پوششهای مقاوم به حرارت
بسیاری
از پوشش ها در دماهای بالا مقاومت چندانی نداشته و دچار آسیبهای جدی
میشوند به عنوان مثال پوشش های پلیمری دارای کلراید یا رزین های کلرایدی در
یک بازه زمانی و بسته به دمای کاری تجزیه شده وآسیب میبینند ، همچنین آزاد
شدن اسید هیدروکلریک می تواند به شدت خورندگی محیط را افزایش دهد . حتی
برخی از پلیمرها که اتم کلراید را ندارند در دماهای بالا تجزیه شده و از
سطح تبخیر میشوند که پلیمر های استیرنی از این دسته میباشند . برخی دیگر از
پلیمر ها نیز که معمولا" در دماهای بالا پخته میشوند بسیار ترد و چروک شده
و چسبندگی خود را از دست میدهند .
در این خصوص پلیمرهای سیلیکونی
مقاومت خوبی تا دمای (370C(700F از خود نشان میدهند وبطور پیوسته در این
دماها مورد استفاده قرار میگیرند. همچنین پوششهای غیر آلی که با لایه نهایی
سیلیکون - آلومینیوم پوشش داده میشوند ، مقاومت بسیار خوبی تا دمای
(520C(968F از خود نشان می دهند .
پلیمرها، بخش عمده ای از مشتقات نفتی
هستند که در انواع مختلف در صنعت پتروشیمی، تولید و در صنایع گوناگون مورد
استفاده قرار می گیرند.
امروزه استفاده از پلیمرها به اندازه ای رایج
شده که می توان گفت بدونِ استفاده از آنها بسیاری از حوایج روزمره ما مختل
خواهد شد. مقاله حاضر، پلیمرهای مقاوم حرارتی را مورد مطالعه قرار می دهد
که علاوه بر مصارف متعدد، در صنایع هوا- فضا نیز نقش عمده ای ایفا می کنند.
پلیمرها، بخش عمده ای از مشتقات نفتی هستند که در انواع مختلف در صنعت
پتروشیمی، تولید و در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه
استفاده از پلیمرها به اندازه ای رایج شده که می توان گفت بدونِ استفاده از
آنها بسیاری از حوایج روزمره ما مختل خواهد شد. مقاله حاضر، پلیمرهای
مقاوم حرارتی را مورد مطالعه قرار می دهد که علاوه بر مصارف متعدد، در
صنایع هوا- فضا نیز نقش عمده ای ایفا می کنند. هنگامی که ترکیبات آلی در
دمای بالا حرارت داده می شوند، به تشکیل ترکیبات آروماتیک تمایل پیدا می
کنند. بنابراین می توان نتیجه گرفت که پلیمرهای آروماتیک باید در مقابل
دماهای بالا مقاوم باشند. انواع وسیعی از پلیمرها که واحد های تکراری
آروماتیک دارند، در سالهای اخیر توسعه و تکامل داده شده اند.
این
پلیمرها در صنایع هوا- فضا مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا در برابر دمای
زیاد پایداری مطلوبی از خود نشان می دهند. برای این که یک پلیمر در برابر
حرارت و در برابر گرما مقاوم تلقی شود، نباید در زیر دمای ۴۰۰ درجه سانتی
گراد تجزیه شود. هم چنین باید خواص مورد نیاز و سودمند خود را تا دماهای
نزدیک به دمای تجزیه حفظ کند. این گونه پلیمرها دارای Tg بالا و دمای ذوب
بالا هستند. پس می توان گفت پلیمرهای مقاوم حرارتی به پلیمرهایی گفته می
شود که در دمای بالا بکار برده می شوند، به طوری که خواص مکانیکی، شیمیایی و
ساختاری آنها، با خواص سایر پلیمرها در دماهای پایین متفاوت باشد.
پلیمرهای مقاوم حرارتی به طور عمده در صنایع اتومبیل سازی، صنایع هوا- فضا،
قطعات الکترونیکی، عایق ها، لوله ها، انواع صافی ها، صنایع آشپزی و خانگی،
چسب ها و پوشش سیم های مخصوص مورد استفاده قرار می گیرد. پلیمرهای یاد شده
هم به روش آلی و هم به روش معدنی تهیه می شوند. ذکر این نکته مهم است که
روش آلی متداول تر و اغلب پژوهش ها توسط دانشمندان پلیمر در این زمینه ها
به ثمر رسیده است.
پایداری حرارتی
پایداری حرارتی پلیمرها، تابع
فاکتورهای گوناگونی است. از آنجا که مقاومت حرارتی تابعی از انرژی پیوندی
است، وقتی دما به حدی برسد که باعث شود پیوندها گسیخته شوند، پلیمر از طریق
انرژی ارتعاشی شکسته می شود. پس پلیمرهایی که دارای پیوند ضعیفی هستند در
دمای بالا قابل استفاده نیستند و از بکار بردن منومرها و هم چنین گروه های
عاملی که باعث می شود این پدیده تشدید شود، باید خودداری کرد.
البته
گروه هایی مانند اتر یا سولفون، نسبت به گروه هایی مانند آلکیل و NH و OH
پایدارتر هستند، ولی وارد کردن گروه هایی مانند اتروسولفون و یا گروههای
پایدار دیگر صرفاً بخاطر بالا بردن مقاومت حرارتی نیست، بلکه باعث بالا
رفتن حلالیت نیز می شوند. تاثیرات متقابلی که بین دو گونه پلیمری وجود
دارد، ناشی از تاثیرات متقابل قطبی- قطبی، و پیوند هیدروژنی (۶-۱۰
Kcal/mol) است که باعث بالا رفتن مقاومت حرارتی در پلیمرها می شوند. این
قبیل پلیمرها باید قطبی و دارای عامل هایی باشند که پیوند هیدروژنی را
بوجود آورند، مانند: پلی ایمیدها و پلی یورتانها. انرژی رزونانسی که به
وضوح در آروماتیک ها به چشم می خورد، مخصوصاً در حلقه های هتروسیکل و
فنیلها و کلاً پلیمرهایی که استخوان بندی آروماتیکی دارند باعث افزایش
مقاومت حرارتی می شوند.
در مورد واحدهای تکراری حلقوی، شکستگی یک پیوند
در یک حلقه باعث پایین آمدن وزن مولکولی نمی شود و احتمال شکستگی دو پیوند
در یک حلقه کم است. پلیمرهای نردبانی یا نیمه نردبانی پایداری حرارتی
بالاتری نسبت به پلیمرهای زنجیره باز دارند. بنابراین اتصالات عرضی موجب
صلب پلیمرهای خطی می شوند که شامل حلقه های آروماتیک با چند پیوند یگانه
مجزا هستند. با توجه به نکاتی که ذکر شد برای تهیه پلیمرهای مقاوم حرارتی
باید نکات زیر رعایت شوند.
- استفاده از ساختارهایی که شامل قوی ترین
پیوند های شیمیایی هستند. مانند ترکیبات هتروآروماتیک، آروماتیک اترها و
عدم استفاده از ساختارهایی که دارای پیوند ضعیف مثل آلکیلن- آلیسیکلیک و
هیدروکربن های غیر اشباع می باشند.
- ساختمان ترکیب باید به گونه ای
باشد که به سمت پایدار بودن میل کند، پایداری رزونانسی آن زیاد باشد و
بالاخره ساختارهای حلقوی باید طول پیوند عادی داشته باشند، به نحوی که اگر
یک پیوند شکسته شد، ساختار اصلی، اتم ها را کنار هم نگه دارد.
لباس فضا نوردان
امروزه در زمینه پلیمرهای مقاوم حرارتی پیشرفت های زیادی حاصل شده است. پژوهشگری به نام کارل اسی مارول که یک محقق برجسته در زمینه مقاومت حرارتی پلیمرها است، باعث توسعه تجارتی پلی بنزایمیدازول، با نام تجارتی PBI ، شده است که به شکل الیاف برای تهیه لباس فضانوردان مورد استفاده قرار می گیرد. البته این تنها یکی از موارد کاربردهای متنوع پلیمرهای مقاوم حرارتی در برنامه های فضایی است. بی تردید اگر سالها پژوهش علمی و آزمایش های گوناگون موجب کشف الیاف پلیمری مقاوم برای تهیه لباس فضا نوردان نمی شد، هیچ فضا نوردی نمی توانست به فضا سفر کند.
