:
قرن بیستم را قرن درشت مولکول نامیدهاند. پیدایش علوم پلیمر به میانه قرن نوزدهم باز می گردد. با توجه به مراجع، اصطلاح «پلیمری» رابرزلیوس در سال 1832، زمانی که هنوز ساختار حتی سادهترین مولکول موضوعی بحث انگیز بود، به کار برده است. در دهه 1830 با توسعه فرایند ولکانش، لاتکس چسبانک لاستیک طبیعی به الاستومری مفید برای کاربرد در تایر تبدیل شد. در سال 1847 سلولوز نیترات از اثر نیتریک اسید بر سلولوز که یک پلیمر طبیعی است تولید شد. نخستین پلیمر کاملاً سنتزی که در مقیاس تجاری عرضه شد، رزین فنول – فرمالدهید بود. این رزین را شیمیدان بلژیکی، لئوباکلند، در اوایل سال 1900 ابداع کرد و نام تجاری باکلیت را بر آن نهاد. در دهه 1920 باکلیت در طیف وسیعی از محصولات عرضه شد. پلیمرهای دیگر بویژه رنگهای پلی استر آلکید و لاستیک بوتادیان به طور همزمان عرضه شدند. دامنهی وسیع خواص پلیمرها آنها را برای زمینه های کاربردی بسیاری مناسب می سازد اما متأسفانه بعضی از این کاربردها فقط به علت مقاومت حرارتی کم پلیمرها، بسیار محدودند. در دو مورد کاربردی خاص این محدودیت به طور کامل محرز است. با توجه به خواص بسیار خوب عایق بودن پلیمرها، آنها را به طور بسیار گستردهای در ساخت محصولات الکتریکی به کار میبرند. به هر حال لازم است بسیاری از قطعات الکتریکی در دمای بالا کار کنند؛ به عنوان مثال میتوان از موتورهای الکتریکی و موارد مشابه نام برد. این موارد مصرف، میزان تقاضای پلیمرهای گرما مقاوم را برای کاربرد به عنوان مواد عایق افزایش میدهند. یکی دیگر از خاصیتهای مطلوب و مهم پلیمرها در مقایسه با دیگر مواد ساختاری، گرانروی کم و در نتیجه چقرمگی و مقاومت بالای آنهاست بویژه زمانی که بصورت مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف به کار برده میشوند. این امر موجب بکارگیری آنها در کاربردهای حمل و نقل میگردد. کاربرد این موارد بخصوص در صنایع هوا و فضا و به طور اخص در وسایل نقلیه نظامی و فضا پیماها، جایی که صرفهجویی در وزن بسیار مهم و قیمت مواد در درجه دوم اهمیت
قرار میگیرد، فراوان است.
در اواخر دهه 1950 و اوایل 1960، برنامه های فضایی آمریکا و شوروی سابق زمینه را برای تهیه پلاستیکهای گرما مقاوم فراهم کرد. به تازگی تولید کنندگان وسایل نقلیه زمینی نیز میکوشند در وزن صرفه جویی کنند. در این راستا مصرف سوخت را با جایگزین کردن قطعات فلزات سنگین با پلاستیکهای سبک پایین میآورند. در بسیاری از محصولات پلاستیکها را به سبب مزیت سادگی قالبپذیری آنها به شکلهای پیچیده به کار میبرند. در بیشتر این موارد نیز لازم است پلیمرها در مقابل گرما مقاوم باشند؛ بنابراین پلیمرهای مقاوم در برابر گرما انتخاب خواهند شد، اگر چه کاربردهای الکتریکی و حمل و نقل بیشترین تقاضا را برای بکارگیری این مواد دارند اما مواد مقاوم در برابر گرما بطور روز افزون در کاربردهای مختلفی که در آنها مواد در معرض دمای بالا قرار دارند مانند سشوار، اتو، نان برشتهکن، «آون» خانگی، مایکروویو و موارد مشابه بکار برده میشوند ]37[.
