مقاله کامپوزیتها

[mim-shimi 25686]

كامپوزيتها مواد مركبي هستند كه از استخراج يك ماده به عنوان زمينه و ماده ديگري به عنوان تقويت كننده به وجود مي آيند با اين هدف كه ساختار منتجه در كل خواص مطلوب تري نسبت به مواد پايه دارا باشد . كامپوزيتها را بر حسب نوع زمينه به كامپوزيتهاي زمينه پلي مري , زمينه فلزي , زمينه سراميكي و زمينه كربني طبقه بندي مي كنند . استفاده از كامپوزيتهاي پيشرفته كه متشكل از تقويت كننده هاي اليافي پيوسته پر استحكام , پر مدول با دانسيته كم در زمينه هاي پلي مري مي باشد در ساخت سازه هاي حساس از حدود سي سال پيش آغاز شده است . كامپوزيتهاي مدرن پيشرفته يا مواد جديد از آنها نام برده مي شود . زمينه هاي پلي مري بر حسب نوع رفتارشان در برابر حوادث به پلي مرهاي گرما سخت ( ترموست ) , گرما نرم ( ترمو پلاست ) و لاستيك ها تقسيم بندي شده به طوري كه عمده كاربردهاي سازه اي با استفاده از زمينه پلي مري گرما سخت مي باشد و همچنين تقويت كننده ها بر اساس شكلشان به انواع ذره اي , اليافي و صفحه اي تفكيك مي شوند كه نوع الياف به دليل اينكه مي تواند خواص مناسب در جهات به خصوص فراهم سازد بيشتر از بقيه مورد توجه مي باشد

[mim-shimi 25686]

. عمده وظايفي كه به عهده يك زمينه مي باشد و انتظاراتي كه از آن مي رود شامل نگه داري الياف در ساختار , كمك به توزيع يا انتقال نيروها , محافظت رشته ها هم در ساختار و هم قبل و بعد از ساخت , كنترل خواص شيميايي و الكتريكي كامپوزيت , اتصال محكم با الياف و خيس كنندگي خوب , ضريب انبساط حرارتي كم , ضريب انقباض كم در حين پخت , مينيمم بودن جذب رطوبت , استحكام مدول و انعطاف پذيري معقول , مقاومت شيميايي خوب , پايداري ابعاد و استحكام مناسب در دماي داده شده داشته و فرآيند نهايي آن به شكل كامپوزيتي آسان باشد . عمده زمينه مرسوم گرما سخت براي كامپوزيت هاي سازه اي شامل پلي استرو , وينيل استر , اپوكسي ها , بيسمال , ايميدها ( bmi ) , سيانات استر و فنوليك تريازين مي باشد .

[mim-shimi 25686]

-1 كامپوزيت در بيو متريال

 

Composite bio material

 

اگر چه استفاده از مواد فلزي پر مدول براي نگهداري و محكم ساختن استخوان هاي داخلي موفقيت آميز بوده است زمينه براي توسعه مواد پليمري غير جاذب در اين خصوص وجود دارد . يك گروه از كامپوزيت ها كه تا كنون بررسي شده است كامپوزيت هاي بر پايه پلي استر ها يا پلي ارتو استرهاي تقويت شده با الياف آلي يا كلسيم يا كلسيم / سديم مي باشد . به عنوان مثال Poly – L - Lactide تقويت شده با الياف پلي گليلوليد افزايش زيادي در استحكام و صلبيت نشان مي دهد . مثال ديگر كامپوزيت پلي لاكتيك تقويت شده با الياف غير آلي كلسيم فسفات مي باشد . لازم به ذكر است استفاده از اين مواد هنوز در مرحله توسعه مي باشد .

[mim-shimi 25686]

2-1-1 ترميم استخوان شكسته

 

استخوان از آنجا كه خواصش تابع جهات مي باشد يك ماده آن ايزوتروپيك به شمار مي رود . استخوان كلا در كشش و برش بويژه در امتداد صفحه طولي ضعيف است . تحت بارگذاري اضافي يا ضربه استخوان مي شكند , بسته به اندازه ترك , جهت , مرفولوژي و محل ترك انواع شكست را در استخوان خواهيم داشت .

شكست هاي استخوان به طرق گوناگوني تحت عمل و مداوا قرار مي كيرند كه اين روش ها را مي توان به دو نوع فيكسالسيون ( تثبيت ) داخلي و خارجي دسته بندي نمود .

