الیاف شیشه

الیاف شیشه مشهورترین تقویت کننده مورد استفاده در صنعت کامپوزیت می‌باشد و انواع مختلفی از آن بصورت تجاری وجود دارند که برخی از آنها عبارتند از:

 E، S،C،ECR،AR. ترکیبات شیمیایی این الیاف با هم متفاوت است و هر کدام برای کاربرد خاصی مناسب است.
تقریباَ 90 درصد الیاف مورد استفاده در کامپوزیتهای مهندسی الیاف شیشه می‌باشد. الیاف شیشه استحکام و سختی مناسبی دارد، خواص مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند، مقاومت رطوبت و خوردگی مناسبی دارد و نسبتاَ ارزان است . تقسیم بندی شش نوع الیاف شیشه و ترکیب درصدهای آن در زیر نشان داده شده است:

glass- Eمصارف عمومی
glass- Rخواص مکانیکی بالاتر 
glass-S خواص مکانیکی بالاتر 
glass-c مقاومت شیمیایی مناسب 
glass-ECR مقاومت اسید و باز خوب
glass-AR مقاومت اسید و باز خوب
در جدول ذیل ترکیب شیمیایی انواع الیاف شیشه مشاهده می‌شود.

	E	R	S	C	ECR	AR
SiO2	54.2	60	64.4	64.6	58.4	61
Al2O3	14.0	25	25	4.1	11	0.5
CaO	17.2	9	-	13.4	22	5
MgO	4.6	6	10.3	3.3	2.2	0.05
Na2O, K2O, Li2O	0.8	-	-	9.6	0.9	14
B2O3	10.6	-	-	4.7	0.09	-
BaO	-	-	-	0.9	-	-
ZnO	-	-	-	-	3	-
ZrO2	-	-	-	-	-	13
TiO2	-	-	-	-	2.1	5.5
Fe2O3	0.4	-	-	-	0.26	0.5
Specific gravity	2.56	2.58	2.49	2.45	2.6	2.74
Refractive index	1.55	-	1.52	1.52	-	1.56
Single fibre tensile strength,  GPa	3.6	4.4	4.5	-	3.4	2.5
Single fibre tensile modulus,  GPa	76	85	86	-	73	80
Softening point,  C		990	1000	690	900	860

فرآیند تولید الیاف شیشه را می‌توان بصورت زیر خلاصه نمود:

1- آماده سازی مواد خام: بیش از نیمی از مواد اولیه مورد استفاده ماسه سیلیس است و قسمت اصلی هر نوع الیاف شیشه را تشکیل می‌دهد. سایر اجزاء شامل مقادیر ناچیز سایر ترکیبات شیمیایی می‌باشند. 
2- بخش اختلاط (Batch House): در اینجا مواد با هم مخلوط شده برای قسمت کوره آماده می‌شوند. اصطلاحا به این توده مخلوط، Batch گفته می‌شود.
3- کوره: دمای کوره به اندازه کافی زیاد است تا ماسه و سایر اجزاء را ذوب کند و بصورت شیشه مذاب در آورد. سطح داخلی کوره با آجرهای مخصوصی ساخته شده است که در دوره‌های زمانی مشخص تعویض می‌شوند.
4- بخش Bushing: شیشه مذاب روی سینی‌های پلاتینی مقاوم حرارتی متعدد، جریان پیدا می‌کند. در این سینی‌ها هزاران روزنه وجود دارد که بوشینگ نامیده می‌شوند.
5- تشکیل الیاف: جریان شیشه مذاب از درون بوشینگ‌ها بیرون کشیده می‌شود و تا قطر معین نازک می‌شوند، سپس توسط آب یا هوا خنک می‌شوند تا الیاف تشکیل شوند.
 -آهار زنی: الیاف مو مانند، با یک مخلوط شیمیایی مایع کهSizing نامیده می‌شود، پوشش داده می‌شوند. آهار زنی به دو علت اصلی انجام می‌شود:

1. برای محفوظ ماندن الیاف از سایش به یکدیگر در طی فرآیند ساخت و کار
2. به منظور حصول اطمینان از چسبندگی الیاف به رزین

