– مقدمه

كامپوزيت هاي پليمري كاربردهاي بسيار زيادي در صنايع مختلف دارند به دليل مقاومت بسيار خوب و خاصيت ضربه پذيري بسيار عالي و همچنين ظرفيت ويژه آنهادر كاهش و يا زياد كردن وزن عرشه كشتي مورد توجه خاص و ويژه اي در صنعت كشتي سازي قرار گرفته است. پايداري و مقاومت آنها در برابر زنگ زدگي و تخريب تدريجي توسط محيط آبي و دريايي يكي از مزيت هاي بسيار زياد آنهاست. استفاده از پليمرها در صنايع مخلتف هميشه نگراني هايي در خصوص قابليت احتراق و حرارت به وجود مي آورد. يكي از روشهاي جلوگيري از اين مشكل اضافه كردن تاخير دهنده ها و مواد بازدارنده از آتش و مواد فروكش كننده دود به رزين است. در حالي كه اين كار ممكن است در بعضي از كاربردها موثر واقع شود، اما اين روش داراي ضعف هايي است، بعضي از مكمل ها ممكن است خواص مكانيكي رزين را تخريب كنند. [1]
وقتي كه ماده پليمري شعله ور مي شود ممكن است كه تأخير دهنده هاي شعله كه براي بالا بردن و زياد كردن دماي احتراق و تشعشع و كاهش سرعت پخش شعله و حرارت به يك رزين اضافه مي شود باعث شود كه سرعت و درجه آزادي و رهايي دود و گازهاي سمي را زياد كند.
به خاطر ساختار و تركيب خاص شيميايي آنها قابليت شعله ور شدن مستلزم استفاده از رزين هايي مي باشد كه در برابر حرارت و شعله مقاومتر هستند كه اين يك روش نسبتأ متفاوت براي جلوگيري از اين مشكل است. در مقايسه با ديگر رزين هاي ترموست نظير پلي استرها و اپوكسي ها رزين هاي فنوليك مقاومت بهتري در برابر حرارت دارند همچنين آنها ارزانتر از بسياري از رزين هايي هستند كه خواصي شبيه آنها مثل PEEK دارند كه آنها را براي مصارف و كاربردهايي كه در حجم و اندازه هاي زياد دارند جذاب تر مي كند. مقاومت و پايداري فنوليك ها در برابر آتش مستقيمأ به ساختار و تركيب و به مكانيزم هاي تخريب حرارتي و گرمايي اين پليمرها بستگي دارد. در مقايسه با رزين هاي پلي استر تخريب حرارتي رزين هاي فنوليك منجر به توليد چار در ساختار آن مي شود كه منجر به سرعت ها و درجات بسيار كم و پائين پخش و گسترش شعله و حرارت مي شود.
فنوليك ها داراي يك مقدار بسيار زيادي اكسيژن اصلي (70- 45%) هستند و بنابراين احتراق و شعله ور شدن آنها دشوار است و در يك شرايط سوختن حفظ مي شوند. فنوليك ها همچنين در ميان پائين ترين پلاستيك هاي توليدكننده دود هستند كه شناخته شده اند. علاوه بر اين فنوليك ها دودي را توليد مي كنند كه از حداكثر پلاستيك هاي دودكننده و تأخير دهنده شعله و حرارت، يك رزين فنوليك استاندارد توليد شده چهار برابر كمتر منوكسيد كربن شش برابر كمتر هيدروژن كلرايد و مقادير هيدروژن برميد يك قاعده و نظمي با قدرت و حجمي پائين تر و كمتر توليد مي كند. مقاومت فنوليك ها در برابر آتش را حتي بيشتر مي توان با معرفي كردن و وارد كردن عناصر دوركننده حرارت و شعله از جمله فسفر و برم را به اثبات رساند. در مقايسه با موارد مشابه و به دست آمده از طريق افزايش فسفر در مرحله پليمر افزايش فسفر در مرحله مونومر تا حد بسيار زيادي در معرض حرارتي و اضافه كردن اكسيژن محدود كننده به رزين آن را تقويت مي كند.
افزايش برم به مقدار زياد، اكسيژن محدودكننده را افزايش مي دهد اما اين كار در معرض حرارتي و توليد چار با صرف هزينه بسيار زياد انجام مي گيرد. فنوليك ها همچنين پايداري بسيار خوب ابعادي پايداري حرارتي و گرمايي، پايداري و مقاومت شيميايي و توانايي مقاومت حرارتي در حمل بار و در دماهاي مختلف را دارند و همه اين ويژگيها را در سطوح بسيار عالي دارند مهندسان طراح به طور بسيار وسيع فنوليك هايي را براي قالب گيري هاي دقيق كه داراي مقاومت زيادي هستند شناسايي و مشخص مي كنند كه در محيط هاي ناسازگار و سخت مقاومت خوبي داشته باشند.در مقايسه با بعضي از ترموپلاستيك هاي تقويت شده ، هر چند كه پليمر ذاتاً شكننده و ظريف است اما رزين هاي فنولي تقويت شده ، كامپوزيت هايي را توليد مي كند كه مقاومت خوبيدر برابر ضربه هاي بالا را دارد . خواص ضربه اي ايزود با ناچ براي كامپوزيت هاي ساخته شده ازرزين هاي فنولي اصلاح شده و تأثير آن ( ضربه ) در كامپوزيت هاي كوتاه به ميزان cm 5 مشاهده شده است .

