انجام پايان نامه مهندسي شيمي پليمر
مهندسي پليمر (به انگليسي: Polymer engineering) نسبت به رشته‌هاي مهندسي ديگر تقريبا جوان است و شكوفايي آن از زمان جنگ جهاني دوم آغاز شده است. اما به دليل كاربرد روزافزون پليمر در صنايع مختلف، اين رشته به سرعت رشد كرده و امروزه جزو يكي از رشته‌هاي مهم كشورهاي صنعتي پيشرفته مي‌باشد.
هدف رشته مهندسي صنايع پليمر توليد كليه محصولات پليمري از قبيل لاستيك، پلاستيك، الاستومر، چسب‌ها، رزين و ساير مواد مورد نياز صنعت است. براي مثال طراحي و توليد تاير ماشين در صنايع لاستيك، لوله‌هاي پلي‌اتيلن در صنايع پلاستيك و انواع #الياف شيشه فايبرگلاس ها در كامپوزيت به ياري متخصصان مهندسي صنايع پليمر انجام مي‌گيرد يا حتي در اين رشته شكل‌دهي رزين‌ها نيز مطرح است كه براي مثال مي‌توان به ساخت ملامين اشاره كرد.حتي كيسه‌هاي پلاستيكي و روكش ظروف نچسب ( تفلون ) از مواد پليمري مي‌باشند. در واقع در رشته مهندسي صنايع پليمر هر آنچه كه به اين مواد بر مي‌گردد، مورد مطالعه و بررسي قرار مي‌گيرد. البته پليمرها فقط كاربرد صنعتي ندارند بلكه كاربرد پزشكي نيز دارند. مثلا اگر كشكك زانوي يك نفر آسيب ببيند و ترميم آن امكان‌پذير نباشد، شبيه به همان كشكك زانو را با مواد پليمري درست ميكنند و بر روي زانو قرار مي‌دهند و يا دندان مصنوعي و لنزهاي چشمي همه از مواد پليمري ساخته مي‌شوند كه به اين مواد پليمري «پليمرهاي زيستي» مي‌گويند.
فرصت‌هاي شغلي:
در صنعت پوشاك پليمرها در توليد پاپوش‌ها، تن‌پوشها و كف‌پوش ها بسيار موثر هستند. در انجام پايان نامه ارشد در صنايع حمل و نقل زميني (خودروسازي، قطار و … )، هوايي ( هواپيما و بالگرد) و دريايي (كشتي‌ها و …) پليمرها حضوري چشمگير دارند، و بالاخره در صنايع نظامي، پزشكي، كشاورزي و بسته‌بندي كاربرد مواد پليمري بسيار گسترده است.بدر صنعت پوشاك نيز پليمرها در توليد پاپوش‌ها، تن‌پوشها و كف‌پوش ها بسيار موثر هستند. در صنايع حمل و نقل زميني (خودروسازي، قطار و … )، هوايي ( هواپيما و بالگرد) و دريايي (كشتي‌ها و …) پليمرها حضوري چشمگير دارند، و بالاخره در صنايع نظامي، پزشكي، كشاورزي و بسته‌بندي كاربرد مواد پليمري بسيار گسترده است. باتوجه به كاربرد وسيع پليمرها در صنايع، فارغ‌التحصيلان اين رشته توانايي‌هاي كافي در زمينه‌هاي ايجاد و برنامه‌ريزي واحدهاي توليدي تبديل پليمر خام به مواد مصرفي و اشتغال در مجتمع‌هاي بزرگ توليد پليمر خواهند داشت.
دروس تخصصي مهندسي پليمر- صنايع پليمر:
از دروس اصلي مهندسي پليمر مي‌توان از موازنه انرژي و مواد، مكانيك سيالات، انتقال جرم و حرارت، شيمي و سينتيك پليمريزاسيون، فرآيندهاي پليمريزاسيون، مهندسي پلاستيك، تكنولوژي الياف مصنوعي و تكنولوژي كامپوزيت‌ها نام برد.
رئولوژي پليمرها : سيالات از جهت خواص و عكس العمل در برابر نيروي وارد به آنها به گروه تقسيم مي شوند گروه اول سيالات نيوتني ناميده مي شوند و گروه دوم سيالات غير نيوتني نام دارند . درس مكانيك سيالات، روابط خواص سيالات نيوتني را بررسي مي‌كند . از آن رو كه پليمرها جز سيالات غير نيوتني هستند در درس رئولوژي روابط خواص سيالات غير نيوتني از جمله پليمرها مورد بررسي قرار مي گيرد .
