پنبه نسوز

پنبه نسوز چیست؟ این ماده با نام دیگر آزبست نیز شناخته می شود. برای آشنایی با کاربرد پنبه نسوز و خطرات آن با خواندن این مقاله ما را همراهی نمایید:

پیش از صحبت راجع به آزبست و کاربرد های آن در ابتدا به توضیح کوچکی راجع به انواع الیاف معدنی می پردازیم:

الیاف معدنی چست؟

الیاف معدنی که الیاف آزبستی (طبیعی) و الیاف کوتاه و رشته ای مصنوعی (نظیر الیاف شیشه ای، کربنی و اکسیدی) را شامل می شود، دارای نسبت طول به قطر بیشتر از 10 و سطح مقطع کمتر از 0.05 mm2 می باشند.

تقویت مکانیکی و علیق کاری از مهم ترین حوزه های کاربردی الیاف معدنی به شمار می روند. الیاف مورد استفاده در این دو حوزه از ویژگی های بسیار متفاوتی برخوردارند.

الیاف به کار رفته در تولید مواد عایق باید اشتعال ناپذیری و رسانایی حرارتی پایین (مقاومت حرارتی بالا) از خود نشان دهند. در خصوص کاربرد های عایق کاری دما بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی، پایداری در برابر دماهای بالا و پابداری حرارتی دراز مدت نیز حائز اهمیت است.

برای الیاف مورد استفاده در بخش تقویت مکانیکی، خواص مکانیکی در درجه ی اول اهمیت دارند. استحکام کششی و ضریب کشسانی این الیاف باید فوق العاده بالا و چگالی آن ها حتی الامکان پایین باشد. ویژگی نخست از لحاظ دستیابی به بالاترین سختپایی و سفتی ممکن در مواد چند سازه (کامپوزیت) که از طریق وارد نمودن یک جهتی یا چند جهتی این الیاف ایجاد می گردد. (ترجیحا در پلاستیک ها) حائز اهمیت می باشد.

چگالی پایین در خصوص تولید کامپوزیت هایی با بیشترین نسبت استحکام به وزن از اهمیت فراوانی برخوردار است، به طوری که در ساخت وسایل نقلیه ی موتوری و نظامی، سبب کاهش وزن و در نتیجه صرفه جویی در سوخت خواهد شد.

در جدول زیر خواص مکانیکی مهم ترین الیاف تقویت کننده را می توانید مشاهده نمایید:

حوزه ی کاربردیبرجسته ترین ویژگی هاالیاف مورد استفاده
تقویت مکانیکی
پلاستیک هااستحکام کششی بالا، ضریب کشسانی بالا، چگالی پایینآزبست، الیاف شیشه ای، الیاف کربنی،الیاف SiC، الیاف بور، الیاف اکسیدی (Al2O3)
درزگیر ها، آستر های اصطحکاکیاستحکام فشاری، رفتار تغییر شکل کشسان، پایداری حرارتی، مقاومت سایشیآزبست، الیاف شیشه ای، الیاف فولادی
رشته تایرپایداری در برابر تنش مکانیکی متناوبالیاف فولادی و الیاف فلزی بسیارکوتاه
سیمانمقاومت شیمیایی در برابر سیمان، پایداری مکانیکیآزبست، الیاف شیشه ای مقاوم در برابر سیمان، الیاف فولادی
عایق حرارت و محافظت در برابر شعله
عایق گرما و سرما در ساختمان هارسانایی حرارتی پایینپشم شیشه، پشم سنگ، پشم سرباره
محافظت در برابر شعلهمقاومت حرارتی بالا، اشتعال ناپذیریالیاف سیلیکات آلومینیوم
عایق حرارتی واحد های دما بالابالا بودن حد بالایی دمای کاربردالیاف اکسیدی (ZrO2،Al2O3)
متفرقه
رویه ی ضد الکتریسیته ی ساکنرسانایی الکتریکیالیاف فلزی
رشته های ملتهبنقطه ی ذوب بالا، پاداری مکانیکیالیاف تنگستن
انتقال نوربالاترین خلوص جهت انتقال کامل نور بدون اتلافالیاف شیشه ای ویژه
فیلتراسیون گاز داغپایداری شیمیاییالیاف اکسیدی
صاف کردن مایعاتسطح ویژه بالا، بهره دهی فیلتراسیون بالاآزبست

 

در ادامه به آزبست و خواص آن بیشتر می پردازیم.

