در سال ۲۰۱۲ جیانگ^[۳۴] و همکاران، کامپوزیتی متشکل از پلی­اتیلن کلرینه شده و الیاف پلی­استرتوخالی^[۳۵] را تولید کردند که قابل استفاده در کابین هواپیما،خودروها، قطار و زیر دریایی­ها می­باشد [۳۴].
آشنایی با فناوری نانو
نانوتکنولوژی^[۳۶]، فن­آوری نوین میان رشته­ای است که در دهه­ اخیر باعث شکوفایی و جهش عظیم در بسیاری از حوزه ها شامل علوم مواد، مکانیک، الکترونیک، نور، پزشکی، پلاستیک، انرژی و هوا فضا شده است. اثرات عمیق نانو­تکنولوژی به عنوان یک محرک عظیم در جهت نیل به انقلاب صنعتی دوم مطرح شده است. کوشش­های نانو­تکنولوژی در جهت دستکاری در اتم­ها، مولکول­ها و ذرات در مقیاس نانو با شرایط دقیق وکنترل شده و به منظور ساخت و ایجاد موادی با سازمان بنیادی جدید و خصوصیات نوین هدف­گذاری شده است. مواد نانو، بنا به تعریف بنیاد ملی داننش ایالات متحده، موادی هستند که یکی از ابعا آنها کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. واژه­ی فناوری نانو در سال ۱۹۷۴ توسط ناریو تاناگوچی^[۳۷] در دانشگاه توکیو برای توصیف دقت تولید مواد در محدوده­ نانومتر ابداع شد. اما ریشه­ این واژه به سال ۱۹۵۹ باز می­گردد که در آن فیزیکدانی به نام ریچارد فینمن^[۳۸] که به عنوان پدر فناوری نانو شناخته می­ شود، اصلاح و کنترل مستقیم اتم­ها را به عنوان گونه ­ای قدرتمندتر از شیمی مواد مصنوعی مطرح ساخت. در سال ۱۹۸۶ اریک درکسلر^[۳۹] از دانشگاه MIT امریکا این مفاهیم را در کتاب خود« موتورهای آفرینش: عصر در حال ظهور فناوری نانو » بسط بیشتری داد، امروزه فناوری نانو نیروی محرکه­ی یک انقلاب صنعتی جدید تلقی می­ شود که در آینده­ای نه چندان دور می ­تواند بر همه جنبه­ های زندگی بشر تأثیر گذاشته و آن را دگرگون سازد. بنیان نانوتکنولوژی بر­اساس این حقیقت پایه­گذاری شده است که مشخصات مواد با کاهش مقیاس تا محدوده­ نانو به طور چشمگیری متحول می­ شود. وقتی که مواد حجیم به ساختارهایی کوچک­تر که یک و یا چند بعد آن مانند طول، عرض و یا ضخامت در محدوده­ نانومتر و یا حتی کمتر است تقسیم شوند، ذراتی منحصر به فرد و خصوصیاتی غیرقابل پیش بینی مشاهده می­ شود که با ویژگی­های مواد حجیم تفاوت­های بارزی دارد. ثابت شده است که اتم­ها و مولکول­ها رفتارهای کاملاً متفاوتی نسبت به مواد حجیم دارند .در سال­های اخیر نانو­تکنولوژی به یکی از مهمترین زمینه­­­های تحقیقات در تکنولوژی­های نوین بدل شده است. این دانش به درک خواص و رفتار جدید ذراتی با اندازه کمتراز nm100می­پردازد که به نانو ساختارهای ساخته شده از آن ذرات، منتقل می­ شود. نانو­تکنولوزی علم طراحی، ساخت و کاربرد نانوساختارها یا نانو مواد و بررسی ارتباط خواص مختلف مواد (فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی، الکتریکی و …) با ابعاد نانومتری آنها می­باشد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

این دانش با بهره گرفتن از علوم مختلف مانند فیزیک، شیمی، علم مواد، بیولوژی و مهندسی چهار هدف عمده که شامل:
الف: سنتز نانو­مواد­ها^[۴۰] و نانوساختار­ها^[۴۱]
ب: بررسی ارتباط خواص مواد با ابعاد نانومتری آنها
ج: طراحی و ساخت نانو­ ابزار­ها
د: طراحی سازه­های جدیدی با بهره گرفتن از نانو­مواد، می­باشند را پیگیری می­نماید.
