books smart plastics applications

تعد انابيب التمدد والانكماش واحدة من أهم تطبيقات تأثير ذاكرة الاحتفاظ بالشكل. فعندما يحدث لهذه الانابيب تشكل (تمدد) عند درجات الحرارة المرتفعة ثم عندما يتم تبريدها فإنها تحتفظ بهذا الشكل ولكن إذا تم تسخينها مرة اخرى فإنها تعود إلى الوضع قبل التشكل. كان من الملاحظ في عام 1997 ان استخدام اللدائن الذكية في تطبيقات محدود للغاية ولكن المؤلفات في ذلك الوقت تشير إلى الحاجة إلى مادة لدنة ذكية وتشمل هذه التطبيقات الاستخدام في مواد ملابس والاجهزة الطبية وفي امتصاص الصدمات وفي وصل المواسير ومانع التسرب. تمتلك هذه اللدائن المحتوية على ذاكرة للشكل على خصائص اخرى مثل النفاذية للرطوبة والحجم النوعى وكذلك معمل الفقد الذين يتغيرون عند درجة حرارة تحول الزجاج. يرجع السبب الرئيسى لتسمية هذه المواد بالذكية إلى تأثير ذاكرة الاحتفاظ بالشكل. وهذه التطبيقات التالى ذكرها في السطور القادمة تعتمد ليس على تأثير ذاكرة الاحتفاظ بالشكل وكن أيضا على تغير خواص المادة في منطقة تحول الزجاج.