آزبست یا همان پنبه ی نسوز (پنبه ی کوهی) به عنوان اولین ماده ی معدنی الیافی به کار گرفته شده، در حال حاضر هنوز هم صرفا از کانسار های طبیعی تولید می شود. این ماده رد اثر تبدیل هیدروترمال سنگ آتشفشانی قلیایی و فوق قلیایی (اولیوین و پیروکسن) به سرپنتاین ایجاد می گردد.

حین این عمل، فرایند تشکیل آزبست به وقوع می پیونددو دو نوع آزبست با ساختار های متفاوت حاصل می شود: آزبست سرپنتاین و آزبست آمفیبولیت. هر یک از انواع فوق دارای زیر گروه های متعددی می باشند که در جدول زیر می توانید مشاهده نمایید.

انواع آزبست

نوع آزبستفرمول
·        آزبست سرپنتاین

 

کریزوتیل  (ارتو-،کلینو-، پاراکریزوتیل)Mg3(OH)4[Si2O5]
·        آزبست آمفیبول
1-آمفیبول بدون قلیا یا حاوی مقادیر کم قلیا

الف) بدون آهک:

آنتوفیلیت(Mg,Fe2+)7(OH)2[Si8O22]
آموزیت(Fe2+,MgAl)7 (OH)2[(Si,Al)8O22]
ب) آهک دار
ترمولیتCa2 (Mg,Fe)5(OH,F)2[Si8O22]
آکتینولیت(Ca,Na)2(Fe,Mg,Al)5(OH,F)2[(Si,Al8)O22]
2- آمفیبول قلیادار
کروسیدولیتNa2(Fe2+,Mg)3Fe3+2 (OH)2[Si8O22]

 

ذخایر جهانی

حدود 95 درصد دخایر جهانی این ماده از نوع کریزوتیل بوده و بزرگترین آن ها در کانادا و شوروی (سابق) واقع شده اند. مهم ترین کانسار های آمفیبول در آفریقای جنوبی وجود دارد.

درصد آزبست موجود در سنگ های دخایر قابل استخراج 4 الی 10 درصد می باشد ( شهر های کبک و اورالز). و حد استخراج اقتصادی آن چیزی حدود 3 درصد تخمین زده شده است.

استخراج صنعتی الیاف آزبستی به روش خشک با خرد و نرم کردن سنگ حاوی این ماده در سنگ شکن های فکی و آسیاب های دو غلتکی (خردکن استوانه ای) آغاز می گردد. این الیاف از طریق عملیات پی در پی شکستن ، خرد کردن و تکه تکه کردن در استوانه های مجهز به برآمدگی های کاردی شکل از محصول خام خشک شده جداسازی می شوند. الیاف به کمک غربال کردن و ( طبقه بندی با هوا) از گانگ جدا شده و توسط استوانه های مخصوص دانه بندی به الیافی با طول های مختلف تفکیک می گردند.

روش ” تر ” دستیابی به توطیع باریک تر طول الیاف را میسر می سازد ( که برای آزبست آمفیبولی حائز اهمیت است). در این روش الیاف پنبه نسوز به کمک هیدرو سیکلون از مخلوط خرد شده جدا گردیده و الیاف کوتاه و بلند توسط غربال دوار جداسازی می شوند.

خواص

خواص فیزیکی و شیمیایی این الیاف نه تنها با کانسار و نوع پنبه ی نسوز بلکه به طول الیاف و درجه ی هیدرولیز نیز وابسته است. در دو گروه اصلی معروف به آزبست خام تکه تکه نشده ی دست چین شده با طول 3/8 و ¾ اینچ یا بلند تر ، از یک طرف ، و الیاف خرده (ریز) ، از طرف دیگر ، یزر گروه های دیگری بر اساس طول الیاف ، درجه ی هیدرولیز و بافت الیاف نیز وجود دارد که می توان آن ها را بر پایه همین ویژگی ها تقسیم بندی نمود. این تقسیم بندی برای کاربرد های صنعتی حائز اهمیت است.

ترکیب شیمیایی و ساختار مختلف ازبست های آمفیبول و کریزوتیل تاثیر قابل توجهی بر خواص فیزیکی آن ها می گذارند.

