کامپوزیت

[spow 44197]

مقدمه

 

امروزه در بسیاری از کاربردهای مهندسی، به تلفیق خواص مورد نیازاست وامکان استفاده ازیک نوع ماده که همه خواص مورد نظر رابرآورده سازد وجود ندارد. به عنوان مثال درصنایع هوا فضا به موادی نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا ،سبک باشند.مقاومت سایشی ومقاومت در برابر نورماورابنفش خوبی داشته باشندودردمای بالا استحکام خود را ازدست ندهد. از آنجا که نمی توان ماده ای یافت که همه خواص فوق را داشته باشد باید به دنبال روشی برای ترکیب خواص مواد بود این راه حل همان مواد کامپوزیت است. کامپوزیت ماده ای چند جزئی است که خواص آن از هر کدام از اجزاءبیشتر است.ضمن آنکه اجزای مختلف کارایی دیگر را بهبود می بخشند.باتعریف فوق،کامپوزیت ها دراصل از زمان های قدیم مورد توجه بوده اند.از نمونه های قدیمی کاربرد این نوع مواد می توان به کاه گل ویا مومیایی اشاره نمود.کامپوزیت ها خواص مکانیکی برجسته ای داشته و از انعطاف پذیری مناسبی در طراحی برخوردارندو روشهای ساخت آنها نسبتا آسان است.کامپوزیتها موادی سبک،مقاوم در برابر خوردگی وضربه،دارای مقاومت خستگی عالی،مستحکم وبادوامندوبه روش های مختلفی قابل تبدیل به یک محصول یاقطعه می باشند.

 

تعریف

 

کلمه کامپوزیت که ان را درفارسی به مواد مرکب یا چند سازه ای ترجمه کرده اند،به معنی مرکب از دویا چند جزءمشخص را می توان یک کامپوزیت درنظر گرفت درصورتی که فازهایااجزاء تشکیل دهنده آن خواص کاملا متفاوتی با یکدیگر داشته باشند .درمقیاس ماکروسکوپیک یک مخلوط فیزیکی از دو یا چند ماده مختلف را که این مواد مشخصات فیزیکی وشیمیایی خودراحفظ کرده ومرز است

[spow 44197]

رزین های جدید

 

یکی از انواع جدید رزین های فنولیک، رزین بنزوسازین میباشد. این رزین از این جهت با رزین های فنولیک سنتی تفاوت دارد که مولکول های بنزوکسازین با ایجاد یک پیوند حلقوی به هم متصل می گردند. ولی مولکول های فنولیک سنتی توسط پیوند خطی متیلن (-CH2-) به هم متصل میشوند. به راحتی میتوان از رزین های فنولی (نظیر بیسفنول یا نووالاک)، آمین های ساده و فرم آلدئید، بنزوکسازین را تولید کرد. پلیمریزاسیون با باز شدن ساختار حلقوی بنزوکسازین نه تنها به تولید مواد جانبی و گازهای فرار منجر نمیگردد، بلکه استحکام ابعادی محصول نهایی را نیز افزایش میدهد. بنزوکسازین علاوه بر مقاوت بالا در برابر گرما و خاصیت به تعویق انداختن حریق، از خواصی نظیر جذب پایین آب نیز برخوردار است که این خواص در رزین های سنتی فنولیک وجود ندارد. ضمناً در مواد اولیه صنایع الکترونیک، کامپوزیت های تقویت شده با الیاف و چسب ها، بنزوکسازین از خواص دی الکتریک پایین (رسانایی الکتریکی بالا) برخوردار است. شرکت های هانتسمن، هنکل و دو شرکت دیگر از تولیدکنندگان اصلی رزین های بنزوکسازین هستند. سال گذشته شرکت اوونیک رزین زمینه گرماسختی از جنس پلی ریل اتر آمید با نام تجاری Calidur TM تولید کرد. این رزین جدید تک عاملی در دمای اتاق پایدار است و در کاربردهای هوافضا و در صنایع اکترونیک مورد استفاده قرار میگیرد. با استفاده از فناوری مذکور رزین طی 2 ساعت و در دمای 140 درجه سانتیگراد پخت میشود، در حالیکه دمای گذار شیشه ای آن 195 درجه سانتیگراد میباشد. لازم به ذکر است که دمایی است که در کمتر از آن دما پلیمر مانند شیشه سفت و شکننده است و بالاتر از آن دما پلیمر لاستیکی و نرم است. به این ترتیب با استفاده از فناوری فوق خواص مکانیکی رزین ارتقاء می یابد. از آنجا که چسبندگی بین رزین و الیاف اساس استحکام فشاری و برشی میباشد و رزین پلی آریل اتر آمید چنین چسبندگی را ایجاد میکند، این ماده به عنوان یک کامپوزیت پیشرفته شناخته شده است. برای استفاده از این فناوری پیشرفته لازم نیست که حتماً قسمت های داخلی هواپیما ضد حریق باشند، دود نکنند و به محیط مواد سمی وارد نکنند. حتی لازم هم نیست که برای استفاده از رزین پیشرفته مذکور، قسمت های خارجی هواپیما نسبت به گرما و رطوبت مقاوم باشند. در بخش های نظیر هوافضا، حمل و نقل، خودرو، صنایع الکتریکی و الکترونیکی و بخش های دیگری که در آنها عملکرد بالای محصولات از اهمیت بسیاری برخوردار است، استفاده از رزین پلی آریل اترآمید به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه تر از رزین های اپوکسی با زمان گذار شیشه ای متوسط و بالاست. گفتنی است که استفاده از رزین پلی آریل اتر آمید از رزین های بیسمال ایمید و رزینهای سیانات استر هم ارزان تر تمام میشود.

[spow 44197]

کامپوزیت:

 

چندسازه (کامپوزیت یا ماده مرکب) بصورت زیر تعریف می‌شود:

 

در مهندسی مواد این اصطلاح معمولاً به موادی گفته می‌شود که یک فاز زمینه (ماتریکس) و یک تقویت کننده (پرکننده) تشکیل شده باشند.

 

تعریف انجمن متالورژی آمریکا: به ترکیب ماکروسکوپی دو یا چند مادهٔ مجزا که سطح مشترک مشخصی بین آنها وجود داشته باشد، کامپوزیت گفته می‌شود.

 

کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریکس و تقویت کننده تشکیل شده‌است. ماتریکس با احاطه کردن تقویت کننده آن را در محل نسبی خودش نگه می‌دارد. تقویت کننده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار می‌گردد. به طور کلی تقویت کننده می‌تواند به صورت فیبرهای کوتاه و یا بلند و پیوسته باشد

 

 

دسته‌بندی کامپوزیت‌ها از دیدگاه زیستی

 

کامپوزیت‌های طبیعی. مانند استخوان، ماهیچه، چوب و ...

کامپوزیت‌های مصنوعی(مهندسی)

 

 

دسته‌بندی کامپوزیت‌های مهندسی از لحاظ فاز زمینه

 

cmc (کامپوزیت‌های با زمینهٔ سرامیکی)

pmc (کامپوزیت‌های با زمینهٔ پلیمری)

mmc (کامپوزیت‌های با زمینهٔ فلزی)

 

 

دسته‌بندی کامپوزیت‌ها از لحاظ نوع تقویت کننده

 

frc (کامپوزیت‌های تقویت شده با فیبر)

prc (کامپوزیت‌های تقویت شده توسط ذرات)

 

 

کامپوزیت‌های سبز(کامپوزیت‌های زیست‌تجزیه‌پذیر)

 

در اینگونه کامپوزیت‌ها، فاز زمینه و تقویت کننده، از موادی که در طبیعت تجزیه می‌شوند، ساخته می‌شوند. در کامپوزیت‌های سبز، معمولاً فاز زمینه از پلیمرهای سنتزی قابل جذب بیولوژیکی و تقویت کننده‌ها از فیبرهای گیاهی ساخته می‌شوند.

 

مزایای مواد کامپوزیتی

 

مهم‌ترین مزیت مواد کامپوزیتی آن است که با توجه به نیازها، می‌توان خواص آنها را کنترل کرد. به طور کلی مواد کامپوزیتی دارای مزایای زیر هستند:

 

مقاومت مکانیکی نسبت به وزن بالا

مقاومت در برابر خوردگی بالا

خصوصیات خستگی عالی نسبت به فلزات

خواص عایق حرارتی خوب

به دلیل صلبیت بیشتر، تحت یک بارگذاری معین، خیز کمتری(بعضا ده‌ها برابر کمتر) نسبت به فلزات دارند

 

 

کاربردها

 

فایبرگلاس یکی از پرکاربردترین کامپوزیت‌هاست. فایبرگلاس یک کامپوزیت با زمینهٔ پلیمری است که توسط فیبرهای شیشه تقویت شده‌است. در ساخت بدنه جنگنده‌های رادارگریز از کامپوزیت‌هااستفاده میشود. همچنین در ساخت قطعات هواپیما و پرهٔ نیروگاه بادی و پرهٔ هلیکوپتر از کامپوزیت‌ها استفاده می شود. بطور کلی مواد کامپوزیتی(مواد مرکب) به دلیل داشتن جرم بسیار کم و مقاومت بالا نسبت به فلزات، در صنعت هوا و فضا کاربرد وسیعی دارند.

 

سختی کامپوزیت‌های تک جهته

 

سختی کامپوزیت‌های تک جهته مانند دیگر مواد سازه‌ای می‌تواند توسط روابط مناسب و صحیح تعیین شود. ضرایب یا ثوابت این روابط ، می‌تواند در یک دستگاه ثوابت مهندسی یا کامپلیانس یا مدول‌های جزئی جمع آوری شود. مقادیر هر یک از دستگاهها می‌تواند مستقیماً توسط ترمهای مقادیر دیگر دستگاهها تعریف شود. سختی کامپوزیت‌های تک جهته توسط همان روابط تنش-کرنش که در مواد سنتی مهندسی موجود است ، محاسبه می‌شود. جز آنکه تنها تعداد ثوابت مستقل در کامپوزیت‌ها چهار عدد است.

 

سه مرحله از تنش روی کامپوزیت‌ها وجود دارد :

 

میکرومکانیکال یا تنش منطقه ایکه همان محاسبه بر اساس تفاوت‌های موجود میان فازهای پیوسته الیاف، ماتریس و در برخی از موارد فصل مشترک تقویت کننده و ماتریس حباب‌های هواست.

تنش لایه‌ای که محاسبه بر اساس همگن انگاشتن هر لایه مجزا یا گروهی از لایه هاست. به این ترتیب که الیاف و ماتریس طوری آمیخته‌اند که دیگر فاز مجزایی وجود ندارد.

برآیند تنش یک لامینیت n یا برآیند ممان یک لامینیت m عبارتست از متوسط تنش لایه‌ها در ضخامت آن لامینیت.

 

به هنگام کار کردن با کامپوزیت‌ها باید به علائم توجه تام شود. چراکه اختلاف بین مقاومت‌های فشاری و کششی ممکن است چند صد در صد باشد. به علاوه اختلاف بیشتری میان مقاومت‌های برشی منفی و مثبت وجود دارد. علی رغم مواد سنتی که علائم در آنها از اهمیت کمی برخوردار است، در کامپوزیت‌ها اشتباه در علائم، نتایج وخیمی دربر خواهد داشت.

 

سه دستگاه از ثوابت مواد وجود دارد که هر یک به تنهایی می‌تواند بطور کامل سختی کامپوزیت‌های تک جهته روی محوری را روشن کنند. ویژگی این دستگاهها عبارتند از :

 

مدول‌ها جهت بدست آوردن تنش از کرنش بکار برده شده‌است. این اساسی ترین دستگاهی است که برای سختی لامینیت‌های چند جهته مورد نیاز است.

کامپلیانس‌ها جهت محاسبه کرنش از روی تنش بکار می‌رود. این دستگاهی است که جهت محاسبه ثوابت مهندسی مورد نیاز است. این دستگاه جهت بدست آوردن سختی لامینیت‌های چند جهته مورد نیاز نمی‌باشد.

ثوابت مهندسی از آثار مواد سنتی است. و طراحان سنتی در کار کردن با ثوابت مهندسی احساس راحتی بیشتری می‌کنند. می‌توان از یک دستگاه ثوابت ، دستگاه دیگری را یافت. و همه در عین حال معادل یکدیگرند. یک رابطه مستقیم میان مدول‌ها و کامپلیانس‌های جزئی وجود دارد. و هر یکی برگردان دیگری است.

 

کامپلیانس‌های کوپل و مدول‌های کوپل با هم برابرند. به عبارت دیگر از دیدگاه اصطلاح جبر ماتریس، کامپلیانس و مدول قرینه‌است.

[spow 44197]

[h=2]کامپوزیت چیست؟

 

[/h]کامپوزیت مخلوط فیزیکی از دو یا چند ماده مختلف است 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.

 

[h=2]اولین کامپوزیت ها

[/h]از اولین کامپوزیت‌ها یا همان چندسازه‌های ساخت بشر می‌توان به کاه گل وآجرهای گلی که در ساخت آن ها از تقویت کننده کاه استفاده می شده است اشاره کرد. چون گل بعد از خشک شدن ترک می‌خورد، مقداری کاه به آن افزودند تا حفره‌ها را پُر کند و مانع از ترک خوردن گل شود.

نمایی از یک دیوار کاهگلی

شاید هم اولین کامپوزیت را مصری‌ها ساخته باشند. آن ها به چوب بدنه قایق هایشان مقداری پارچه می‌آمیختند تا در اثر خیس شدن چوب باد نکند.

 

[h=2]ساختار کامپوزیت

[/h]کامپوزیت‌ از دو قسمت تشکیل شده‌است:

 

1) قسمت زمینه

ماده ای که در یک سری از خواص مکانیکی نقص دارد.ماده زمینه تقویت کننده را احاطه کرده است، به طوری که نگذارد ماده تقویت‌کننده پراکنده شود؛ همچنین محافظت از ماده تقویت‌کننده در برابر عوامل شیمیایی را بر عهده دارد .

 

2) قسمت تقویت‌کننده

تقویت‌کننده‌ها موادی هستند که به صورت تکه‌تکه، در یک زمینه پیوسته وارد می‌شوند تا خواص ماده زمینه را بهتر بهبود بخشند.

مواد زمینه را نرم انتخاب می‌کنند، وقتی نیرو به کامپوزیت وارد می‌شود، توسط زمینه به مادة تقویت‌کننده انتقال داده شود تا مادة تقویت‌کننده نیرو را تحمل کند.

مقدار ماده‌ای که به عنوان زمینه استفاده می‌شود معمولا بیشتر از قسمت تقویت‌کننده است.

در مثال کاهگل،گل نقش فاز زمینه و کاه نقش تقویت کننده را بازی می کند.

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

 

کامپوزیت لایه ای کامپوزیت رشته ای کامپوزیت ذره ای

[h=2]خواص کامپوزیت ها

[/h]وزن کم این مواد در عین بالا بودن نسبت مقاومت به وزنشان در مقایسه با موادی مانند فولاد باعث شده که مصرف آنها در صنایع روز به روز افزایش یابد. همچنین به علت وجود فاز زمینه مقاومت به خوردگی کامپوزیت بالاست.