لذا با توجه به خواص مناسبی که نانومواد دارا می­باشند، استفاده از این فن آورى در کلیه علوم مانند پزشکى، پتروشیمى، علوم مواد، صنایع دفاعى، الکترونیک و غیره باعث شده است که تحقیقات در زمینه نانو به عنوان یک چالش اصلى علمى و صنعتى پیش روى جهانیان باشد [۳۷-۳۵].
نانو ذرات^[۴۲]
ذرات نانو از زمان­های بسیار دور مورد استفاده قرار می­گرفته است. شاید اولین استفاده آنها در لعاب­های چینی و سرامیک­های تزئینی سلسله­های ابتدایی چین بوده است (قرن ۴ و ۵). کشفیات باستان شناسان روشنگر استفاده از نانو­تکنولوژی حتی در دوران قبل از میلاد مسیح است. یک محصول معروف که از آن دوره به­جا مانده است، یک جام رومی موسوم به جام لیکورگوساست که در آن از نانو ذرات طلا استفاده شده است تا رنگ­های متفاوتی از جام بر حسب نحوه­ تابش نور (از جلو یا عقب) پدید آید، البته علت چنین اثراتی برای سازندگان آنها ناشناخته بوده است. کربن سیاه مشهورترین مثال از نانوذراتی است که ده­ها سال به­ طور انبوه تولید شده است و در تایر­های اتومبیل به منظور افزایش طول عمر آنها به کار رفته است و علت رنگ سیاه تایر هم، وجود این افزودنی سیاه رنگ است. گذشته از آن در دهه ۱۹۳۰ برای اولین بار روش­های فرآوری بخار جهت تولید نانو ذرات بلوری مورد استفاده قرار گرفته شد. در سال­های اخیر پیشرفت­های بسیار بزرگی در زمینه امکان ساخت نانوذرات از مواد گوناگون وکنترل شدید بر روی اندازه، ترکیب و یکنواختی آنها صورت گرفته است [۳۸].
نانوکامپوزیت­ها^[۴۳]
مواد نانوکامپوزیتی در سال­های اخیر در علوم محض و مهندسی مورد بررسی و تحقیق زیادی قرار گرفته­اند. بهترین مثال برای نانوکامپوزیت­های طبیعی بافت استخوان است که از فاز زمینه سرامیکی و تقویت ­کننده­ های آلی تشکیل شده است. این مواد به دلیل تنوع زیادی که دارند، می­توانند کاربردهای فراوانی داشته باشند. نانوکامپوزیت­ها شامل مواد چند فازی هستند که حداقل یکی از اجزای تشکیل­دهنده آن در یک بعد اندازه­ کمتر از۱۰۰ نانومتر داشته باشد. این مواد زمانی­که یکی از فازها به ابعاد نانو می­رسد، خواص نانوکامپوزیت نسبت به کامپوزیت­های مرسوم از همان فازها، تغییر می­ کند. شایان ذکر است، برای رسیدن به خواص بهتر در نانو کامپوزیت­ها، می­بایست توزیع اندازه نانو ذرات و پراکندگی آنها در فاز ماتریس کامپوزیت را کنترل نمود. علت اینکه این مواد نسبت به کامپوزیت­های متداول خواص ویژه و مطلوب­تری را از خود نشان می­ دهند این است که، نیروهای بین سطح مشترک تقویت­ کننده و زمینه در یک نانوکامپوزیت، به علت ابعاد نانومتری ذرات تقویت­ کننده، نسبت به اندازه این نیروها در یک کامپوزیت معمولی قوی­تر می­باشند. نانوکامپوزیت­ها از دو قسمت اصلی زمینه (ماتریس) و تقویت کننده تشکیل شده است که زمینه از لحاظ جنس، پلیمری، فلزی و یا سرامیکی می­باشد. هر یک از این نوع کامپوزیت­ها بر­اساس خواصی که دارند، کاربرد­های متفاوتی نیز خواهند داشت. شیوه ­های مختلفی جهت تولید نانو