التطبيق الطبى للدائن الذكية

هناك عدد من التطبيقات الطبية الحيوية تعتبر من اليورثينات المتعددة التي تعتمد على اللدائن الذكية التي تحتظ بشكلها. اثنان من خواص هذه التطبيقات تهتم بها العالم الطبى. واحدة منهم ان المواد التي تستخدم فيها تمتاز بالتوافق الحيوى. الميزة الجذابة الاخرى في درجة الحرارة التي تنتقل من خلال الزجاج يمكن ان تصمم على ان تعود إلى شكلها الاصلى وتستخدم في مختلف الأدوات الطبية التي تتصل أو تدخل إلى جسم الإنسان . العالم اليابانى (هياشى) كان يتحرى عن اللدائن الذكية لعدة تطبيقات طبية مختلفة وكان من نتائج هذه التحريات ان مواد اللدائن الذكية قريبا سوف تستخدم في تصنيع العديد منلقسطرة في الوقت الحاضر تحت التطوير. هذه القسطرة ستبقى متصلبة خارجيا للتلاعب الدقيق من قبل الطبيب، ولكنهم سيصبحون انعم وأكثر راحة داخل الجسم الانسانى. نفس مجموعة الباحثين اعتبرت ان تصنيع الشيالات والشظايا التجربية من مواد اللدائن الذكية التي يمكن ان تتلائم مع متطلبات الفردية. بتسخين مكون ذاكرة الاختفاظ بالشكل إلى اعلى من درجة انتقال حرارة الزجاج وتشكيلها، ويمكن الحصول عليها حسب الشكل المطلوب ثم تثبت بعد التبريد. في التطبيق الأول، اليوريثنات المتعددة التي تعتمد على اللدائن الذكية كانت تستعمل لتصميم مقبض معلقة خاصة، صممت من اجل المعاقين جسديا. في هذا التطبييق، مقبض المعلقة يمكن تسخينها وتشكيلها لاشكال فردية من الايادى وبعد ذلك تشكيلها يتم في درجة حرارة الغرفة لتزويد قدر الراحة وحسب الطلب. استخدام مواد اللدائن الذكية في التجبيرية وجراحات الأسنان تحت الفحص. يتم استعمال اللدائن الذكية نتيجة لخصائصها مثل نفاذية الرطوبة وفقد الطاقة ومخازن للضمادات والجلود الاصطناعية. منطقة الانتقال في اللدائن الذكية يكون مشابه جدا لجلد الإنسان، ويتم تزويد شعور ناعم طبيعى بالاتصال معه أو زرعه في الجسم الانسانى . مؤخرا، تم اجراء دراسة الجدوى والتطوير التمهيدى على حلقة من اللدائن الفاتحة الوعائية بذاكرة الاحتفاظ بالشكل كنظام لتوزيع العقاقير. عينات من اللدائن المتصلدة بالحرارة واليوريثنات المتعددة المعتمدة على اللدائن الذكية كانت تصنع بواسطة الحقن ومجال تطبيقات حلقة اللدائن الفاتحة عرضت في قبل المحاكمات . في الوقت الحاضر تقريبا كل الحلقات الفاتحة المتوفرة بشكل تجارى تصنع من المواد المعدنية. هناك عدة تصميمات لهذه الحلقات الفاتحة الوعائية القليلة المزروعة لدى التطبيقات التاجية بين التي شبكة انبوبية، شق الانابيب والحلزونات.استخدام الحلقات المفتوحة المصنوعة من اللدائن الذكية كنظام توزيع عقاقير يؤدى إلى تخفيض هام في التخثر. التفاوت الحيوى المحسن عموما يتوقع حدوثه عند استعمال مواد اللدائن الذكية الأكثر حيوية. يوجد تطبيق اخر للدائن الذكية، هي استعمالها كخياطة لاغلاق الجرح. تصميم الخياطة الجراحية الذكية اعتبر بشكل مؤقت يمكن الحصول عليه بتطويل الليف بالتحكم في الإجهاد. هذه الخياطة تطبق بشكل طليق في شكلها المطول مؤقتا. عندما تترفع درجة الحرارة اعلى من درجة حرارة انتقال الزجاج، فان الخياطة تنكمش وو بشد العقدة تطبق القوة القصوى. مواد اللدائن الذكية يمكن ان تستعمل في تشكيل الأدوات الطبية المختلفة والمنتجات التشخيصية كعناصر من الطعوم الوعائية تضاف إلى مكونات منظمات القلب القلبية والقلوب الاصطناعية. المعادن الذكية الحالية مثل النيكل والتيتانيوم تستعمل كمكونات للادوات المختلفة وتزود متوسط ادخال المواد الرفيعة، ويتم ربطها مثل الاداة، ويحتوى على ابرة صغيرة تشبه الغلاف من خلال الشق الصغير. هذه الاداة يمكن ان تستعيد اشكال أكثر تعقيدا عند حالة الإزالة. مواد اللدائن الذكية لها قابلية عالية على التغليف يمكن ان تدخل خلال الشق الصغير أو الطر يق الغير متدخل بالقسطرات ويستعيدان شكلهم الاصلى بعد ذلك من قبل حرارة الجسم وبعد ذلك يبقيان هناك رغبا في اداء الوظيفة. تمثل الحلقة الفاتحة المصنوعة من اللدائن الذكية أيضا بديل ابداعى إلى الحلقة الفاتحة التقليدية بسبب اقل سعر للتصنيع إذا ما قورن بمعدن الحلقات الفاتحة. تصنيع الحلقات الفاتحة المصنوعة من اللدائن الذكية يتم بواسطة تشكيل الحقن أو النتوء أو تقنية الاطلاء من المحلول اللذان يضمنانا الإنتاج الاقتصادى. عند مقارنة انتاج الحلقات المعدنية المفتوحة بالطرق التقليدية وبطريقة الشق باستخدام الليزر، نجد ان تكاليف الإنتاج اقل باكثر من %50 .

مواد صناعة الاقمشة

تتغير النفاذية لبخار الماء في اللدائن ذات ذاكرة الاحتفاظ بالشكل (الذكية) عند الاقتراب من الشكل الزجاجى. هذه الخاصية تم استخدامها في تصميم الاقمشة القابلة للتنفس وتشمل ملابس المطر وفي فرش الاحذية. لحسن الحظ فإن طلاء البولى يورثان الذي أوجد مقاومة الماء والذي اضاف في انتاج ملابس المطر. تزداد نفاذية بخار الماء لهذه الطلاءات عندما يتم تسخينها إلى درجة حرارة طور التحول. هذه الاضافات زادت قاباية التنفس في درجات الحرارة العالية وطورت الشعور بالراحة عند ارتداء هذه المتعلقات.

امتصاص الصدمات

تم استخدام اللدائن الذكية كطبقة لامتصاص الصدمات في المواد المركبة المقواة بالفيبروعن طريق التحكم في درجة الحرارة للمادة المركبة فان خاصية امتصاص الصدمات ممكن ان تتغير. يمكن استخدام البولى يورثان المحتوى على اللدائن الذكية (درجة حرارة التحول إلى زجاج =40 درجة) تم ادخاله مع مركب الكربون والفيبر. الكربون والفيبر تم استخدامهم لتسخين اللدائن الذكية والتحكم في خاصية الامتصاص في المركب. يتم استخدام المركب المحتوى على اللدائن الذكية عالى الكثافة من الفيبر في مواد البناء ذات التكيف للاهتزازات النشطة وأيضا في التحكم بالشكل.

المواد الانشائية

تم التاكد من قابلية استخدام اللدائن الذكي في شكل فوم الحوائط المفتوحة بسبب قلة الوزن والحجم وأيضا التكلفة وهذا المبدا تم تسميته (الذاكرة المرنة نتيجة الاحتفاظ بالبرودة). وهناك العديد من المزايا وهي قلة الوزن وحجم التخزين والاعتمادية العالية وقدرة عالية على امتصاص الصدمات وسهولة التصنيع ومقاومة للاشعاعات وأيضا عزل حرارى وكهربائى. العيب الواضح ان الاستعداد يحتاج إلى مصدر حرارى. يتم استخدامهم في بناء نظام الاتصالات الارضية وفي الفضاء كما في مكوك الفضاء. تدل التحقيقات المتتابعة في تأثيرنوع خاص من الفوم على انها تتمدد إلى الحالة الاصلية في تقريبا 4 ايام وهذا يرجع إلى درجة حرارة التخزين للفوم القريبة من درجة حرارة التحول إلى زجاج للتخلص من كل حركات ميكرو- براونين مع حدوث ارخاء للانفعال المؤثر. هذه النقاط خارج اهمية اختيار المواد ذات ذاكرة الاحتفاظ بالشكل عند درجات التحول والتي تضمن انها ستؤدى كما متوقع في مدى درجات الحرارة لهذه التطبيق. عرض لينغ استخدام الفيبر المقوى مع اللدائن الذكية لزيادة الجساءة وقدرتها على تحمل الإجهادات العالية مما يسمح استخدامها في كراسى التحميل في المواد الانشائية. تم اجراء عدة تجارب في الوقت الحالى على اللدائن الذكية المقواة بالكربون حيث وجد ان هذا المركب يمكن استخدامه في تطبيقات الفضاء وتم اجراء هذه الاختبارات بسبب رغبة وزارة الدفاع الأمريكية ووكالة ناسا إلى مركب متوفر على الارض ويمكن تخزينه وارساله إلى الفضاء لاستخدامه في كجمالونات في البناء. لاعداد هذه النماذج التجريبية فان المادة المركبة يتم تسخينها وتشكيلها ثم يتم تبريدها مع وجود التشكل حتى يثبت على نفس الشكل. يتم تصنيع الجمالونات الغير المستوية المستخدمة في تطبيقات الفضاء من اللدائن الذكية كأساس ومقوى بالفيبركربون ووضحت نتائج الاختبارات ان هذه لجمالونات أفضل من الجمالونات المستخدمة حاليا.

تطبيقات اخرى

تم التحقق من انه يمكن استخدام اللدائن الذكية في فك المنتجات الالكترونية وكان هذا جزء من تقليل التكلفة الكتعلقة بإعادة تدوير المنتجات الالكترونية بعد انتهاء عمرها الافتراضى.كما ان يمكن استخدام اللدائن الذكية أيضا في التليفونات المحمولة من خلال مسامير يتم تنشيطها عند تسخينها إلى درجة حرارة اعلى من درجة حرارة التحول إلى زجاج.

التطبيقات الحربية

هناك العديد من التطبيقات للدائن الذكية في مجال الدفاع. الفوم ذو ذاكرة الاحتفاظ بالشكل يمكن استخدامه لتصنيع الاجزاء التي تتميز بخفة الوزن وتشغل حيز اصغر ويسهل نقلها. في اثناء الحرب، يمكن برفع درجة الحرارة الحصول على الشكل الاصلى للجزء. هذه الخصائص التي تمتاز بها اللدائن الذكية جعلها مواد جذابة للاستخدام في تطبيقات الفضاء حيث ان الاجزاء التي يتم تصنيعها على الارض ثم يتم عليها عملية تشكل وغالبا تكون لجعله مضغوط وارساله إلى الفضاء وعند التأثير عليه بالحرارة يعود إلى شكله الاصلى. اللدائن المتشكلة بالحرارة وأيضا اللدائن المتصلبة بالحرارة والتي تحتوى على ذاكرة للاحتفاظ بالشكل والمقواة بالفيبر يمكن استخدامها في تطبيقات الفضاء.