نقش افزودنی ها در افزایش کارایی پلی‌آمیدها

بسپار/ ایران پلیمر یکی از بسپارهای مهندسی چندمنظوره رایج، پلی­ آمیدها هستند. این مقاله، نقش افزودنی­ ها در بهبود کارایی این بسپارها را مرور می­ کند.

پلی‌آمیدها به عنوان یک خانواده بزرگ از بسپارهای مهندسی کارآمد شناخته می‌‌‌شوند و گستره‌ی وسیعی از افزودنی‌ها برای تقویت کارایی و برآوردن انتظارات از این بسپارها در قطعات مختلف در صنایعی چون خودروسازی و برق و الکترونیک (E&E)، به کار گرفته می‌شود. چالش‌های مربوط به فناوری تولید افزودنی‌ها شامل بهبود خواص شارش‌پذیری برای قالب‌گیری قطعات کوچک­تر و با شکل پیچیده‌تر و هم‌چنین افزایش مقاومت در برابر تخریب گرمایی و آب­کافت (هیدرولیز) به منظور استفاده در شرایط محیطی سخت است. هم‌چنین افزودنی‌هایی برای بازیابی خواص پلی‌آمیدهای بازیافتی نیز قابل استفاده هستند.

افزودنی‌های کارآمد به پلی‌آمیدها کمک می‌کنند تا محدودیت‌ها و الزام‌های رو به افزایش خواص گرمایی، مکانیکی و شیمیایی که هم‌زمان با تغییر صنایع خودروسازی به سمت کاهش اندازه، دوگانه­سوز شدن (بنزینی/برقی) (hybridation) و برقی شدن کامل نسل جدید خودروها ایجاد شده است، را پاسخگو باشد. شرکت Dow Performance Silicone (Dow Corning سابق) افزودنی‌های پلی‌آمیدی مانند اصلاح­کننده­های سایش­ (tribology) و عامل هم­افزایی تاخیرانداز شعله (به نام Dow Corning 43-821) را در طول دو سال گذشته معرفی کرده است. این شرکت هم اکنون در حال کار کردن روی افزودنی‌هایی است که باعث بهبود خواصی هم‌چون انعطاف­پذیری و پیرشدگی ناشی از تماس با آب می‌شوند و به نظر می‌رسد برای کاربردهایی هم‌چون قطعات موتوری، برقی و صنعتی موردنیاز می‌باشند.

این شرکت مواد پلی‌آمید را به عنوان منتخب ­ترین ماده در بخش خودروسازی در نظر می‌گیرد و انتظار دارد آمیزه‌هایی بر پایه این مواد نتایج قابل توجهی در کاربردهای فنی به­دست آورد. بخش اصلی توسعه برای آمیزه‌های پلی‌آمیدی، قطعات فنی و ساختاری و جایگزینی­هایی برای قطعات فلزی یا سایر مواد پلاستیکی مانند پلی‌پروپیلن (PP) می‌باشد. با تغییر صنعت خودروسازی به سمت کاهش اندازه، دوگانه­سوز شدن و برقی شدن کامل نسل جدید خودروها، محدودیت‌های خواص گرمایی، مکانیکی و یا شیمیایی افزایش یافته است. با توجه به این تغییرات شرکت انتظار دارد پیشرفت‌های فنی بیشتری برای بهبود خواصی چون مقاومت شیمیایی، مکانیکی و گرمایی ایجاد شود. در واقع این بهبودهای ایجاد شده در خواص با استفاده از افزودنی‌های کارآمد ممکن است.