کامپوزیت­ها به­کار گرفته شده است که شیوه­ انتخابی به خصوصیات پلیمر ماتریس، نوع ذره تقویت کننده و خواص مورد انتظار بستگی دارد. تولید نانوکامپوزیت ها به سه روش در حین پلیمریزاسیون، مخلوط کردن در مذاب و روش محلول انجام می­ شود. نانوکامپوزیت­های پلیمری را می­توان به وسیله شیوه مخلوط کردن در مذاب در مقیاس صنعتی تولید کرد، سپس به ­وسیله پروسه ریسندگی الیاف مورد­نظر را بدست آورد. فاز نانوساختار به کار رفته در نانوکامپوزیت می ­تواند از نانو مواد صفر بعدی (مانند نقاط کوانتومی)، یک بعدی (مانند نانوتیوب ها^[۴۴] و نانوسیم­ها^[۴۵] )، دوبعدی (مانند نانوپوشش­ها) و سه بعدی (مانند نانوساختارها) تشکیل شود. نانوکامپوزیت­ها می­توانند خواص بهبود یافتگی مکانیکی، الکتریکی، نوری، الکترشیمیایی، کاتالیستی و ساختاری از خود نشان دهند. کامپوزیت­ها با داشتن آرایش­هاى مولکولى متفاوت، کاربردهاى وسیع تر و جدیدترى را تجربه خواهند کرد. از جمله خواص مهم کامپوزیت­ها، استحکام زیاد در عین وزن کم، مقاومت بالا در برابر خوردگى وخاصیت جذب امواج رادارى است؛ این خاصیت به منظور ساخت هواپیما­ها و زیردریایى­هایى که به وسیله رادار قابل شناسایى نیستند، مورد استفاده قرار مى­گیرد [۳۹،۳۸].
پلی­استر
تحقیقات منظم و اصولی در مورد زنجیره­های پلیمری پلی­استر از سال ۱۹۲۸ توسط کاروترز^[۴۶] امریکایی در دوپنت^[۴۷] شروع شد. پلی­استر­هایی که کاروترز پیدا نمود، غالباً از زنجیرهای طویل آلیفاتیک و موادی با نقطه ذوب (۹۰-۶۰) بوده و حلالیت زیاد در حلالهای آلی داشته و مقاومتشان در مقابل هیدرولیز شدن بسیار کم بود. مطالعات توسط دیگر محققین و دانشمندان در انگلستان ادامه پیدا کرد که نهایتاً در سال ۱۹۴۱، منجر به تولید پلی­اتیلن ترفتالات توسط دیکسون^[۴۸] گردید؛ یک ماده با نقطه ذوب زیاد که خصوصیات عالی جهت تهیه فیلم و الیاف داشت [۴۰]. پلی­استر یک پلیمر تراکمی ( یا پلیمر با رشد مرحله ای) حاوی گروه ­های استری در زنجیر تعریف می­شوند که اصولاً این واحدهای استری پیوند اصلی زنجیرهای تشکیل دهنده پلیمر هستند. ساده­ترین روش تهیه پلی­استر، ترکیب یک مولکول الکل دو ظرفیتی دیول^[۴۹] با یک اسید دو ظرفیتی دی کربوکسلیک اسید^[۵۰] می­باشد. الیاف پلی­استر که بیشتر منظور لیف پلی­اتیلن­ترفتالات^[۵۱] است، مهمترین لیف در صنعت الیاف مصنوعی دنیا می­باشد. این الیاف ارزان هستند؛ به راحتی از مواد شیمیایی نفتی تولید می­شوند و همچنین از خواص فیزیکی مطلوبی نیز برخوردارند. الیاف پلی­استر مستحکم، سبک و دارای خاصیت ضد چروک بوده و همچنین دارای خواص بشور و بپوش خیلی خوبی هستند. امکان تولید الیاف میکرو از پلی­استر وجود دارد که در البسه­های رویی و لباس­های ورزشی از آن استفاده می­ شود. از پلی­استر در فرش، نخ لاستیک اتومبیل، کمربند ایمنی، فیلترهای پارچه ای، چادر مسافرتی، بادبان کشتی و امروزه به عنوان تقویت کننده در بسیاری از کامپوزیت­های جاذب صوت مورد استفاده قرار می­گیرد [۴۳،۰۴].