آزبست کریزوتیل

هر یک از الیاف میکروسکوپی منفرد آزبست کریزوتیل از تعدادی رشته ی کوچک کم و بیش موازی با قطر 15 تا 40 نانومتر تشکیل شده اندکه در زیر میکروسکوپ الکترونی به صورت الیاف تو خالی با ساختاری شبیه قالی لوله شده به نظر می رسند. جداره ی این لوله ها یا استوانه های کوچک از لایه های دوتایی با ترکیب Mg3(OH)4Si2O5 تشکیل شده است که در آن یک لایه بروسیت Mg(OH)2 و یک لایه SI2O5 به هم فشرده شده اند.

عدم تطابق دقیق دو شبکه ی بلوری با یکدیگر، سبب ایجاد خمیدگی و در نتیجه به وجود آمدن الیاف توخالی خواهد شد. به همین جهت آزبست کریزوتیل را می توان به سهولت به الیاف بسیار ریز خرد نمود.

این الیاف بسیار ریز نرم و انعطاف پذیر هستند و بهتر از سایر انواع پنبه ی نسوز ریسیده می شوند. با این وجود ، کریزوتیل صنعتی همیشه به صورت دسته الیاف می باشد.

آزبست آمیفوبیل

اما بر خلاف کریزوتیل، آزبست آمیفوبیل از نوار های Si4O11 به عنوان عوامل حمایت کننده تشکیل شده است. این نوار ها به نوار های هیدروکسید فلزی فشرده شده اند و نوار های دوتایی را ایجاد می کنند که توسط کاتیون ها به هم نگه داشته می شوند.

بنابراین پنبه ی نسوز آمفیبول را نمی توان به صورت الیاف ریز خرد نمود و بخش های خرد شده شباهت زیادی به سوزن های بلورین سخت خواهند داشت.

ساختار های مختلف انواع آزبست ، خواص فیزیکی و شیمیایی بسیار متفاوتی را ایجاد می نماید. بر خلاف نوع آمفیبول، الیاف کریزوتیل ” پتانسیل زتا” مثبت از خود نشان می دهد. این ویژگی در کاربرد این نوع الیالف به عنوان صاف کننده و زلال کننده در صنایع غذایی و آشامیدنی و همچنین برای جداسازی ویزوس ها و پیروژن ها از محلول های دارویی حائز اهمیت می باشد. الیاف کریزوتیل ( به دلیل قابلیت خالی بودن الیاف)بر خلاف نوع آمفیبول، در برابر اسید ها ناپایدار اند.

خطرات و جایگزین ها

به دلیل مسمومیت الیاف ( الیاف بلند تر از 5 نانومتر و با قطر کمتر از 3 میکرومتر ) در ریه ها و همچنین ایجاد گرد و غبار ریز در خلال فراوری آزبست و مواد آزبست دار (ابتلا به آزبستوزیس، سرطان ریه و مزوتلیوما) مقررات شدیدی برای تامین ایمنی وضع گردیده است. ( حداکثر غلظت مجاز (مقدار MPC) در مکان های کاری کشور آلمان از سال 1982 برابر یک لیف (Fiber) در هر سانتی متر مکعب بوده است.

الیاف پنبه نسوز و خطرات آن ها 1

این مسئله سبب گردیده است تا در خصوص یافتن مواد جایگزین پنبه کوهی تحقیقات مفصلی به عمل آید و در نتیجه چندین جایگزین برای کاربرد های صنعتی معرفی شده اند.

کاربرد ها

این ماده به دلیل تلفیق منحصر به فرد از چندین خاصت با ارزش نظیر پایداری حرارتی، اشتعال ناپذیری، مقاومت در برابر پوسیدگی، پایداری در برابر مواد شیمیایی ، قابلیت ریسندگی به صورت الیاف، عایق کاری خوب حرارتی، استحکام مکانیکی و ” تر شوندگی” خوب توسط چسب های معدنی و آلی در گستره ی وسیعی از کاربرد ها و تقریبا در تمامی بخش های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

به عنوان مثال پنبه نسوز در صفحات و لوله های سیمان آزبستی ، لنت ترمز و صفحع کلاچ، منسوجات آزبستی ، کف پوش ها، ترکیبات قالب گیری پلاستیک، صفحات آب بندی فشار بالا، تخته و ورقه های آزبستی به عنوان مواد پالایه (صافی)، در ترکیبات قالب گیری، به عنوان ماده ی عایق یا دیافراگم و در بسیاری کاربرد های دیگر به کار می رود.