مهندسي الاستومر : برخي از مواد در اثر نيروي وارد به آنها تغيير شكل داده پس از برداشتن نيرو مجددا به حالت اوليه خود بر مي گردند به اين مواد الاستومر يا لاستيك مي گوييم بخش عمده اي از مواد پليمري داراي خاصيت الاستومري هستند كه از جمله آنها مي توان به تايرهاي اتومبيل واشرهاي لاستيكي و لرزه گيرهاي اتومبيل اشاره كرد مهندسان پليمر با گذراندن اين درس ضمن آشنا شدن با اين گونه مواد با نحوه طراحي فرمولاسيون و تركيب صحيح لاستيك ها همچنين با فرآيندهاي ساخت، پخت و شكل دهي الاستومرها آشنا مي شوند .
مهندسي پلاستيك : در مقابل لاستيك ها گونه ديگري از مواد پليمري وجود دارند كه بر اثر اعمال نيرو تغيير شكل مي دهند و اگر ميزان نيروي وارد شده بيش از حد مقاومت آنها باشد ديگر با حذف نيرو به حالت اوليه خود باز نمي گردند . به اين مواد پلاستيك مي گويند . انواع مواد پلاستيكي را مي توانيم در اطراف خود مشاهده كنيم . در اين درس دانشجويان ضمن اشنايي با اين مواد و خواص آنها با نحوه تهيه پخت پلاستيكها آشنا مي شوند .
تكنولوژي كامپوزيت ها : گاهي پليمرها به تنهايي خواص مطلوب را براي هدف مورد نظر ندارند . در اين گونه مواقع با اضافه كردن مواد خاصي شرايط مطلوب حاصل مي‌شود كامپوزيت ها موادي هستند كه از تركيب فيزيكي يك يا چند ماده به پليمرها حاصل مي گردند . از اين گونه مواد مي توان به فايبر گلاس ها اشاره كرد در اين درس دانشجويان با انواع كامپوزيت ها روش هاي ساخت و خواص فيزيكي و مكانيكي آنها آشنا مي شوند .
تكنولوژي و خواص فيزيكي الياف : الياف كه عمدتا به صورت مصنوعي ساخته مي شوند گاهي داراي منابع طبيعي بوده از الياف طبيعي ساخته مي شوند و گاهي از مواد شيميايي به دست مي آيند . در اين درس دانشجويان ضمن آشنايي با انواع الياف پليمري خواص و نحوه ساخت آنها را نيز فرا مي گيرند .
لازم به ذكر است رشته مهندسي شيمي تا حدودي واحدهاي مشترك با اين رشته دارد.
گفتني است نبايد رشته مهندسي پليمر- صنايع پليمر را كه در دفترچه راهنماي آزمون ورودي تحصيلات تكميلي با كد 1286 مشخص گرديده است، با مهندسي پليمر- صنايع رنگ كد1255 كه آن هم جزو رشته‌هاي شناور است يك رشته با دو گرايش مختلف دانست.
مواد امتحاني و ضرايب دروس در رشته مهندسي پليمر- صنايع پليمر:
1) زبان عمومي و تخصصي با ضريب3
2) شيمي پليمر(شيمي پليمر، اصول مهندسي پليمريزاسيون) با ضريب2
3) رياضيات مهندسي با ضريب 3
4) تكنولوژي پليمر(الاستومر، پلاستيك، كامپوزيت) با ضريب2
5) شيمي فيزيك پليمرها خواص فيزيكي و مكانيكي پليمرها با ضريب3
6) پديده‌هاي انتقال(رئولوژي، انتقال حرارت، انتقال جرم) با ضريب3
7) كنترل فرآيندهاي پليمري با ضريب3
8) مكانيك سيالات با ضريب 3
پلاستيكها، الاستومرها و ترموپلاستيك الاستومرها
پلاستيك ها
درگيري‌هاي فيزيكي همچون گره خوردگي‌هاي بين زنجيري ( Entanglements ) باعث عدم شارش زنجيرها مي‌شود و نيروهاي بين زنجيري مانند پيوندهاي هيدروژني اين درگيري‌ها را تشديد مي كنند و باعث مستحكم تر شدن ساختار ماده و بهبود خواص آن مي شوند . يك چنين ساختاري در ترموپلاستيك‌ها سبب مي‌شود كه ماده، توانايي ذوب شدن را داشته باشد و درنتيجه قابل بازيافت تلقي شود . دليل اين امرنيز ضعيف تربودن نيروهاي بين زنجيري نسبت به نيروي كووالانسي درون زنجيري ميان مونومرهاي تشكيل دهنده? زنجير پليمر است كه با افزايش دما مي توانيم براين نيروي بين زنجيري غلبه كرده و پليمر را ذوب كنيم كه اين مسئله بيانگر فرآيند پذيري آسان و همچنين وجود صرفه? اقتصادي است . پليمرهاي مشهوري چون PC ، PMMA ، PS ، پلي پروپيلن ، پلي اتيلن و… جزء اين خانواده هستند .
