پارچههای حلقوی بافت هوشمند، طراحی آنتنهای فعال و غیر فعال
تاثیر مثبت استفاده از الیاف زیست تخریب پذیر در محیط زیست
سالیان درازی صنعت نساجی در صدد ایجاد تکنولوژی و توسعه مواد جدیدی برای ارتقاء عملکرد، راحتی، کارایی، دوام و قابلیت اعتماد زره های شخصی بوده است. توسعه الیاف مدول بالا با استحکام زیاد در دهه 60 عصر جدیدی را در زره شخصی باز نمود. استفاده از این الیاف در ساختارهای ضد گلوله، محافظت خوبی علیه مهمات و پرتابه های کوچک ایجاد می کند. همچنین این الیاف توانایی دارند مقادیر زیادی انرژی را به سرعت جذب کرده و آنچه را که معمولاً می توانست کشنده باشد، تا حد کبودی و خون مردگی تقلیل دهند. زره های منسوج جدیدترین و انقلابی ترین دستاورد در زمینه زره های شخصی هستند که در دهه های اخیر توسط نیروهای نظامی، پلیس و نیروهای امنیتی با ضریب اطیمنان بالا و محافظت مطلوب و با کمترین محدودیت حرکتی برای آن ها به کار رفته است.
2- الیاف پلی پارا فنیلن 2 و 6- بنزو بیس اکسازول یا پلی بنزو بیس اکسازول (PBO)
در نتیجه بررسیهای انجام شده برای رسیدن به الیاف با ویژگی های بهتر نسبت به الیاف کولار، نیروی هوایی ایالات متحده برنامه ای برای بررسی و تحقیق پلیمرها با ساختارهای حلقه ای پیچیده تر طرح کرد که نتیجه آن تولید تجاری الیاف پلی [پارا-فنیلن 2و6-بنزبیس اکسازول] به وسیله شرکت Toyobo بود [3] که به طور خلاصه به آن پلی بنزو بیس اکسازول یا PBO میگویند. این پلیمر از دسته پلیمرهای مقاوم در برابر حرارت است و بر پایه ساختارهای آروماتیک با پیوند های قوی است که به تازگی وارد بازار شده است. ساختار این پلیمر در شکل 16 آورده شده است.
شکل 1: ساختار پلی بنزو بیس اکسازول (PBO)
الیاف PBO از خود استحکام کششی بسیار خوب و مدول های بالا نشان می دهند و در کاربردهای تقویت کنندگی بسیار مفید هستند. در حال حاضر زایلون که محصول تجاری شرکت Toyobo است در بازار موجود می باشد که در واقع مولکول های خطی-میله ای سخت از پلی (پارا-فنیلن-2 و 6-بنزوبیس اکسازول) (PBO) می باشد. این الیاف از نظر شیمیایی بیشتر شبیه الیاف آرامیدی هستند تا الیاف UHMWPE و بنابراین مقاومت بیشتری نسبت به حرارت دارند.
ویژگی کارایی بالای PBO از طبیعت میله ای شکل زنجیره پلیمری نشأت می گیرد که البته موجب دشواری نسبی فرایند کردن لیف از پلیمر نیز می شود. توسعه تکنولوژی ریسندگی الیاف PBO زمان زیادی را صرف کرده است که به دلیل طبیعت انعطاف ناپذیر ساختار میله ای شکل آن است. شرکت Dow Chemical در سال 1991 با شرکت Toyobo همکاری کرد و ارتباط این دو شرکت نهایتاً منجر به توسعه روشی برای ریسندگی PBO شد. سپس شرکت Toyobo لیسانسی از شرکت Dow Chemicals دریافت کرد و بر روی توسعه بیشتر آن کار کرد. طرح پایلوت الیاف PBO در اوایل 1995 کامل شد و تولید محصولات تجاری از سال 1998 شروع شد.
به منظور سنتز PBO، از واکنش دی آمینو رزورسینول دی هیدروکلراید (DAR 2HCl) با ترفتالیک اسید (TA) در محلول پلی فسفریک اسید (PPA) استفاده می شود. این پلیمر با تکنولوژی ترریسی با جت هوا ریسیده می شود. الیاف تازه ریسیده شده PBO از خود استحکام پارگی در حدود g/d42 ( GPa7/5) و یا بیشتر و مدول های g/d1300 (GPa175) و یا بیشتر نشان می دهند. با استفاده از تیمار حرارتی الیاف تازه ریسیده شده در حدود °C600، مدول آن ها تا g/d2000 ( GPa275)، بدون از دست رفتن استحکام پارگی افزایش می یابد. استحکام پارگی، مدول بالا، مقاومت حرارتی و مقاومت به شعله چهار ویژگی فیزیکی مهم الیاف PBO می باشند. الیاف این پلیمر، اولین الیاف آلی بودند که استحکام بر سطح مقطع عرضی بسیار بیشتری نسبت به الیاف کربن و استیل دارند.