شرکت Ascend Performance Material نیز فرصت‌های زیادی را در بازار خودروهای برقی دینامیکی (EV) و هم‌چنین خودروهای دوگانه ­سوز (هیبریدی) می‌بیند و رشد قابل توجهی را به خصوص برای بازار دومی انتظار دارد. شرکت Ascend، سال گذشته در همایش عملکرد پلی‌آمیدها AMI در آمریکا اعلام کرد، در کنار توسعه ­ی فناوری­های EV مانند باتری­ها و پیل‌های سوختی (fuel cell)، فناوری موتور احتراقی با بازدهی نیروی برق بیشتر و نشر کمتر (که منجر به کوچک­تر شدن محفظه (compartment) موتور شده) و بار گرمایی بیشتر و فضای سرمایش محدودتر با سرعت در حال پیشرفت است. چنین نیازهایی باعث افزایش دمای کارکرد سامانه سرمایش می‌شوند که به نوبه خود مواد درخواستی برای کاربردهایی مثل مخزن رادیاتور (شکل 1)، باید مقاومت بیشتری در برابر آب­کافت از خود نشان دهند.

 

[EasyDNNGallery|11901|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل 1: مخزن رادیاتور خودرو که برای کارکرد در دماهای زیاد با استفاده از پلی‌آمید مقاوم در برابر آب­کافت تولید شده است.

 

پلی‌آمیدها هنوز هم در شرایط چالش برانگیز استفاده می‌شوند و پلی‌آمید 66 (اکثرا به صورت تقویت شده با الیاف شیشه و دیگر پرکننده‌های معدنی) به ­طور گسترده­ای در موتورهای احتراقی، سامانه­ های سرمایشی و سایر موارد استفاده می‌شود. برای پاسخگویی به نیازهای عملکردی جدید که با افزایش دمای کارکرد به ­وجود آمده‌اند، شرکت Ascend آمیزه‌های جدیدی از پلی‌آمید 66 با نام تجاری Vydyne HR (مقاوم در برابر آب­کافت) با ترکیب فناوری‌هایی نظیر استفاده از تقویت ­کننده الیاف شیشه و افزودنی‌ها تولید کرده است. گفته می‌شود این مواد جدید قابلیت دستیابی به خواص PPA (پلی ­فتال آمید) را دارند و هم‌چنین استحکام جوش بهتری نیز ارایه می‌دهند.

در همایش اخیر، شرکت HPF The Mineral Engineering، اظهار داشت با توجه به تمایل برای افزایش دمای کارکرد و هم‌چنین کاهش فضا، افزودنی‌هایی که بتوانند خاصیت رسانش گرمایی به پلی‌آمید بدهند، در صنعت خودروسازی و E&E، اهمیت بیشتری دارند.

پلی‌آمیدهای حاوی افزودنی­های رسانای گرمایی می‌توانند جایگزین قطعات فلزی مانند چاهک گرماگیر (heat sink) (شکل 2) چراغ‌های LED و هم‌چنین پوشش باتری‌های خودروهای برقی شوند، اما این جای­گزینی ساده نخواهد بود. برای استفاده بهینه از رسانش گرمایی برای رسیدن به عملکرد گرمایی مناسب، طراحی مجدد قطعه الزامی است. این بازطراحی اغلب می‌تواند منتج به بهبود عملکرد قطعه، کاهش وزن و هم‌چنین سهولت سرهم­ بندی (مونتاژ) آن نیز شود.

 

[EasyDNNGallery|11902|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل 2: چاهک گرماگیر که به منظور بهینه‌سازی عملکرد، از بسپارهای رسانای گرما تولید شده است.

 

راه‌حل‌های یکپارچه

یکی دیگر از کاربردهای کلیدی پلی‌آمیدهای رسانای گرما در مدارهای یکپارچه، مثلا در ابزارهای بهم پیوسته قالب­گیری شده (Molded interconnect device، MID) به­کار رفته در ریزقطعات صنایع برق و الکترونیک مانند کلیدها و حسگرها است.

 

(ادامه دارد…)

متن کامل این مقاله را که در شماره 193ام ماهنامه بسپار در نیمه مهرماه منتشر شده است بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه ی اصلی همین سایت وجود دارد.