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

فهرست مطالب

چكيده………………………………………………………… 1
1 – مقدمه……………………………………………………. 2
2 – رزينها……………………………………………………. 5
3 – فرآيندها………………………………………………… 6
4 – قالبگيري دمشي – تزريقي…………………………… 7
4 – 1 – ابزارهاي قالب دمشي – تزريقي………………. 10
4 – 2 – عيب يابي………………………………………. 11
2 – 5 – رزينهاي نووالاك………………………………… 12
2 – 6 – رزينهاي رزول………………………………….. 19
2 – 7 – پخت رزينهاي فنلي……………………………. 23
2 – 8 – پخت رزولها……………………………………… 24
2 – 9 – پخت نووالاكها………………………………….. 26
2 – 10 – ساخت رزين فنلي ……………………………27
3 – تأثير زمانمندي حرارتي بر روي نمونه هاي مختلف رزينهاي 29
3 – 1 – استحكام ضربه پذيري ايزود در دماهاي مختلف… 30
3 – 1 – 1 – تأثير قرار گرفتن در معرض دماي 180 درجه…. 31
3 – 1 – 2 – تأثير قرار گرفتن در دماي 300 و 800 درجه سانتيگراد 38
3 – 2 – SEM ( اسكن ميكروسكوپ الكتروني )…………… 41
4 – عوامل اتصال لايه ها……………………………………. 44
5 – مدول ذخيره (′E) مدول كاهش يافته (′′E)و فاكتور اتلاف (tanδ ) ا45
6 – اثر قرارگرفتن در معرض دما بر روي ′E و′′E و tanδ ا…………46
6 – 1 – مدول هاي ذخيره (′E ) ا…………………………………..48
6 – 2 – اثر قرارگرفتن در معرض دما بر روي ′′E و ′E و tanδ براي 49
6 – 3 – اثر قرارگرفتن در معرض دما بر روي ′′E و ′E و tanδ براي 51
6 – 4 – اثر قرارگرفتن در معرض دما بر روي ′′E و ′E و tanδ براي 52
6 – 5 – اثر قرارگرفتن در معرض دما بر روي ′′E و ′E و tanδ براي 55
7 – نتيجه گيري……………………………………………………… 57
8 – پيشنهادات ……………………………………………………….60
9 – منابع………………………………………………………………61

 