دسته (strand): یک دسته از چند تاو (tow) تشکیل شده است و هر تاو بیانگر تعداد لیفهایی (fiber) است که از یک بوش ریسیده می‌شوند به عنوان مثال می‌تواند دویست  لیف باشد. مجموعه‌ای از دسته‌ها، یک رشته (roving) نامیده می‌شود. یک تاب مختصر به رشته داده می‌شود تا کار کردن با آن آسانتر شود. برای کامپوزیتهای الیاف پیوسته، انتخاب نوع الیاف، بستگی به فرآیند شکل دهی و میزان آرایش یافتگی الیاف دارد.
تعداد تارهای (filament) یک رشته توسط تکس (tex) بیان می‌شود. به عنوان مثال 600، 200 1 ، 2400 .(tex 1= 1000m/g ) 
می‌توان رشته‌ها را خرد کرد (chopped) و برای تولید نمد شیشه (strand mat chopped) استفاده کرد. در این حالت از یک بایندر (binder) برای ثابت نگاه شدن الیاف در کنار هم استفاده می کنند. بایندر فوق به هنگام آغشته سازی الیاف با رزین خیس خوردگی (wet-out) را کنترل می‌کند و بنابراین آرایش اتفاقی الیاف در نمد حفظ می‌شود. انتخاب بایندر با توجه به کاربرد مواد انجام می گیرد و دوام یک قطعه کامپوزیتی می‌تواند متأثر از نوع بایندر باشد.

نمدهای الیاف پیوسته ( contruous random mat ) شکل دیگری از الیاف مورد استفاده می‌باشند که در آنها الیاف پیوسته با آرایش اتفاقی نمد درست می‌شود. این شکل از الیاف برای قرار گرفتن در قسمتهای تیز و کنج قالب مناسبند و در این حالت الیاف آن نمی‌شکنند.

همچنین می‌توان از الیاف شیشه با طولهای متفاوت برای کاربرد مستقیم در آمیزه سازی (BMC) استفاده کرد. طول الیاف در نمد (CSM) معمولا بیشتر از mm20 و بلندتر از الیاف مورد کاربرد در آمیزه سازی است. طول الیاف مورد استفاده در رزینهای گرماسخت نیز بیشتر از گرمانرمهاست. انواع پارچه‌ها با بافتهای مختلف نیز از رشته‌های شیشه بافته می‌شود. در شکلهای ذیل اشکال مختلف الیاف شیشه مشاهده می‌شود.

الیاف رشته‌ای (Roving)	تار (Filament)
نمد الیاف کوتاه (CSM)	نمد الیاف بلند (CRM)
پارچه بافت ریز	پارچه بافت درشت
پودر شیشه (Glass milled)	الیاف خرد (Chopped strand)

اشکال مختلف الیاف شیشه

کانی های سیلیکاته:

در مورد سیلیکاتها بیشتر ساختمان آنها و نحوه اتصال و استقرار تتراهدرها که بنیان اصلی آنها را تشکیل می دهد مبنای تقسیم بندی آنها قرار گرفته است.

ساختمان تتراهدرها بدین گونه است که درمرکز آن سیلیسیم قرار گرفته و چهار گوشه آن به وسیلهاکسیژن اشغال شده است. یون اکسیژن که دارای دو ظرفیت می باشد یک ظرفیت آن به وسیله سیلیسیم و ظرفیت دیگر آن که آزاد است معمولا به وسیله یونهای فلزی احاطه می شود.چهار وجهی های بکار رفته در ساختمان سیلیکاتها ممکن است منفرد و جدا باشند و یا به طریق های مختلف به یکدیگر متصل گردند. بر مبنای نوع استقرار و اتصال چهار وجهی ها به یکدیگر، سیلیکاتها را به دسته های زیر تقسیم می نمایند:

1- نزو سیلیکات ها:

در این دسته از سیلیکات ها تتراهدرهای چهاروجهی بصورت منفرد و مستقل می باشند و از چهار وجهی های دیگر به وسیله یون های فلزی جدا می شوند.فرمول عمومی می باشد.کانی های الیوین از این دسته محسوب می شوند.

2- سوروسیلیکات ها:

در این دسته از سیلیکات ها چهار وجهی ها با بنیان دو به دو به یکدیگر متصل شده اند. سوروسیلیکات ها شش ظرفیت آزاد دارند که به وسیله یونهای فلزی گرفته می شود. کانی های گروملیلیت که از کانی های وابسته به فلدسپاتوئیدها می باشند از این دسته هستند.

3- سیکلوسیلیکات ها:

در سیلیکات های حلقوی تتراهدرهای آنها به وسیله دو گوشه به یکدیگر متصل شده اند و چهار وجهی ها زنجیره های بسته ای بین خود تشکیل داده اند که به صورت حلقه مانند است. تعداد چهاروجهی های یک حلقه ممکن است 3 یا 4 و یا 6 باشد و هیچوقت۵ نیست چون تقارن مربوط به درجه پنج ندارد.از کانی های این دسته می توان بنیتوئیت، بریل و تورمالین را نام برد.