پلی­اتیلن کلرینه شده^[۵۲]
تعداد زیادی از اصلاحات شیمیایی^[۵۳] یا تغییر فرم­های ایجاد شده بر روی پلی­اتیلن، به وسیله فرایند یا واکنش­هایی نظیر:کلریناسیون، کلروسولفوناسیون، اکسیداسیون، پیوند­زدن^[۵۴] و به وجود آوردن شبکه ­های عرضی^[۵۵] انجام می­ شود. در بین همه محصولات تولیدی، فرآیندهای کلریناسیون و کلروسولفوناسیون پلی­اتیلن به دلیل خواص، کاربرد و درجات مختلف محصولات تولیدی، جایگاه خاصی دارد. واکنش کلریناسیون بر روی پلی­اتیلن از نوع رادیکالی است که به وسیله نور یا آغازگرهای شیمیایی شروع می­ شود [۴۴].
واکنش کلریناسیون پلی­اتیلن از دیدگاه کلی به صورت زیر می­باشد.
شکل (۱-۷) واکنش کلریناسیون پلی­اتیلن [۴۴]
خواص پلی­اتیلن کلرینه شده بیشتر تحت تأثیر وزن مولکولی پلیمر، درجه کلریناسیون، ساختمان زنجیر و تکنیک­های استفاده شده برای کلریناسیون می­باشد. پلی­اتیلن کلرینه شده به دلیل خاصیت تقویت کنندگی در هنگام ترکیب شدن با دیگر پلیمرها، استفاده می­ شود. در بسیاری موارد می­توان به عنوان روکش کابل و سیم، رزین در صنایع رنگ، کفی کفش، چسب، جوهر چاپ و به عنوان یک الاستومر چندمنظوره استفاده کرد [۴۵].
واکنش­های مختلف تبدیل شدن پلی­اتیلن به CPE
از واکنش­های تبدیل پلی­اتیلن به پلی­اتیلن کلرینه شده می­توان به ۱. کلریناسیون حلالی۲. کلریناسیون تعلیقی(سوسپانسیون)^[۵۶] ۳. کلریناسیون به روش توده۴. کلریناسیون در فاز گاز- جامد نام برد، که دو روش اول پرکاربردتر می­باشد. در کلریناسیون حلالی می­توان محصولی از %۱۰ تا %۸۰ کلر تولید نمود. محصول تولید­ی کاملا ًیکنواخت و همگن است؛ رنگ آن روشن و خواص کششی آن کاملاً مطلوب است. در روش حلالی مشکلات زیست محیطی، مشکلات اقتصادی ناشی از جداسازی حلال باقیمانده در بافت محصول تولیدی، که احتیاج به مراحل مختلف خالص­سازی و خشک کردن دارد وجود دارد. کلریناسیون تعلیقی یک فرایند ناهمگن است و احتیاج به مراقبت ویژه دارد تا توزیع کلر و کریستالینیته را یکنواخت­تر کند.
