المواد الاصطناعية: مفهوم ، أنواع وأمثلة
المواد الاصطناعية هي تلك المواد المصنوعة من البوليمرات المركبة أو الجزيئات الصغيرة. المركبات المستخدمة لصنع هذه المواد تأتي من مادة كيميائية مشتقة من البترول أو البتروكيماويات.
تستخدم المركبات الكيميائية المختلفة لصنع أنواع مختلفة من الألياف. تصنع معظم المواد الاصطناعية من المواد الكيميائية التي تأتي من البوليمرات ، وبالتالي فهي أقوى وأكثر مقاومة.
تشكل المواد الاصطناعية ما يقرب من نصف جميع المواد المستخدمة في جميع مجالات تكنولوجيا الغزل والنسيج. هناك طرق مختلفة لصنع هذه المواد ، ولكن الأكثر شيوعًا هو التحول في حالة اندماج. في هذه العملية ، يتم استخدام درجات حرارة عالية لتغيير وتشكيل شكل وأبعاد الألياف أو المواد الاصطناعية.
هذه المواد مقاومة وتميل إلى تقديم ميزات صديقة للمستهلكين. بعض الميزات الأكثر شيوعًا هي مواد مضادة للماء ، مواد مطاطية وأجزاء مقاومة للبقع.
هذا ممكن لأن الألياف الطبيعية حساسة للعناصر وتميل إلى الانهيار بمرور الوقت ؛ هذا يعني أنها قابلة للتحلل. كما أن الألياف الطبيعية عرضة للتلف بسبب الآفات التي تتغذى عليها ، كما هو الحال مع العث التي تتغذى على القطن والصوف والحرير.
الألياف الاصطناعية محصنة ضد هذه الآفات ولا تعاني من أضرار من التعرض لأشعة الشمس أو الماء أو الزيت. بعض المواد الاصطناعية الأكثر شيوعًا هي النايلون والبوليستر وألياف الكربون والرايون والدنة أو ليكرا.
في الآونة الأخيرة ، ظهرت طفرة من حيث اختراع مواد تركيبية جديدة. مع التكنولوجيا ، اكتشف العلماء طرقًا اصطناعية جديدة لربط الجزيئات الصغيرة في سلاسل بوليستر كبيرة مع الخصائص المناسبة لاستخدامات معينة.
مثال على ذلك ألياف البولي بروبيلين المستخدمة في السجاد أو أنواع البولي إيثيلين المستخدمة لصنع زجاجات بلاستيكية. كما تمكنوا من تطوير مواد قوية بشكل لا يصدق مثل كيفلر.
أنواع المواد الاصطناعية وخصائصها
البلاستيك الحيوي
البلاستيك لا تتحلل ، لذلك فهي مصدر كبير للتلوث البيئي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم اشتقاق معظم المواد البلاستيكية من الخام ، وهو أمر غير قابل للتجديد.
لكن التكنولوجيا جعلت من الممكن تحويل الموارد المتجددة إلى بلاستيك ومطاط صناعي. هذه المواد مستدامة لأنها تحتوي على موارد أحفورية وعلى الرغم من أنها ليست قابلة للتحلل بعد ، إلا أنها تقدم كبير للعلم.
نايلون
إنها عائلة مكونة من البوليمرات الاصطناعية وقد تم إنتاجها لأول مرة عام 1935 ؛ وكان أول الألياف الاصطناعية المنتجة في الكتلة. كان هذا بسبب الحاجة إلى استبدال الحرير الآسيوي والقنب في المظلات خلال الحرب العالمية الثانية. في ذلك الوقت كان يستخدم لصنع الإطارات ، الخيام ، العباءات وغيرها من الإمدادات العسكرية. حتى أنها كانت تستخدم لصنع العملات الورقية في الولايات المتحدة.
إنه قابل للاشتعال بشدة ، يحترق بدلاً من الذوبان. انها مرنة جدا. انها قوية جدا ، تقاوم الحشرات والحيوانات والفطريات والعديد من المواد الكيميائية بشكل جيد للغاية.