رزين فنلي (phenolic resin) يا رزين فنل فرمالدئيد كه بعضأ به آن فنوپلاست
(phenoplst) نيز مي گويند، رزيني است كه از واكنش فنل يا مشتقات آن، با يك آلدئيد به دست مي آيد كه معمولا آلدئيد مصرفي فرمالدئيد مي باشد. توليد اين رزين در سال 1905 توسط بيكلند آغاز شد. او به روشهاي كنترل و توسعه واكنش براي به دست آوردن محصولي مفيد پي برد و در سال 1907 موفق به اخذ اولين امتياز در اين زمينه شد. گرچه واكنش بين فنل و آلدئيدها مدتها قبل از اين تاريخ شناخته شده بود ولي او با افزودن پركننده هاي معدني و پودر چوب به رزين، موادي مناسب قالبگيري تهيه كرد و آنها را تحت فشار و دما قالبگيري نمود و اولين كمپاني ساخت اين مواد را تحت نام با كليك (Bakelite) در سال 1910 در آلمان افتتاح كرد.
واكنش فنل و آلدئيد در حضور كاتاليزور اسيدي يا بازي صورت مي گيرد، با توجه به نسبت مولي فنل و فرمالدئيد و نوع كاتاليزور مصرفي، رزين هاي فنلي به دو دسته رزول (Resole) و نووالاك (Novolac) تقسيم مي شوند. اگر نسبت مولي فنل به فرمالدئيد كمتر از يك و كاتاليزور مصرفي بازي باشد، رزين حاصل را رزول گويند. اما اگر نسبت مولي فنل به فرمالدئيد بيشتر از يك و كاتاليزور مصرفي اسيدي باشد، رزين حاصل را نووالاك گويند.اين دو نوع رزين فنلي داراي خواص و كاربردهاي مختلفي مي باشند. رزولها ذاتا گرماسخت (thermoset) بوده، براي پيشرفت واكنش و شبكه اي شدن نيازي به عامل پخت ندارند، در حاليكه نووالاك ها ذاتا گرمانرم (therloplast) مي باشند و لازم است كه به آنها عامل پخت اضافه گردد كه معمولا بيشتر هگزا متيلن تترآمين يا يك رزول اضافه مي كنند و به همين جهت رزين هاي نووالاك را رزين هاي دو مرحله اي (two steps) گويند.
نوع كاتاليزور و نسبت مولي مواد اوليه اي كه در ساخت رزين فنلي به كار برده مي شود بهمقدار زيادي در وزن مولكولي آن تاثير گذاشته و در نتيجه در خصوصيات فيزيكي رزين تاثيربسزايي دارد. رزين هاي فنلي وقتي در حالت غيرشبكه اي باشند، وزن مولكولي نسبتأ كمي دارندزيرا فنل سه عاملي و فرمالدئيد دو عاملي مي باشد. وزن مولكولي رزولها معمولأ از نووالاك ها كمتر است. رزول ها عمدتأ به حالت مايع وجود داشته و مورد استفاده قرار مي گيرند، در حالي كه نووالاك ها معمولأ به شكل جامد مصرف مي شوند، گرچه رزول ها به صورت جامد نيز توليد و مصرف مي گردند.[4،3]
ساختار كلي رزين هاي فنلي به شكل زير مي باشد:
2 – 1 – مواد اوليه
مواد اوليه يا منومرهايي كه در تهيه رزين فنلي مورد استفاده قرار مي گيرند، شامل فنل يا مشتقات آن و آلدئيدها مي باشند. بيشترين حجم مواد مورد مصرف در ساخت رزين هاي فنلي، فنل و فرمالدئيد است. فنل هاي مهم ديگر، از فنل هايي كه روي آنها آلكيل استخلاف شده مانند كروزول، گزيلنول، پارا ترشيري بوتيل فنل، پارافنيل فنل و نونيل فنل،؛ تهيه مي شوند.
دي فنل ها نظير رزورسينول (1 و 3 بنزن دي ال) و بيسفنل A در مقدار كم براي كاربردهايي كه خصوصيات ويژه اي مورد نياز است، مورد استفاده قرار مي گيرند. از آلدئيدها، آستالدئيد و فورفورالدئيد نيز در برخي موارد استفاده مي شود اما مصرف آنها كم است. با تغييرات زيادي كه درمواد خام، شيمي و فرآيند ساخت، قابل اعمال كردن است، كاربردهاي زيادي با خصوصياتفيزيكي مختلف براي اين مواد مي توان به دست آورد. [4،3]
2 – 2 – فنلها
فنلها خانوادهاي از تركيبات آروماتيك هستند كه در آنها گروه هيدروكسيل مستقيمأ به هسته آروماتيك متصل است. آنها از لحاظ خواص با الكلها متفاوت اند و شبيه به الكلهاي ضعيف عمل مي كنند و به خوبي در محلول هيدروكسيد سديم حل مي شوند اما در محلول كربنات سديم نامحلولاند. فنلها جامداتي بي رنگ هستند اگرچه بعضي از آلكيل فنلها مايع ميباشند. خواص فيزيكي مهمترين فنلها در جدول 2-1 آورده شده است.
فنل با فرمول شيميايي C6H5OH منومر يا ماده خامي است كه به مقدار زيادي در تهيه رزين فنلي مصرف ميشود. فنل به عنوان يك جامد با نقطه ذوب پايين (جدول 2-2) معمولأ دركارخانه به شكل مايع در دماي 60- 50 درجه سانتيگراد نگهداري و حمل مي شود. تانكهاي نگهداري يا حمل اين مواد معمولأ با لولههاي مخصوص يا ژاكت، گرم نگهداشته ميشوند. به منظور حفظ شفافيت رنگ، فنل با اكسيژن و آهن بايد به كمترين مقدار خود برسد. نگهداري آن تحت گاز نيتروژن از تشكيل تركيبات كوئينون صورتي جلوگيري ميكند. آلوده شدن آن به آهن باعث تيرگي رنگ آن مي شود.
فنل از تقطير زغال سنگ و فرآيندهاي شيميايي بنزن از قبيل سولفوناسيون، فرآيند راشيگ (Rasching) و فرآيند كيومن (Cumene) تهيه مي شود. عمده ترين فرآيندي كه براي تهيه فنل به كار مي رود فرايند كيومن است كه ليسانس آن توسط شركت شيميايي آليد در آمريكا ارائه شده است. در اين روش بنزن را توسط پروپيلن، بازي مي كنند تا توليد كيومن (ايزوپروپيلبنزن) نمايد. اين محصول در مجاورت هوا اكسيده مي شود و توليد كيومن هيدروپراكسيد ميكند. سپس محصول اكسيداسيون را با كاتاليزور اسيدي به طرف توليد فنل و استن هدايت ميكنند كه در اين مسير متيل استايرن و استوفنون به عنوان محصول فرعي توليد مي شوند.
فنل به صورت محلولهاي بي رنگ كريستال مي شود. فنل را به صورت تجاري در حالت جامد يا محلول در آب (8 تا 20 درصد) عرضه مي كنند. در صورتي كه فنل به صورت جامد تحويل شود آن را ذوب كرده و به راكتور يا مخازن ابتدايي منتقل مي كنند و اگر تحويل آن به صورت محلول انجام گيرد، بايستي دقت كرد تا فنل بلوري نشود. اين ماده سوختگي شديدي در پوست به وجود مي آورد و براي اجتناب از آن لازم است كه در جابجايي مواد دقت كافي به عمل آيد.