پلی­اتیلن کلرینه شده دارای ویژگی­های: خاصیت تقویت کنندگی در ترکیب با پلیمرهای دیگر،داشتن فرم الاستومری و مدول پایین،تأخیر در آتش پذیری، سازگاری و قابلیت ترکیب با پلیمرهای دیگر، حلالیت خوب با بسیاری از حلال­های آروماتیک و آلیفاتیک، مقاومت در برابر مواد شیمیایی و شرایط محیطی (ازن، اکسیژن، رطوبت) می باشد [۴۵،۴۴].
نانوکلی^[۵۷]
نانو ذرات کلی از مجموعه آلومینوسیلیکات­ها^[۵۸] می­باشند که به دو دسته کلی سیلیکاتهای^[۵۹] لایه­ای طبیعی مانند مونت موریلونیت^[۶۰] و سیلیکاتهای لایه­ای سنتزی مانند مگادیت^[۶۱] ، میکا^[۶۲] ، لاپونیت^[۶۳] و فلوروهکتویت^[۶۴] تقسیم ­بندی می­شوند. هر کدام از این مواد دارای ساختار کریستالی و ترکیب شیمیایی متفاوتی هستند که خصوصیات خاصی را به ماتریس پلیمری می­بخشند. نانوذرات مونت موریلونیت به­ دلیل اینکه از خلوص بالاتری نسبت به سایر نانو مواد برخوردار بوده و در طبیعت به وفور یافت می­ شود، بیشتر مورد توجه قرارگرفته­اند. مونت موریلونیت یک سیلیکات لایه­ای نوع ۲:۱ می­باشد که این نوع لایه­ های سیلیکاتی از یک اکتاهیدرال آلومینا^[۶۵] که بین دو پوسته تتراهیدرال سیلیکا^[۶۶] قرار گرفته است، تشکیل شده است .پوسته­های سلیکا دارای یون­های مثبت سدیم^[۶۷]، کلسیم^[۶۸] و پتاسیم^[۶۹] روی سطح خود می­باشند که جهت اختلاط مناسب با پلیمر باید این یون­های معدنی را با یون­های آلی جایگزین کرد. با قرار­گرفتن یون­های آلی که معمولاً یون­های کاتیونی آلکیل آمونیوم^[۷۰] می­باشند، تمایل فاز آلی به قرار گرفتن بین صفحات نانو بیشتر شده و اختلاط بهتری انجام می­گیرد. این اصل کلی وجود دارد که هر چه اختلاط نانو ذرات در ماتریس پلیمری بهتر انجام گیرد و ذرات نانو بطور یکنواخت­تر در سرتاسر ماتریس پلیمری پخش شوند، خصوصیات بهتر از نانوکامپوزیت حاصل بدست می ­آید. علاوه بر­این ایجاد سازگاری مناسب بین ماتریس پلیمری و نانو ذرات، سطح مشترک قوی بین اجزاء نیز در شکل­ گیری خواص مکانیکی مطلوب حائز اهمیت می­باشد. نانوکامپوزیت­های تقویت شده به­وسیله نانو ذرات کلی از آن لحاظ بسیار مهم می­باشند که، ماتریس پلیمری که فاز آلی است به­وسیله نانو ذرات معدنی تقویت می­ شود که حاصل آن یکی از مهمترین کلاسه­های مواد مصنوعی است که هم مزایای مواد آلی مانند سبکی، انعطاف­پذیری، فرآیندپذیری مطلوب را دارا می­باشد و هم از خصوصیات مواد معدنی مانند استحکام بالا، پایداری حرارتی مناسب و مقاومت شیمیایی قابل قبول، برخوردار می­باشد. این کلاس از مواد مهندسی که یک هیبرید^[۷۱] آلی، غیر آلی می­باشد، توانایی ارائه موادی را دارند که با مقدار کمی تقویت کننده معدنی خصوصیات قابل قبولی را به محصول می­دهد. به دلیل سطح زیاد صفحات نانو ذرات معدنی کلی این پلیمرها قابلیت ممانعت عبور گاز را دارا می­باشند. از دیگر قابلیت ­های این مواد استحکام بالا، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در خراشیدگی و سایش و پایداری حرارتی می­باشد. شیوه ­های گوناگونی جهت تولید نانو کامپوزیت تولید شده به­وسیله استفاده از نانو ذرات معدنی کلی وجود دارد که می­توان به روش­های اضافه کردن نانو ذرات به پلیمر محلول، قرار دادن لایه­ های نانو­کلی در زمان پلیمریزاسیون^[۷۲] و مخلوط کردن در مذاب اشاره کرد [۴۸-۴۶].