لديها العديد من التطبيقات التجارية في الألياف الاصطناعية ، مثل أغطية الأرضيات وتعزيزات المطاط ؛ كما أنها تستخدم لتصميم قطع غيار السيارات ، وخاصة مقصورة المحرك ، وفي المعدات الكهربائية وفرش الأسنان والسجاد والجوارب المصنوعة من النايلون وأقمشة الملابس.
يستخدم النايلون الصلب أيضًا في صناعة فرش الشعر والأجزاء الميكانيكية ، مثل البراغي والتروس. تستخدم راتنجات النايلون في بعض عبوات الطعام ؛ خاصة في تلك التي تأتي في أكياس للفرن وفي عبوات النقانق واللحوم.
مركبات بلاستيكية
هذا هو الاسم الذي يطلق على البلاستيك الذي عززته ألياف مختلفة لجعلها أكثر مرونة وقوة. مثال على ذلك هو المزائج بين البوليمرات والفحم ، والتي تخلق مادة خفيفة تعمل على نقل الأشياء باستخدام الوقود بكفاءة.
تستخدم هذه المركبات بشكل متزايد ، لا سيما في صناعة الطيران. مصنوعة من طائرات إيرباص A360 وبوينج 787 من مجمع البلاستيك 50 ٪. الشيء الوحيد الذي يمنعها من الاستخدام أكثر ، وخاصة في تصنيع المركبات ، هو التكلفة العالية.
البوليستر
هذه المواد تستخدم على نطاق واسع في صناعة النسيج. معظم الملابس لديها بعض البوليستر الصف. هناك بعض الأصناف القابلة للتحلل ، على الرغم من أن معظمها غير قابل للتحلل.
بالإضافة إلى الملابس ، يتم استخدام العديد من الأقمشة المنسوجة في البوليستر في الأثاث المنزلي والمفروشات المنزلية. يمكن العثور على البوليستر على القمصان والسراويل والسترات والقبعات والشراشف واللحف والوسائد والحشوات والأثاث المنجد والمناشف. يستخدم البوليستر الصناعي لتعزيز الحافات ، وأحزمة الأمان ، ولتعزيز المواد البلاستيكية شديدة الامتصاص.
تستخدم هذه المواد أيضًا في صناعة الزجاجات والزورق والكابلات والصور المجسمة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه كتجهيز في المنتجات الخشبية ، مثل القيثارات والبيانو والديكورات الداخلية لليخوت.
البوليستر مقاوم للغاية للبقع. الأصباغ الوحيدة التي يمكنها صبغها هي ما يسمى الأصباغ المشتتة. في العديد من الفرص ، يتم إنشاء مجموعات بين البوليستر والألياف الطبيعية للحصول على نتائج مختلفة. على سبيل المثال ، الخليط بين البوليستر والقطن ، والقطن بولي ، هو نسيج قوي ، مقاوم للتجاعيد ولا يتقلص.
مواد إصلاح الذات
هذه المواد الجديدة التي يتم تطويرها لديها القدرة على إصلاح الأضرار التي يمكن اعتبارها في مناسبات أخرى غير قابلة للإصلاح. تم اكتشافهم في أوائل 2000s.
ليست البوليمرات هي المادة الوحيدة القادرة على الإصلاح الذاتي ، لكنها الأكثر كفاءة. إنها تنطوي على تصميمات معقدة للغاية ومن الصعب تصنيعها ، ولكن عند الإصلاح تكون أكثر متانة من البوليمرات الأخرى. من المتوقع أن يتم استخدام المزيد والمزيد في الطلاء والالكترونيات والنقل.
ألياف الكربون
إنه بلاستيك مقوى ، قوي وخفيف ، يحتوي على ألياف الكربون. قد يكون تصنيع ألياف الكربون مكلفًا ، ولكنه يستخدم على نطاق واسع في السيارات ، والفضاء ، والهندسة المدنية ، والمنتجات الرياضية ، وغيرها من التطبيقات التقنية.
إنها صلبة ولكن في نفس الوقت قابلة للعفن ولديها مقاومة جيدة لدرجات الحرارة العالية.