تركيبات ديگر فنلي يا فنل هاي استخلاف شده در تهيه رزين هاي خاصي مصرف مي شوند كه مهمترين آنها كروزولها مي باشند. كروزول داراي سه نقطه فعال براي به وجود آوردن اتصالات عرضي است و لذا تنها ماده مطلوب است. اين ايزومر را ميتوان به وسيله تقطير جدا نمود ولي جدا كردن ايزومرهاي پارا و متاي آن مشكل است و بنابراين در عمل مخلوط اين دو ايزومر به مصرف مي رسد. ساير تركيبات سنتزي فنلي استخلاف شده نيز در ساخت رزين هاي محلول در روغن كاربرد دارند. هرچه گروه هاي الكيل روي حلقه فنل بيشتر باشند قدرت اسيدي فنل كاهش مي يابد. مثلأ كروزول قدرت اسيدي كمتري نسبت به فنل دارد. همچنين وجود گروه آلكيل در موقعيت ارتو به دليل ممانعت فضايي بيشتر، باعث كاهش بيشتر قدرت اسيدي مي شود.[4،3]
2 – 3 – آلدئيدها
فرمالدئيد معمولترين آلدئيدي است كه تاكنون در تركيبات فنلي به كار رفته است. اين مادهمعمولأ به صورت محلول در آب با 37 درصد وزني كه به آن فرمالين اطلاق مي شود به كار مي رود و براي پايدار كردن محلول و جلوگيري از تشكيل پليمر فرمالدئيد از 5/0 تا 10 درصد متانول استفاده مي شود. در صورتي كه بتوان فرمالين را بلافاصله پس از تهيه به مصرف رسانيد، از محلول هاي حاوي متانول كم استفاده مي شود زيرا در آن صورت قابليت تركيب فرمالين بيشتر است. اگر مدت زمان بيشتري براي انبار كردن مورد نياز باشد، فرمالين مورد مصرف بايد متانول بيشتري داشته باشد، در هر صورت افزايش پايداري، قابليت واكنش دهي را كاهش مي دهد.
در اينجا بايد به يك نكته اساسي اشاره كرد كه فرمالدئيد ماده اي بسيار سمي است و هنگام كار با آن بايستي اصول ايمني به دقت رعايت شود. در اكثر فرآيندهاي رايج، فرمالدئيد از اكسيد شدن متانول در حضور كاتاليزور موليبدن و در دماي 425 – 345 درجه سانتيگراد تهيه ميشود. فرمالدئيد گازي شكل را جذب آب مي كنند و محصول نهايي به صورت محلول در آب (فرمالين) مي باشد كه بين 36 تا 50 درصد فرمالدئيد دارد. با توجه به شكلهاي مختلف فرمالدئيد (جدول 2- 3)، نوع محلول در آب براي تهيه رزين فنلي مناسب مي باشد؛ گرچه در نهايت نيمي از مواد اوليه آب است. اگر غلظت فرمالدئيد موجود در فرمالين در حدود 50% باشد، بهترين حالت براي تهيه اكثر رزين هاي فنلي است و آب نهايتا به وسيله تقطير جدا ميگردد. آلدئيدهاي سنگين تر نيز مشابه فرمالدئيد با فنل واكنش ميدهند ولي سرعت واكنش كمتري دارند. از جمله اين آلدئيدها ميتوان از استالدئيد (CH3CHO)، پارالدئيد (CH3OHO) و فورفورال نام برد. گاهي اوقات از فورفورال براي توليد رزين هايي با خاصيت سيلان يا روندگي خوب در پودرهاي قالبگيري استفاده مي شود. رزين هاي فورفورال با كاتاليزور بازي تهيه ميشوندزيرا كه فورفورال تحت تأثير اسيد خودبخود متراكم شده و حالت ژل پيدا ميكند.[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

خرید فایل word

قیمت35000تومان