الیاف مدول بالای PBO تهیه شده از طرح پایلوت Toyobo تنها 60% مدول های کریستالی PBO را نشان می دهد. چنانچه الیاف PBO به مدول های کریستالی دست یابند، هیچ گونه لیف پلیمری خطی دیگری نمیتواند از آن مدول تجاوز کند به عبارت دیگر الیاف PBO کریستالی شده، از نظر مدول در حد نهایی هستند. ویژگی ضد آتشگیری (مقاوم به شعله) PBO در حدود °C 100 بیشتر از پارآرامیدها ست. خاصیت مقاومت به آتشگیری (که با مقدار محدود کننده اکسیژن یا LOI نیز سنجیده می شود)، به میزان شگفت آوری بیشتر از سایر الیاف آلی مقاوم به شعله همانند PBI (LOI 41) و پارا آرامید (LOI 29) است.
الیاف PBO از خود مقاومت حرارتی بالایی نیز نشان می دهند. وابستگی ویژگی های فیزیکی به حرارت نیز در مقایسه با سایر الیاف آلی بسیار کوچک می باشد و وابستگی مدول کریستالی به حرارت تا دمای °C400 تغییر نمی کند همچنین مدول الیاف در دمای بالا نیز در حد محسوسی کاهش نمی یابد و تنها 20% کاهش مدول ها در °C400 مشاهده شده است. علاوه براین استحکام پارگی نیز در دماهای بالا بسیار بیشتر از پارا آرامید می باشد. در دمای °C 500 همچنان استحکام پارگی الیاف g/d 15 باقی می ماند. جذب رطوبت در این الیاف بسیار کم و در حدود 6/0 درصد وزنی برای الیاف استحکام بالای PBO و 0/2 درصد وزنی برای الیاف تازه ریسیده شده آن در °C25 و در شرایط 65 درصدی رطوبت نسبی می باشد. پایداری ابعادی در مقابل رطوبت و دما عالی است سرعت خزش نیز در حدود نصف سرعت خزش پارا آرامید در همان نسبت استرس تا استرس پارگی می باشد. مقاومت به مواد شیمیایی در برابر حلال های آلی و حلالهای قلیایی، عالی بوده و هیچگونه کاهش استحکامی در آن مشاهده نشده است همین طور در شویش نیز الیاف PBO بسیار بهتر از سایر سوپر الیاف آلی می باشد. در شرایط اسیدی، PBO به اندازه محیط قلیایی قوی نیست اما با این حال باز هم قوی تر از پارا آرامید ها می باشد. برخی ویژگی های الیاف PBO در جدول 7 آورده شده است. در این جدول، مقادیر ستون وسط مربوط به الیاف تازه ریسیده شده و ستون سمت راست مربوط به الیاف استحکام بالای PBO است.
جدول 1: ویژگیهای الیاف PBO
3- پلی (2و6 دیایمیدازو(4،5-´4،´5)پیریدینیلن-1، (2،5 دیهیدروکسی)فنیلن یا PIPD یا M5
پلی(2و6 دیایمیدازو(4،5-´4،´5)پیریدینیلن-1،(2،5دیهیدروکسی)فنیلن یا پلیپیریدوبیس ایمیدازول که به طور خلاصه به آن PIPD یا M5 (در فرم لیفی) می گویند، ابتدا توسط Akzo Nobel توسعه داده شد و سپس به MSI فروخته شد. الیاف PIPD در بازار مواد بالستیکی، رقیب وحریفی مورد علاقه بوده و روند روبه رشدی برای آن انتظار می رود (شکل 18). این الیاف توسط MSI توسعه داده شده و به فروش رسیده است اما با این حال هنوز به صورت تجاری در دسترس نمی باشند. به دلیل ساختار سه بعدی، وجود شبکه ای از پیوند های هیدروژنی و جهت گیری زنجیره های این پلیمر، این پلیمر به صورت لیفی، استحکام فشاری بالا و استحکام کششی ویژه بالایی دارد. تست های انجام شده به وسیله ارتش ایالات متحده در آزمایشگاه های Natick Soldier Center انجام شده است. احتمال موفقیت بسیار زیادی با استفاده از این پلیمر استحکام بالای جدید وجود دارد.
شکل 2: ساختار پلیمر PIPD
4– کاربرد الیاف پلی بنزوبیس اکسازول در زره های بالستیکی
الیاف PBO الیاف با کارایی بالای نسبتاً جدید هستند که برای جلیقه های بالستیکی مورد استفاده قرار می گیرند اگر چه این الیاف بسیار گران بوده و منابع تهیه محدودی دارند، با این حال کیفیت و مقاومت بالستیکی این الیاف به ایجاد طبقه جدیدی از زره های نرم کمک کرده است. در حال حاضر داده های کارایی دراز مدت کمی در دسترس است. تعدادی از کمپانی های ساخت جلیقه مقاوم به گلوله در ایالات متحده، جلیقههایی را با استفاده از پارچه بافته شده PBO و مواد بالستیک تک جهته با آرایش متقاطع بیبافت، به صورت تجاری تهیه کرده اند.