كيفلر
كيفلر هو البلاستيك قوي جدا. وقد سعى للغاية بعد الخصائص لأنه مصنوع من الألياف التي يتم ضغطها بقوة مع بعضها البعض. وهو مألوف من النايلون ، ويعتبر البوليمر فائقة وقدم إلى السوق في 70s.
إنها مادة قوية جدًا ، لكنها خفيفة نسبيًا. لا يذوب ويتحلل فقط عند درجة حرارة أعلى من 450 درجة مئوية ؛ البرد لا يضر به أيضًا ، يمكنه البقاء على درجة حرارة تصل إلى -196 درجة مئوية. أنه يقاوم الهجمات من المواد الكيميائية المختلفة والرطوبة لا يضر به.
الكيفلار مادة ممتازة مضادة للصواريخ الباليستية ، حيث يصعب على الرصاصة أو السكين المرور عبر الألياف. إنها أقوى من الفولاذ ، مثل الدروع الحديثة ، ولكنها أخف وزنا وأكثر مرونة من الفولاذ.
تشمل الاستخدامات الأخرى لـ Kevlar استخدامها في تصنيع إطارات الدراجات والقوارب الشراعية وبقع الأسطوانات للبطاريات الموسيقية.
ليكرا
ليكرا أو ألياف لدنة ألياف معروفة بأنها مرنة بشكل استثنائي. يمكن أن يصل حجمه إلى 5 أضعاف حجمه. أغلى ميزاته هي أنه على الرغم من امتداده يعود إلى حجمه الأصلي ويجف بشكل أسرع من الأقمشة الأخرى. إنه أقوى وأكثر متانة من المطاط وقد تم اختراعه في الخمسينيات.
بسبب مرونتها وقوتها ، يتم استخدامها في العديد من أصناف الملابس ، لا سيما في الألعاب الرياضية. تعتبر شورتات ركوب الدراجات وملابس السباحة للسباحة وسراويل التزلج والبدلات الثلاثية والبدلات المائية من أكثر الاستخدامات شيوعًا. وتشمل الاستخدامات الأخرى الملابس الداخلية وملابس الاستحمام والقفازات والكحول.
البوليمرات التفاعلية الذكية
يمكن للثة الاصطناعية والهلام ضبط شكلهما استجابة للمنبهات الخارجية ؛ هذا يعني أنها تستجيب للتغيرات في البيئة. هذه القدرة مفيدة للغاية لأنها يمكن أن تساعد في تصميم مواد ذكية أخرى ، مثل أجهزة الاستشعار وأجهزة الإنذار. عند إضافة تكنولوجيا الشفاء الذاتي إلى هذه المعادلة ، يمكن أن يكون للنتائج استخدامات مهمة في العديد من الصناعات.
يمكن أن تكون هذه المواد حساسة للتغيرات في درجة الحرارة والرطوبة ودرجة الحموضة وشدة الضوء والمجالات المغناطيسية والإلكترونية. يمكنهم تغيير لونها أو شفافيتها أو حتى شكلها.
يتم استخدامها في الهندسة الطبية الحيوية ، الهلاميات المائية والتعبئة القابلة للتحلل.
أكريليك
تم تطويره في الأربعينيات من القرن الماضي ، وهو قوي وخفيف ودافئ ، وبالتالي فهو يستخدم عادة في البلوزات ، مثل تنجيد الأثاث والسجاد وتغطية الأحذية والقفازات. أنها لينة جدا بحيث تشعر وكأنها الصوف ؛ بعد إجراء الإجراء الصحيح ، يمكن استخدامه لتقليد الأقمشة الأخرى مثل القطن. في بعض الأحيان يتم استخدامه كبديل للكشمير الذي هو أكثر تكلفة.
الاكريليك هو دائم للغاية ومقاومة. يقبل اللون جيدًا ، ولا يواجه أي مشاكل عند غسله وعادة ما يكون منخفض الحساسية. أما بالنسبة للملابس ، فهي تستخدم عادة في صناعة الجوارب والأوشحة والقبعات. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في خيوط الحياكة ، وخاصة في الكروشيه.