روش های ساخت گوناگون و همچنین امکان تولید اشکال پیچیده و متنوع از دیگر مزایای مواد مرکب است.

 

[h=2]کاربرد های کامپوزیت

[/h]با توجه به پایداری بسیار زیاد کامپوزیت‌ها و مقاومت بسیار خوب آنها در محیط‌های خورنده، این مواد، کاربردهای وسیعی در صنایع دریایی پیدا کرده‌اند که از آن جمله می‌توان به ساخت بدنه قایق ها و کشتی ها و تاسیسات فراساحلی اشاره داشت. استفاده از کامپوزیت‌ها در این صنعت، حدود 60 % صرفه‌جویی اقتصادی داشته است که علت اصلی آن مربوط به پایداری بالای این مواد است.

 

صنعت ساختمان پرمصرف‌ترین صنعت برای مواد کامپوزیتی است. استخرهای شنا ، وان حمام ، سینک ظرفشویی و دست‌شویی ، کف‌پوش ، نماپوش ، برج‌های خنک‌کننده،مخازن سوخت CNG و … همگی از مواد چند سازه ای هستند.

 

[TABLE]

[TR]

[TD]

[/TD]

[TD]

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] نماپوش کامپوزیتی

 

[/TD]

[TD] مخزن های کامپوزیتی

 

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

[spow 44197]

آشنايي با کامپوزيت‌ها

 

آلومينيوم کامپوزيت

کامپوزيت‌ها يا چندسازه‌هاي مصنوعي مزاياي استفاده از پروفيل هاي کامپوزيتي FRP در صنعت ساختمان

ساختمان فايبر گلاس‌ها

آشنايي با کامپوزيتها

در کاربردهاي مهندسي، اغلب به تلفيق خواص مواد نياز است. به عنوان مثال در صنايع هوافضا، کاربردهاي زير آبي، حمل و نقل و امثال آنها، امکان استفاده از يک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را فراهم نمايد، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنايع هوافضا به موادي نياز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک باشند، مقاومت سايشي و UV خوبي داشته باشند و ....

 

 

از آنجا که نمي توان ماده‌اي يافت که همه خواص مورد نظر را دارا باشد، بايد به دنبال چاره‌اي ديگر بود. کليد اين مشکل، استفاده از کامپوزيتهاست. کامپوزيتها موادي چند جزئي هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنکه اجزاي مختلف، کارايي يکديگر را بهبود مي‌بخشند. کامپوزيتهاي طبيعي، فلزي و سراميکي نيز وجود دارند و در اينجا به کامپوزيتهاي پليمري اشاره می کنیم. در کامپوزيتهاي پليمري حداقل دو جزء مشاهده مي‌شود:

1- فاز تقويت کننده که درون ماتريس پخش شده است.

2- فاز ماتريس که فاز ديگر را در بر مي‌گيرد و يک پليمر گرماسخت يا گرمانرم مي‌باشد که گاهي قبل از سخت شدن آنرا رزين مي‌نامند.

خواص کامپوزيتها به عوامل مختلفي از قبيل نوع مواد تشکيل دهنده و ترکيب درصد آنها، شکل و آرايش تقويت کننده و اتصال دو جزء به يکديگر بستگي دارد. از نظر فني، کامپوزيتهاي ليفي، مهمترين نوع کامپوزيتها مي باشند که خود به دو دستة الياف کوتاه و بلند تقسيم مي‌شوند. الياف باید استحکام کششي بسيار بالايي داشته، خواص ليف آن (در قطر کم) از خواص توده ماده بالاتر باشد. در واقع قسمت اعظم نيرو توسط الياف تحمل مي‌شود و ماتريس پليمري در واقع ضمن حفاظت الياف از صدمات فيزيکي و شيميايي، کار انتقال نيرو به الياف را انجام مي‌دهد. در ضمن ماتريس الياف را به مانند يک چسب کنار هم نگه مي‌دارد و البته گسترش ترک را محدود مي‌کند. مدول ماتريس پليمري بايد از الياف پايينتر باشد و اتصال قوي بين الياف و ماتريس بوجود بياورد. خواص کامپوزيت بستگي زيادي به خواص الياف و پليمر و نيز جهت و طول الياف و کيفيت اتصال رزين و الياف دارد. اگر الياف از يک حدي که طول بحراني ناميده مي‌شود، کوتاهتر باشند، نمي‌توانند حداکثر نقش تقويت کنندگي خود را ايفا نمايند. اليافي که در صنعت کامپوزيت استفاده مي‌شوند به دو دسته تقسيم مي‌شوند:

 

الف)الياف مصنوعي

ب)الياف طبيعي

کارايي کامپوزيتهاي پليمري مهندسي توسط خواص اجزاء آنها تعيين ميشود. اغلب آنها داراي الياف با مدول بالا هستند که در ماتريسهاي پليمري قرار داده شده اند و فصل مشترک خوبي نيز بين اين دو جزء وجود دارد. ماتريس پليمري دومين جزء عمده کامپوزيتهاي پليمري است. اين بخش عملکردهاي بسيار مهمي در کامپوزيت دارد. اول اينکه به عنوان يک چسب الياف تقويت کننده را نگه مي دارد. دوم، ماتريس تحت بار اعمالي تغيير شکل مي دهد و تنش را به الياف محکم و سفت منتقل مي کند. سوم، رفتار پلاستيک ماتريس پليمري، انرژي را جذب کرده، موجب کاهش تمرکز تنش ميشود که در نتيجه، رفتار چقرمگي در شکست را بهبود مي بخشد.

تقويت کننده ها معمولا شکننده هستند و رفتار پلاستيک ماتريس ميتواند موجب تغيير مسير ترکهاي موازي با الياف شود و موجب جلوگيري از شکست الياف واقع در يک صفحه شود. بحث در مورد مصاديق ماتريسهاي پليمري مورد استفاده درکامپوزيتها به معناي بحث در مورد تمام پلاستيکهاي تجاري موجود ميباشد. در تئوري تمام گرماسختها و گرمانرمها ميتوانند به عنوان ماتريس پليمري استفاده شوند. در عمل، گروههاي مشخصي از پليمرها به لحاظ فني و اقتصادي داراي اهميت هستند.

در ميان پليمرهاي گرماسخت پلي استر غير اشباع، وينيل استر، فنل فرمآلدهيد(فنوليک) اپوکسي و رزينهاي پلي ايميد بيشترين کاربرد را دارند. در مورد گرمانرمها، اگرچه گرمانرمهاي متعددي استفاده ميشوند، PEEK ، پلي پروپيلن و نايلون بيشترين زمينه و اهميت را دارا هستند. همچنين به دليل اهميت زيست محيطي، دراين بخش به رزينهاي داراي منشا طبيعي و تجديدپذير نيز، پرداخته شده است. از الياف متداول در کامپوزيتها مي‌توان به شيشه، کربن و آراميد اشاره نمود. در ميان رزينها نيز، پلي استر، وينيل استر، اپوکسي و فنوليک از اهميت بيشتري برخوردار هستند.

 

آلومينيوم کامپوزيت

كاربرد آلومينيوم كامپوزيت در نماي ساختمان

خصوصيات منحصر به فرد ورق هاي مرکب:

سبکي وزن - مقاومت بالاي رنگ در برابر اشعه ماوراء بنفش( UV ) - تنوع در شکل پذيري - ابعاد بزرگ ومتنوع - سرعت اجرايي بالا - مصالح زير سازي سبک

 

• بدون نياز به شستشو - عايق صوت - مقاومت بالا در برابر تغيير دما - عايق رطوبتي - دوست محيط زيست - ضد حريق

مقاومت در مقابل تغييرات دما: با توجه به خصوصيات منحصر به فرد خود ميتواند در مقابل تغييرات دما از 50- تا 80+ بدون هيچگونه تغييردر کيفيت مقاومت نمايد. عايق رطوبتي: فضاي ايجاد شده بين ورق هاي مرکب وديواره ساختمان باعث ايجاد عايق حرارتي وصوتي ورطوبتي مي شود وامکان جريان هوا رادرپشت پانل هاي مرکب بوجود مي آورد که اين امر باعث ميشود حرارت محيط به ساختمان نفوذ نکند.

در شکل زیر به ساختمان و لایه های کامپوزیتها دقت کنید.

دوست محيط زيست: کليه مواد خام تشکيل دهند برگشت پذير مي باشد و هيچگونه مواد زائد و مضر درطول توليد به وجود نمي آيد. باتوجه به اهميت طراحي مقاوم سازه هادر برابر زلزله درايران و ديدگاه متخصصين ومسئولين امر ساخت وساز در جهت کاهش وزن سازه ها اهميت استفاده از مصالح با تکنولوژيبالا و سبک وزن در ساختمان به طور واضح تري قابل مشاهده ‏مي باشد .سبک سازي ساختماندر مرمت و بازسازي ساختمانهاي موجود نقش مهمتري را ايفا مي نمايد ، چرا که به علتسن بالا و ديدگاه هاي قديمي طراحي داراي سازه‏هاي ضعيف تري هستند . به کارگيري ورقهاي ترکيبي وسبک وزن در ساختمانها منجر به داشتن نما و ساختمان سبک تري خواهد شد . که به ميزان قابل توجهي در کاهش نيروهاي ناشي از زمين لرزه موثر ميباشد.

ابعاد بزرگ و متنوع: از ويژگيهاي ديگر ورقهاي مرکب قابليت اجرا در مدول بنديهاي بزرگ مي باشد . که درمصالح ديگر نما سازي به علت بالا بودن وزن و مشکلات اجرائي اين قابليت وجود ندارد.

سرعت اجراي بالا: با امکانات اجرائي ورقهاي مرکب مدول بندي در ابعاد بزرگ و اجراي سريع زيرسازي آلومينيومي و نصب ورق روي آن و همچنين سهولت کار با ابزار آلات زمان اجرائي نما را به حداقل کاهش ميدهد.

سبک ولي مقاوم : بسيار سخت و مقاوم و ماندگار است، با توجه به اينکه 60درصد از آلومينيوم خام با همين قطر ، سبکتر است و در مقابل فشار و ضربه از مقاومت بسيار بالايي برخوردار است. با توجه به سختي و مقاومت بالاي خود امکان استفاده درمدولهاي بزرگ را براي طراحان فراهم مي سازد. از نظر کيفيت درسطح قابل قبول مي باشند به طوري در مقابل تابش مستقيم آفتاب و بارانهاي اسيدي بسيار مقاوم هستند. آلومينيوم واستراکچر پلي اتيلن دراين نوع محصول باعث مي شود، محصول در مقابل رطوبت شديد مقاومت کند و هيچ خللي در کيفيت آن بوجود نيايد.

خصوصيات بارز: مقرون به صرفه ، Economical Efficiencies - کاملاً مسطح ، ExcellentFlatness - نسوز ، Non – Combustibility - زيبا و سبک ، Beautiful Outlook $ Lightweight - عايق صوت وحرارت ، Insulation - به موازات فناوري هاي جديد، علائق معماران ودرخواست مشتريان، دائما مصالح ساخت و ساز در حال توسعه مي باشند. اين پانلها در زمره مصالح ساختماني نوين و يکي از جديدترين محصولات اختصاصي ارائه شده توسط بخش تحقيق و توسعه کارخانجات مهندسي دانگ شين مي باشد. اين پانلها بواسطه سطوح براق و استينلس استيلي خود فضاهاي خاص، منحصر به فرد، متنوع و داراي فناوريهاي روز در فضاي ديجيتالي شهري امروزه ايجاد مي نمايد.

موارد کاربرد: ساختمانهاي اداري، تجاري، صنعتي، آموزشي، بهداشتي، فرودگاه ها، ترمينال ها ، ايستگاه هاي مترو ، پوشش گنبدها وابنيه هاي خاص - به موازات فناوري هاي جديد، علائق معماران ودرخواست مشتريان، دائما مصالح ساخت وساز در حال توسعه مي باشند. اين پانلها در زمره مصالح ساختماني نوين و يکي از جديدترين محصولات اختصاصي ارائه شده توسط بخش تحقيق وتوسعه کارخانجات مهندسي دانگ شين مي باشد . اين پانلها بواسطه سطوح براق و استينلس استيلي خود فضاهاي خاص ، منحصر به فرد ، متنوع وداراي فناوريهاي روز در فضاي ديجيتالي شهري امروزه ايجاد مي نمايد - پانل آلومينيوم کامپوزيت محصولي است با فناوري روز که براي نماي داخلي وخارجي قابل استفاده مي باشد . اين پانل سبک در مراحل ساخت وکنترل هاي فني وکيفي از فناوري پيشرفته کشورهاي آمريکا ، انگلستان ، استراليا و کره جنوبي استفاده نموده است .

خصوصيات Features: وزن کم وسختي بالا Lightweight and Rigid - يک ورق سبک ودرعين حال سخت ومحکم که چگالي آن 2/1 تا 5/1 است و40% از وزن نماي ساختمان را در مقايسه با ورق هاي آلومينيومي ، باهمين استحکام کم مي نمايد.

همواربودن Flatness : سطح بسيار ممتاز وهموار اين ورقها از انکسار واعوجاج جلوگيري مي نمايد . مقاومت در برابر ضربه Impact Resistance- براي جلوگيري از شکستن وترک خوردن ورقها ، ساختاري مرکب از لايه هاي آلومينيوم و رزيني با قابليت بالا در لايه مياني استفاده شده است . بدين سبب اين ورقها مقاومت بالايي درمقابل ضربه از خود نشان مي دهند.

کارآئي Workability : برش ، خم کاري ، شيار زدن ، انحنا دادن را براحتي ميتوان بوسيله ماشين آلات نجاري وآهنگري انجام داد.

قابليت عدم فرسايش در مقابل هوا : پرداخت سطح ورقها باعث بالا رفتن مقاومت آنها در برابر خورندگي وشرايط جوي شده است.

پرداخت سطح نهائي فلوروکربن : رنگ رويه نهائي پولي استر نيز در دسترس مي باشد. ساخت پانل ها از ماشين آلات فلز کاري ونجاري ميتوان استفاده نمود. برش Cutting : جهت برش ميتوان از دستگاه گيوتين ، اره روميزي و اره منبت کاري ، استفاده نمود.

مقاومت عالي رنگ ومقاومت در برابر بارانهاي اسيدي: رنگ مورد مصرف ورق هاي آلومينيوم کامپوزيت ماده اي به نام PVDF مي باشد که نوعي Fluorocarbon با ضخامت بين 25 الي 35 ميکرون مي باشد که جزو جديدترين انواع رنگ مورد مصرف درجهان مي باشد. PVDF نوعي رزين ميباشد لذا درهنگام خمکاري وفرم دهي هيچگونه شکست وترکي روي رنگ ايجاد نشده وکليه عمليات رنگ کاري درکارخانه سازنده ورق انجام مي گردد. ديگر اينکه اين نوع رنگ درمقابل بارانهاي اسيدي بسيار مقاوم بوده و نيز در مقابل اشعه UV آفتاب داراي مقاومت بسيار بالايينسبت به رنگهاي رايج ديگر ميباشد. براي رنگ تستهاي مختلفي انجام گرفته که جداول آنها همگي موجود مي باشد. ديگر مصالح به هيچوجه داراي اينگونه خواص نمي باشند. بطور مثال سنگ گرانيت دراثر اشعه UV وبارانهاي اسيدي جلا وصيقلي بودن خود را حداکثر ظرف يک سال از دست مي دهد وسيمان به سرعت کثيف و چرک مي گردد وشيشه به سرعت کثيف شده وحتي به مرور زمان رسوب آب باران بر روي شيشه باقي مي ماند.

