فناوری نانو در لاستیک سازی

استفاده از فناوری نانو در صنعت روز به روز گسترش می یابد. یکی از صنایعی که در آن فناوری نانو حضور دارد صنعت لاستیک سازی است. استفاده ار نانوفناوری در این صنعت می تواند مزایایی چون افزایش طول عمر لاستیک، کاهش احتمال پارگی آن، پایداری دمایی بالا و کاهش مصرف سوخت از طریق تولید برق با استفاده از اصطحکاک بین چرخهای خودرو و زمین داشته باشد.

جمعه، 2 فروردين 1398

تخمین زمان مطالعه:

پدیدآورنده: رضیه برجیان

موارد بیشتر برای شما

فناوری نانو در لاستیک سازی

رضیه برجیان

مقدمه

تاکنون در دنیا در صنایع پلیمری تحقیقات بسیار زیادی انجام شده است. ازجمله آن‌ها تحقیقات در زمینه فناوری نانو در صنعت لاستیک است. موارد استفاده از فناوری نانو اعم از نانوفیلرها و نانوکامپوزیت است که به لاستیک‌ها خواص ویژه‌ای می‌دهد.

بازار نانوکامپوزیت در 2005 به میزان 200 میلیون یورو و در سال 2015 بر اساس آمارBSF به میزان 1200 میلیون یورو پیش‌بینی‌شده است. در سال 2002 کشوری مثل ژاپن 1500 میلیون یورو در تحقیقات در زمینه فناوری نانو صرف کرده است.همچنین صنایع خودرو در دنیا به سمت استفاده از نانو PP نانوپلی پروپیلن سوق پیدا کرده است و علت اصلی آن خواص مناسب از جمله سبکی، مقاومت حرارتی و مقاومت ضربه اینگونه مواد است. بنابراین رسیدن به خواص مطلوب ضرورت توجه به آن را بیش از هر چیز دیگر برای ما نمایان می‌سازد. در این مقاله به بعضی از نانومواد رایج در صنعت خودروسازی می‌پردازیم.

کاربرد اکسیدروی نانومتری (NanoZnO) در لاستیک

اکسیدروی نانومتری مادهای غیرآلی و فعال است که کاربرد گسترده‌ای در صنعت لاستیک‌سازی دارد. برخی از تأثیرات آن بر روی لاستیک‌ها عبارت‌اند از:
1-زیبایی و ظرافت بخشیدن به لاستیک
2-افزایش استحکام مکانیکی لاستیک
3-افزایش مقاومت سایشی لاستیک
4-پایداری دمایی بالای لاستیک
5-افزایش طول عمر لاستیک

کاربرد نانوکربنات کلسیم در لاستیک

نانوکربنات کلسیم به‌طور گسترده‌ای در صنایع لاسیتک به کار می‌رود، زیرا اثرات خیلی خوبی نسبت به کربنات معمولی بر روی خواص و کیفیت لاستیک دارد. ازجمله مزایای استفاده از نانوکربنات کلسیم توانایی تولید در مقیاس زیاد است. نانوکربنات کلسیم سبک بیشتر در پلاستیک و پوشش دهی لاستیک به کار می‌رود.
نانوکربنات کلسیم سختی لاستیک و حد گسیختگی پلیمرهای لاستیک را افزایش داده و حداکثر توانی که لاستیک می‌تواند تحمل کند تا پاره شود را بهبود می‌بخشد. همچنین مقاومت لاستیک را در برابر سایش افزایش می‌دهد. به کار بردن نانوکربنات کلسیم هزینه‌ها را پایین می‌آورد و سود زیادی را به همراه دارد.

کاربرد ساختارهای نانومتری الماس در لاستیک

الماس نانومتری به‌طور گسترده‌ای در کامپوزیت‌ها ازجمله لاستیک به کار می‌رود. با اضافه کردن نانو الماس‌ها به لاستیک‌ها می‌توان خواص زیر را انتظار داشت:
1) 4 الی 5 برابر شدن خاصیت انعطاف‌پذیری لاستیک
2) افزایش 2 الی 5/2 برابری درجه استحکام
3) افزایش حد شکستگی تا حدود 2 Kg/cm700-620
4) 3 برابر شدن قدرت بریده شدن آن‌ها
5) بهبود زیاد خاصیت ضد پارگی آن‌ها در دمای بالا و پایین

کاربرد ذرات نانومتری خاک رس در لاستیک

یکی از مواد نانومتری که شرکت‌های بزرگ لاستیک‌سازی به‌طور گسترده‌ای از آن در محصولات خود استفاده می‌کنند، ذرات نانومتری خاک رس است . افزودن این ماده فوایدی دارد که مهم‌ترینشان عبارت‌اند از:
1) افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش
2) افزایش استحکام مکانیکی
3) افزایش مقاومت گرمایی
4) کاهش قابلیت اشتعال
5) بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی[1]
6)کاهش نفوذپذیری لاستیک[2]

استفاده از گرافن در صنعت لاستیک

گرافن ماده‌ای تک لایه از جنس کربن است . در حال حاضر از گرافن در صنعت ساخت دوچرخه استفاده می‌شود. استفاده از گرافن در لاستیک دوچرخه‌ها مزایای زیر را دارد:
1)افزایش استحکام لاستیک
2) کاهش اصطحکاک و افزایش سرعت دوچرخه
3) ترمزی نرم
4) افزایش انعطاف‌پذیری لاستیک[3]

مزایای بیشتر
حسگر لاستیک

محققان حسگر ساخته‌اند که در آن از نانولوله برای رصد دائمی تایر خودرو استفاده می‌شود. این حسگر درون تایر قرار می‌گیرد و در صورت کاهش باد لاستیک به راننده هشدار می‌دهد. یکی از مزیت‌های این حسگر آن است که ابعاد آن کوچک بوده و در اندازه‌های یک سکه است و امکان تولید ارزان‌قیمت آن وجود دارد. این حسگر به‌صورت چاپی تولید می‌شود. در این حسگر از نانولوله‌های کربنی فلزی استفاده‌شده است. این حسگر با ایجاد میدان الکتریکی میان دو الکترود کار می‌کند که یک ولتاژ نوسانی میان آن دو برقرار است. این حسگر به‌گونه‌ای درون لاستیک قرار داده‌شده که قادر است به‌صورت دائمی با جاده برهم‌کنش داشته باشد و با این کار هرگونه تغییر وضعیت لاستیک را در مقیاس میلی‌متری رصد می‌کند و این کار با دقت بالایی صورت می‌گیرد.

