امید اشکانی چهارشنبه 28 آبان 1393 08:09 ب.ظ نظرات ()



http://www.uplooder.net/img/image/43/55ea283b1f5ac6ac19c0b09156744c66/url.jpg

تاریخچه:

کامپوزیتها (مواد چند سازه ای یا کاهگل های عصر جدید ) رده ای از مواد پیشرفته هستند که در آنها از ترکیب مواد ساده به منظور ایجاد موادی جدید با خواص مکانیکی و فیزیکی برتر استفاده شده است.اجزای تشکیل دهنده ویژگی خود را حفظ کرده در یکدیگر حل نشده و با هم ممزوج نمی شوند.استفاده از این مواد در طول تاریخ نیز مرسوم بوده است .از اولین کامپوزیت‌ها یا همان چندسازه‌های ساخت بشر می‌توان به کاه گل وآجرهای گلی که در ساخت آنها از تقویت کننده کاه استفاده می شده است اشاره کرد..هنگامی که این دو باهم مخلوط بشوند در نهایت آجرپخته بدست می آید که بسیار ماندگارتر و مقاوم تر از هر دو ماده اولیه یعنی گل و کاه است.قایق‌هایی که سرخ‌پوست‌ها با قیر و بامبو می‌ساختند و تنورهایی که از گل، پودر شیشه و پشم بز ساخته می‌شدند و در نواحی مختلف کشورمان یافت شده است،نیز از کامپوزیت‌های نخستین هستند. بسیاری از نیازهای صنعتی صنایعی مانند صنایع فضایی ، راکتورسازی، الکترونیکی و غیره نمی‌تواند با استفاده از مواد معمولی شناخته شده ، برآورده شود. اما قسمتی از آن نیازها، می‌تواند با استفاده از قدیمی ترین مثال از كامپوزیت ها مربوط به افزودن كاه به گل جهت تقویت گل و ساخت آجری مقاوم جهت استفاده در بناها بوده است . قدمت این كار به 4000 سال قبل از میلاد مسیح باز می گردد . در این مورد كاه نقش تقویت كننده و گل نقش زمینه یا ماتریس را دارد . ارگ بم كه شاهكار معماری ایرانیان بوده است،نمونه بارزی از استفاده از تكنولوژی كامپوزیت ها در قرون گذشته بوده است.مثال دیگر،تقویت بتن توسط میله های فولادی می باشدكه قدمت آن به سال 1800 میلادی باز می گردد . در بتن مسلح یا تقویت شده،میله های فلزی،استحكام كششی لازم را در بتن ایجاد می نمایند چرا كه بتن یك ماده ترد می باشد و مقاومت اندكی در برابر بارهای كششی دارد . بدین ترتیب بتون وظیفه تحمل بارهای فشاری و میله های فولادی وظیفه تحمل بارهای كششی را بر عهده دارند .


http://www.uplooder.net/img/image/59/a9f7b8adf056ece5045e31b733c4e2ad/108.gif

 



تاریخچه مواد پلیمری تقویت شده با الیاف به سالهای 1940 در صنایع دفاعی و به خصوص كاربردهای هوا - فضا بر می گردند برای مثال در سال 1945 بیش از 7 میلیون پوند الیاف شیشه به طور خاص برای صنایع نظامی ، مورد استفاده قرار گرفته است . در ادامه با توجه به مزایای آنها ، به صنایع عمومی نیز راه یافتند.

 

http://www.uplooder.net/img/image/27/9dd11bcd89633e95c21a0042664144ba/3.jpg

تعریف:

كامپوزیت = پلیمرهای تقویت شده با الیاف

معمولا یک ماده کامپوزیت را به صورت یک مخلوط فیزیکی در مقیاس ماکروسکوپیک از دو یا چند ماده مختلف تعریف می کنند که این مواد خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خودرا حفظ کرده و مرز مشخصی را با یکدیگر تشکیل می دهند.این مخلوط در مجموع و با توجه به برخی معیارها خواص بهتری از هریک از اجزای تشکیل دهنده خودرا دارا می باشد.در کامپوزیت عموماً دو ناحیه متمایز وجود دارد.

۱- فاز پیوسته (ماتریس)

2-فاز ناپیوسته(تقویت کننده)

در یک کامپوزیت به طور کلی الیاف،عضو بار پذیر اصلی سازه هستند در حالیکه ماتریس آنها را در محل وآرایش مطلوب نگاه داشته وبعنوان یک محیط منتقل کننده بار بین الیاف عمل می کند،به علاوه آنهارا از صدمات محیطی دراثر بالا رفتن دما و رطوبت حفظ می کند.

كامپوزیتها شامل یك یا چند فاز غیر پیوسته در یك فاز پیوسته می باشند.

خواص كامپوزیتها تابع موارد زیر می باشد:

1-   خواص فازهای تشكیل دهنده آن ( ماتریس و الیاف )
2- توزیع فازها
3- اثرات متقابل فازها بر یكدیگر
4- ابعاد ماده تقویت كننده شامل : شكل و اندازه و توزیع ذرات

 

نقاط قوت كامپوزیت ها:

• وزن کم این مواد در عین بالا بودن نسبت مقاومت به وزن آنها (حتی تا 15 برابر برخی از فولادها ).

• مقاومت بالا نسبت به خوردگی.

•وجود روش های مختلف ساخت و امکان تولید اشکال پیچیده و متنوع

 

 

ویژگی های اصلی کامپوزیت ها :

كامپوزیت ها دارای:

      وزن مخصوص کم- پایداری حرارتی خوب- توانایی بالا در جذب           انرژی ها- ظرفیت دمپینگ بالا- سهولت در تولید- مقاومت خستگی خوب

        مقاومت مكانیكی بالا- مقاومت شیمیایی (ضدخوردگی)- صافی سطح- سبكی و سهولت در نصب- حمل آسان- كاهش هزینه های پمپاژ- عدم نیاز به حفاظت كاتدیك- طول عمر مفید بسیار بالا- بهداشتی بودن- مقاومت خوب دمایی- عدم تخریب در مقابل اشعه ماوراء بنفش-   عدم نیاز به پوششهای مختلف می باشند.                                           

تقسیم بندی مواد كامپوزیت:                                          

 كامپوزیتها را می توان از نقطه نظر فاز پیوسته تقسیم بندی نمود:

1) کامپوزیتهای زمینه سرامیکی ( CMC )

2) کامپوزیتهای زمینه فلزی ( MMC)

3) کامپوزیتهای زمینه پلیمری ( PMC )

 

كامپوزیت های پایه پلیمری:

كامپوزیتهای پایه پلیمری كه مهم ترین دسته از كامپوزیت ها می باشند طیف وسیعی از صنایع ، از صنایع رده بالا مثل تولید قطعات هواپیما گرفته تا صنایع رده پایین مثل تولید سینك ظرفشویی و .... از كامپوزیتهای پایه پلیمری تولید می شوند و درحال حاضر 59 درصد بازار كامپوزیت ها را به خود اختصاص داده اند و به همین دلیل بزرگترین زیر مجموعه مواد مركب محسوب می گردند .

ردپای كامپوزیت های پایه پلیمری را در حوزه های زیر می توان جستجو نمود :

1- صنایع حمل و نقل شامل حمل و نقل هوایی ، جاده ای و دریایی

2- صنایع نظامی و هوا – فضا

3- صنایع انرژی در هر حوزه های تولید و انتقال برق و صنعت نفت ، گاز و پتروشیمی

4- صنعت ساخت و ساز شامل صنایع زیر بنایی و صنعت ساختمان

5- صنایع مبلمان شهری

6- وسایل خانگی

7- لوازم ورزشی

كامپوزیت های پایه پلیمری در حال حاضر تنها به میزان 1 درصد در مهد تولد خود یعنی صنایع هوا – فضا كاربرد دارند و قسمت عمده الباقی در صنایع ساخت و ساز و حمل و نقل به كار گمارده می شوند.درحقیقت توسعه فناوری تولید كامپوزیتهای پایه پلیمری،این امكان را فراهم كرده است تا اغلب صنایع از مزایای منحصر به فرد این مواد بهره جویند.مطابق آمار ارائه شده ، بیشترین میزان مصرف كامپوزیت ها معطوف به صنعت ساخت و ساز مشتمل بر ساختمان،ابر سازه ها ، صنایع نفت و گاز و لوله می باشد .

 

مزایای كامپوزیت های پایه پلیمری:

مزایای سازه های مبتنی بر كامپوزیت های پلمیری نسبت به نمونه های سنتی بتنی ، چوبی و فلزی را كه باعث نفوذ آنها در گستره وسیعی از صنایع مختلف شده است ، در موارد زیر می توان خلاصه نمود :

 

1- كاهش وزن سازه ساخته شده با توجه به معماری قابل تغییر بر اساس خواست طرح

2- ایمن بودن در برابر پدیده خوردگی

3- قابلیت تحمل بارهای سیكلی و مقاومت بسیار مناسب در برابر پدیده خستگی

4- سادگی روشهای تولید و امكان تولید اشكال بسیار پیچیده باروشهای بسیار آسان ، كارآمد و مقرون به صرفه

5- سهولت فرایندهای تعمیر و عیب یابی

6- ضریب انبساط حرارتی پایین و عایق مناسب حرارتی

7- عایق الكتریكی

8- بهبود اتصالات و امكان تولید یكپارچه

9- خصوصیات ارتعاشی بسیار مناسب و مقاوم بودن نسبت به پدیده تشدید در ارتعاشات نسبت به فلزات

10- قابلیت مونتاژ آسان

ساختار كامپوزیت های پایه پلیمری:

در كامپوزیت های پایه پلیمری ، ماتریس یا همان زمینه یك ماده پلیمری است كه به آن لفظ رزین اطلاق می گردد و شامل دو دسته كلی ترموپلاستیك و ترموست ها هستند.الیاف تقویت كننده نیز شامل انواع شیشه،آرامید،كربن و بورن می باشد . دراین تركیب نقش باربری به صورت عمده بر عهده الیاف است . رزین وظیفه توزیع بار اعمال شده در شبكه الیاف و نگهداشتن موقعیت الیاف در جای خود را بر عهده دارد . امروزه استفاده از الیاف طبیعی در كامپوزیت های موسوم به كامپوزیت سبز نیز رونق خاصی پیدا كرده است.

 

نوع دیگری از تقسیم بندی كامپوزیتها :

1-   كامپوزیتهای پودری
  - نسبت طول به قطر آنها تقریبا نزدیك یك است.
  - خواص كامپوزیتها به جهت الیاف بستگی ندارد.
  - سفتی یا مدول كامپوزیت بالا است ولی استحكام كششی افزایش ندارد.
  - بهبود خواص هدایت الكتریكی و حرارتی
  - كاهش جمع شدگی


2- كامپوزیتهای لیفی- كامپوزیتهای تك لایه- كامپوزیتهای چند لایه-    كامپوزیتهای زاویه دار

   ویژگی برجسته این كامپوزیتها :     

      استحكام ویژه بالا، كنترل خواص ناهمسانی

 

نقش الیاف در ساختار مواد کامپوزیت:

الیاف اصلی ترین اِلمان در مواد مرکب لیفی هستند که بالاترین کسر حجمی را در ساختار کامپوزیت دارند. انتخاب صحیح نوع، مقدار و جهت بسیار مهم بوده و تاثیر زیادی در خصوصیاتی نظیر :

    - جرم مخصوص

    - استحکام کششی

    - مدول کششی

    - استحکام فشار

    - استحکام خستگی

    - قیمت

    - خواص حرارتی و الکتریکی دارند.

 

طبقه بندی اصلی ترین الیاف مورد استفاده در کامپوزیت ها :

    - فلزی : شیشه ، ازبست

    - معدنی : کربن، گرافیت، آرامید

    - عالی : بر، Sic

    - طبیعی : طبیعی

 

نوع الیاف، مقدار و آرایش یافتگی آنها روی خواص زیر تاثیر می گذارد:

1- استحكام و مدول كششی، فشاری و خمشی
2- استحكام خستگی
3- ضرایب انتقال حرارت و الكتریسیته
4- وزن مخصوص كامپوزیت
5- قیمت

الیاف مورد استفاده در صنعت كامپوزیت :

1- الیاف شیشه
2- الیاف كربن
3- الیاف آرامید
4- الیافهای دیگر مثل : آزبست، بازالت، بر، پلی اتیلن