزین های خاصی مصرف می شوند که مهمترین آنها کروزولها می باشند. کروزول دارای سه نقطه فعال برای به وجود آوردن اتصالات عرضی است و لذا تنها ماده مطلوب است. این ایزومر را میتوان به وسیله تقطیر جدا نمود ولی جدا کردن ایزومرهای پارا و متای آن مشکل است و بنابراین در عمل مخلوط این دو ایزومر به مصرف می رسد. سایر ترکیبات سنتزی فنلی استخلاف شده نیز در ساخت رزین های محلول در روغن کاربرد دارند. هرچه گروه های الکیل روی حلقه فنل بیشتر باشند قدرت اسیدی فنل کاهش می یابد. مثلأ کروزول قدرت اسیدی کمتری نسبت به فنل دارد. همچنین وجود گروه آلکیل در موقعیت ارتو به دلیل ممانعت فضایی بیشتر، باعث کاهش بیشتر قدرت اسیدی می شود.[4،3]
2 – 3 – آلدئیدها
فرمالدئید معمولترین آلدئیدی است که تاکنون در ترکیبات فنلی به کار رفته است. این مادهمعمولأ به صورت محلول در آب با 37 درصد وزنی که به آن فرمالین اطلاق می شود به کار می رود و برای پایدار کردن محلول و جلوگیری از تشکیل پلیمر فرمالدئید از 5/0 تا 10 درصد متانول استفاده می شود. در صورتی که بتوان فرمالین را بلافاصله پس از تهیه به مصرف رسانید، از محلول های حاوی متانول کم استفاده می شود زیرا در آن صورت قابلیت ترکیب فرمالین بیشتر است. اگر مدت زمان بیشتری برای انبار کردن مورد نیاز باشد، فرمالین مورد مصرف باید متانول بیشتری داشته باشد، در هر صورت افزایش پایداری، قابلیت واکنش دهی را کاهش می دهد.
در اینجا باید به یک نکته اساسی اشاره کرد که فرمالدئید ماده ای بسیار سمی است و هنگام کار با آن بایستی اصول ایمنی به دقت رعایت شود. در اکثر فرآیندهای رایج، فرمالدئید از اکسید شدن متانول در حضور کاتالیزور مولیبدن و در دمای 425 – 345 درجه سانتیگراد تهیه میشود. فرمالدئید گازی شکل را جذب آب می کنند و محصول نهایی به صورت محلول در آب (فرمالین) می باشد که بین 36 تا 50 درصد فرمالدئید دارد. با توجه به شکلهای مختلف فرمالدئید (جدول 2- 3)، نوع محلول در آب برای تهیه رزین فنلی مناسب می باشد؛ گرچه در نهایت نیمی از مواد اولیه آب است. اگر غلظت فرمالدئید موجود در فرمالین در حدود 50% باشد، بهترین حالت برای تهیه اکثر رزین های فنلی است و آب نهایتا به وسیله تقطیر جدا میگردد. آلدئیدهای سنگین تر نیز مشابه فرمالدئید با فنل واکنش میدهند ولی سرعت واکنش کمتری دارند. از جمله این آلدئیدها میتوان از استالدئید (CH3CHO)، پارالدئید (CH3OHO) و فورفورال نام برد. گاهی اوقات از فورفورال برای تولید رزین هایی با خاصیت سیلان یا روندگی خوب در پودرهای قالبگیری استفاده می شود. رزین های فورفورال با کاتالیزور بازی تهیه میشوندزیرا که فورفورال تحت تأثیر اسید خودبخود متراکم شده و حالت ژل پیدا میکند.[4،3]

ABSTRACT
The notched and unnotched Izod impact properties of a series of phenolic glass composites following thermal exposure at 1807C, 3007C, and 8007C have been investigated. Four phenolic resins; a resol, a novolac, a resol/novolac blend, and a furan–novolac/resol copolymer were used to prepare the composites. The notched and unnotched impact properties of all S-glass composites improved following thermal exposure at 1807C for times up to 28 days. The best results at 1807C were obtained for the copolymer-based composite. However, thermal exposure at 3007C for times greater than 1 day led to significant reduction in the performance of this composite. The best retention of impact properties folowing exposure at 3007C and 8007C was found for the composite made with the resol/novolac blend. The results indicate that the impact properties of phenolic composites made with modified resins, that is, a blended resol/novolac or a furan-novolac/resol copolymer resin, improve significantly.



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

250,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید

خرید فایل word

قیمت35000تومان

350,000RIAL – اضافه‌کردن به سبدخرید