الاستومرها
اما الاستومرها داراي اتصالات شيميايي ( كووالانسي ) بين زنجيره‌هاي خود هستند : چون نيروهاي بين زنجيري همچون نيروهاي درون زنجيري ازنوع كووالانسي است درنتيجه امكان ذوب شدن از ماده سلب شده و ديگرقابل بازيافت نيست . ازطرفي فرآيند كراسلينكينگ، فرآيندي هزينه براست و شكل دهي الاستومرها سخت بوده و همواره با محدوديت هايي همراه مي‌باشد ولي با تمام اين وجود به دليل خواص ويژه الاستومرها نيازمند كاربرد آنها مي باشيم و ترموپلاستيك‌ها نمي توانند اين كاربردها را به خود اختصاص دهند . رابرهاي مشهوري چون NBR ، SBR ، BR ، NR جزء اين خانواده مي باشند . كاربرد الاستومرها منتج از Tg بسيارپايين آنها است كه درترموپلاستيك‌ها وجود ندارد و از طرفي الاستومرها بدون وجود اتصالات عرضي خواص كاربردي خود را ازدست مي دهند و گفتيم كه وجود اين اتصال عرضي شيميايي يعني عدم توانايي درذوب كردن ماده و در نتيجه عدم توانايي در بازيافت آن .
ترموپلاستيك الاستومرها
با توجه به معايب و مزاياي پلاستيكها و الاستومرها اين فكر مطرح شد كه بايد الاستومرها را با اتصالات قابل ذوب با يكديگر درگير كرد كه دردماي كاربرد خاصيت الاستومري را حفظ كرده و در دماهاي بالا بتوان آنها را ذوب كرد كه ايجاد يك چنين رفتاري يعني به وجود آوردن شرايط فرايندي پلاستيكها براي الاستومرها همراه با حفظ خواص الاستومري . اين ايجاد اتصال عرضي غيرشيميايي مبناي به وجود آمدن علم ترموپلاستيك الاستومرها شد . تنيجه اي كه اين فكر دربرداشت، به وجود آوردن سيستم‌هاي چند فازي ( Multi Phase Systems ) بود كه يك فاز آن شامل ماده يا موادي است كه دردماي اتاق سخت ( Hard ) هستند كه توانايي جريان پيدا كردن با حرارت دهي را دارند و فاز ديگر شامل ماده يا موادي نرم تر ( Softer Material ) كه در دماي اتاق به صورت رابري ( Rubber like ) است تشكيل شده است .
اين نكته را بايد مد نظر داشته باشيم كه بخش‌هاي Soft و Hard بايد از نظر ترموديناميكي ناسازگار باشند به طوريكه در داخل يكديگر حل نشوند بلكه همچون فازهاي جداگانه عمل كنند و مورفولوژي خاصي را بپذيرند .
توجه به اين نكته ضروري است كه خواص ترموپلاستيك الاستومرها، شديدا تحت تاثيرمشخصات مورفولوژيكي آنها است . بسته به نوع بخش‌هاي سخت و نرم، انواع ترموپلاستيك الاستومرها را توليد ميكنند.خانواده هادي همچون : 1- TPE-U 2- TPE-S 3- TPE-E 4- TPE-A 5- TPE-O 6- TPE-V كه از شماره 1 تا 4 عضو گروه Block-Copolymers و شماره‌هاي 5 و 6 عضو گروه Polymer Blends مي باشند.
اخيرا دو خانواده? جديد به نام‌هاي radiation cross linked ، TPE- Silicone كه اولي جزء گروه Block-Copolymers و ديگري Polymer Blends است نيز مطرح شده اند ولي هنوز گسترده نشده اند و مرسوم نيستند ولي پيش بيني مي‌شود كه به زودي جايگاه خود را به دست مي آورند . ازلحاظ Hardness نيز دامنه? آنها در رنج Shore A 35 – Shore D 60 مي باشد. آلياژ سازي پليمرها جهت ساخت ترموپلاستيك پليمر ها يكي از اقدامات نويني است كه صورت گرفته است. بسياري از صنايع پايين دستي پتروشيمي نيز در دنيا مشغول توليد اين دسته از آلياژهاي پليمري (پلي بلندها) هستند و كاربردهاي ويژه اي بخصوص در صنعت خودرو و … را توسط اين مواد جديد به وجود آورده اند(منبع: "فصل مقدمه" از پايان نامه كارشناسي ارشد نوشته شده توسط عمار قاسميان عزيزي به راهنمايي پروفسور احمد عارف آذر)