 

جدول مقايسه وزني

 

[TABLE=class: MsoNormalTable, width: 98]

[TR]

[TD]

 

نوع مصالح

 

[/TD]

[TD]وزن (کيلوگرم بر متر مربع)

 

[/TD]

[TD]وزن مصالح زيرسازي (کيلوگرم بر متر مربع)

 

[/TD]

[TD]جمع (کيلوگرم بر متر مربع)

 

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]سنگ گرانيتcm 3

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]حدود 81

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]حدود 14(با ملات)

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]95

 

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]سيمان با ضخامتcm4

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]حدود 78

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]-

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]78

 

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]شيشهmm 6

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]حدود 26

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]حدود 12(با پروفيل آلومينيوم)

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]38

 

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]ورق آلومينيومي

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]حدود 15

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]حدود 10

 

[/TD]

[TD=bgcolor: transparent]35[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

کامپوزيت‌ها يا چندسازه‌هاي مصنوعي

 

از اولين کامپوزيت‌ها يا همان چندسازه‌هاي ساخت بشر مي‌توان به کاه گل اشاره کرد. قايق‌هايي که سرخ‌پوست‌ها با قير و بامبو مي‌ساختند و تنورهايي که از گل ، پودر شيشه و پشم بز ساخته مي‌شدند و در نواحي مختلف کشورمان يافت شده است، از کامپوزيت‌هاي نخستين هستند. بسياري از نيازهاي صنعتي صنايعي مانند صنايع فضايي ، راکتورسازي ، الکترونيکي و غيره نمي‌تواند با استفاده از مواد معمولي شناخته شده ، برآورده شود. اما قسمتي از آن نيازها ، مي‌تواند با استفاده از چندسازه‌ها يا کامپوزيت‌ها برآورده گردد. چندسازه‌ها به موادي گفته مي‌شود که از مخلوطي از دو يا چند عنصر ساخته شده باشند.

 

در حاليکه در چندسازه‌ها ، نه فقط خواص هر يک از اجزاء آن برجا باقي مي‌ماند، بلکه در نتيجه پيوستن آنها با يکديگر ، خواص جديدتر و بهتر هم بدست مي‌آيد. مواد مختلط هميشه ناهمگن مي‌باشد. بررسيها و تحقيقات براي دست يافتن به مواد جديدتر با خواص مکانيکي بهتر ، همواره انجام مي‌گرفته و هنوز هم همگام با پيشرفت صنايع دنبال مي‌گردد. در اين بررسيها ، اغلب اين هدف دنبال مي‌شود که به موادي با نسبت مناسب از استحکام کششي به چگالي ، استحکام حرارتي بالا و خواص ويژه سطح خارجي دست يابند.

 

انواع چندسازه‌ها

 

انواع چندسازه‌ها را مي‌توان به گروههاي زير طبقه‌بندي نمود.

 

کامپوزيت‌هاي پايه پليمري: اين مواد اهميت صنعتي فراواني دارد و هنوز هم تحقيقات در اين زمينه ادامه دارد. مواد مصنوعي تقويت شده با الياف شيشه (فايبرگلاس‌ها) يکي از اين مواد مي‌باشد که تاکنون کاربرد صنعتي وسيعي پيدا کرده است.

 

کامپوزيت‌هاي پايه فلزي.

 

کامپوزيت‌هاي پايه سراميکي: کامپوزيت‌هاي پايه پليمري بيش از 90% کاربرد کامپوزيت‌ها را به خود اختصاص داده‌اند و از بقيه مهمتر هستند.

 

ساختمان فايبر گلاس‌ها

 

ساختمان و اندازه‌ اين الياف شيشه‌ها بسيار متغير است. کوچکترين آنها بوسيله چشم غير مسلح ديده نمي‌شود و بسيار ريز هستند. اندازه‌هاي کمي بزرگتر از آن ذراتي هستند که در کارخانجات ساخت فرآورده‌هاي الياف شيشه‌ها به کمک هوا نقل و انتقال يافته و سبب شوزش پوست و بيني و گلو مي‌شود. الياف شيشه متداولترين الياف مصرفي کامپوزيت‌ها در دنيا و ايران است که متاسفانه در ايران ساخته نمي‌شود. انواع الياف شيشه عبارتند از انواع E ، C ، S و کوارتز. ترکيب الياف شيشه نوع E يا الکتريکي ، از جنس آلومينوبور و سيليکات کلسيم بوده و داراي مقاومت ويژه الکتريکي بالايي است.

 

الیاف شیشه نوع S ، تقريباْْ 40 درصد استحکام بيشتري نسبت به الياف شيشه نوع E دارند. الياف شيشه نوع C يا الياف شيشه شيميايي ، داراي ترکيب بور و سيليکات کربنات دو سود بوده و نسبت به دو مورد قبل پايداري شيميايي بيشتري بخصوص در محيط‌هاي اسيدي دارد. الياف شيشه کوارتز ، بيشتر در مواردي که خاصيت دي‌الکتريک پايين نياز باشد، مانند پوشش آنتن‌ها و يا رادارهاي هواپيما استفاده مي‌شوند.

سبکي ، سهولت شکل‌دهي ، مقاومت در برابر خوردگي و قابليت آب‌بندي ، از ويژگيهاي کامپوزيت‌هايي است که در صنعت ساختمان بکار مي‌رود. فايبرگلاس يا الياف شيشه که پرکاربردترين کامپوزيت‌ها هستند، فيبرها يا الياف ساخت بشر است که در آن ، ماده‌ تشکيل دهنده‌ فيبر ، شيشه است. الياف شيشه‌ها ، موارد استفاده‌هاي فراواني از جمله در ساخت بدنه‌ خودروها و قايقهاي تندرو و مسابقه‌اي ، کلاه ايمني موتورسواران ، عايقکاري ساختمانها و کوره‌ها و يخچالها و … دارند.

 

کاربردهاي کامپوزيت‌ها

 

سابقه استفاده از کامپوزيت‌هاي پيشرفته به دهه‌ 1940 باز مي‌گردد. در آن زمان ارتشهاي آمريکا و شوروي سابق در رقابتي تنگاتنگ با يکديگر ، موفق به ساخت کامپوزيت پايه پليمري الياف بور - رزين اپوکسي براي استفاده در صنعت هوا فضا شدند. 20 تا 30 سال پس از آن ، کامپوزيت‌هاي پايه پليمري بطور گسترده‌اي به سوي صنايع شهري از جمله ساختمان و حمل و نقل روي آوردند. بطور مثال امروزه خودروهايي ساخته مي‌شود که تماماْْ کامپوزيتي هستند. استفاده از کامپوزيت‌ها در اين کاربرد به علت ويژگيهايي چون وزن کمتر ، در نتيجه سوخت کمتر و عمر طولاني‌تر آنهاست.

با توجه به پايداري بسيار زياد کامپوزيت‌هاي پايه پليمري و مقاومت بسيار خوب آنها در محيط‌هاي خورنده، اين کامپوزيت‌ها، کاربردهاي وسيعي در صنايع دريايي پيدا کرده‌اند که از آن جمله مي‌توان به ساخت بدنه قايقها و کشتيها و تاسيسات فراساحلي اشاره داشت. استفاده از کامپوزيت‌ها در اين صنعت، حدود 60% صرفه‌جويي اقتصادي داشته است که علت اصلي آن مربوط به پايداري اين مواد است. صنعت ساختمان پرمصرف‌ترين صنعت براي مواد کامپوزيتي است. استخرهاي شنا ، وان حمام ، سينک ظرفشويي و دست‌شويي ، کف‌پوش ، نماپوش ، سقف‌پوش ، برج‌هاي خنک‌کننده و … همگي کامپوزيت‌هاي پايه پليمري هستند.

 

خواص کامپوزيت هاي FRP به عنوان يک جايگزين خوب آرماتور هاي فولادي در بتن

 

بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه هاي آمريکا هنگام بررسي پلها از نظر سازه اي به دليل پوشش کم بتن ، طراحي ضيعف ، عدم مهارت کافي هنگام اجرا و ساير عوامل همانند شرايط آب و هوايي سبب ايجاد ترک در بتن و خوردگي آرماتور هاي فولادي شده است.

 

پس از سالها مطالعه بر روي خوردگي ، FRP به عنوان يک جايگزين خوب آرماتور هاي فولادي در بتن پيشنهاد شده اند. سه نوع ميلگرد ( AFRP) , ( CFRP ) , ( GFRP ) از انواع تجاري آن هستند که در صنعت ساختمان کاربرد دارند.

 

از اين مواد به جاي آرماتور هاي فولادي يا کابلهاي پيش تنيده در سازه هاي بتني پيش تنيده و يا غير پيش تنيده استفاده مي شود. مواد FRP موادي غير فلزي و مقاوم در برابر خوردگي است که در کنار خواص مهم ديگري همانند مقاومت کششي زياد آنها را براي استفاده بعنوان آرماتور مناسب مي کند.

از آنجايي که FRP ها مصالحي ناهمسانگرد هستند نوع و مقدار فيبرورزين مورد استفاده ، سازگاري فيبر و کنترل کيفيت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلي را در بهبود خواص مکانيکي آن دارد.

 

به طور کلي مزاياي آن به صورت زير دسته بندي مي شود:

 

1-مقاومت کششي بيشتر از فولاد 2- يک چهارم وزن آرماتور فولادي 3- عدم تاثير در ميدانهاي مغناطيسي و فرکانس هاي راديويي ، براي مثال تاثير روط دستگاه هاي بيمارستاني 4- عدم هدايت الکتريکي و حرارتي.

لذا به دليل مزاياي بالا به عنوان يک جايگزين مناسب براي آرماتورهاي فولادي در سازه هاي دريايي ، سازه پارکيمگ ها ، عرشه هاي پل ها، ساخت بزرگراه هايي که بطور زيادي تحت تاثير عوامل محيطي هستند و در نهايت سازه هايي که در برابر خوردگي و ميدانهاي مغناطيسي حساسيت زيادي دارند پيشنهاد مي کند.

 

دليل عمده استفادة از ميلگردهاي FRP در داخل بتن، جلوگيري از پديده خوردگي و افزايش ميرايي ارتعاشات ايجاد شده در سازه در برابر ارتعاش مي­باشد. هر چند که استفاده از ميل­گردهاي FRP به جاي نمونه­هاي فلزي سبب کاهش وزن بنا نيز خواهد شد، اما در استفاده از اين ميل­گردها، مساله کاهش وزن اهميت ناچيزي نسبت به دو مورد بيان­شده دارد. دليل بالا بودن ضريب ميرايي کامپوزيت­ها، خواص غيرکشسان آنهاست که انرژي جذب شده را ميرا مي­کنند. در حالي که مواد فلزي حالت کشسان داشته و انرژي جذب شده را ميرا نمي­نمايند. بنابراين مواد کامپوزيتي در برابر ارتعاشات زلزله عملکرد بهتري خواهند داشت و بهترين گزينه جهت مقاومت سازه در برابر لرزه­ها خواهند بود.

بکارگيري ميل­گردهاي FRP به جاي فلزي، به­طور قابل ملاحظه­اي از زيان­هاي ناشي از بروز خوردگي جلوگيري مي­کند. ظهور تخريب ناشي از پديدة خوردگي در بتن مسلح­شده با ميل­گرد فلزي بدين گونه است که نخست ميله­­هاي فلزي داخل بتن دچار زنگ­زدگي شده و اکسيد مي­شوند. سپس اين اکسيد­ها به سمت سطح بيروني بتن شروع به مهاجرت کرده و با انتشار در داخل بتن باعث از بين رفتن آن مي­شوند. بدين ترتيب با خورده­شدن دو جزء فلزي و بتني سازه، زمينة تخريب کامل سازة بتني فراهم مي­گردد. روش­هاي سنتي گذشته مانند چسباندن صفحات فلزي بر روي سازه يا اضافه کردن ضخامت بتن جهت مقابله با پديدة خوردگي ضمن آنکه مشکل خوردگي فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزايش وزن سازه و آسيب­پذيرترشدن آن در برابر زلزله نيز خواهد شد. جهت جلوگيري از اين امر مي­توان با تقويت سطح خارجي سازة بتني توسط مواد مرکب و استفاده از ميل­گردهاي FRP در داخل بتن، هم مشکل خوردگي فلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوي مختل شدن کارايي سازه در صورت خورده شدن بتن را گرفت که اين بهترين روش مقابله با پديدة خوردگي در يک سازة بتني مي­باشد. کشور ما نياز بسيار گسترده­اي به استفاده از کامپوزيت­ها در قالب آرماتورهاي کامپوزيتي دارد. هم­اکنون بسياري از سازه­هاي بنا شده در محيط­هاي خورندة مناطق مختلف کشور همچون پل­هاي درياچة اروميه و يا ساختمان­هاي جنوب کشور دچار معضل خوردگي هستند که استفاده از کامپوزيت­ها مي­تواند پاسخگوي مشکل اين قبيل سازه­ها باشد.

در کشور ما به دليل کمی شناخت اين تکنولوژي، تقريباً حرکت قابل توجهي به سمت بهره­گيري و انتقال آن صورت نپذيرفته است. در گوشه­ و کنار تلاش­هايي از سوي بعضي از کارخانجات و صنايع علاقه­مند جهت ساخت دستگاه پالتروژن انجام گرفته است، اما هنوز تا رسيدن به يک محصول قابل قبول از نظر خواص مناسب و ساختار مکانيکي همگن فاصلة زيادي وجود دارد. اين دستگاه ساختار بسيار پيچيده­اي ندارد و مي­توان در صورت نياز از طريق ارتباط با کشورهاي خارجي اقدام به انتقال تکنولوژي آن به کشور نمود. نوع غربي آن حدود 350 تا 400 هزار دلار قيمت دارد و نوع روسي و چيني آن با قيمت ارزان­تر، تقريباً با نصف اين هزينه قابل تهيه مي­باشند. عدم توجه به اين تکنولوژي مي­تواند موجب عقب­افتادگي صنايع کشور در بهره­گيري از عرصة گستردة کامپوزيت­ها گردد. تکنيک مقاوم سازي ستون هاي مسلح بتني با استفاده از کامپوزيت هاي FRP به طور گسترده اي به جاي پوشش نمودن به وسيله فولاد مورد کاربرد قرار گرفته است.در مقايسه با استفاده از تنگ ها و مارپيچ فولادي. تکنيک محصور سازي با استفاده از FRP قابليت اين را دارد که محصور شدگي را به صورت پيوسته براي تمام مقطع عرضي ستون تامين کنند.همچنين اين موارد داراي خواص ذاتي مطلوبي (نسبت زياد مقاومت به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگي و خنثي بودن الکترو مغناطيسي)هستند.به گونه اي که مي توان در مقاوم سازي يا بازسازي اعضاي بتني به طور موفقيت اميزي از آنها بهره گرفت. رفتار FRP را نمي توان مانند پوشش فولاد (خاموت)در نظر گرفت. زيرا يک ماده الاستوپلاستيک است در حالي که الياف FRP کاملا الاستيک مي باشد. FRP نوعي ماده کامپوزيت متشکل از دو بخش فيبر يا الياف تقويتي است که به وسيله يک ماتريس رزين از جنس پليمر احاطه شده است. که به دو شکل ورق هاي FRP و ميلگردهاي FRP وجود دارد.