4- اینو سیلیکات ها:

در اینو سیلیکات ها تترا هدرها یا چهار وجهی های آنها به صورت زنجیر باز یا روبان مانند پشت سر هم واقع شده اند که هر چهار وجهی بوسیله دو گوشه با تتراهدرهای ماقبل و ما بعد خود مربوط می گردد.از نظر ماکزوسکوپی اینو یسلیکات ها ساختمان سوزنی، منشوری، رشته و غیره...  دارند.

اینو سیلیکات ها به دو دسته تقسیم می شوند:

الف- اینو سیلیکات هایی که چهاروجهی های آنها بصورت زنجیره ساده به دنبال هم قرار دارند مانندپیروکسن 

ب- اینوسیلیکات هایی که زنجیره مضاعف دارند یعنی چهار وجهی های آنها بصورت زنجیره مضاعفپشت سرهم واقع شده است و در آنها دو رشته چهار وجهی با پلهای اکسیژن به یکدیگر متصل شده اند. کانی های این گروه، در نمونه های ماکروسکوپی ، بعضی موارد بصورت رشته های طویل دیده می شود. مانند کانی ترمولیت.

5- فیلو سیلیکات ها یا سیلیکات های ورقه ای :

 در فیلو سیلیکات ها چهار وجهی های تشکیل دهنده آنها بصورت ورقه هایی در یک سطح قرار دارند.هر چهار وجهی به وسیله سه گوشه به چهار وجهی مجاور خود

متصل شده است.به این ترتیب لایه های چهار وجهی بصورت شش گوش طوری پهلوی هم قرار گرفته اند که نوک تیز آنها در یک امتداد است.سطح لایه ها از قاعده های مثلثی، که از نظر الکتریکی خنثی است تشکیل می شود و به همین جهت آنها را سیلیکات های ورقه ای یا فیلو سیلیکات ها می نامند. کانی های عمده آن:تالک، میکا، سرپانتین و کانی های گروه آرژیل می باشند.

6- تکتو سیلیکات ها: 

در تکتو سیلیکات ها چهار وجهی های (SiO4) بوسیله هر چهار گوش با چهار وجهی مجاور خود متصل شده است. در نتیجه ساختمان سه بعدی دارند. بعضی تترا هدرها در سه امتداد فضایی به یکدیگر متصل می باشند. بنابراین هر اتم اکسیژن به دو چهار وجهی مجاور تعلق دارد. کانی های مهم این گروه عبارت است از: سیلیس،  فلدسپات ها، فلدسپاتوئید ها ، ‌زئولیت ها، اسکاپولیت ها و...

بیوفنآوری

 بیوسرامیکهابیوسرامیکها، موادی مرکب از فلزات و غیر فلزات است که باپیوندهای یونی یا کووالانسی با هم ترکیب شده است.  این مواد سخت، ترد با خواص کششی ضعیف اما استحکام فشاری عالی، مقاومت سایشی بالا و اصطکاک پایین برای کاربردهای مفصلی است. بیوسرامیکها هم به صورت منفرد وهم بهصورت کامپوزیتهای بیوسرمیک- پلیمر در بین همه بیومواد مناسبترین گزینه برای جایگزینی بافتهای سخت و نرم است.  در حال حاضر تمایل زیادی برای استفاده از این مواد به عنوان ماده کاشتنی و نیز بیوفنآوری پیدا شده است.  در این مقاله سعی بر این است تا به کاربردهایی چند از این مواد به اختصار پرداخته شود. 
کاربرد بیوسرامیکها در بیوفنآوری
مهندسی سلول

سیمان و فناوری نانو

امروزه سیمان با توجه به کاربردهای مختلف و مصارف گوناگون، نقش مهمی در زندگی بشر ایفا می‌کند. از سوی دیگر مسأله زمان نیز از موضوعات اقتصادی حائز اهمیت برای صاحبان صنایع به شمار می‌آید و کاهش زمان ساخت و ساز، صرفه اقتصادی قابل توجهی را به دنبال خواهد داشت. اخیراً تولیدکنندگان سیمان دریافته‌اند که کاهش اندازه ذرات سیمان تا ابعاد نانو مقیاس، موجب تسریع در سفت شدن آن می‌شود؛ لذا گروهی از محققان سوئیسی با استفاده از روش فاز گازی و سنتز به شیوه تزریق شعله‌ای، به روشی برای آماده‌سازی مستقیم و تک‌مرحله‌ای نوعی سیمان نانوذره‌ای از جنس نانوذرات سیلیکات کلسیم(همان ترکیب سیمان پورتلند معمولی) دست یافته‌اند که واکنش‌پذیری اولیه آن ده برابر بیش از سیمان‌هایی است که به روش‌های معمولی تهیه شده‌اند؛ البته این سیمان بسیار متخلخل بوده و پایداری‌اش نسبت به سیمان‌های معمولی کمتر است و هنوز برای کارهای ساختمانی مدرن که مستلزم تحمل بار زیاد است، مناسب نیست.