در فيكسالسيون خارجي به واز كرذن محل شكست نيازي نيست در صورتيكه در فيكسالسيون داخلي به اين عمل نياز

مي باشد .

[mim-shimi 25686]

در فيكسالسيون خارجي قطعات استخوان به كمك وسايل گونگون نظير نوارها و قالبها يا بريسها و ساير سيستمهاي تثبيت كننده خارجي در كنار هم نگه داشت .

مواد قالبي يا بانداژهاي پلاستري در ساخت نوارها , قالب ها يا بريس ها مورد استفاده قرار مي گيرند .

مواد قالبي خود يك ماده كامپوزيتي مي باشند كه از پارچه هاي كتاني بافته ( گاز بافته ) و پلاستر پاريس ( نوعي گچ مخصوص از سولفات كلسيم ) تشكيل مي گردند .

يك ماده قالبي ايذه آل بايستي به آساني به كار برده شود , وزن كمي داشته باشد و براحتي به شكل آناتوميك عضو شكسته در آيد قوي سخت ضد آب راديو لوست با توانايي ( عبور دهي انرژي تابشي ) باشند و نهايتا به آساني قابل كندن از عضو شكسته مورد نظر باشد و مي بايست قابليت هوادهي داشته باشد تا از تاول زدگي و ضعيف شدن پوست بيمار جلوگيري نمايد .

براي اطمينان از فيكساسيون پايدار فيكساتورهاي خارجي با صلبيت و استحكام بالايي طراحي مي گردند . طرح هاي معمولي از جنس ضد زنگ مي باشند كه سنگينتر هستند و سبب ناراحتي بيمار كه آنرا براي چند ماه تحمل مي كند

[mim-shimi 25686]

در اينمورد فيكساتورهاي خارجي از جنس كامپوزيت و اپركسي / الياف كربن به خاطر سبكي استحكام كافي اشان بسيار مناسب تر مي باشند . علاوه بر اين ارزيابي يك پارچگي استخوان بوسيله راديو گرافي در اين حالت نيز آسان

مي باشد .چون كامپوزيت هاي پلي مري بخوبي تشعشعات را از خود عبور مي دهند .

امروزه محققان به منظور استخوان سازي بهتر پيچهاي كامپوزيتي از جنس كربن / c4 و cf/peek نيز توليد

نموده اند .

به اين ترتيب با بكارگيري پليت ها و پيچهاي كامپوزيتي پلي مري , مشكل خوردگي كه در پيچ و پليت هاي فلزي ديده ميشود ديگر وجود نخواهد داشت .

[mim-shimi 25686]

2-1-2 درمان ضايعات ستون فقرات به كمك پروتزها

 

ستون فقرات در بدن دو نقش مجزا ايفا مي كند يكي اينكه مي بايست به عنوان يك محور مركزي قوي و متحرك كه ساير اندام هاي اسكلتي به آن متكي و متصل هستند . عمل كنند و ديگر اينكه اين ستون مي بايست از نخاع و ريشه هاي ظريف اعصاب كه مغز را به اندام هاي محيطي مرتبط مي سازد محافظت نمايد . مهره ها بوسيله ديسك هاي بين مهره اي از هم جدا مي شوند و بوسيله كپسول هاي مفصلي و ليگامنت ها به يكديگر متصل هستند .

رايج ترين بيماري ها و ضايعات ستون فقرات بايستي به متاستاليز بدنه مهره و ديسك بيرون زدگي ديسك , تخريب وجوه مهره , ...... اشاره نمود .

در مورد ضايعاتي كه تنها به چند مهره محدود مي شود از روش هاي درماني :

A ) اسپينال فيوژن : به معناي ثابت سازي مفصل بين دو مهره با عمل جراحي مي باشد .

در اينجا : مهره هاي آسيب ديده بوسيله عمكل جراحي برداشته شده و به وسيله پيوند ( گراف ) استخوان مصنوعي جايگزين مي گردند .

B ) جايگزين سازي ديسك استفاده مي گردد .

ماده گراف مي بايست استحكام و سختي كافي داشته باشد و در عين حال قادر به اتصال به مهره هايي باقيمانده نيز باشد . دو محقق به نام هاي كلاش و ايگتاتيوس , كامپوزيت پلي يورتان / بيو گلاس ( BG/pu ) را به اين منظور ساختند . تحقيقات invivo نشان دادند كه اين مواد بيو اكتيو بوده و جوش خوردن مستقيم استخوان ( يكپارچگي استخواني ) را تسهيل مي كنند .

در استفاده پليت ها و پيچ ها از جنس فولاد زنگ نزن مشكلاتي وجود دارد از جمله :

به خاطر نوع جا افتادن ضعيف اين كاشت ها معولا در نقاط مختلف تمركز تنش موضعي ايجاد مي گردد . كه همين جذب استخوان و شل شدگي را در پي خواهد داشت .

[mim-shimi 25686]

علاوه بر اين كاشت هاي فلزي ، تستهاي پس از عمل كه يا به كمك اشعه ايكس و يا بصورت روش هاي ترموگرافي كامپيوتري و تصوير برداري ، رزونانس مغناطيسي صورت مي گيرند را بخاطر انعكاس امواج و ايجاد محصولات نامطلوب مشكل مي سازند . براي رفع چنين مشكلاتي دو محقق با نام هاي برانتيگان و چياتپا قفس هايي از جنس كامپوزيتهاي cf/peek و cf/ps ساختند .

اين قفسها مدول الاستيكي مشابه با استخوان دارند و بنابراين حداكثر رشد استخوان را به داخل قفس تحريك مي كنند . همچنين اين قفس هاي كامپوزيتي راديولوسنت ( عبو دهنده امواج ) بوده و بنابراين تست راديو گرافي استخوان را با مشكل روبرو نمي سازند .

 

 

 

2-1-3- « جايگزينهاي مفاصل » :

مفاصل به بدن و قسمت هاي مختلف آن امكان حركت مي دهند .

روش جراحي آزتوپلاستي يك روش جراحي مناسب براي تشخيص و تخفيف دردهاي مفصلي مي باشد . امروزه از آرتوپلاستي جايگزين كل مفصل بعنوان يك موفقيت بزرگ در جراحي ارتوپديك ياد مي شود . مشخص شده كه در ساقه هاي فلزي شل شدگي پروتز و از كار افتادگي احتمالي مي تواند از طريق طراحي دقيق تر پروتز و با استفاده از يك ماده با سفتي كمتر و با خواص مكانيك مشابه با استخوان كاهش مي يابد .

با اين وجود و بخاطر نياز به استحكام بالا در پروتز لگن ، مواد مناسب براي اين كاشت ها بسيار محدود هستند . خوشبختانه كامپوزيتهاي پليمري پيشرفته مي توانند استحكامي قابل مقايسه با فلزات را ايجاد كنند . در اين راستا امروزه محققين ساقه هاي كامپوزيتي cf/c و cf/pc را عرضه نموده اند مشخص شده كه در اين كاشت ها به نسبت كاشتهاي معمولي با سفتي بالا ، جوش خوردگي و اتصال سريع به استخوان وجود دارد .

آناليزهاي الحان محدود و تست هاي invitro نشان داده اند كه در مقايسه با ساخته هاي فلزي در ساقه هاي كامپوزيتي سطح مناسب تربي از تنش ها و دفرماسيون ايجاد مي گردد .

[mim-shimi 25686]

-1-4- « كاربردهاي دنداني » :

تمامي دندانها از دو بخش ساخته شدهاند ، تاج و ريشه ، كه با لثه از هم متمايز مي شوند . ريشه در يك حفره به نام آل دئولوس ، در استخوان هايي مانديبولار ( فك پايين ) و ماگزيلاري ( فك بالا ) قرار مي گيرد . دندان ها با يك لايه سطحي نازك از ميناي دندان كه به شدت مينرالي مي باشد ( 190% پوشانده مي شوند . نمك هاي كلسيم لايه مينا بصورت بلورهاي ريزي در جهت عمود بر سطح چيده شده اند و عاج دندان را مورد حمايت قرار مي دهند . عاج يك بافت تقريباً نرم مي باشد كه از يكسري لوله هاي ريز پر از مايعي كه به داخل محفظه پالپ ( مغز دندان ) كشده مي شوند ، برخوردار است . محفظه پالپ عصب را در خود دارد كه اين عصب در ادامه به ريشه مركز دندان كشده مي شود.

مواد ترميمي دندان همانطور كه از نامش بر مي آياد براي پر كردن حفرات دندان ها و برخي اوقات پوشاندن بي رنگي ها يا تصحيح طرح و تنظيم شكل عيوب به كار مي روند . آمالگام ، طلا ، آلومينا ، زيركونيا ، رزين هاي اكرليك و سيمان هاي ليليكاتي متداولاً‌ براي ترميم دندانهاي پوسيده مورد استفاده قرار مي گيرد . آمالگام و طلا عمدتاً در ترميم دندانهاي خلفي به كار مي روند و بخاطر نازيبايي در دندانهاي جلويي به كار نمي روند .

امروزه كامپوزيتهاي ترميمي دنداني با ضريب شكستگي ( انكسارتور ) معادل ميناي دندان جايگزين اين مواد گرديده اند و بطور راپچي براي ترميم دندان هاي خلفي و همچنين دندانهاي قدامي ( جلويي ) بكار مي روند . اين ترميم ها در برابر تمركزهاي موضعي – بارگذاري خستگي چرخه اي ، سايش و فرايند هاي تخريب شيميايي كه ممكن است در تمامي نواحي محيط دهان صورت گيرند مقاومت مي كنند .

فرمولاسيون كامپوزيتهاي ترميمي عموماً دو جزء اصلي را در بر مي گيرند :

1- زمينه پليمري عمدتاً bis-gma

2- ذرات پر كننده غير آلي نظير شيشه باريوم ، كوارتز ، bis-gma

علاوه بر پر كننده هاي ذره اي در برخي كامپوزيتهاي دنداني كه عمدتاً در سيم هاي ارتودنسي ، كاشت هاي دنداني ، پست هاي دنداني و برخي دندانهاي مصنوعي كاربرد دارند از الياف نيز استفاده شده است . خواص مكانيك جذب ، زيبايي و قابليت عملياتي مناسب از كامپوزيتهاي با تقويت كننده الياف جايگزين هاي مناسبي براي آلياژهاي فلزي در اينگونه كاربردها ساخته است كه از رايج ترين اين الياف ، به الياف تك بلور يا ويسكرها بايستي اشاره نمود .

[mim-shimi 25686]

كاربردهاي مربوط به بافتهاي نرم

 

2-1-5 « زخم بندي ( پانسمان ) »

 

افرادي كه در پي آتش سوزي ها دچار حادثه مي شوند غالباً با پانسمانها تحت مداوا قرار مي گيرند . پانسمانها ، به نحوي طراحي مي شوند كه بهترين شرايط را براي التيام زخم ايجاد كنند . نوع پانسمان به نوع زخم ، عمق آن ،‌عامل آن و مرحله اي از التيام كه زخم در آن قرار دارد بستگي دارد . بمنظور مداوا و تحت عمل قراردادن سطوح بي قاعده پانسمان مي بايست الاستيك و منعطف باشد . در كل در پانسمان ها مي بايست دو نياز و الزام مخالف رعايت گردد . پانسمان مي بايست كاهش مايعات ، الكتروليت ها و ساير بيو مولكولهاي محل زخم جلوگيري كند ، همچنين از ورود باكتريها نيز ممانعت كند . در عين حال مي بايست به اندازه كافي نفوذ پذير باشد تا امكان عبور ترشحات را از طريق تخلخل ها و شكاف ها فراهم سازد . علاوه بر اين پانسمان مي بايست قادر به اتصال به سطح زخم باشد و ميتواند به آساني بدون اينكه صدمه اي به بافت جديد در حال رشد بزند ، جدا گردد .

امروزه پارچه هاي بافته يا لايه هاي متخلخل از جنس پليمرهاي قابل جذب نظير كلاژن ، چيتين و plla در بسياري از پانسمان ها به كار مي روند . در برخي پانسمانها بنام پانسمانهاي هيبريد ، پلي مر هاي مصنوعي و سلولهاي كشته شده همراه با هم بصورت كامپوزيتهاي زنده ، غير زنده ، همراه با هم مورد استفاده قرار مي گيرند . اين كامپوزيتها براي آغاز ، تسريع و كنترل فرايند ترميم پوست طبيعي طراحي مي شوند با وجود اين امتيازاتي كه مواد دارند مي بايست عنوان نمود كه تاكنون هيچ ماده مصنوعي كه بتواند تمامي نيازهاي يك جايگزين پوست را بطور كامل تأمين سازد پيدا نشده است

[mim-shimi 25686]

کامپوزیت ها

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.

ب) سرامیک ها: مواد جامدی هستند که نوعا پیوند یونی دارند هرچند بعضی از آنها مانند کاربید سیلسیوم پیوند کووالانسی دارند. پایداری شدید شیمیایی و گرمایی مشخصه اکسیدها، کاربیدها، نیتریدهاو.. است که اساس مواد سرامیکی را تشکیل می دهند مهمترین کاربرد آنها شامل جداره خارجی فضا پیماهاست. محدوده کاری آنها 2000 تا 4000 درجه فارنهایت و برای یک یا دو دقیقه 6000 درجه فارنهایت است .

ج) فلزات: مهمترین مواد زمینه فلزی آلومینیوم، منیزیم، مس و ... است اولین استفاده از کامپوزیت های زمینه فلزی در اجزای شاتل های فضایی بود. این مواد به عنوان رینگ، پیستون، پروانه توربین و غیره به کار رفته اند.

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 .

ب) 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.

ج) 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.

اطلاعات بیشتر راجع به این محصول جدید را می توانید از آدرس زیر دریافت نمایید:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[mim-shimi 25686]

to compose یعنی ترکیب کردن و بنابراین کامپوزیت (composite) یعنی مرکب. مرکب هم که می‌دانیم، یعنی چیزی که از ترکیب چند چیز مختلف به دست آمده است. موادّ کامپوزیتی به موادی گفته می‌شوند که از ترکیب چند نوع ماده به وجود آمده‌اند. وقتی می‌گوییم از ترکیب چند ماده، منظور این است که هرکدام از این موادّ ترکیب‌شده، قابلیت استفاده به صورت یک مادهٔ مستقل را دارند.

اولین کامپوزیت کِی ساخته شد؟

کسی نمی‌داند اولین کامپوزیت کِی ساخته شد. شاید اولین کامپوزیتی که بشر با آن سروکار پیدا کرد، کاه‌گِل باشد. قدیم‌ها برای ساختن خانه از گل استفاده می‌کردند، اما چون گل بعد از خشک شدن ترک می‌خورد (وقتی آبِ گل تبخیر می‌شود، حجم آن کاهش پیدا می‌کند و چون گل خشک نمی‌تواند خودش را جمع کند ترک می‌خورد)، مقداری کاه به آن افزودند تا حفره‌ها را پُر کند و مانع از ترک خوردن گل شود. شاید هم اولین کامپوزیت را مصری‌ها ساخته باشند که در قایق‌هایشان به چوب بدنه مقداری پارچه می‌آمیختند تا در اثر خیس شدن چوب باد نکند. اما در هر حال، می‌شود گفت که مواد کامپوزیتی در سال‌های اخیر است، که به عنوان یک مادهٔ مهندسی پذیرفته شده‌اند.

● چرا از کامپوزیت‌ها استفاده می‌کنیم؟

قبل از این گفتیم که گل به‌تنهایی و پس از خشک شدن ترک می‌خورد. کاه با خواص ارتجاعی خود این نقص گل را برطرف می‌کند، بنابراین، مقداری از آن را به گل می‌افزایند. اصلاً علت استفاده از کامپوزیت همین خواص است. یعنی ما برای اینکه خواص بدِ یک ماده را برطرف کنیم، مادهٔ دیگری را که مکمل خواص مادهٔ اولیه است به آن می‌افزاییم.

● ترکیب کردن یعنی چه؟

انواع ترکیب‌ها عبارتند از: شیمیایی، مکانیکی، و فیزیکی.

وقتی دو ماده با هم ترکیب شیمیایی می‌دهند که بین آن دو یک پیوند شیمیایی مثل کووالانسی، یونی، واندروالسی و... برقرار شده باشد. به موادی که این‌گونه با هم ترکیب می‌شوند محلول می‌گویند. بارزترین و ملموس‌ترین مثال برای محلول‌ها آلیاژها هستند.

اما وقتی دو ماده با اعمال نیرو کنار هم قرار می‌گیرند، به صورت مکانیکی با هم ترکیب شده‌اند و واضح است با برداشتن این نیرو، این ترکیب از بین می‌رود.

اما ترکیب در کامپوزیت‌ها جزء هیچ‌کدام از این دو حالت نیست، بلکه ترکیبی از نوع فیزیکی است. مثال مناسب برای این نوع ترکیب، ساندویچ است. وقتی یک یا چند ماده با مادهٔ دیگری محاصره شود، به طوری که نتواند از محاصرهٔ آن فرار کند، یک ترکیب فیزیکی به وجود می‌آید. برای درک بهتر این نوع ترکیب، کسی را تصور کنید که در یک باتلاق گیر افتاده است.

● اجزای یک کامپوزیت

گفتیم که کامپوزیت عبارت است از ترکیب فیزیکی دو ماده با خواص متفاوت. بنابراین، کامپوزیت‌ها از دو قسمت تشکیل شده‌اند: قسمت زمینه (مادهٔ اول که در یک سری از خواص نقص دارد) و قسمت تقویت‌کننده (مادهٔ دومی که به مادهٔ اول اضافه می‌شود تا دسته‌ای از خواص آن را بهبود بخشد).

● زمینه چیست؟

زمینهٔ یک مادهٔ مرکب، ماده‌ای است پیوسته که مادهٔ دوم را در برگرفته است. این ماده در کاه‌گِل، گِل و در مثال باتلاق و آدم، محیط باتلاق است که پیوسته است و آدم را در برگرفته است. دومین ملاک برای تعیین زمینه این است که مقدار ماده‌ای که به عنوان زمینه استفاده می‌شود بیشتر از قسمت تقویت‌کننده است.

● وظیفهٔ زمینه چیست؟

اولین وظیفهٔ زمینه احاطهٔ مادهٔ‌ تقویت‌کننده است، به طوری که نگذارد مادهٔ تقویت‌کننده پراکنده شود؛ وظیفهٔ دوم، محافظت از مادهٔ تقویت‌کننده در برابر عوامل شیمیایی است؛ و وظیفهٔ سوم این است که چون مواد زمینه را نرم انتخاب می‌کنند، وقتی نیرو به مادهٔ مرکب (کامپوزیت) وارد می‌شود، توسط زمینه به مادهٔ تقویت‌کننده انتقال داده شود تا مادهٔ تقویت‌کننده نیرو را تحمل کند.

● تقویت‌کننده چیست؟

تقویت‌کننده‌ها موادی هستند که به صورت تکه‌تکه، در یک زمینهٔ پیوسته وارد می‌شوند تا خواص مادهٔ زمینه را بهتر کنند.

● تقویت‌کننده‌ها چه شکلی هستند؟

تقویت‌کننده‌ها می‌توانند به صورت یک صفحه، یک رشته ( نخ)، یا یک ذره (پودر) وارد حجم زمینه شوند و خواص آن را بهبود بخشند.

● کامپوزیت‌ها چه کاربردهایی دارند؟

امروزه می‌توانیم ترکیبات کامپوزیتی را در زندگی روزانه و در اطراف خود ببینیم. چند مثال از این وسایل که در آنها ترکیبات کامپوزیتی به کار رفته است، اینها هستند: بدنهٔ هلی‌کوپتر، زه راکت تنیس، بدنهٔ هواپیما، کاه‌گِل، توپ‌های ورزشی و...

 

باشگاه دانش‌آموزی نانو

[mim-shimi 25686]

روش های تولید ماشینی کامپوزیت ها

روش های مختلفی جهت تولید قطعات کامپوزیتی پایه پلیمری وجود دارد که به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند :

 

1- روش های تولید ساده لایه چینی دستی و پاششی که شامل روش های تولید با قالب باز هستند . تیراژ دراین نوع تولید ، محدود یک الی سه قطعه در روز است و کیفیت محصول به اپراتور بستگی دارد .

 

2- روش های تولید خاص پالتروژن ، پیچش الیاف و لایه نشانی پیوسته که جهت تولید قطعات خاص مانند لوله ، پروفیل ، ورق و غیره مورد استفاده قرار می گیرند .

 

3- روش تولید قطعات صنعتی SMC ، BMC ، RTM ، GMT ، LFT 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 .

 

بازار تولید قطعات صنعتی در اروپا در سال 1999 معادل 352 هزارتن بوده که سهم هریک از این روش ها به صورت زیر است :

 

SMC : 190 هزارتن معادل 54 درصد

BMC : 90 هزارتن معادل 6/25 درصد

LFT و GMT : 42 هزارتن معادل 9/11 درصد

RTM : 30 هزارتن معادل 5/8 درصد

 

1- روش تولید SMC

 

Sheet Moulding Compoundیا SMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده با الیاف شیشه بین 60- 20 درصد است که معمولا ً از پنج ماده اصلی زیر تشکیل شده است :

 

- رزین پلی استر غیر اشباع ویژه SMC که دارای یک پیک گرمازا بین 290-220 درجه سانتی گراد است .

 

- افزودنی LS , LP

 

- الیاف شیشه معمولا ً از نوع رووینگ

 

- پر کننده کربنات کلسیم ، کائولن و هیدروکسید آلومینیوم

 

فرآیند تولید قطعه SMC شامل سه مرحله است :

 

تهیه ورق یا لایه SMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . تهیه ورق SMC به این شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط کن و با دور بالا مخلوط می شوند . پس از آن که خمیر حاصله به گرانروی مناسب رسید ، غلیظ کننده Thickener به آن اضافه می شود . خمیر حاصل به وسیله پمپ ، به دستگاه تولید ورق SMC منتقل و بر روی دو لایه فیلم پلی اتیلنی ، به عنوان فیلم حامل Carrier ، ریخته می شود . میزان خمیر به وسیله دو تیغه قابل تنظیم است . سپس الیاف شیشه به طول 25 میلی متر 50-12 میلی متر بریده شده و به صورت منظم بر روی خمیر ریخته می شود . لایه حاصل همراه با فیلم دیگر که فقط شامل خمیر است و فاقد الیاف است تشکیل یک لایه را می دهند . پس از عبور از یک سری غلتک ، الیاف به صورت کامل با خمیر آغشته می شود ، سپس ورق بسته بندی می شود . پس از حدود سه الی پنج روز محصول آماده عملیات قالب گیری است . لایه های SMC برش خورده ، درون قالب گرم فولادی قرار می گیرند و پرس طی دو مرحله بسته شده و دو مرحله فشار اعمال می شود . در نهایت ضمن عملیات پخت قطعه درون قالب محصول تولید می شود .

 

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed دردو مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن به وسیله الکتریسیته یا روغن .

 

مزایای این روش ، تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای واحد محصول ، قیمت پایین محصول تمام شده و مشخصات مکانیکی یکنواخت با تلرانس 6 درصد بوده و معایب آن ، نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عملیات پیچیده تر بازیافت نسبت به گرمانرم ها است . روش SMC به طور گسترده ای در صنایع الکتریکی به کار می رود . میزان مصرف اروپا در سال 1999 معادل 82 هزار تن تابلوهای برق ، قطعات الکتریکی ، محفظه چراغ بزرگراه و اتوبان بوده است . علت استفاده از SMC در صنایع الکتریکی ، نارسانایی الکتریکی ، پایداری در حرارت بالا ، عدم نیاز به رنگ آمیزی ، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی ، مقاومت مکانیکی زیاد ، مقاومت شیمیایی ، پایداری ابعادی ، قابلیت بازیافت و آزادی عمل در طراحی است .

 

این روش در صنعت حمل و نقل نیز کاربردهای فراوانی دارد . میزان مصرف آن در اروپا در سال 1999 معادل 67 هزار تن شامل بدنه خودرو ، قطعات با استحکام زیاد ، بدنه قطارهای سریع السیر ، قطعات کامیون و اتوبوس بوده است . علت استفاده از SMC در صنایع حمل و نقل وزن کم محصول ، پایداری ابعادی ، آزادی عمل در طراحی ، توانایی تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه کم سرمایه گذاری نسبت به تولید قطعه فلزی ، سرعت عمل در مونتاژ ، مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی و تولید قطعه با ضخامت های متغیر است .

 

روش SMC در صنعت ساختمان نیز به کار گرفته شده است . به طوری که میزان مصرف آن در اروپا در سال 1999 معادل 41 هزارتن شامل ساخت پانل های ساختمانی ، حمام آماده ، صندلی ، میز و سایر موارد بوده است .

 

 

 

2- روش تولید BMC

 

Bulk Moulding Compound یا BMC ترکیبی از خانواده گرما سخت های تقویت شده با الیاف شیشه است که طول الیاف در آن 6 میلی متر 12-4 میلی متر و میزان الیاف در خمیر بین ده تا حداکثر بیست درصد است . فرآیند تولید قطعه BMC شامل سه مرحله است . تهیه خمیر BMC ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . تهیه خمیر BMC بدین شکل است که ابتدا مواد اولیه مطابق فرمولاسیون درون مخلوط کن با دور بالا مخلوط و پس از این که خمیر به دست آمده به گرانروی مناسب رسید به مخلوط کن دیگری از نوع دو باز و با تیغه Z پمپ می شود . سپس به آن غلیظ کننده Thickener و الیاف شیشه به طول 6-4 میلی متر اضافه و مخلوط می شوند . خمیر حاصل درون فیلم پلی اتیلنی بسته بندی می شود و پس از حدود سه الی پنج روز ، محصول آماده عملیات قالب گیری است . تکه های BMC آماده درون قالب گرم فولادی قرار می گیرند و پرس طی دو مرحله بسته و دو مرحله فشار اعمال می شود . در نهایت ضمن عملیات پخت درون قالب ، قطعه تولید می شود .

 

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو مرحله مرحله اول mm/s 250-100 و مرحله دوم mm/s 20-5/2 و قابلیت اعمال فشار در دو مرحله و قالب از جنس فولاد با قابلیت گرم شدن بوسیله الکتریسیته یا روغن .

 

مزایای این روش عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، تولید قطعه با کیفیت سطحی A ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای واحد محصول و بهای کم محصول تمام شده و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد در عملیات پیچیده بازیافت نسبت به گرمانرم ها است .

 

3- روش تولید GMT

 

Glass Mat reinforced Thermoplastic یا GMT ترکیبی از خانواده گرمانرم های معمولا ً پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف شیشه اند که در آن الیاف شیشه به صورت مت یا تک جهته استفاده می شود . فرآیند تولید قطعه GMT شامل چهار مرحله است : تهیه الیاف مت مخصوص GMT ، تهیه ورق GMT ، تولید قطعه قالب گیری و عملیات تکمیلی . در این روش یک blank GMT گرمانرم PP درون کوره قرار داده شده و جهت آماده سازی عملیات قالب گیری گرم می شود . سپس با قرار دادن آن درون قالب و بسته شدن پرس طی دو مرحله و اعمال فشار در یک مرحله ، قطعه تولید می شود .

 

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : پرس هیدرولیک با قابلیت Close speed در دو مرحله مرحله اول mm/s 500-200 ، مرحله دوم mm/s 20-10 و قابلیت اعمال فشار دریک مرحله ، قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت و کوره از نوع هوای گرم یا مادون قرمز .

 

مزایای روش GMT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ، تنوع در محصولات ، قیمت متوسط محصول و امکان استفاده از ربات جهت اتوماسیون کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .

 

4- روش تولید LFT

 

روش های مختلفی وجود دارد که اساس همگی آنها ترکیب زمینه پلی پروپیلن یا انواع دیگر گرمانرم ها با الیاف شیشه بلند درون اکسترو در طی دو مرحله و سپس آماده سازی آن و قرار دادن ورق آماده درون پرس ، بسته شدن پرس طی دو مرحله و اعمال فشار در یک مرحله است .

 

تجهیزات مورد نیاز عبارتند از : اکسترودر ، پرس هیدرولیک و قالب از جنس فولاد یا آلومینیوم با قابلیت تثبیت درجه حرارت .

 

مزایای روش LFT عبارتند از : تولید در حجم زیاد ، امکان ساخت قطعات ساده و پیچیده ، هزینه بسیار کم نیروی انسانی به ازای محصول ، قابلیت بازیافت ، تنوع در محصولات ، قیمت کم محصول ، امکان استفاده از ربات جهت اتوماسیون کامل تولید و معایب آن شامل نیاز به سرمایه گذاری زیاد ، عدم توانایی تولید محصول با کیفیت سطحی A و قابلیت اشتعال است .

 

5- روش تولید RTM

 

تزریق رزین به داخل یک قالب بسته معمولا ً قالب کامپوزیتی که الیاف شیشه ویژه این روش قبلا ً درون آن قرار گرفته است .

 

تجهیزات مورد نیاز این روش عبارتند از : قالب بسته معمولا ً از جنس کامپوزیت ، دستگاه تزریق رزین ، دستگاه خلأ ، بالابر و لوازم مناسب برش و یا شکل دهی الیاف .

 

از مزایای روش RTM می توان به ساخت قطعات با ابعاد بزرگ ، نیاز به سرمایه گذاری اولیه کم قالب و تجهیزات ، قابلیت تولید قطعه با کیفیت سطحی A و مشخصات مکانیکی مناسب و از معایب آن به عدم قابلیت تولید قطعات پیچیده ، قیمت تمام شده متوسط جهت محصول ، عملیات پیچیده تر بازیافت نسبت به گرمانرم ها اشاره کرد .

[پرند 13]

با سلام خیلی خوشحالم که منو در جمع پرمهر و عالمانه خودتون پذیرفتین . یه سوال در زمینه کامپوزیت دارم . چطور می شه استحکام کششی رو در smcافزایش داد(منظور شیت پلیمری به کار رفته در سینی فن اتومبیلهاست)

[dorsam 12]

سلامی که کشدی ودرباره ی کامپوزیت مطلب نوشتی تشکرفراوان رودارم