 

كامپوزيتهاي Frp

نقش اصلي ماتريس عبارت است از :

1- انتقال برش از فيبر تقويتي به ماده مجاور 2- محافظت از فيبر در شرايط محيطي 3- جلوگيري از خسارات مکانيکي وارد بر الياف 4- کنترل کمانش موضعي الياف تحت فشار

به طور کليFRP ها بر اساس فيبر تشکيل دهنده ي آنها به چند دسته زير تقسيم مي شوند:

1- CFRP با اليافي از جنس کربن 2-GFRP با اليافي از جنس شيشه 3- AFRP با اليافي از جنس آراميد

مزاياي استفاده از FRP : 1- وزن کم (چگالي آن در حدود 20% فولاد است .) 2- مقاومت در برابر خورندگي 3- نفوذناپذيري مغناطيسي 4- امکان تقويت به صورت خارجي 5- حمل و نقل آسان وسرعت اجراي بالابه دليل وزن کم

مزاياي استفاده از پروفيل هاي کامپوزيتي FRP در صنعت ساختمان با توجه به کاربرد روز افزون اشکال مختلف FRP در تقويت سازه هاي بتن آرمه , حتي کاربرد آنها در تقويت سازه هاي فولادي لزوم آشنايي با برخي از مفاهيم پايه در اين مقوله ضروري به نظر مي رسد. با آشنايي با مفهوم FRP , لزوم آشنايي با برخي ازمفاهيم چون کامپوزيت ,پليمر , رزين يا ماتريس , طبقه بندي FRP براساس فيبر يا الياف تشکيل دهنده يا انواع رزينهاي پليمري تشکيل دهنده آن, مقايسه بين آنها , روشهاي توليد, عوامل مؤثر در خواص مکانيکي لزوم دارد. اين کلمه اختصاري از کلمات Fiber Reinforced Polymer or Plastic مي با شد به عبارت ديگر به يک ماده مرکب و کامپوزيتي اطلاق مي شود که از فيبريا الياف تقويتي و ماتريس ( ماده در برگيرنده ) يا رزين از جنس پليمر مطابق شکل 1 تشکيل شده است. بزرگترين سهم بازار مصرف مواد مرکب (کامپوزيت) در دنيا در اختيار صنعت ساختماناست. در اين ميان پروفيلهاي کامپوزيتي به ميزان وسيعي در ساختمان سازي بويژه احداثبناهاي ساحلي و يا سازه‌هاي مستقر شده در شرايط اقليمي خورنده کاربرد يافتهاند.

دليل عمده استفاده از پروفيل هاي FRP در داخل بتن، جلوگيري از پديده خوردگيو افزايش عمر سازه در برابر ارتعاش مي باشد. هرچند که استفاده از پروفيل هاي FRP بهجاي نمونه هاي فلزي سبب کاهش وزن بنا نيز خواهد شد، اما در استفاده از اينپروفيلها، مساله کاهش وزن اهميت ناچيزي نسبت به دو مورد بيان شده دارد. دليل بالابودن عمر کامپوزيت ها، خواص غير کشسان آنهاست. در حالي که مواد فلزي حالت کشسانداشته و انرژي جذب شده را ميرا مي نمايند. بنابراين مواد کامپوزيتي در برابرارتعاشات زلزله عملکرد بهتري خواهند داشت و بهترين گزينه جهت مقاومت سازه در برابرلرزه خواهند بود.

بکارگيري پروفيل هاي FRP به جاي فلزي، بطور قابل ملاحظه اي اززيانهاي ناشي از بروز خوردگي جلوگيري مي کند. ظهور تخريب ناشي از پديده خوردگي دربتن مسلح شده با پروفيل فلزي بدين گونه است که نخست ميله هاي فلزي داخل بتن دچارزنگ زدگي شده و اکسيد مي شوند. سپس اين اکسيدها به سمت سطح بيروني بتن شروع بهمهاجرت کرده و با انتشار در داخل بتن باعث از بين رفتن آن مي شوند. بدين ترتيب باخورده شدن دو جزء فلزي و بتن سازه، زمينه تخريب کامل سازه بتني فراهم مي گردد. روشهاي سنتي گذشته مانند چسباندن صفحات فلزي بر روي سازه يا اضافه کردن ضخامت بتنجهت مقابله با پديده خوردگي ضمن آنکه مشکل خوردگي فلز را مرتفع نخواهد نمود، سببافزايش وزن سازه و آسيب پذيرتر شدن آن در برابر زلزله نيز خواهد شد. جهت جلوگيري ازاين امر مي توان با تقويت سطح خارجي سازه بتني توسط مواد مرکب و استفاده از پروفيلهاي FRP در داخل بتن، هم مشکل خوردگي فلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوي مختل شدنکارايي سازه در صورت خورده شدن بتن را گرفت که اين بهترين روش مقابله با پديدهخوردگي در يک سازه بتني مي باشد.

کشور ما نياز بسيار گسترده اي به استفاده ازکامپوزيت ها در قالب پروفيلهاي کامپوزيتي دارد. هم اکنون بسياري از سازه هاي بناشده در محيط هاي خورنده مناطق مختلف کشور همچون پل هاي درياچه اروميه و يا ساختمانهاي جنوب کشور دچار معضل خوردگي هستند که استفاده از کامپوزيت ها مي تواند پاسخگويمشکل اين قبيل سازه ها باشد.

 

[spow 44197]

دانلود پاورپوینتی با عنوان :

 

استفاده از کامپوزیت های FRP درساخت-بهسازی و تقویت سازه ها

 

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

• ورود
• یا
• ثبت نام

.

[spow 44197]

عنوان سمینار: کامپوزیتها و کاربرد آنها

 

تعریف

اولین کامپوزیتها

اجزا کامپوزیت

مزايا و خواص

فرایندهای تولید

کاربردها

وضعیت صنعت کامپوزیت در ایران

برخی تجهیزات لازم جهت تجهیز کارگاه تولید قطعات کامپوزیتی

اخبار

جمع بندي و نتيجه گيري

 

 

امروزه كامپوزيت هاي پليمري روز به روز گسترش و پيشرفت داشته و نوع فلزي و سراميكي بخش بسيار محدودي را در دنياي كامپوزيت ها شامل مي شود

 

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

• ورود
• یا
• ثبت نام

[spow 44197]

آشنایی با کامپوزیت ها و کاربرد آنها در خودرو و ساختمان

 

در کاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوافضا، کاربردهای زیر آبی، حمل و نقل و امثال آنها، امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک بوده و مقاومت سایشی خوبی داشته باشند. از آنجا که نمی توان ماده ای یافت که همه خواص مورد نظر را دارا باشد، باید به دنبال چاره ای دیگر بود. کلید این مشکل، استفاده از کامپوزیت هاست.

کامپوزیت ها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنکه اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می بخشند. در کامپوزیت های پلیمری حداقل دو جزء مشاهده می شود:

1 - فاز تقویت کننده که درون ماتریس پخش شده است.

2 - فاز ماتریس که فاز دیگر را در بر می گیرد و یک پلیمر گرماسخت یا گرمانرم می باشد که گاهی قبل از سخت شدن آن را رزین می نامند.

خواص کامپوزیت ها به عوامل مختلفی از قبیل نوع مواد تشکیل دهنده و ترکیب درصد آنها، شکل و آرایش تقویت کننده و اتصال دو جزء به یکدیگر بستگی دارد.

از نظر فنی، کامپوزیت های لیفی، مهم ترین نوع کامپوزیت ها می باشند که خود به دو دسته الیاف کوتاه و بلند تقسیم می شوند. الیاف می بایست استحکام کششی بسیار بالایی داشته، خواص لیف آن (در قطر کم) از خواص توده ماده بالاتر باشد. در واقع قسمت اعظم نیرو توسط الیاف تحمل می شود و ماتریس پلیمری در واقع ضمن حفاظت الیاف از صدمات فیزیکی و شیمیایی، کار انتقال نیرو به الیاف را انجام می دهد. ضمناَ ماتریس الیاف را به مانند یک چسب کنار هم نگه می دارد و البته گسترش ترک را محدود می کند. مدول کششی ماتریس پلیمری باید از الیاف پایین تر باشد و اتصال قوی بین الیاف و ماتریس به وجود بیاورد. خواص کامپوزیت بستگی زیادی به خواص الیاف و پلیمر و نیز جهت و طول الیاف و کیفیت اتصال رزین و الیاف دارد. اگر الیاف از یک حدی (طول بحرانی) کوتاه تر باشند، نمی توانند حداکثر نقش تقویت کنندگی خود را ایفا نمایند.

● الیافی که در صنعت کامپوزیت استفاده می شوند به دو دسته تقسیم می شوند:

الف)الیاف مصنوعی

ب)الیاف طبیعی

کارایی کامپوزیت های پلیمری مهندسی توسط خواص اجزاء آنها تعیین می شود. اغلب آنها دارای الیاف با مدول بالا هستند که در ماتریس های پلیمری قرار داده شده اند و فصل مشترک خوبی نیز بین این دو جزء وجود دارد.

ماتریس پلیمری دومین جزء عمده کامپوزیت های پلیمری است. این بخش عملکردهای بسیار مهمی در کامپوزیت دارد. اول اینکه به عنوان چسب الیاف تقویت کننده را نگه می دارد. دوم، ماتریس تحت بار اعمالی تغییر شکل می دهد و تنش را به الیاف محکم و سفت منتقل می کند.

سوم، رفتار پلاستیک ماتریس پلیمری، انرژی را جذب کرده، موجب کاهش تمرکز تنش می شود که در نتیجه، رفتار چقرمگی در شکست را بهبود می بخشد.

تقویت کننده ها معمولا شکننده هستند و رفتار پلاستیک ماتریس می تواند موجب تغییر مسیر ترک های موازی با الیاف شود و موجب جلوگیری از شکست الیاف واقع در یک صفحه شود.

بحث در مورد مصادیق ماتریس های پلیمری مورد استفاده درکامپوزیت ها به معنای بحث در مورد تمام پلاستیک های تجاری موجود می باشد. در تئوری تمام گرماسخت ها و گرمانرم ها می توانند به عنوان ماتریس پلیمری استفاده شوند. در عمل، گروه های مشخصی از پلیمرها به لحاظ فنی و اقتصادی دارای اهمیت هستند.

در میان پلیمرهای گرماسخت پلی استر غیر اشباع، وینیل استر، فنل فرمآلدهید(فنولیک) اپوکسی و رزین های پلی ایمید بیشترین کاربرد را دارند. در مورد گرمانرم ها، اگرچه گرمانرم های متعددی استفاده می شوند، PEEK، پلی پروپیلن و نایلون بیشترین زمینه و اهمیت را دارا هستند. همچنین به دلیل اهمیت زیست محیطی، دراین بخش به رزین های دارای منشا طبیعی و تجدیدپذیر نیز، پرداخته شده است.

از الیاف متداول در کامپوزیت ها می توان به شیشه، کربن و آرامید اشاره نمود. در میان رزین ها نیز، پلی استر، وینیل استر، اپوکسی و فنولیک از اهمیت بیشتری برخوردار هستند.

نمای میکروسکوپی از خواص دوگانه (استحکام و کشش) در فایبرگلاس

کاربرد کامپوزیت ها در صنعت خودرو:

کامپوزیت های الیاف طبیعی مورد استفاده در خودروسازی را می توان به دو دسته تقسیم بندی نمود:

1) نخست آنهایی که صرفاً در ساخت قطعات تزئینی به کار می روند و نیاز به مقاومت چندان بالایی ندارند.

2) دسته دیگر آنهایی که کاربرد نیمه باربر دارند و لازم است تا مقاومت مکانیکی نسبتاً بالایی از خود نشان دهند.

دسته اول بیشتر در ساخت قطعات داخل اتاق خودرو همچون رودری، طاقچه عقب و داشبورد کاربرد دارند. دسته دوم در ساخت پوشش سقف و صندوق عقب مورد استفاده قرار می گیرند و لازم است تا در برابر ضربه و بار اعمالی استحکام لازم را داشته باشند.

کامپوزیت های الیاف طبیعی مصرفی در قطعات خودروها علاوه بر داشتن حداقل خواص مکانیکی، از رفتار شکست بسیار خوبی برخوردار هستند. این کامپوزیت ها به صورت غیر ناگهانی و تدریجی می شکنند و همچنین در حین تصادفات، کمتر لبه های تیز و برنده که سرنشین خودرو را زخمی کند تولید می کنند. این کامپوزیت ها به طور خلاصه نسبت به مواد متداول از خواصی مناسب زیر برخوردارند:

1) سطح نهایی بسیار صاف و نرمی دارند.

2) ظاهر آنها بسیار بهتر از پلاستیک های ارزان قیمت است.

3) ازنظر حرارتی در برابر شعله بسیار مقاوم تر از پلاستیک ها هستند.

4) جاذب اصوات بیرونی هستند.

5) به مرور زمان تغییر شکل نمی دهند.

6) نسبت به تغییرات جوی همچون رطوبت مقاوم هستند.

7) هزینه پایینی دارند.

کاربرد کامپوزیت ها در صنعت ساختمان:

صنعت ساختمان یکی از بزرگ ترین بازارهای کامپوزیت های الیاف طبیعی به شمار می آید. استفاده از کامپوزیت های الیاف طبیعی به عنوان جانشین های مناسب چوب و آهن در ساخت و ساز به شدت در حال گسترش است. در ساخت پارتیشن ها، سقف های کاذب، حصارها نرده ها، کف ها و نمای دیوارها به خوبی می توان از این نوع کامپوزیت ها استفاده کرد. در کشورهای آسیایی ساخت کیوسک ها، خانه های پیش ساخته، خوابگاه ها، سایبان ها و پناهگاه ها به کمک این کامپوزیت ها مورد استقبال فراوان واقع شده است.

این کامپوزیت ها در مقایسه با فایبرگلاس و آهن بسیار ارزان تر بوده و بسیار سبک تر است. کامپوزیت های الیاف طبیعی مصرف شده در ساختمان را با انواع فرایندهای شکل دهی می توان به سهولت تولید نمود. این الیاف به راحتی می توانند به صورت پروفیل های پالتروژنی که در ساخت قاب ها به کار می روند شکل داده شوند.

همچنین پانل های تولیدشده به روش تزریق رزین می توانند به عنوان جانشین های مناسبی برای فیبرهای چوبی و صفحات MDF مطرح شوند. به کمک فرایند پرس گرم نیز می توان تخته های بسیار نازک با ضخامت های گوناگون را تهیه نمود که در ساخت روکش های تزئینی کاربرد دارد. سطوح این کامپوزیت ها نیز مشابه چوب بوده و به کمک یک لایه جلادهنده براقی ویژه ای پیدا می کنند. امروزه استفاده از کامپوزیت های الیاف طبیعی به عنوان روکش های تزئینی شکیل در بسیاری از کشورها دنبال می شود.

[spow 44197]

روش های تولید کامپوزیت ها و مزایای آن در صنعت خودرو

 

صنعت کامپوزیت یکی از صنایع رو به رشد در عرصه مواد مهندسی است. امروزه به خاطر مزایایی که کامپوزیت ها نسبت به فلزات دارند، توسعه زیادی پیدا کرده اند. از جمله می توان به کاربرد قطعات کامپوزیتی در صنعت خودرو اشاره کرد.

اکثر قطعاتی که در خودرو کاربرد دارند فلزی هستند، اما فلزات محدودیت هایی دارند که راه را برای استفاده از قطعات کامپوزیت در صنعت خودرو باز کرده است. کامپوزیت های مورد استفاده در صنعت خودرو بیشتر از نوع کامپوزیت های زمینه پلیمری هستند. این کامپوزیت ها از مواد ترمو ست (گرما سخت) و ترمو پلاستیک (گرما نرم) تشکیل شده اند که توسط الیاف شیشه تقویت می شوند.

 

 

مزایا و صرفه جویی ها:

 

به علت مزایایی که قطعات کامپوزیتی نسبت به قطعات فلزی دارند و صرفه جویی هایی که در اثر استفاده از آنها ایجاد می شود، هر روز قطعات بیشتری از خودرو به قطعات کامپوزیتی تبدیل می شود. در فلزات امکان ریخته گری با ضخامت های کم را نداریم. اگر با ورق نیز به شکل دهی قطعه بپردازیم، دور ریز زیاد دارد و ضایعات را زیاد می کند. در صورتی که برای کامپوزیت ها این محدودیت وجود ندارد و به خاطر قدرت سیلان بالا می توانند تمام قالب را پر کرده و شکل قطعه مورد نظر را کامل کنند.

 

در زیر به بعضی از مزایا و صرفه جویی های ناشی از استفاده از مواد کامپوزیت در صنعت خودرو، اشاره شده است:

 

 

1. سبکی:

 

این قطعات به خاطر وزن مخصوص کم دارای وزن کمتری نسبت به قطعات فلزی هستند. وزن تا حدود نصف و حتی بیشتر کاهش پیدا می کند. طبیعتاً این کاهش وزن در کاهش مقدار سوخت و استفاده از موتورهایی با قدرت کمتر و کوچک تر موثر خواهد بود. این مساله باعث صرفه جویی در مصرف سوخت و در نتیجه کاهش آلودگی می گردد.

 

 

2. خواص مکانیکی بالا:

 

به همان نسبت که وزن قطعات کم می شود، مقاومت مکانیکی آنها در ابعاد مختلف افزایش می یابد و به طور متوسط در تمام خواص مکانیکی خواص بهتری نسبت به فلزات از خود نشان می دهند. این مسئله باعث افزایش عمر قطعات خواهد شد.

 

 

3. مقاومت در برابر خوردگی:

 

بر خلاف فلزات تأثیر مواد نمکی و شیمیایی و اکسید شدن در قطعات کامپوزیتی کم است یا اصلاً وجود ندارد که باعث صرفه جویی در هزینه های نگهداری و افزایش عمر قطعات می شود و استفاده از قطعات در محیط های مرطوب را برای مدت طولانی فراهم می نماید.

 

 

4. سرمایه گذاری کم:

 

بر خلاف قطعات فلزی برای تولید قطعات با استفاده از کامپوزیت ها سرمایه گذاری کمتری لازم است. به طور مثال اگر برای تولید یک قطعه از فلز چند قالب لازم باشد، برای تولید همان قطعه با کامپوزیت، از یک یا دو قالب بیشتر استفاده نمی شود.

 

 

5. سهولت تولید:

 

این قطعات را می توان با ماشین آلات کمتر و با سهولت بیشتری نسبت به فلزات و با تعداد بیشتری تولید کرد.

 

 

روش های تولید:

 

با توجه به نوع قطعه و خواص مورد نظر، در قطعات کامپوزیتی با زمینه پلیمر، روش های مختلفی برای تولید وجود دارد. در زیر به شرح بعضی از آن ها پرداخته ایم:

 

 

1) روش های دستی (Hand Lay-up):

 

این روش، روش پیچیده ای نیست و تیراژ پایین دارد. این روش برای قطعات ساده که انتظار بالایی از نظر خواص مکانیکی از آنها نداریم استفاده می شود، مانند شناورها، قایق ها، گلدان ها و اتاقک ها.

 

 

2) روش:RTM یا Resin Transfer Molding:

 

در این روش یک قالب زرینی داریم که پارچه ای از فایبرگلاس در آن قرار می گیرد و سپس رزین تزریق می گردد. این روش از دقت و صافی سطح بیشتری نسبت به روش دستی برخوردار است. ولی چون فشار بالا نیست به هم پیوستگی کمتری نسبت به روشSMC دارد. RTM نسبت به روش دستی به سرمایه گذاری بیشتری نیاز دارد.

 

 

3) روش SMC یا Sheet Molding compound:

 

در این روش ابتدا مواد ترموست (گرما سخت) با الیاف شیشه تقویت شده و سپس به صورت ورق در می آید و سپس تحت گرما و فشار در قالب پرس شده و شکل می گیرد.

 

 

4) روش GMT یا Glass Matt reinforced Thermoplastic:

 

در این روش مواد ترموپلاستیک (گرما نرم) با پارچه ای از فایبر گلاس مسلح شده و تحت فشار شکل می گیرند.

 

 

5) روش FW یا Filament Winding:

 

این روش عمدتاً برای تولید قطعات مدور استفاده می شود که به صورت پیوسته تولید می شوند، مثلا برای تولید لوله ها، به دور هسته ای استوانه ای، فایبر گلاس آغشته به رزین پیچیده می شود و بعد مواد تحت گرما حالت نهایی به خود می گیرند.

 

 

6) روش BMC یا Bulk Molding Compound:

 

توده ای از خمیر که شامل مواد پلیمری و فایبرگلاس می باشد، تحت فشار به قالب تزریق می شود.

 

 

7) روش LFT یا Long Fiber Thermoplastic:

 

در این روش مواد ترموپلاستیک با الیاف شیشه در داخل اکسترودر مخلوط می شوند و پس از خروج از اکسترودر تحت فشار، قطعه شکل نهایی را به خود می گیرد.

 

روش های SMC و GMT بیشتر در ساخت قطعات در صنعت خودرو کاربرد دارند. امروزه تمام بدنه خودرو از روش SMC تولید می شود. به طور مثال می توان به خودرو رنو مدل spas اشاره کرد که تمام بدنه آن کامپوزیتی است. سپرها، سینی زیر موتور، قطعات زیر خودرو (Under body cover)، سقف خودور، قاب چراغ ها، سینی جا چراغی، جای فن و غیره از جمله قطعاتی هستند که معمولا از کامپوزیت ها ساخته می شوند.

[spow 44197]

کامپوزیت های قابل بازیافت در فوق خودرو ها Hyper car

خودروها یکی از منابع آلاینده محیط زیست می باشند که چه در حین مصرف (تولید گازهای گلخانه ای) و چه پس از دوره عمر (قطعات غیرقابل بازیافت) باعث آلودگی محیط زیست می گردند. بر این اساس سیاست های توسعه ای کشورهای پیشرفته به نحوی شکل گرفته که صنایع خودروسازی را در جهت توسعه و کاربرد کامپوزیت های قابل بازیافت تشویق نماید. مطلب زیر به مسئله بازیافت قطعات خودروهای هایپرکار می پردازد.

 

از زمان تولید خودروهای نسل جدید، طراحان خودروی شرکت Hyper car فرصت آن را داشته اند که خودرویی تولید کنند که تمامی اجزاء آن قابل بازیافت باشد. آنها توانسته اند خودروی هایپرکار را از موادی قابل بازیافت وکاملاً تفکیک پذیر بسازند. هر چه قدر تفکیک اجزاء مواد مشکل تر باشد همان قدر بازیافت یک خودرو مشکل تر است.

مواد کامپوزیتی پیشرفته ای که برای کاربرد در این وسایل نقلیه پیشنهاد شده اند، بسیار متفاوت از نمونه های رایج است و در این میان، مسئله اصلی بازیافت مواد می باشد و بازیافت آنها تأسیسات و امکانات جدیدی را می طلبد.

وسایل نقلیه هایپرکار دو مزیت عمده نسبت به خودروهای رایج دارند:

مزیت اول: مواد کامپوزیتی به کاربرد شده در خودروهای هایپرکار بسیار بادوام هستند، زنگ نمی زنند، خوردگی ندارند، خش نمی افتند و این به خودرو اجازه می دهد که به روز بماند.

مزیت دوم: زمانی که اتومبیل های هایپرکار نیاز به بازیافت دارند، از لحاظ تجاری، امکان استفاده از فرآیندهای جدیدی نظیر پیرولیز و سولوولایز (Solvolysis) کاتالیزوری در شرایط کم دما وجود دارد. فرآیند پیرولیز کم دما، امکان فنی بازیافت کامپوزیت های پیشرفته را می دهد. یافتن بازار مناسب برای مواد بازیافت شده، خود بحث دیگری است.

در حالی که پیش بینی آینده این بازارها مشکل است ولی روند کنونی، آینده خوبی را برای این بازارها پیش بینی می کند.

در هر حال، اگر تنها مواد شاسی و بدنه اتومبیل هایپرکار غیرقابل بازیافت باشد، وزن این اجزاء بسیار کمتر از تجهیزات غیرقابل بازیافت خودروهای رایج می باشد.

تحلیل:

در قرن جدید محیط زیست یکی از مهم ترین مباحثی است که کشورهای پیشرفته همگام با پیشرفت و توسعه به آن می پردازند. اجلاس جهانی اخیر نیز که با محوریت زمین و محیط زیست در آفریقای جنوبی با حضور سران کشورهای جهان برگزار شد، بر اهمیت موضوع صحه می گذارد.

در راستای حفظ محیط زیست قوانین و مقررات جدیدی مطرح و تصویب می شوند که به یک مورد از آن ها که توسط اتحادیه اروپا مقرر شده است اشاره می شود:

تولید کنندگان خودرو و مواد و دستگاه ها موظفند که:

1- اتومبیل هایی را طراحی و تولید نمایند که قابل بازیافت و دارای مواد برگشت پذیر باشند.

2- مواد بازیافت شده را مجدداً در تولیدات خود استفاده نمایند.

که هدف این دستورالعمل آن است که تا سال 2006 نرخ برگشت پذیری اتومبیل ها به 85 درصد و تا سال 2015 به 95 درصد برسد.

با توجه به موارد فوق و بحث کاهش وزن خودرو (جهت کاهش مصرف سوخت)، استفاده از کامپوزیت ها در خودروها منوط به قابلیت بازیافت آنها می گردد. حال با توجه به جهانی شدن بازارها، بهتر است که شرکت ها و صنایع تولیدکننده قطعات خودرو در کشور ما نیز متوجه استانداردها و قوانین بین المللی باشند تا بتوانند در فرآیند جهانی حفظ محیط زیست و همچنین ورود به بازارهای بزرگ تر موفق باشند.

[spow 44197]

شرکت تای­تک واقع در هوستون در ایالت تگزاس، یک واحد تابعه از گروه تکنولوژی­های آمریکای شمالی است. این شرکت بیش از شش سال است که در زمینة توسعه و آزمایش تراورس­ها (چوبهای عرضی که در زیر ریل راه آهن قرار می‌گیرند) کار می­کند. تای­تک با استفاده از پلاستیک بازیافتی و مواد دور­ریختنی که با افزودنی­ها و پر کننده­های ویژه­ای مخلوط شده­اند، یک نوع تراورس ساخته است. تراورس­های تای­تک هم­اندازة تراورس­های چوبی هستند و می­توانند همانند چوب میخ­کوبی شوند. برخلاف چوب این تراورس­ها نمی­شکنند و ترک برنمی­دارند، همچنین مستعد پوسیدگی نیستند، حشرات نمی­توانند به آنها آسیبی بزنند و خواص خود را نیز به مدت طولانی­تری حفظ می­کنند.

 

هشتاد درصد محتوای این تراورس­ها را ضایعات بازیافتی کم­قیمت، مثل ضایعات رزینی آسیاب شده، لاستیک خرد شده از تایرهای بازیافتی و ضایعات فیلم­های پلی­اتیلنی با دانسیته بالا(HDPE) تشکیل می­دهند. به این مواد اصلی، پرکننده­ها و تقویت­کننده­ها نیز افزوده می­شوند. سپس تراورس­ها، قالبگیری شده و درون قالب، سرد می­شوند تا شکل و ابعاد مناسب خود را حفظ کنند. قیمت نهایی تراورس­های کامپوزیتی برابر با قیمت یک تراورس چوبی با کیفیت بالا خواهد بود؛ یعنی بین 30 تا40 دلار در آمریکا و حدود 50 دلار در اروپا.

 

اخیراً شرکت تای­تک قراردادی دو ساله به ارزش 10 میلیون دلار برای تامین تراورس­های کامپوزیتی راه­آهن یونیون به پاسفیک منعقد ساخته است. تای­تک امیدوار است که بیش از پنج درصد بازار تراورس­های عرضی جهان را در اختیار بگیرد. به این ترتیب سالانه بیش از سه میلیون تراورس تولید خواهد کرد.

 

تحلیل:

 

چنانچه از متن خبر فوق مشاهده می­شود، تراورس­های کامپوزیتی با داشتن قیمتی معادل قیمت بهترین نوع چوبی آن، از مزایای دیگری نظیر سهولت کاربرد، عمر طولانی­تر و خواص مکانیکی بهتر برخوردار هستند که اقتصادی بودن استفاده از آنها را مسلم می­سازد. علاوه بر اینها مواد اولیة مورد استفاده برای ساخت این تراورس­ها اغلب از مواد ارزان هستند که از ضایعات کارخانجات دیگر به دست آمده­اند. این مساله علاوه بر ایجاد یک منبع درآمد برای این کارخانجات منجر به خروج آن­ها از طیف آلاینده­های زیست محیطی و تبدیل به مواد بازیافت شده و مفید می­گردد. به­علت عدم پوسیدگی، استفاده از این تراورس­ها در مناطق مرطوب به صرفه­تر از نوع چوبی آن است. با توجه به آمار ارائه شده در مطلب فوق، وجود بازار بزرگی در جهان برای این محصول قابل تصور است. روش جدید، همچنان که شرکت تای­تک پیش­بینی کرده است، سهم خوبی از بازار را بدست خواهد آورد.

 

با توجه به تولید فیلم پلی­اتیلن سنگین در کشور و وجود کارخانجات متعدد لاستیک­سازی و منابع محدود چوب (جنگل­ها) و وجود توان طراحی قطعات کامپوزیتی در کشور، به­نظر می­رسد تولید این تراورس­ها در داخل، به صرفه خواهد بود.

[spow 44197]

[h=2]کاربرد کامپوزیت در ساختمان[/h]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

کامپوزیت­ها عمدتآً به دو دلیل شکل­پذیری بالا و استحکام فوق­العاده در صنعت ساختمان مورد استفاده

 

قرار می­گیرند. هم­اکنون بزرگترین سهم بازار مصرف مواد مرکب دنیا در اختیار صنعت ساختمان است.

 

استفاده از مفهوم مواد مرکب در صنعت ساختمان به قرن­ها پیش برمی­گردد. نخستین شاهد بکارگیری

 

این مفهوم توسط بشر در صنعت ساختمان، همان ساخت دیوار "کاه­گلی" متداول می­باشد که از ترکیب

 

دو جزء ضعیف کاه و گل، ماده­ای حاصل می­شود که در مقابل ضربه و حرارت، مقاومت بالایی دارد.نمونه

 

دیگری که بیانگر استفاده از این مفهوم در صنعت ساختمان است استفاده از ترکیب گل، موی اسب و

 

خرده­های شیشه در ساخت تنورهای نان جهت تحمل حرارتهای زیاد می­باشد که هنوز هم در لرستان و

 

برخی استانهای دیگر کشور مورد استفاده واقع می­گردد.

 

 

 

 

 

 

 

آنچه که امروزه به­عنوان مواد مهندسی پیشرفته و یا کامپوزیت شناخته می­شود و در صنعت ساختمان­

 

سازی یز مصرف فوق­العاده­ای پیدا کرده است، طی دهه­های 70 الی 80 به بازار مصرف راه یافت.

 

مقبولیت کامپوزیت­ها در عرصه ساخت­وساز مرهون دو خاصیت مهم قابلیت شکل­پذیری بالا و استحکام

 

فوق­العاده این مواد می­باشد از قابلیت شکل­پذیری کامپوزیت­ها در ساخت اجزای داخلی ساختمان­ها

 

مانند چاهک­های ظرفشویی، دستشویی،وان حمام، سنگ توالت وغیره بهره گرفته می­شود و از

 

استحکام بالای آنها جهت تقویت و اسکلت­بندی انواع سازه­ها استفاده می­گردد. بهره­گیری از خواص

 

استحکامی مواد کامپوزیتی را می­توان در دو گروه تقویت داخلی سازه و تقویت خارجی سازه دسته­بندی

 

نمود.در تقویت داخلی سازه­ها از آرماتورها و میل­گردهای کامپوزیتی (FRP) به جای میل­گردها و

 

آرماتورهای فلزی استفاده می­گردد. در تقویت خارجی سازه­­ها، عموماً هدف، تقویت ساختمانهای سنتی

 

تضعیف شده به کمک پانل­ها و پوسته­های بسیار مقاوم کامپوزیت می­باشد.

 

برطبق آمار مصرف کامپوزیت­ها در کشورهای توسعه­یافته، صنعت ساختمان 38 درصد بازار مصرف این

 

قبیل محصولات را به خود تخصیص داده است و این در حالی است که صنایع خودروسازی تنها 24 درصد

 

و صنعت هوا­فضا تنها 3 درصد مصرف کامپوزیت­ها را در دنیا به خود اختصاص داده­اند. بنابراین استفاده از

 

کامپوزیت­ در صنعت ساختمان­سازی به طور عمده­ای سبب افزایش مصرف این مواد در کشور خواهد

 

شد و عدم استفاده از کامپوزیت­ها در موارد ناکارآمدی مواد سنتی، به ­معنی نادیده­گرفتن یک تکنولوژی

 

نوین و کارآمد در صنعت ساختمان می­باشد که دنیا به سرعت به سمت بهره­برداری هر چه بیشتر از آن

 

پیش می­رود.

 

 

 

 

مطالعه تاریخچه استفاده از این موارد در صنعت ساختمان­سازی جهان نشان می­دهد که در ابتدا از خاصیت

 

شکل­پذیری آنها در ساخت لوازم بهداشتی داخل ساختمان مانند چاهک­های ظرفشویی دستشویی،

 

سنگ توالت، وان حمام و غیره استفاده شده است و سپس به فاصله بسیار کوتاهی از آن، مطالعات به

 

سمت استفاده از استحکام بالای کامپوزیت­ها در کاربردهای تقویتی و زیرساختاری بنا کشیده شد. مثلاً در

 

ژاپن حجم بسیار زیادی از مصرف کامپوزیت­ها در ساخت لوازم بهداشتی ساختمان­ها می­باشد. همچنین به

 

موازات آن، به­ علت زلزله­خیز بودن کشور ژاپن از این مواد در ساخت و تقویت پل­ها، تیرها، گاراژها، پارکینگ­

 

ها و غیره به طور وسیعی استفاده می­شود.

 

 

 

 

 

 

 

در ایران بیشترین درصد مصرف کامپوزیت­ها در ساخت موارد بهداشتی می­باشد که بخش­های خصوصی تا

 

حد قابل قبولی به این مساله پرداخته­اند. اما هم­اکنون درصد استفاده­های تقویتی از ساختمان نزدیک به

 

صفر است و این زمینه از کاربرد کامپوزیت­ها هنوز در ایران ناشناخته مانده است.متأسفانه در کشور ما تفکر

 

عمومی بر این باور است که مواد مرکب جزء تکنولوژی­های بسیار مدرن (High Tech) محسوب می­شود،

 

درحالی که تکنولوژی فوق در دنیا از حالت High Tech خارج شده است و در جای­جای صنعت کاربرد یافته

 

است. موسسه کامپوزیت ایران تنها مرکزی است که فعالیت­هایی را در زمینه تقویت خارجی و داخلی

 

سازه­ها انجام داده است.

 

­اکنون در ایران تمایل زیادی به بکارگیری و مصرف وان­های حمام و لوازم بهداشتی وجود دارد که بخش

 

خصوصی علاقه زیادی به فعالیت در زمینه ساخت این تجهیزات نشان می­دهد و حرکت­های نسبتاً خوبی

 

را در این زمینه شروع کرده است. اما به دلیل آنکه مهمترین و ارزشمندترین خصوصیت مواد مرکب

 

استحکام بالای آنها و مقاومت فوق­العاده­شان در برابر خوردگی می­باشد، صرف استفاده تزئینی از این

 

مواد نمی­تواند بیانگر رشد و گسترش کامپوزیت­ها در صنعت ساختمان تلقی شود و این طرز نگرش به مواد

 

مرکب هوشمندانه و کافی نیست.

 

هم­اکنون درکشورهای فرانسه، آلمان و بسیاری از کشورهای پیشرفته دنیا، ساختمان­هایی از جنس

 

مواد مرکب ساخته می­شوند که قابل حمل با جرثقیل می­باشند. شاید فعلاً در کشور ما نیازی به این

 

گونه موارد نباشد ولی باید گفت که با توجه به شرایط اقلیمی ایران، کشور ما نیاز وافری به استفاده از

 

مواد و تجهیزات مقاوم در برابر خوردگی در صنایع گوناگون از جمله صنعت ساختمان­سازی دارد. جهت

 

محافظت سازه­هایی که تحت شرایط خورنده واقع شده­اند بهترین راه­حل موجود استفاده از مواد مرکب

 

می­باشد. همچنین درصد زیادی از سازه­های کشور یا از ابتدا نادرست طراحی شده­اند و یا پس از

 

طراحی و ساخت، تحت شرایط نامطلوبی مورد استفاده قرار گرفته­اند که تنها راه تقویت آنها بکارگیری

 

کامپوزیت­ها می­باشد. یکی از مهمترین زمینه­های بهره­گیری از استحکام کامپوزیت­ها، تقویت خارجی

 

ساختمان­ها در برابر زلزله می­باشد که در کشور ژاپن به شدت مورد استفاده قرار گرفته است. از طرفی

 

ساخت درها و پنجره­های یک ساختمان از جنس مواد مرکب نیز تا حدودی سبب کاهش وزن سازه­ها

 

می­گردد.

 

مؤسسه کامپوزیت ایران فعالیت­هایی را در زمینه تقویت خارجی سازه­ها توسط مواد مرکب انجام داده

 

است و اختراعی تحت عنوان "تقویت بتن با کامپوزیت" نیز ثبت کرده است. طبق تحقیقات به­عمل آمده

 

در موسسه کامپوزیت، در یک نمونه تیر بتنی تقویت­شده با کامپوزیت، افزایش تنها 1 درصد وزن تیر،

 

موجب 200 درصد افزایش در استحکام شده است. در حالی که الیاف مورد استفاده در تقویت سازه از

 

جنس الیاف شیشه بوده­اند و در صورت استفاده از الیاف کربن و کولار به استحکام بیشتری می­توان

 

دست یافت.

 

متأسفانه در همایش بتن و توسعه، تنها مقاله موجود در این زمینه متعلق به موسسه کامپوزیت ایران

 

بوده است که این خود بیانگر عدم فعالیت کافی در زمینه تقویت بناها در کشور می­­باشد.در زمینه تقویت

 

داخلی بنا نیز، دو پروژه در موسسه در مرحله مطالعه و تحقیق قرار دارد که یکی استفاده از میل­گردهای

 

FRPدر داخل بتن و دیگری تقویت اتصالات بتنی قرار گرفته تحت بارهای دینامیکی به­وسیلة مواد کامپوزیتی

 

است. همچنین تحقیق دیگری که در موسسه در حال انجام است،

 

افزودن الیاف خرد شده شیشه داخل بتن می­باشد که حاصل آن نوعی بتن الیافی را پدید می­آورد.

 

انجام این عمل دو مزیت عمده دارد: نخست افزایش استحکام بتن نسبت به بتن معمولی است و

 

دیگری استفاده از ضایعات کامپوزیت­های موجود که هیچ­گونه مصرف دیگری ندارند می­باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

توجه به کاربرد کامپوزیت­ها در صنعت ساختمان مسئله­ای است که باید مورد توجه همه موسسات

 

و سازمان­های مرتبط با ساختمان­سازی و صنعت عمران قرار گیرد و این خود مستلزم صرف هزینه

 

و فرهنگ­سازی کافی می­باشد.

[spow 44197]

[h=2]وجود حباب، خواص قطعات کامپوزیتی را کاهش می دهد[/h] پژوهشگران گروه ساخت و تولید بخش مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس در پژوهشی به بررسی شکل گیری حباب و اثر آن بر خواص نهایی قطعه کامپوزیت تولیدی به روش انتقال رزین به کمک خلاء پرداختند.

 

به گزارش بنانیوز (BanaNews.ir) به نقل از روابط عمومی دانشگاه تربیت مدرس، مجتبی جعفری مجری این طرح گفت: روش VARTM یکی از پیشرفته ترین روش های تولید قطعات کامپوزیت با ابعاد بزرگ با درصد حجمی الیاف بالا و درصد حباب پایین است.

 

این کارشناس ارشد مهندسی مکانیک- ساخت و تولید افزود: شکل گیری حباب در طول تولید قطعه ، می تواند در حد مرحله پخت قطعه باشد. چنانچه که در برخی از مراجع ذکر شده است ، با افزایش هر درصد حباب ، خواص مکانیکی بین 2 تا 10 درصد کاهش می یابد.

 

 

 

وی خاطرنشان کرد : در این تحقیق سعی بر آن شده است تا با بررسی درصد حباب قطعات کامپوزیتی و شناخت هر چه بهتر حباب و رفتار آن در طول مرحله تولید با روش VARTM راه حل مناسبی برای کاهش درصد حباب پیشنهاد شود.

 

جعفری یادآور شد : با بررسی عواملی که در شکل گیری حباب نقش دارند ، معلوم شد که گیر افتادن مکانیکی حباب در بین الیاف بیشترین سهم را دارا است.

 

وی افزود: در این طرح به این نتیجه رسیدیم که با افزایش چگالی سطحی الیاف و یا با استفاده از دو کیسه خلاء درصد حباب افزایش می یابد ولی با افزایش درصد حجمی الیاف، خواص مکانیکی نیز افزایش می یابد.

 

این پژوهش با راهنمایی دکتر" محمد گلزار" عضو هیات علمی دانشگاه تربیت مدرس انجام شده است

[spow 44197]

[TABLE=align: right]

[TR]

[TD]

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

• ورود
• یا
• ثبت نام

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

صنعت برق با مصرفی معادل 17 درصد کل مصرف مواد کامپوزیت پس از صنایع ساختمان (42 درصد) و خودرو (30 درصد) در رده سوم مصرف‌کنندگان این مواد قرار دارد

صنعت برق یکی از مصرف‌کنندگان عمده مواد کامپوزیت است.

با توجه به وزن کم، استحکام بالا، مقاومت به خوردگی و نارسانایی الکتریکی، کاربرد این مواد در صنایع برق و الکترونیک رشد فزاینده‌ای داشته است. امروزه قطعات مختلفی همانند تیرها، مقره‌ها، تابلو‌ها، بازوهای عرضی (کراس‌ آرم‌ها) و عایق‌های گوناگون از جنس مواد کامپوزیت ساخته شده و مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌اند. به عنوان مثال، هم‌اکنون حدود یک میلیون تابلو برق کامپوزیتی در اروپا نصب شده است.

خوشبختانه در کشور ما نیز، مواد کامپوزیت در صنایع برق، به ویژه در ساخت قطعات سوییچ‌های برق، به کار گرفته می‌شوند. بسیاری از این محصولات هم‌اکنون به صورت انبوه تولید می‌شوند. تیرهای برق کامپوزیتی نیز سال‌هاست که طراحی و ساخته شده و در شمال کشور نصب شده‌اند.

حدود 20 سال است که کامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با الیاف (frp) در کاربردهای الکتریکی مصرف می‌شوند. این مواد در ساخت قطعات گوناگون صنعت برق به کار می‌روند از جمله لوله‌های عبور کابل، سیستم‌های حمل کابل در تونل‌ها و پل‌ها، تیرهای انتقال برق، بازوهای عرضی (کراس‌آرم‌ها)، مقره‌ها، برج‌های ارتباطی و غیره.

براساس مقاله‌ای از پژوهشگران موسسه کامپوزیت ایران، از جمله کاربردهای کامپوزیت‌ها در صنایع برق، ساخت لوله‌های عبور کابل است. لوله‌های پلیمری تقویت‌ شده با الیاف شیشه (grp) را می‌توان در ترکیب با اتصالات و متعلقات ویژه‌ای به کاربرد و آنها را به شکل یک سیستم عبور کابل چندلایه و چندردیفی شکل داد. این لوله‌ها برای کابل‌های شبکه برق شهری و کابل‌های مخابراتی زیرزمینی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

علاوه بر این در کابل‌هایی که از زیر ریل جرثقیل های سقفی و یا راه‌های اصلی شهری عبور می‌کنند و

برای کابل‌هایی که از روی پل‌ها و رودخانه‌ها عبور می‌کنند نیز به کار می‌روند.

یکی دیگر از موارد کاربرد کامپوزیت در صنعت برق، سیستم‌های حمل کابل کامپوزیتی است.

سیستم‌های حمل کابل کامپوزیتی، یک محصول سازه‌یی برای حل بسیاری از مشکلات مهندسی و طراحی در شبکه‌های برق ‌رسانی و مخابراتی هستند که برای نگهداری کابل‌های گرانبها و اغلب حساس و استراتژیک در درازمدت قابل اعتمادند.

به گزارش ایسنا، این سیستم‌ها ویژگی‌های منحصر به فردی دارند که آنها را قادر به تحمل بسیاری از محیط‌های خورنده می‌کند؛ به ویژه شرایطی که مواد سنتی در آنها عمر کاری مفید و اقتصادی ندارند. این محصولات از رزین‌های گرماسخت تقویت شده با شیشه و به نحوی طراحی و ساخته می‌شوند که یکپارچگی سازه‌ای آنها با انواع فولادی و آلومینیمی رقابت می‌کند با این تفاوت که مشکلات خوردگی، سنگینی وزن و هدایت الکتریکی آنها را ندارند.

بازوهای عرضی کامپوزیتی از دیگر کاربردهای کامپوزیت‌ها در صنعت برق هستند.

هر تیر انتقال برق فشار متوسط (20 و 33 کیلوولت) از سه قسمت اصلی یعنی تیر، بازوهای عرضی و مقره‌ها تشکیل شده است. بازوهای عرضی معمولا از جنس فولاد ساخته می‌شوند. با این وجود در بعضی از کشورها نظیر آمریکا، استرالیا، کانادا و بخش‌هایی از اروپا این محصولات از مواد کامپوزیتی ساخته می‌شوند. به‌کارگیری بازوهای عرضی کامپوزیتی به جای نمونه فلزی دارای برتری‌هایی از جمله

کاهش وزن، مقاومت در برابر خوردگی، نارسانایی الکتریکی، زیبایی، عمر بیشتر، کاهش تداخلات امواج رادیویی و

کاهش افت توان خط است.

علاوه بر این با به‌کارگیری بازوهای عرضی کامپوزیتی می‌توان از طرح‌هایی استفاده کرد که یکپارچه بوده و نیازی به سوار کردن قطعات بر روی هم نباشد.

به گزارش ایسنا، تیرهای کامپوزیتی از دیگر موارد کاربرد کامپوزیت در صنعت برق است.

به‌کارگیری تیرهای کامپوزیت frp (پلیمر تقویت شده با الیاف)، موضوع جدیدی در خدمات برق‌رسانی نیست، با این وجود تیرهای انتقال برق frp پالترود شده‌ی 21 تا 24 متری داستان دیگری است. تیرهای frp با یک سوم وزن تیرهای چوبی، نصف وزن تیرهای فولادی و تنها یک دهم وزن تیرهای بتنی، انتخاب بسیار جذابی برای اغلب شرکت‌های خدماتی برق‌رسانی هستند.

پروفیل‌های پالترود شده بیش از ده سال است که برای توزیع برق و کاربرد‌های روشنایی استفاده می‌شوند. مقاومت آنها در برابر خوردگی و پوسیدگی، ویژگی‌های دی‌الکتریکی و نسبت استحکام به وزن بالا، آنها را جایگزینی ایده‌آل برای تیرهای چوبی، فولادی و بتنی کرده است.

روش‌های مختلفی همانند پالتروژن،پیچش الیاف و ریخته‌گری دورانی برای تولید این تیرها به کار گرفته می‌شوند. برای تیرهای بلندتر و محکم‌تر رده 1 و 2 با کاربری در خطوط انتقال سنگین (خط اصلی) و خطوط فرعی، پالتروژن اقتصادی‌ترین روش تولیدی است.

از دیگر موارد کاربرد کامپوزیت در صنعت برق، مقره‌های کامپوزیتی هستند.

خطوط انتقال و توزیع نیرو به دو چیز نیاز دارند: کابل‌هایی که جریان الکتریکی را هدایت می‌کنند و عایق‌های الکتریکی (مقره‌های الکتریکی) که کابل‌ها را از دکل‌های فولادی نگهدارنده‌شان جدا می‌کنند. عایق‌های الکتریکی متداول، سرامیکی یا شیشه‌ای هستند. این مواد در کنار ویژگی‌های خوبی هم‌چون نارسانایی و مقاومت آب‌و‌هوایی، دارای معایبی چون سنگینی وزن و شکست آسان نیز هستند و به هنگام آلودگی دچار افت ولتاژ استقامت می‌شوند.

رشد تقاضای جهانی برای انرژی برق، فرصت‌های جدیدی را برای کامپوزیت‌های مقاوم به خوردگی ایجاد کرده است که استفاده گسترده از کامپوزیت‌ها در این امر می‌تواند به کاهش هزینه‌ها و افزایش قابلیت‌ها منجر شود.

[spow 44197]

معرفی کامپوزیت ها

 

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

• ورود
• یا
• ثبت نام

[spow 44197]

با پیشرفت صنایع هواپیما سازی و همچنین تکنولژی مواد و نیاز به استحکام، طول عمر، خواص شیمیایی و خواص حرارتی در سرعت های بالا، فلزات کم وزن و مقاوم وارد صنعت هواپیما سازی شدند. در این شرایط آلومینیوم، اولین انتخاب مناسب بود که دارای خاصیت کم وزنی و فرم پذیری و استحکام مناسب د رعصر خود بود، بعد ها فلزاتی چون تیتانیوم، فولاد، مواد پلاستیک و غیره نیز در این صنعت نیازهای بسیاری را بر طرف نمودند.

بطور کلی فلزات دارای خاصیت متجانس با ایزوتروپیک می باشند و خواص فیزیکی آنها بر خلاف چوب، در کلیه جهات یکسان است. وجود مشکلاتی چون پرچ ها، اتصالات، وزن زیاد فلزات و قالب گیری و پرداخت آنها با عٍ گسترش و رشد مواد کامپوزیتی گردید. از طرفی مواد کامپوزیتی از لحاظ فیزیکی شبیه چوب می باشند با این تفاوت که از نظر کاهش وزن، مقاومت زیاد مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و نکته بسیار اساسی آن در زمینه قالب ریزی، ساده بوده که از اهمیت بسزایی برخوردارند. امروزه با استفاده از مواد کامپوزیتی، صنایع هواپیمایی متحول شده است. مواد مرکب برای اولین بار در سال 1950 با ترکیب فایبرگلاس و رزین مطرح گردید و طی سال های اخیر در کشورهای صنعتی، پیشرفت های حیرت انگیزی در این زمینه حاصل شده است که برای حصول این موفقیت ها، سرمایه های زیادی نیز صرف گردیده است. بطور کلی می توان گفت مواد مرکب دارای خواص و امتیازهای بی شماری نسبت به دیگر مواد، مانند آلومینیوم، فولاد، تیتانیوم و چوب می باشد. همانگونه که اشاره گردید وجود مزایایی چون کاهش وزن، مقاومت مکانیکی زیاد، مقاومت شیمیایی و حرارتی، سطوح یکپارچه و صیقل شده به سهولت کار با مواد، عدم نیاز به ابزارآلات پیچیده و گرانبها، عدم نیاز به پرچ ها در اتصالات و نهایتا کاهش نیروی پسا و بالا بردن عملکرد جسم پرنده پرنده باعث بروز انقلابی در صنایع هواپیما سازی شده است. روند استفاده از این مواد در صنایع نظامی روز بروز افزایش یافته و دامنه استفاده آن در دیگر صنایع را می توان بطور کاملا مشخص مشاهده نمود، بطوریکه امروزه درصد استفاده از این در هواپیما ها و موشک های پیشرفته از مرز 50 درصد گذشته و در بعضی موارد این مقدار به 80 درصد هم رسیده است. به عنوان مثال می توان به میزان استفاده از مواد کامپوزیت در ساخت سری جدید هواپیمای Boeing747، بالگرد UH-60 و یا Airbus A380 اشاره نمود. استفاده از مواد مرکب در ساختمان هواپیما بال هواپیمای AV-8B بطور کامل از گرافیت / اپوکسی ساخته شده است. بال این هواپیما بر خلاف جنگنده ی F/A-18 بصورت یکپارچه بوده و دارای هشت تیر طولی بال (Spar) از جنس گرافیت / اپوکسی می باشد.معمولا درشرایطی که بال ها دو تکه ساخته می شوند مانند بال های جنگنده ی F/A-18 ، مسئله ی اتصال بال به بدنه بسیار حائز اهمیت خواهد بود، به عبارتی می توان گفت مواد مرکب قادر به تحمل بارهای لهیدگی نمی باشند، از این رو یک اتصال از جنس تیتانیوم که به پوسته گرافیت / اپوکسی چسبیده شده است ترجیح داده می شود. در پروژه هواپیمای ایرباس A380 برای به حداقل رساندن میزان وزن در سازه بال و بدنه این هواپیما از گستره وسیعی از مواد جدید استفاده شده است، به عنوان مثال پلاستیک های تقویت شده با فیبر کربن در قسمت مرکزی بال ها، سکان های افقی و بخش انتهایی بدنه این هواپیما به کار گرفته شده اند. همچنین از ترمو پلاست ها ی مقاوم در برابر ضربه نیز، در لبه ی حمله بال هواپیما و نیز از مواد جدیدی به نام Glare که از مقاومت بالایی در برابر خستگی بر خوردارند، در بدنه بالایی ایرباس A380 استفاده شده است در واقع لایه های آلومینیوم و فایبر گلاس Glare از گسترش ترک ها نیز جلوگیری می کنند و با بکار گیری آنها حدود 500 کیلوگرم در وزن سازه ایرباس A380 صرفه جویی شده است.

[spow 44197]

آشنایی با کامپوزیت ها

(ویژگی ها و کاربردها چکیده:

کامپوزیتها، موادی که حاصل هوش و فراست و پژوهشها و تلاشهای هزاران دانشگرند، هرروز بیشتر مایه

شگفتی می شوند : سبکترند، ودر برابر ضربه، خوردگی، ودماهای بسیار بالا،مقاومت بیشتری دارند . یعنی همان موادی

هستند که انسان همیشه آرزو می کرده است.

درآغاز کامپوزیتهارا برای بهبود کیفیت کار موشکهای نظامی ساختند، بعد در تسخیرفضا بکارگرفته شد، وامروزه همه

عرصه های صنعت و زندگی روزمره را فتح کرده است : ازاتومبیل سازی تا پل وساختمان سازی، از هلیکوپتر تا جلیقه

ضد گلوله، ازوان حمام تا کپسول هوای فشرده آتش نشانها . زندگی امروزی، دیگر بدون استفاده از کامپوزیتها ناممکن

است.

مقدمه:

را می توان چنین معنی کرد : مرکب، مخلوط، آمیزه یا composite کامپوزیت چیست ؟ واژه کامپوزیت

چندسازه، اما همین جا باید تاکیدکرد که کامپوزیتها، گرچه ترکیبی از چند ماده هستند اما ترکیب شیمیایی نیستند بلکه

درواقع مخلوط وآمیزه ای ازچند ماده هستند . می دانیم که در دانش شیمی "ترکیب" و "مخلوط" دو مفهوم جداگانه

هستند وتفاوتهای بنیادی باهم دارند از جمله اینکه اجزای تشکیل دهنده مخلوط ماهیت خود را حفظ می کنند و

مولکولهایی از انواع گوناگون هستند اما اجزای تشکیل دهنده ترکیب خواص اولیه خودرا ازدست می دهند وترکیبها

مولکولهایی یکسان دارند.

بطور کلی مواد(در علم مواد) به سه دسته تقسیم می شوند : 1- فلزات 2- سرامیک 3- مواد مصنوعی (پلیمرها)

چهارمین گروهی که می توان به این سه اضافه کرد کامپوزیتها هستند . کامپوزیتها موادی هستند که از دو یاچند ماده

یادشده در بالا تشکیل شده اند ودارای خواص جدیدی هستند که منحصر به خود آنهاست .

آنچه را در مورد تقسیم بندی مواد گفتیم فلزات نیمرساناها سرامیکها سیلیکونها پلیمرها

در شکل مقابل می توان خلاصه کرد :

کامپوزیتها

از کاهگل تا کامپوزیت های پیشرفته :

در فرهنگ متالوروژی کامپوزیت را موادمرکب و مواد چند سازه معنی کرده اند یعنی موادی که از اتصال دو یا

چند ماده ساخته شده اند مثل سرامیک و فلز، فیبرو فلز، پلاستیک و الیاف شیشه، الیاف کربن و پلاستیک،و .... ماده

جدیدی که از این اتصال بوجود می آید (یعنی کامپوزیت) معمولا از چندجنبه کیفیت بهتری نسبت به اجزای سازنده

خود دارد مثلا مقاومتش در برابر ضربه یا حرارت بیشتر است . اولین کامپوزیت ساخت بشر کاهگل است که مخلوطی

ازکاه وگل وبرای اندود بام و دیوار بکارمی رفته است . در نواحی مختلف ایران تنورهایی یافت شده اند که در ساختن

٣

آنها گل را با پودر شیشه و پشم بز درآمیخته اندتا مقاومت تنور در برابر گرما وضربه افزایش یابد . در معماری خشتی

ایران (که ارگ بم نمونه ای از شاهکارآن است ) نیز برای افزایش مقاومت خشتها، خاک رس را باکاه ، خرده سنگ،

خاکستر، موی بز، پوست برنج، الیاف خر ما وحتی فضولات چهارپایان در می آمیختند . اینها در واقع کامپوزیتهای

ابتدایی بوده اند اما کامپوزیتهای پیشرفته جدید، ثمره نیازهای پیشرفته جدید هستند . سازندگان اتومبیل، موشک یا

سفینه های فضایی همواره می کوشند استحکام رابا سبکی آشتی دهند و کامپوزیتها هم مقاومت زی ادی در برابر فشار

دارند وهم سبکترند . ابتدا از کامپوزیتها فقط در ساختن هواپیما، موشک وماهواره استفاده می کردند، اما امروزه نقش

کامپوزیتها در زمینه های ساختمان سازی، حمل ونقل، الکترونیک، صنایع دریایی ودهها زمینه دیگر بسیار افزایش یافته

است. هرسال در جهان 4,6 میلیون تن کامپوزیت تولید می شود.

کامپوزیتها را معمولا به سه دسته تقسیم می کنند : 1- کامپوزیتهای پایه پلیمری (ترکیبی ازالیاف شیشه ورزین ) :بیش

از 90 % کامپوزیتهایی که در صنایع و موارد مختلف مصرف می شوند از کامپوزیتهای پایه پلیمری هستند .

-2 کامپوزیتهای پایه فلزی : که درآنها یک فلزبا فلزدیگری همراه می شود مثلا الیاف تنگستن را به صورت تور می بافند

وبا آلومینیوم اندود می کنند، حاصل کار کامپوزیتی است که نه مانند تنگستن سنگین است ونه مثل آلومینیوم شکننده .

-3 کامپوزیتهای پایه سرامیکی : از این کامپوزیتها نیز بیشتر در صنایع نظامی استفاده می شود . اگرچه در صنعت خودرو

نیز مصارفی دارند ولی هنوز چندان تجاری نشده اندو عمده ترین مشتری این کامپوزیتها صنعت هو ا- فضا است .

