کامپوزیت

 کامپوزیت 

کامپوزیتها عبارتند از ترکیبی از الیاف تقویت کننده ویک ماتریس پلیمری که می توان تصور کرد ماتریس پلیمری)مواد زمینه مانند چسبی است که تقویت کننده ها را به یکدیگر چسبانده و آنها را از آثار محیطی حفظ می کند بنابراین مواد کامپوزیتی را در دو دسته مواد زمینه و تقویت کننده ها بررسی می کنیم:

مواد زمینه کامپوزیت ها:دو وظیفه اساسی مواد زمینه انتقال بارها به تقویت کننده و حفظ تقویت کننده از آثار محیطی ناسازگار است مواد زمینه را می توان تقریبا در سه دسته پلیمرها، سرامیکها وفلزات طبقه بندی کرد

الف)پلیمرها:

 موسوم به رزین متداول ترین مواد زمینه هستند و معمولا به دو گروه کلی ترموست و ترموپلاستیک تقسیم می شوند. در گذشته ترموستها مواد اصلی زمینه کامپزیت ها بودند اگرچه امروزه کاربرد ترموپلاستیک ها رو به افزایش است ولی ترموست ها صلبیت خوبی دارند و در دماهای بالاتر کارآیی بهتری دارند از طرفی ذوب مجدد ترموست ها به دلیل شبکه ای شدن امکان پذیر نیست در حالی که ترموپلاستیک ها شبکه ای نمی شوند و جامداتی هستند که ذوب ،شکل دهی وسپس سرد می شوند.

رزین پلی استر: یکی از معروف ترین و ارزان ترین رزین هاست به طوری که گاهی واژه فایبرگلاس به کامپوزیت ساخته شده از رزین پلی استر با تقویت کننده شیشه به کار می رود.

کاربرد اصلی این رزین ها در بدنه کشتیها، کانالها، لوله ها، پانل سقف، واگنهای راه آهن و …. است.

از جمله معایب این رزین ها کارآیی کم در دمای بالا و مقاومت کم در برابر هوازدگی است.

رزین اپوکسی: متداول ترین زمینه برای چندسازه های پیشرفته است، چسبندگی عالی و محافظت در برابر خوردگی از ویژگیهای این رزین است بالاترین دمای کاربرد آن 350 تا400 درجه فارنهایت است از این رزین برای تولید لوله ها سیلندرها، مخازن و ظروف تحت فشار استفاده می شود.

رزین فنولی و کربنی: رزینهای ترموست فنولی کاربرد محدود ولی مهمی دارند به طوری که سالهاست در مصارفی نظیر کلیدهای برقی، جعبه تقسیم ها، قطعات قالب گیری شده خودرو، دستگیره و توپ بیلیارد استفاده می شود برخی دیگر از کاربردهای این رزین تقویت شده با الیاف بلند در دماغه راکت و درزگیری اگزوز و در بعضی پره ها و باله های راکتها است.

قیمت نازل های زمینه کربنی پنج برابر قیمت نازل های فنولی است و هم اکنون برای استفاده در جداره خارجی فضا پیما ها مورد توجه است این مواد دارای پایداری گرمایی در دمای بالا همچنین مقاومت در برابر شوک های گرمایی هستند.

زمینه های ترموپلاستیک: انتخاب آنها براساس قیمت، مقاومت در برابر عوامل محیطی، مقاومت در برابر خزش و …. تعیین می شود برخی از پلاستیکهای رایج تقویت شده عبارتند از: نایلون، پلی تترافلوئور واتیلن (PTFE) ،پلی وینیل کلرید (PVC) ،پلی استیرن و ....

که به علت کارآیی در دمای بالا به عنوان ترموپلاستیک های مهندسی نامیده می شوند.

تقویت کننده های کامپوزیت ها: تقویت کننده ها را تقریبا می توان به سه دسته الیاف، ذرات و ویسکرها تقسیم کرده که هر یک کاربرد منحصر به فرد دارند.

الف) الیاف: موادی هستند که در مقایسه با سایر مواد یک محور بسیار بلند دارند و استحکام آنها در جهت طول نسبت به سایر جهات به مراتب بیشتر است.

الیاف شیشه: از قرنها پیش مورد استفاده قرار می گرفته اند در دوره رنسانس برای استحکام به اجسام ظریف و نازک رشته های شیشه ای به شکل متقاطع یا بافته متصل می شد.

شیشه یک ماده بی شکل است که استخوان بندی آن سیلیس و ترکیبات و خواص ویژه آن ناشی از وجود اجزای اکسیدیمختلف است چهار نوع شیشه که بیشتر در کامپوزیت ها مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: شیشه E شیشه S شیشه C و کوارتز .

الیاف کربن _ گرافیت: تقاضا برای الیاف تقویت کننده با استحکام و مدول بالا منجربه توسعه الیاف کربن یا گرافیت شده است.

الیاف گرافیت الیافی کربنی هستند که تحت عملیات حرارتی بالاتر از 1650 درجه فارنهایت قرار گرفته اند. رسانایی نسبتا خوب الکتریسیته، سبکی، استحکام، مقاومت در برابر خزش و میرایی عالی از جمله مزایا آن است. ازجمله معایب آن نیز ترد بودن، مقاومت ضربه ای کم و گران بودن است. آلات موسیقی، صنایع هسته ای و بلندگو دست وپای مصنوعی از جمله کار برد های این تقویت کننده هاست.

الیاف آلی: متداول ترین آنها آرامیدها هستند و کولار یکی از متداول ترین آرامیدها است. شکنندگی آنها کمتر از شیشه یا کربن است نسوزند و در برابر اغلب حلالها مقاومند به طوری که در متداولترین حلالها به جز اسیدها و بازهای خیلی قوی بیش از 90% استحکام کششی خود را حفظ می کنند.

از کاربردهای آنها در زره پوش تانکها و نفربرها، تقویت کننده تایرها، جلیقه ضد گلوله است

تقویت کننده های ذره ای: اغلب از ذرات برای کاهش قیمت رزین های تقویت شده ترموست یا ترموپلاستیک استفاده می شود مانند: تالک، کربنات، کلسیم، خاک اره و پنبه نسوز برخی از این مواد هستند.

تقویت کننده های ویسکر: تک بلورهایی که نسبت معیین طول به عرض آنها بیش از یک است طول آنها معمولا mm2 تا mm50 است استحکام آنها بسیار زیاد است در کاربدهایی از رزین مورد استفاده قرار می گیرند که نمی توان از الیاف استفاده کرد.

این مواد ظرفیت حرارتی زیادی دارند به همین علت در زمینه های فلزی و سرامیکی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.قیمت بالا و لزوم جمع آوری مرتب کردن وتوزیع آنها به شکل مطلوب کاربرد آنها را محدود کرده است.

پوشش های نانوکامپوزیتی: یکی از نمونه های کاربرد عملی نانوتکنولوژی نشاندن لایه های نانوکامپوزیتی برروی مته های حفاری است. اخیرا شرکت ابزار سازی وگا نوع جدیدی از پوشش نانوکامپوزیتی موسوم به پوشش TH ارائه کرده است که استفاده از آن در ابزارهای حفاری موجب افزایش طول عمر وهمچنین بهبود کیفیت کار این ادوات می شود.

راندمان ابزارهای حفاری با استفاده از این ابزارها دو برابر مته های معمولی است. تولید حرارت کمتر در هنگام استفاده از مته هایی که با پوشش جدید بهبود یافته اند موجب می شود که بتوان از این مته ها در سوراخکاری خشک استفاده نمود.

 نظر یادتون نره.ممنون