بیش از 3000 مورد کاربرد برای این ماده وجود دارد. تا کنون بیشترین مقدار این ماده در مواد چند سازه ی الیاف ازبستی برای تقویت مکانیکی مواد اتصال دهنده ی معدنی (سیمان) یا آلی ( پی وی سی، لاستیک، پلاستیک های سخت شونده) مورد استفاده قرار گرفته است. افزایش استحکام کششی ( حدود 10 درصد) الیاف پنبه نسوز تا دمای 400 درجه ی سانتی گراد در برخی از این حوزه های کاربردی حائز اهمیت می باشد. لازم به ذکر است که الیاف شیشه ای در دمای فوق تنها کسری از استحکام خود در دمای اتاق را دارا هستند.

کاربرد های الیاف پنبه نسوز در مواد چند سازه ( کامپوزیت)

سیمان آزبستی مهم ترین فراورده ی پایه معدنی تقویت شده با الیاف می باشد که از سال 1900 در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار گرفته است. این الیاف (معمولا کریزوتیل) توسط سیمان پرتلند اتصال داده می شوند و در اثر سفت شدن مخلوط حاصله، ماده تقویت شده ای با 10 تا 20 درصد آزبست همراه با خواص عالی) حاصل می گردد (اترنیت، قولگوریت و…)

در روش سنتی ساخت سیمان آزبستی ، دوغاب از سیمان و الیاف این ماده، تهیه شده و در غربال های استوانه ای که به صورت مداوم کار می کنند، به صورت یک ماده ی کرکی لیفی ته نشین می شود. سپس اسن ماده ی کرکی تحت فشار 200 بار فشرده می گردد و برای 24 تا 48 ساعت در قالب ها یاقی می ماند تا سفت شود. فرایند فوق را می توان به وسیله ی سخت گردانی با بخار تسریع نمود.

پنبه نسوز چیست 1

تخته های پنبه نسوز مورد استفاده در پوشش کاری بام و قطعات قالب گیری شده ی دیگر صنایع (شامل لوله های فشار بالا برای کاربرد در فشار های تا 40 بار) نیز به همین شیوه یا روش های مشابه تولید می شوند.

سیمان

سیمان آزبستی به دلیل برخورداری از خواص مکانیکی خوب ، رسانایی حرارتی پایین و پایداری در برابر هوا ، یخ زدگی و پوسیدگی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. دوغاب این ماده و سیمان نیز می تواند برای لایه های عایق حرارتی (داغ و سرد) و صوتی مستقیما به کمک روش پاشیدن اعمال گردد.

 در راستای دستیابی به مواد جایگزین این ماده در سیمان ( نظیر الیاف شیشه، الیاف فولادی، الیاف آلی) کوشش های چشم گیری به عمل آمده است، هر چند که به دلیل قیمت بالای الیاف جایگزین و یا ناپایداری آن ها نسبت به مواد قلیایی موجود در سیمان ، اساسا هیچگونه ماده ی جایگزین مناسبی پیشنهاد نگردیده است.

ضریف اصطحکاک بالای پنبه ی کوهی (0.4 تا 0.5 در مقایسه با کمتر از 0.1 برای الیاف شیشه ) در حوزه ی کاربردی آستر اصطحکاکی حائز اهمیت است. در تولید لنت کلاچ و ترمز ، از 20 تا 60 درصد پنبه نسوز همراه با پر کننده ، تراشه های فلزی و ترجیحا رزین های فنلی و لاستیک ( به صورت یک ماده ی چند سازه) استفاده می شود.

لنت ها

در حال حاضر، لنت ترمز های بدون آزبست معروف به ” لنت ترمز نیمه فلزی” نیز ساخته می شوند. این محصولات از مخلوط الیاف فلزی، پودر های فلزی، الیاف سلولزی، الیاف سیلیکات آلومینیوم و پشم سنگ پیوند داده شده به رزین های مصنوعی تشکیل شده اند.

مواد آلی تقویت شده با این ماده ( ترموپلاستیک ها، دورا پلاستیک ها و الاستومر ها) به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند که از آن جمله می توان به مواد قالب گیری سخت شونده بر پایه ی رزین های فنلی یا ملامین تقویت شده با پنبه نسوز برای تولید قطعات عایق کاری در موتور های احتراقی، قطعات مورد استفاده در تاسیسات الکتریکی و چرخ دنده ها اشاره نمود. الیاف شیشه ای ، الیاف کرنی و دیگر الیاف مصنوعی به عنوان مواد جایگزین الیافی و کربنات کلسیم، رس یا تالک به عنوان مواد جایگزین غیر الیافی مورد استفاده قرار می گیرند.