این حسگر با استفاده از روش‌های مختلف و مواد متفاوت قابل‌تولید است. اما بهترین نتیجه زمانی به دست می‌آید که از نانولوله‌های کربنی فلزی که درون یک فیلم انعطاف‌پذیر به‌کاررفته، استفاده شود.[4]

نانو ژنراتوری برای تولید انرژی از اصطکاک لاستیک خودرو

نانوژنراتوری طراحی‌شده که می‌تواند از اصطکاک لاستیک خودرو، انرژی تولید کند. این روش خلاقانه با تبدیل صورت‌های مختلف انرژی به هم، می‌تواند به شرکت‌های خودروساز برای افزایش کارایی کمک کند. این نانوژنراتور بر اساس اثر پیزوالکتریک کار می‌کند به‌طوری‌که پتانسیل میان چرخ‌های خودرو و کف خیابان برای تولید انرژی مورداستفاده قرار می‌گیرد.
اصطکاک میان لاستیک خودرو و کف خیابان تقریباً ۱۰ درصد آر سوخت خودرو را مصرف می‌کند. این انرژی هدر می‌رود، بنابراین اگر ما بتوانیم این انرژی را تبدیل به شکل دیگری کنیم می‌توان از آن برای افزایش کارایی سوخت استفاده کرد. انرژی تولیدشده با این روش به وزن و سرعت خودرو بستگی دارد.[5]

واکس لاستیک

پدیده شکفته شدن (Blooming) اساساً یک تغییر فیزیکی است که در سطوح یک قطعه لاستیکی جام و یا پخته شدن (ولکانیزه) رخ می‌دهد و علت آن مهاجرت مواد از درون یک آمیزه لاستیکی به سطح، به سبب داشتن حلالیت محدود در شبکه پلیمری می‌باشد. بئومنیگ و مسائل مربوط به آن ناشی از این امر است که تعداد زیادی از مواد درون آمیزه لاستیکی دارای سازگاری محدود با آمیزه بوده و نتیجتاً پس از ولکانیزاسیون و خنک شدن و رسیدن به دمای محیط، از درون ترکیب آمیزه جدا می‌گردند. درواقع بلومینگ یک فرایند نفوذپذیری کنترل شده است پدیده بلومینگ همیشه یک پدیده نامطلوب نیست بلکه در مواقعی وقوع این پدیده موجب تشکیل لایه مقاومی از ماده بلوم شده می‌گردد، که به‌عنوان یک لایه محافظ عمل می‌نماید. ازجمله موارد کاربردی این پدیده می‌توان به سه افزودن واکس‌های هیدروکربنی تحت عنوان واکس‌های محافظ به آمیزه‌های لاستیکی اشاره نمود که به‌منظور حفاظت از سطح لاستیک ولکانیزه شده در برابر حملات ازونی بکار می‌روند که طی آن واکس به سطح آمیزه لاستیکی بلوم کرده و مانند یک سد فیزیکی محافظ عمل می‌کند . [6]

پی نوشت
[1] http://khodroha.com/nano-lastik.htm
[2] سرمستی امامی, محمد رضا و حمید رضا برادران، ۱۳۹۲، بررسی تجربی خواص نفوذ پذیری نانو کامپوزیت لاستیک هایپالون، دومین همایش ملی فناوری نانو از تئوری تا کاربرد، اصفهان، موسسه آموزش عالی جامی، https://www.civilica.com/Paper-NCNTA02-NCNTA02_149.html
[3] http://news.nano.ir/53828
[4] http://news.nano.ir/58931
[5] http://news.nano.ir/50666
[6] تقوایی, سعید و محمود میاه نهری، ۱۳۸۰، بررسی تاثیر توزیع جرم مولکولی و میزان روغن موجود در واکس های محافظ تایر بر کیفیت عملکرد آنها، پنجمین همایش ملی لاستیک، مشهد، شرکت مهندسی و تحقیقات صنایع لاستیک، https://www.civilica.com/Paper-RUBBER05-RUBBER05_009.html
منابع
http://khodroha.com/nano-lastik.htm
سرمستی امامی, محمد رضا و حمید رضا برادران، ۱۳۹۲، بررسی تجربی خواص نفوذ پذیری نانو کامپوزیت لاستیک هایپالون، دومین همایش ملی فناوری نانو از تئوری تا کاربرد، اصفهان، موسسه آموزش عالی جامی، https://www.civilica.com/Paper-NCNTA02-NCNTA02_149.html
http://news.nano.ir/53828
http://news.nano.ir/58931
http://news.nano.ir/50666
تقوایی, سعید و محمود میاه نهری، ۱۳۸۰، بررسی تاثیر توزیع جرم مولکولی و میزان روغن موجود در واکس های محافظ تایر بر کیفیت عملکرد آنها، پنجمین همایش ملی لاستیک، مشهد، شرکت مهندسی و تحقیقات صنایع لاستیک، https://www.civilica.com/Paper-RUBBER05-RUBBER05_009.html