انواع رزین‌های پلیمری

در این مقاله از بخش مقالات وب سایت تکمید به انواع رزین‌های پلیمری می پردازیم با ما همراه باشید:

رزین‌هایی که در کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف استفاده می‌شوند را با عنوان کلی پلیمر نامگذاری می‌کنند. از آنجا که تمامی پلیمرها شامل مولکول‌های بلند متشکل از واحدهای تکرارشونده هستند یک سری خواص مهم معمول را دارا هستند. پلیمرهایی که توسط انسان تولید شده‌اند با عنوان رزین‌های سنتزی یا به گونه‌ای ساده‌تر “رزین” نام‌گذاری می‌شوند.

انواع رزین‌های پلیمری براساس اثرپذیریشان از حرارت به دو دسته تقسیم‌بندی می‌شوند:

1. ترموپلاستیک رزین
2. ترموست رزین

رزین‌های ترموپلاستیک هم‌چون فلزات، در برابر حرارت نرم شده و در نهایت ذوب می‌شوند و از سوی دیگر با خنک‌شدن دوباره سخت می‌شوند. تکرار این فرآیند گذر از دمای نرم‌شدگی یا ذوب در مقیاس درجه‌حرارت تأثیر قابل‌توجهی بر خواص مواد در هر دو حالت ندارد.

ترموپلاستیک‌های متداول عبارتند از نایلون، پلی‌پروپیلن و اکریلونیتریل بوتا دی ان (ABS) که می‌توان آنها را به‌وسیله الیاف کوتاه و خرد‌شده‌ هم‌چون الیاف شیشه تقویت کرد.

مواد ترموست براساس پاسخ شیمیایی آنی تعیین می‌شوند.

به این ترتیب که رزین و هاردنر و یا رزین و کاتالیست با هم ترکیب شده و سپس یک واکنش شیمیایی برگشت‌ناپذیر را طی می‌کنند تا یک قطعه‌ی سخت و غیرقابل اشتعال حاصل شود. در برخی از ترموست‌ها نظیر رزین‌های فنولیک، مواد فراری به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود ( واکنش تراکمی).

مکانیسم پخت دیگر مواد ترموست نظیر پلی‌استر و اپوکسی شامل محصولات جانبی فرار نبوده و از این‌رو فرآیندپذیری بسیار آسان‌تری دارند (واکنش افزایشی). مواد ترموست پس از پخت، دیگر در اثر حرارت ذوب نشده و بالاتر از یک دمای معین خواص مکانیکی آنها به‌طور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌کند.

این دما تحت عنوان دمای انتقال شیشه‌ای (T_g) نام‌گذاری شده است و با توجه به سیستم رزینی مورد استفاده، درجه‌ی پخت آن و اینکه آیا اختلاط آن کامل بوده یا نه به طور گسترده‌ای تغییر می‌کند.

بالاتر از دمای T_g ساختار مولکولی ترموست‌ها از حالت کریستالی شکننده به حالت آمورف و منعطف تغییر می‌کند. این تغییر با کاهش دما به زیر T_g قابل بازگشت است. بالاتر از دمای T_g خواصی نظیر مدول (سفتی) رزین شدیداً افت کرده و در نتیجه‌ی آن استحکام فشاری و برشی کامپوزیت کاهش می‌یابد. در دماهای بالای T_g خواصی چون مقاومت در برابر آب و نیز رنگ‌پذیری به شدت کاهش می‌یابد.

گرچه انواع مختلفی از رزین در صنعت کامپوزیت وجود دارد، اما اکثریت قطعات مهم به‌وسیله‌ی سه نوع رزین پلی‌استر، وینیل‌استر و اپوکسی ساخته می‌شود.

هر رزینی که در صنعت کامپوزیت کاربرد دارد باید شرایط زیر را دارا باشد:

1. خواص مکانیکی بالا
2. قابلیت چسبندگی مناسب
3. چقرمگی خوب
4. مقاومت بالا در برابر تخریب‌های محیطی

خواص مکانیکی برای سیستم‌های رزینی

شکل زیر منحنی تنش-کرنش را برای یک سیستم رزینی ایده آل نشان می‌دهد. این منحنی استحکام بالا، سفتی بالا و کرنش در شکست بالایی را نشان می‌دهد. به این معنا که این رزین در ابتدا سفت است و در عین حال در هنگام شکست ترد و شکننده نیست.

باید یادآور شد که وقتی یک کامپوزیت تحت بار قرار می‌گیرد، برای دست‌یابی به حداکثر خواص مکانیکی الیاف به کار رفته، رزین هم باید تونایی تحمل بار در همان محدوده‌ی الیاف را داشته باشد.

شکل زیر کرنش تا مرحله شکست را برای الیاف شیشه‌ی E و S، الیاف آرامید و الیاف کربن با استحکام بالا نشان می‌دهد (در حالت الیاف نه به صور به کار رفته در کامپوزیت). همان‌گونه که مشاهده می‌کنید به عنوان مثال الیاف شیشهS افزایش طولش در هنگام شکست %۳/۵ است، از این رو برای دست‌یابی به بالاترین خواص کششی به رزینی با این محدوده خواص مکانیکی نیاز است.

خواص چسبندگی سیستم‌های رزینی

قابلیت چسبندگی بالا میان رزین و الیاف تقویت‌کننده در سیستم‌های رزینی بسیار حائز اهمیت است. چرا که با توجه به این ویژگی می‌توان اطمینان حاصل کرد که بار به خوبی به الیاف منتقل شده و نیز از ایجاد ترک و یا انفصال میان رزین و الیاف جلوگیری به عمل آورد.

خواص چقرمگی سیستم‌های رزینی

چقرمگی میزان مقاومت مواد در برابر انتشار ترک را در خود نشان می‌دهد. اما در مورد مواد کامپوزیتی اندازه‌گیری دقیق این ویژگی دشوار است. با این حال منحنی‌های تنش- کرنش تا حدودی بیانگر خاصیت چقرمگی مواد هستند.

به‌طور کلی بیشترین میزان تغییر شکل رزین پیش از شکست آن نشانگر چقرمگی و مقاومت در برابر ترک را نشان می‌دهد. به‌طور خلاصه سیستم رزینی که کرنش در شکست آن پایین باشد، یک کامپوزیت شکننده که به راحتی ترک بر می‌دارد را نتیجه می‌دهد. از این رو انطباق این ویژگی با میزان افزایش طول الیاف تقویت‌کننده بسیار مهم است.

خواص محیطی سیستم‌های رزینی

مقاومت بالا در برابر عوامل محیطی، آب و دیگر عوامل تخریب‌زا به همراه توانایی تحمل سیکل تنشی ثابت، ویژگی‌هایی هستند که برای هر سیستم رزینی ضرورت دارد. این ویژگی‌ها به طور خاص در محیط دریا بسیار مهم است.

مقایسه رزین‌ها