کفپوش ها

در تولید کف پوش ها و کاشی های پلی وینیل کلراید ، به ترموپلاستیک ها ، آزبست افزوده می شود. اگر چه این ماده سریعا در حال جایگزین شدن با الیاف شیشه ای است. لاستیک تقویت شده با این ماده به عنوان درزگیر به کار می رود. و در تولید ورقه های ” آی تی” که با نام های تجاری مختلفی نظیر ” کلینگریت” عرضه می شوند ، مورد استفاده قرار می گیرد. برای درزگیر های مقاوم در برابر اسید (مانند اسید فسفریک)، این ماده در نوع آمفیبول بر کریزوتیل ارجحیت دارد.

در این نوع کاربرد ها استفاده از الیافی با خطرات کمتر نظیر الیاف گرافیتی یا پلی تترافلوئورواتن رو به افزایش است.

منسوجات بافته شده با این ماده ، فلوکوله شده یا تابیده شده، غالبا اساس اجزا آب بندی نظیر لایی واشر ها و درزگیر های حلقوی را تشکیل می دهند.

کاغذ و تخته های ساخته شده با این ماده که از طریق فیلتر کردن و فشرده نمودن دوغاب الیاف ( مشابه تولید کاغذ) تولید می شوند جهت واشر سرسیلندر موتور های احتراقی خنک شونده با آب مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربرد های الیاف پنبه نسوز در منسوجات و مواد صاف کننده

کریزوتیل مناسب ترین نوع آزبست برای منسوجات است. فقط 0.8 درصد ماده ی خام قابل ریسندگی است. در تولید محصولات بافتنی آزبستی، برای دستیابی به استحکام مورد نیاز بایستی الیاف معروف به الیاف حامل (الیاف مصنوعی آلی یا پنبه ای) افزوده شوند. این عمل حداکثر دمای کار منسوجات را از حدود 480 درجه ی سانتی گراد ( که مربوط به نخ 99 تا 100 درصد آزبستی است) کاهش می دهد و این کاهش دما تابعی از مقدار الیاف حامل خواهد بود. در حوزه ی کاربردی دمالی بالا، استفاده از منسوجات الیاف کانی بدون آزبست روبه افزایش است.

از نوع کریزوتیل به عنوان ماده ی صاف کننده در صاف یا زلال نمودن مواد خوراکی و نوشابه ها و جداسازی ویروس ها و پیروژن ها از محلول های دارویی شدیدا حساس استفاده می شود. سطح ویژه ی بالا، پتانسیل زتای مثبت و خواص تبادل یونی کریزوتیل ، تلفیق فوق العاده مطلوبی از خواص به شمار می آیند و مشکل بتوان ماده ی جایگزین عاری از آزبست یا چنین ویژگی هایی پیدا کرد. پلایه های سلولزی مخلوط شده با خاک دیاتومه (زتا، پلاس، فیلتر) به عنوان جایگزین پنبه نسوز پیشنهاد شده اند.

آزبست در یک نگاه:

  • این ماده مقاومت در برابر خوردگی، گرما، عایق بودن و… در محصولات زیادی مورد استفاده قرار می گیرد.
  • استنشاق و یا بلعیدن این ماده می تواند خطرات زیادی را پدید آورد
  • این ماده بی مزه و بی بو می باشد و با چشم مشاهده نمی گردد. شناسایی این ترکیب تنها با کمک آزمایش های خاص امکان پذیر می باشد
  • مطالعات نشان می دهد که این ترکیب می تواند سرطان های گوناگونی را به وجود آورد
  • شایع ترین سرطان مربوط به آزبست مزوتلیوما است. اما این ترکیب ارتباط خاصی با بیماری هایی نظیر سرطان ریه ، سرطان تخمدان و سرطان حنجره نیز دارد.
  • از جمله سایر بیماری هایی که با این ماده به وجود می آیند می توان به آزبستوز، پلورال پلور، پلاک های پلوری ، COPD و… اشاره نمود.
  • استفاده از این ماده در آمریکا ممنوع نمی باشد

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *