مواد کامپوزیتی

در این مقاله آموزشی قصد داریم تا بطور تخصصی به بررسی مواد کامپوزیتی بپردازیم، پس با ما همراه باشید

کلمه ی کامپوزیت که آن را در فارسی به مواد مرکب یا چند سازه ای ترجمه کرده اند ، به معنی مرکب از دو یا چند جزء مشخص میباشند که کاربرد فراوانی در صنعت و زندگی ما دارند. کامپوزیت ها موادی سبک ، مقاوم در برابر خوردگی و ضربه ، دارای مقاومت خستگی عالی ، مستحکم و با دوام اند و به روش های مختلفی قابل تبدیل به یک محصول یا قطعه می باشند .

تاریخچه ی کامپوزیت ها

با تعریف فوق ، کامپوزیت ها در اصل از زمان های قدیم مورد توجه بوده اند . از نمونه های قدیمی کاربرد این نوع مواد می توان به کاه گل و یا مومیایی اشاره نمود . کامپوزیت ها خواص مکانیکی برجسته ای داشته و از انعطاف پذیری مناسبی در طراحی برخوردارند و روش های ساخت آن ها نسبتا آسان است .

تقسیم بندی کامپوزیت ها

مواد کامپوزیتی از یک ماده زمینه (ماتریس) تقویت شده با انواع مختلفی از الیاف ها ساخته شده است . الیاف های تقویت کننده تحمل کننده ی اصلی بارها می باشند و زمینه ، وظیفه ی فراهم سازی بستر مناسب جهت انتقال باز از الیافی به الیاف دیگر را بر عهده دارد .

کامپوزیت ها بر اساس نوع زمینه ای که تقویت کننده را احاطه نموده است و آن ها را به هم اتصال می دهد به سه گروه عمده بر اساس یک طبقه بندی بین المللی واحد تقسیم می شوند که عبارتند از:
۱ ) کامپوزیت های پایه فلزی Composites Mattel Matrix یا MMC
۲ ) کامپوزیت های پایه سرامیکی Composites Ceramic Matrix یا CMC
۳ ) کامپوزیت های پایه پلیمری Composites Polymer Matrix یا PMC

کامپوزیت های پایه پلیمری

کامپوزیت های پایه پلیمری مهمترین دسته از کامپوزیت ها می باشند که طیف وسیعی از صنایع ، از صنایع رده بالا مثل تولید قطعات هواپیما گرفته تا صنایع رده پایین مثل تولید سینک ظرفشویی و … از کامپوزیت های پایه پلیمری تولید می شوند .

کامپوزیت های پایه پلیمری در حال حاضر ۵۹ درصد بازار کامپوزیت ها را به خود اختصاص داده اند و به همین دلیل بزرگترین زیر مجموعه مواد مرکب محسوب می شوند . امروزه اغلب صنایع از مزایای منحصر به فرد این مواد بهره می جویند و ردپای کامپوزیت ها را در حوزه های زیر می توان جست و جو 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 زیربنایی و صنعت ساختمان
5.  صنایع مبلمان شهری
6.  وسایل خانگی
7. لوازم ورزشی

مزایای کامپوزیت های پایه پلیمر ی

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

1.  کاهش وزن سازه ساخته شده با توجه به معماری قابل تغییر بر اساس خواست طرح
2.  ایمن بودن در برابر پدیده ی خوردگی
3.  قابلیت تحمیل بارهای سیکلی و مقاومت بسیار مناسب در برابر پدیده خستگی
4.  سادگی روش های تولید و امکان تولید اشکال بسیار پیچیده با روش های بسیار آسان ، کارآمد و مقرون به صرفه
5.  سهولت فرآیند های تعمیر و عیب یابی
6.  ضریب انبساط حرارتی پایین و عایق مناسب حرارتی
7.  عایق الکتریکی
8.  بهبود اتصالات و امکان تولید یکپارچ ه
9.  خصوصیات ارتعاشی بسیار مناسب و مقاوم بودن نسبت به پدیده ی تشدید در ارتعاشات نسبت به فلزات
10.  قابلیت مونتاژ آسان

ساختار کامپوزیت های پایه پلیمر ی

در کامپوزیت های پایه پلیمری ، ماتریس یا همان زمینه یک ماده پلیمری است که به آن رزین گفته میشود و شامل دو دسته کلی ترموست ها و ترموپلاستیک ها هستند . الیاف تقویت کننده نیز شامل انواع شیشه ، آرامید ، کربن و بورن می باشد . در این ترکیب نقش باربری به صورت عمده به عهده ی الیاف است .

رزین وظیفه ی توزیع بار اعمال شده در شبکه الیاف و نگه داشتن موقعیت الیاف در جای خود را بر عهده دارد . امروزه استفاده از الیاف طبیعی در کامپوزیت های موسوم به کامپوزیت سبز نیز رونق خاصی پیدا کرده است .

رزین های مورد مصرف در کامپوزیت

رزین های معمول مورد مصرف در کامپوزیت ها شامل رزین های پلی استر غیر اشباع ، رزین های وینیل استر ، رزین های اپوکسی ، رزین های فنولیک ، رزین های ایمیدی هستند .
رزین ها به دو دسته تقسیم بندی می شوند :
اول آنهایی که واکنش تشکیل و شبکه شدنشان هر دو از طریق مرحله ای است مانند رزین اپوکسی ، فنولیک و ایمید . و دوم آنهایی که واکنش تشکیل شدنشان مرحله ای و واکنش شبکه ای شدنشان زنجیر افزاینده است . مانند رزین پلی استر غیر اشباع و وینیل استر .

روش های تولید کامپوزیت ها

روش های مختلفی جهت تولید قطعات کامپوزیتی پایه پلیمری وجود دارد که به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند :
لایه چینی دستی و پاششی  که شامل روش های تولید با :
۱ – روش های تولید ساده قالب باز هستند . تیراژ در این نوع تولید ، محدود یک الی سه قطعه در روز است و کیفیت محصول به اپراتور بستگی دارد .
۲ – روش های تولید خالص پالتروژن ، پیچش الیاف و لایه نشانی پیوسته که جهت تولید قطعات خاص مانند لوله ، پروفیل ، ورق و غیره مورد استفاده قرار می گیرند .
۳ – روش تولید قطعات صنعتی LFT , GMT , RTM , BMC , SMC و … که روش های LFT و GMT مربوط به گرما نرم ها و روش های RTM ، BMC و SMC مربوط به گرما سخت ها هستند .