mW / رهایش انرژی زمان بر حسب ساعت سیمان ساخته‌شده به روش تزریق شعله کل انرژی آزادشده = J/g 372 سیمان تجاری معمولی کل انرژی آزادشده = J/g 377 (سمت چپ) واکنشگر تزریق شعله طی فرایند تولید مخلوط نانوذرات اکسید فلزی که از ترکیبات سیمان پورتلند است. (بالا سمت راست) سیمان ساخته‌شده از نانوذرات پودری که به رنگ روشن با زمینه قهوه‌ای است. ( سمت راست پایین ) یک میکروگراف الکترونی انتقالی(TEM) که پس از آماده شدن ذرات سیمان از آنها تهیه شده‌است . در این میکروگراف شکل نانوذرات باقی‌مانده شبیه سیلیکایی است که با شعله ساخته شده‌است. (سمت راست) نمودار رهایش گرمایی از این ذرات و ذرات سیمان معمولی که با یک کالریمتر هم‌دما اندازه‌گیری شده‌است. همان‌طور که ملاحظه می‌شود رهایش گرمایی نانوسیمان(حدود یک دقیقه پس از تماس با آب) بسیار سریع‌تر از سیمان معمولی(حدود هفت دقیقه) است. در این روش یک پیک دیگر هم پس از مدت ده ساعت وجود دارد که در این شکل نشان داده نشده‌است

آنها برای تولید پیش‌سازهای بسیار ارزان، از برخی مواد شیمیایی مانند محصولات فرعی حاصل از پالایش نفت خام و فرایند آئروسل شعله‌ای( که در تولید رنگ‌دانه و کربن بلک به کار می‌رود) استفاده کردند و موفق به فراوری کامل ترکیبات پچیده‌ای مانند سیمان پورتلند شدند. این نانوسیمان برخلاف سیمان پورتلند معمولی، متناسب با دمای محیط واکنش، نانوذراتی با اندازه‌های مختلف( به‌طور متوسط یک سوم ذرات مشابه در سیمان معمولی) دارد، همچنین اندازه کوچک این ذرات موجب تغییر کامل رفتار هیدراسیون این سیمان شده و در نتیجه ضمن حفظ همان واکنش‌های ترمودینامیکی، واکنش‌های سینتیکی متفاوتی را خواهد داشت.  دانشمندان امیدوارند به‌رغم تخلخل بالای این مواد، بتوان با توجه به واکنش‌پذیری اولیه بسیار خوبی که دارند، کاربردهای جدیدی را به‌ویژه در مواردی که کوتاه بودن زمان سفت شدن حائز اهمیت است، به وجود آورند.  هم‌اکنون از این نانوسیمان متخلخل در نوسازی یا عایق‌کاری کاربردهایی که نیاز چندانی به استحکام در برابر فشردگی ندارند و ترکیب آنها با مواد معمولی به بهبود سخت شدگی آنها کمک می‌کند، استفاده می‌شود، همچنین این سیمان در کاربردهای هزینه‌بر کوچک‌مقیاس به‌ویژه اتصالات ساختمانی یا به‌صورت ترکیبی با فرمو‌ل‌ها موجود که به تسریع کار آنها کمک می‌کند نیز کاربرد دارد.  گفتنی است مقاله‌ای هم در همین زمینه در شماره اخیر نشریه Nanotechnology با عنوان "Preparation of an ultra fast binding cement from calcium silicate-based mixed oxide nanoparticles"  به چاپ رسیده‌است

نانو پوششها

 چرا ازپوشش استفاده می کنیم؟  

• یک روز صبح که از خواب بیدار می‌شوید یک نفر پوست صورتتان را کنده است!
• یک لولوی تمام‌عیار شده اید.
• برای رفع مشکل چه می‌کنید؟
• با یک وسیله مثل باند تمام بدنتان را می پوشانید.
• باند پوشش مناسبی برای صورت شما نیست.
• باند تنها می‌تواند به عنوان یک پوشش موقت به کار رود. 
  می توان گفت که: 

تمام مواد و محصولات مورد استفادة ما هم نیاز به پوشش دارند

چون نباید در طی مراحل تولید، بسته بندی، ورود به بازار و مهم‌تر از همه در موقع مصرف، خواص و ویژگی‌های خود را از دست بدهند

پوشش چیست؟