عمل پلاسما
آکاسوفو^[۷۳] و همکارانش اشاره کردند که در سال ۱۹۲۳ میلادی لانگ مویر^[۷۴] و تنگس^[۷۵] دو فیزیکدان آمریکایی اعلام کردند که پلاسما گازی است که اکثر اتم­ها یا مولکولهای آن یونیزه شده باشد [۴۹]. ویژگی­های منحصر به فرد محیط پلاسما این تکنولوژی را برای صنعت نساجی جذاب کرده است. اصولاً پلاسما یک حالت ماده از درجه­حرارت ۱۰۰۰۰درجه سانتی ­گراد به بالا می­باشد و این همان حالتی از ماده است که حداکثر اجرام سماوی مانند خورشید از آن تشکیل شده ­اند. پلاسما فراوان­ترین ماده در جهان است و اصولاً اجرام سماوی را که منبع حرارت هستند، توده­های متراکم پلاسمایی نامیده­اند. طبقه­ی بالایی جو نیز از پلاسما تشکیل شده، به همین علت آن را یونوسفر^[۷۶] می­نامند.
پلاسما از ریشه­ یونانی پلسین^[۷۷] ( به معنی شکل گرفتن و قالب پذیرفتن) گرفته شده است. دانشمندان معتقدند که ماده می ­تواند در چهار حالت جامد، مایع، گاز و پلاسما وجود داشته باشد. در تعریف علمی پلاسما گاز یونیزه شده است که قسمت­ های زیادی از اتم­های آن یک یا چند الکترون خود را از دست داده باشند و به یون­های مثبت تبدیل شوند. در کل پلاسما را می­توان مخلوطی متشکل از سه جزء: الکترون­های آزاد، یون­های مثبت و اتم­ها یا مولکول­های خنثی در نظر گرفت [۵۰].
شیمی پلاسما
اجزای اصلی
بیشتر پلاسماهای مورد استفاده، از گاز مولکولی یا یک ترکیب گازی شامل مولکول­ها، ایجاد می­شوند. بنابراین در این حالت تعداد زیادی اجزای اصلی وجود خواهد داشت. انرژی لازم برای جدا کردن یک الکترون از یک مولکول یا یک اتم به عنوان پتانسیل یونیزه شدن شناخته می­ شود. انرژی ها­ی لازم برای شکست یک مولکول به اجزاء اصلی گوناگون با نام انرژی تجزیه شناخته می­ شود. براساس جدول (۱-۲)، این انرژی­های تجزیه عموماً از پتانسیل یونیزه شدن کمتر هستند، بنابراین اغلب درجه بالایی از یونیزه شدن در گازهای یونیزه شده وجود دارد. محصولات تجزیه مولکول اولیه از اهمیت بالایی برخوردارند چون می­توانند به صورت شیمیایی با اجزاء سطح، واکنش دهند[۵۱] .
جدول (۱-۲) مشخصه­های انرژی برای چند اتم و مولکول [۵۱]