1-1- پلیمرهای با عملکرد بالا
تحقیق برای پلیمرهای با عملکرد بالا از اواخر قرن بیستم همزمان با تقاضا برای صنایع نظامی، هوافضا، ماشینسازی، الکترونیک و بسیاری از کاربردهای صنعتی دیگر شروع شد. این کاربردها اغلب خواستار یک ترکیب بینظیر از خواصی شامل قدرت بالا، مدول بالا، چقرمگی، پایداری شیمیایی و حرارتی برجسته و ثابت دیالکتریک کم میباشند. مشخصاً استفاده از ترکیبات آروماتیک در ساخت پلیمرها خواص حرارتی آنها را بهبود میبخشد. براین اساس، عمدهی کارهای تحقیقاتی به منظور تولید پلیمرهای گرماتاب به سمت ترکیبات آروماتیک هدایت شدند. از اینرو پلیمرهای با عملکرد بالا معمولا شامل واحدهای آروماتیک بیشتری در ساختارشان میباشند. تاکنون برخی از پلیمرهای آروماتیک با عملکرد بالا و با خواص حرارتی مناسب مانند پلیآمیدها، پلیایمیدها، پلیاسترها، پلیسولفونها و پلیمرهای هتروسیکلی آروماتیک به تولید تجاری رسیدهاند (جدول 1-1). پلیآمیدها (آرامیدها)[1] و پلیایمیدهای (آرایمیدها)[2] آروماتیک مانند فیبر کولار[3]و فیلم کاپتون[4] محصول شرکت شیمیایی دوپانت، برای خواص مفید گوناگون خود مانند پایداری حرارتی عالی، مقاومت مکانیکی بالا، اشتعالپذیری کم، مقاومت شیمیایی و تابشی خوب و ثابت دیالکتریک اندک، برای مدت زمان طولانی مورد توجه قرار گرفتهاند و بیش از دیگر پلیمرهای با عملکرد بالا علایق را به سمت خود جذب کردهاند. پلیمرهایی با عملکرد بالا با معیارهایی خاص شناسایی می شوند، از جمله: داشتن مقاومت برجسته حرارتی مقاومت مکانیکی، یا چگالی مخصوص پایین، رسانایی بالا، مقاومت دمایی بالا و یا عایق الکتریکی و عایق صدا و مقاومت در برابر شعله، بر این اساس، پلیآمیدهای آروماتیک به علت خواص فوقالعاده گرمایی و مکانیکی که آنها را برای فن آوری پیشرفته مفید کرده است بعنوان پلیمرهای با عملکرد بالادر نظر گرفته شدند. آنها بعنوان جایگزینهایی سودمند به جای فلزات و یا سرامیک در کالاهای رایج و یا حتی بعنوان مواد جدید در تکنولوژیهای جدید کاربردی، افزایش تقاضا یافتهاند]89 ،17[. قدیمیترین، سادهترین و بهترین نوع تجاری شناخته شدهی آرامیدها (که فرم کوتاه شده از پلیآمیدهای آروماتیک هستند) پلیپارا-فنیلن- ترفتالامید (PPPT) و پلیm–فنیلن ایزوفتالامید (PMPL) هستند. پلیمرهای پیشرفته در صنعت پوشش، پرکنندهها، کامپوزیتهای پیشرفته، صنایع هوا و فضا و صنعت تسلیحات (ساخت سلاح) و بعنوان جانشین آزبست، عایق سازی الکتریکی و زرههای ضد گلوله، فیلترهای صنعتی و محافظتی و لباسهای ورزشی کاربرد دارند. با این وجود، بالا بودن دمای تبدیل آرامیدهای تجاری که بالاتر ازدمای دکامپوز شدن آنهاست و حلالیت ضعیف آنها در مقابل حلالهای متداول آلی باعث میشود که پردازش سختی داشته باشند و کاربرد آنها محدود شود.
در نتیجه، تحقیقات کاربردی اخیردر این راستا متمرکز شد تا فرآیندپذیری و حلالیت آنها را به منظور وسعت قلمرو تکنولوژی کاربرد این نوع پلیمرها، افزایش دهند. اخیراً تلاشهای بسیار زیادی برای توسعهی خواص با عملکرد بالای پلیآمیدها برای دسترسی به پلیمرهای الکترو یا فتولومینسانس، اسمزمعکوس، غشاءهای تبادل یون و یا تبادل گاز، پلیمرهای فعال نوری، نانوکامپوزیتها، با دارا بودن عملکرد مافوق بالای ترمومکانیکی، انجام گرفته است]34[.
2-1- پلی آمیدها
پلیآمیدها در طبیعت بصورت پروتئین‌ها و الیاف طبیعی مانند ابریشم و پشم و بصورت سنتزی در الیاف مصنوعی و پلاستیكها یافت میشوند. اولین توسعه مربوط به پلیآمیدها با كار كاروترز پدر شیمی پلیمر در آمریكا، در سال 1935 میلادی آغاز شد. كاروترز، با استفاده از واكنش هگزا متیلن دیآمین و آدیپیك اسید موفق به تهیه پلی(هگزا متیلن آدیپامید) شد كه بعدها توسط کمپانی دوپونت نام تجاری نایلون-6،6 بر روی این پلیآمیدها نهاده شد [23].
پلیمر نامبرده از نظر استحكام، سختی، انعطافپذیری، مقاومت سایشی و حرارتی، قابلیت رنگپذیری و مقاومت در برابر حلالهای آلی بسیار ممتاز شناخته شده است. چند سال بعد الیاف نایلون بصورت تجاری به تولید بی‌سابقه خود رسید. تقریباً سالانه 150000 تن از این پلیمر در كاربردهای خاصی نظیر پلاستیكها، ظروف آشپزخانه، الیاف بافته شده ، قطعات الكتریكی و مصارف دیگر استفاده میشود. در آن زمان پلی‌آمیدی كه از پنتا متیلن دیآمین و سباسیك اسید تهیه شد بدلیل استحكام بیشتر نسبت به ابریشم و بیاثر بودن نسبت به رطوبت و حلالهای آلی، جایگزین مناسبی در الیاف مصنوعی شناخته شد. بعد از آن در سال 1939 میلادی در آلمان، اشکلاك و همكارانش با استفاده از كاپرولاکتام موفق به سنتز نایلون 6 شدند.
هر چند كه سایر نایلونهای مثل نایلون -6,4 ، 10,6 ، 12,6 ، 12,8 و غیره نیز بصورت خاص سنتز شده‌اند، اما حدود 80% از بازار كلی پلیمرهای نایلونی توسط نایلونهای 6 و 6،6 اشباع شده است [6].
[1] . Schlack
[1] . Carothers
[2] . Dupont
[1] .Aramids
[2] .Arimids
[3]. kevlar
[4]. kapton