ازاین نوع کامپوزیت پایه سرامیکی نیز جلیقه های ضدگلوله می سازند.

سهم صنایع مختلف در مصرف کامپوزیتها به شرح زیر است:

% * صنعت ساختمان : 42

% * صنعت حمل و نقل : 30

% * صنعت برق : 17

% * سایر صنایع : 10

% * صنعت هوا فضا (که خودبنیانگذار کامپوزیت است) : 1

کامپوزیتها در صنعت ساختمان:

صنعت ساختمان پر مصرفترین صنعت در استفاده از کامپوزیتهاست، تقریبا همه چیز از کامپوزیتها می سازند :

استخرهای شنا، وان حمام، سینک ظرفشویی، کاسه توالت، کف پوش، نما پوش، سقف پوش، برجهای خنک کننده و ..

خصوصیات استثنایی کامپوزیتها موجب استقبال از آنها در صنعت ساختمان شده است . ازجمله سبک بودن ، سهولت

شکل دهی، مقاومت در برابر خوردگی، قابلیت خوب آب بندی . استفاده از کامپوزیتها در ساخت پلها نیز بسیار اهمیت

یافته است ، حتی گنبد های مسجدالنبی (ص) در مدینه را ازکامپوزیت ساخته اند، این گنبدها بسیار سبک بوده وبه

راحتی حر کت می کنند وجابجا می شوند ضمنا مقاومت بسیار خوبی در برابر زلزله دارند . کامپوزیتها در زمینه بسیار

مهم " مقاوم سازی " نیز می توانند نقش مهمی داشته باشند، کشور مازلزله خیزاست و اغلب سازه های بتنی ما ضعیف

هستند، تنها راه نجات این سازه ها مقاوم سازی است . در کره جنوبی تعدا زیادی پل با استفاده از کامپوزیت ترمیم و

تقویت شده اند . درامریکا نیزبرای تقویت بناهای بیمارستانها ومدارس ازکامپوزیت استفاده شده است، در ایران نیز هتل

استقلال تهران با همکاری دو شرکت ایرانی وخارجی وبااستفاده ازکامپوزیت مشغول تقویت سازه های خود است .

٤

کامپوزیت ها در صنعت حمل ونقل:

امروزه خودروهایی وجود دارندکه تماما کامپوزیتی هستند، خودروهای کامپوزیتی همان استحکام خودروهای معمولی

را دارند اما وزنشان یک سوم وزن آنهاست وچون سبکترند مصرف سوختشان نیز 40 % کمتر است . با کامپوزیت ها

می توان هواپیماها یی ساخت که وزنش 50 % کمتر از وزن هواپیماهای معمولی باشد و سوخت کمتری مصرف کند اما

استحکان بیشتری د اشته باشد . خودروهای گاز سوز به کپسولهایی برای ذخیره گاز نیاز دارند، کپسولهای فلزی موجود

به دلیل وزن زیاد خود مشکلاتی را برای سازندگان خود پدید آورده اند، این مخ ازن که بین 100 تا 150 کیلوگرم

وزن دارند، تعادل خودرو را به هم می زنندو در تصادفات هم باعث افزایش خسارات می شوند، به همین دلیل

تولید کنندگان خودرو تلاش می کنند از مخازن کامپوزیتی – که وزن بسیار کمتری دارند - استفاده کنند . در ایران نیز

بدنه خودروی سیناد که شرکت کیش خودرو می سازد تماما کامپوزیتی است ، شرکت ماموت هم هم اکنون

کانتینرهای یخچالدار کامپوزیتی را درایران می سازد، هم اکنون سپر برخی از خودروهای تولید داخل نیز از کامپوزیت

ساخته می شود

کامپوزیت ها در صنعت برق:

در ایران تیرهای برق و "کراس آرم" ها( بازوهای افقی و ضربدری نصب شده بالای تیرهای برق ) دونمونه از

کاربردهای کامپوزیت درصنعت برق هستند، تیر برق کامپوزیتی که بسیار سبکتر هم هستند در کشوری کوهستانی مثل

ایران، کار برق رسانی را بسیار آسانتر می سازد ، زیرا برای حمل ونقل آن دیگر نیازی به جرثقیل نیست و دوکارگر به

راحتی می توانند آنرا به بالای کوهستان برسانندو نصب کنند . از دیگر کاربردهای کامپوزیتها در صنعت برق، ساخت

پره های توربین های بادی است که مدتی است درمنطقه منجیل گیلان نصب ودرتولید برق مورد استفاده قرار گرفته

است .

کاربردهای دیگر کامپوزیت ها:

• صنایع دریایی : کامپوزیتها به دلیل پایداری بسیار خوب آنها در محیط های خورنده کاربردهای وسیعی در

صنایع دریایی پیدا کرده اند، ازجمله : ساخت بدنه قایقها، کشتی ها، تاسیسات فراساحلی، لوله هاونرده های

کامپوزیتی.

• تجهیزات ورزشی : تولید وسایل و تجهیزات ور زشی از جمله راکت تنیس، چوب اسکی و گل ف، کلاه ایمنی

برای موتور سواران، دوچرخه وموتورسیکلت هایی که بدنه آنها کامپوزیتی است وبسیار سبک هستند.

• انواع لوله ها برای انتقال آب، فاضلاب، نفت، و مواد شیمیایی، مخازن تحت فشار.

شنیدنی است که پایداری و مقاومت عالی کامپوز یتها ، از سوی دیگر مشکلاتی را نیز پدید می آورد : یک فراورده

کامپوزیتی وقتی از چرخه مصرف خارج می شود، برخلاف فراورده های دیگر -حتی فولاد - در بستر طبیعت به

تحلیل نمی رود، تجزیه نمی شود، به تبدیل و تبادل تن نمی دهد و همچنان پایدار می ماند . البته ایجاد آلودگی هم

نمی کندولی جا اشغال می کند ، پس باید برای بازیافت مواد کامپوزیتی هم فکری باید کرد.

٥

کامپوزیت را چگونه می سازند ؟

مشخصات استثنایی کامپوزیت های خوب از جمله

ناشی از شیوه ساخته شدن آنهاست . مثلا برای ساختن

یک کامپوزیت کربن + کربن نخست یک پایه یا زمینه

می سازند، پایه ممکن است از هزاران میله کربن

درست شده باشد . این میله هارا به اشکال مختلف لایه

چینی می کنند . طرز قرار گرفتن میله ها و زاویه برای ساختن کامپوزیت ها، الیاف را در جهات مختلف لایه چینی می کنند

آنها بایکدیگر ، برحسب موارد استفاده از کامپوزیت (چپ) همچنین ازالیاف درهم بافته شده ای که قبلا بارزین اندودشده اند،

فرق می کند. حداکثر مقاومت درراستای طولی میله هاست استفاده میشود(وسط). این الیاف را با الیاف دیگری که به اشکال مختلف

پس برحسب مقاومتی که از کامپوزیت انتظار داریم می توان ودرزوایای مختلف به هم بافته شده اند، تقویت می کنند(راست)

میله ها یا الیاف را در چند جهت روی هم قرار داد : بدین سان از بافته های نرم، مواد مقاوم و سخت به دست می آورند.

(شکل روبرو): 1- در یک جهت

-2 در دو جهت متقاطع 3- در سه جهت

آنگاه باید این مجموعه را به صورت یک قالب درآورند

برای اینکار فواصل میان میله ها راباکربن پر می کنند،بعد

نوبت چگال کردن یا متراکم کردن کامپوزیت می رسد .

برای این کار قالبی که بدست آمده در چندین نوبت و

به مدت ده هاساعت به کوره می رودوپخته و متراکم

می شود. دمای کوره به 1000 درجه سانتیگراد می رسد

بعد ازاین مرحله ،کامپوزیت کربن + کربن به صورت

یک قطعه درمی آیدکه چگالی آن 1,5 تا 2 گرم بر

سانتی متر مکعب است حالا از این قطعه می توانیم

آنچه را مورد نظر ماست بسازیم.

در کامپوزیتهای دیگری، ممکن است قالب را از

رزین اپوکسی انتخاب کنند .اگر بخواهیم کامپوزیتی

بسازیم که در دماهای بالا کمتر اکسیده شود،

می توانیم در مرحله چگال کردن از کربورسیلیسیم

استفاده کنیم .برای ساختن پایه و قالب از مواد

دیرگداز، مثل کربن وسرامیک استفاده می شود

به این ترتیب کامپوزیتهایی به دست می آید که هم

پایداری مکانیکی خوبی دارند وهم دربرابر دماهای

مقاومت می کنند.

[spow 44197]

تحقیق در زمینه کامپوزیت ها

 

تاريخچه:

 

کامپوزيتها (مواد چند سازه ای يا کاهگل های عصر جديد )رده ای از مواد پيشرفته هستند که در آنها از ترکيب مواد ساده به منظور ايجاد موادی جديد با خواص مکانيکی و فيزيکی برتر استفاده شده است.اجزای تشکيل دهنده ويژگی خود را حفظ کرده در يکديگر حل نشده و با هم ممزوج نمی شوند.استفاده از اين مواد در طول تاريخ نيز مرسوم بوده است .از اولين کامپوزيت‌ها يا همان چندسازه‌های ساخت بشر می‌توان به کاه گل وآجرهای گلی که در ساخت آنها از تقويت کننده کاه استفاده می شده است اشاره کرد..هنگامی که اين دو باهم مخلوط بشوند در نهايت آجرپخته بدست می آيد که بسيار ماندگارتر و مقاوم تر از هر دو ماده اوليه يعنی گل و کاه است.قايق‌هايی که سرخ‌پوست‌ها با قير و بامبو می‌ساختند و تنورهايی که از گل، پودر شيشه و پشم بز ساخته می‌شدند و در نواحی مختلف کشورمان يافت شده است،نيز از کامپوزيت‌های نخستين هستند. بسياری از نيازهای صنعتی صنايعی مانند صنايع فضايی ، راکتورسازی، الکترونيکی و غيره نمی‌تواند با استفاده از مواد معمولی شناخته شده ، برآورده شود. اما قسمتی از آن نيازها، می‌تواند با استفاده از قديمي ترين مثال از كامپوزيت ها مربوط به افزودن كاه به گل جهت تقويت گل و ساخت آجري مقاوم جهت استفاده در بناها بوده است . قدمت اين كار به 4000 سال قبل از ميلاد مسيح باز مي گردد . در اين مورد كاه نقش تقويت كننده و گل نقش زمينه يا ماتريس را دارد . ارگ بم كه شاهكار معماري ايرانيان بوده است،نمونه بارزي از استفاده از تكنولوژي كامپوزيت ها در قرون گذشته بوده است.مثال ديگر،تقويت بتن توسط ميله هاي فولادي مي باشدكه قدمت آن به سال 0081 ميلادي باز مي گردد . در بتن مسلح يا تقويت شده،ميله هاي فلزي،استحكام كششي لازم را در بتن ايجاد مي نمايند چرا كه بتن يك ماده ترد مي باشد و مقاومت اندكي در برابر بارهاي كششي دارد . بدين ترتيب بتون وظيفه تحمل بارهاي فشاري و ميله هاي فولادي وظيفه تحمل بارهاي كششي را بر عهده دارند .

تاريخچه مواد پليمري تقويت شده با الياف به سالهاي 1940 در صنايع دفاعي و به خصوص كاربردهاي هوا - فضا بر مي گردند براي مثال در سال 1945 بيش از 7 ميليون پوند الياف شيشه به طور خاص براي صنايع نظامي ، مورد استفاده قرار گرفته است . در ادامه با توجه به مزاياي آنها ، به صنايع عمومي نيز راه يافتند.

تعريف:

كامپوزيت = پليمرهاي تقويت شده با الياف

معمولا يک ماده کامپوزيت را به صورت يک مخلوط فيزيکی در مقياس ماکروسکوپيک از دو يا چند ماده مختلف تعريف مي کنند که اين مواد خصوصيات فيزيکی و شيميايی خودرا حفظ کرده و مرز مشخصی را با يکديگر تشکيل مي دهند.اين مخلوط در مجموع و با توجه به برخی معيارها خواص بهتری از هريک از اجزای تشکيل دهنده خودرا دارا مي باشد.در کامپوزيت عموماً دو ناحيه متمايز وجود دارد.

۱- فاز پيوسته (ماتريس)

2-فاز ناپيوسته(تقويت کننده)

در يک کامپوزيت به طور کلی الياف،عضو بار پذير اصلی سازه هستند در حاليکه ماتريس آنها را در محل وآرايش مطلوب نگاه داشته وبعنوان يک محيط منتقل کننده بار بين الياف عمل مي کند،به علاوه آنهارا از صدمات محيطی دراثر بالا رفتن دما و رطوبت حفظ می کند.

كامپوزيتها شامل يك يا چند فاز غير پيوسته در يك فاز پيوسته مي باشند.

خواص كامپوزيتها تابع موارد زير مي باشد:

1- خواص فازهاي تشكيل دهنده آن ( ماتريس و الياف )

2- توزيع فازها

3- اثرات متقابل فازها بر يكديگر

4- ابعاد ماده تقويت كننده شامل : شكل و اندازه و توزيع ذرات

نقاط قوت كامپوزيت ها:

• وزن کم اين مواد در عين 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 توليد اشکال پيچيده و متنوع

ويژگی های اصلی کامپوزيت ها :

كامپوزيت ها داراي:

وزن مخصوص کم- پايداری حرارتی خوب- توانايی بالا در جذب انرژی ها- ظرفيت دمپينگ بالا- سهولت در توليد- مقاومت خستگی خوب

مقاومت مكانيكي بالا- مقاومت شيميايي (ضدخوردگي)- صافي سطح- سبكي و سهولت در نصب- حمل آسان- كاهش هزينه هاي پمپاژ- عدم نياز به حفاظت كاتديك- طول عمر مفيد بسيار بالا- بهداشتي بودن- مقاومت خوب دمايي- عدم تخريب در مقابل اشعه ماوراء بنفش- عدم نياز به پوششهاي مختلف مي باشند.

تقسيم بندي مواد كامپوزيت:

كامپوزيتها را مي توان از نقطه نظر فاز پيوسته تقسيم بندي نمود:

1) کامپوزيتهای زمينه سراميکی ( CMC )

2) کامپوزيتهای زمينه فلزی ( MMC)

3) کامپوزيتهای زمينه پليمری ( PMC )

كامپوزيت هاي پايه پليمري:

كامپوزيتهاي پايه پليمري كه مهم ترين دسته از كامپوزيت ها مي باشند طيف وسيعي از صنايع ، از صنايع رده بالا مثل توليد قطعات هواپيما گرفته تا صنايع رده پايين مثل توليد سينك ظرفشويي و .... از كامپوزيتهاي پايه پليمري توليد مي شوند و درحال حاضر 59 درصد بازار كامپوزيت ها را به خود اختصاص داده اند و به همين دليل بزرگترين زير مجموعه مواد مركب محسوب مي گردند .

ردپاي كامپوزيت هاي پايه پليمري را در حوزه هاي زير مي توان جستجو نمود :

1- صنايع حمل و نقل شامل حمل و نقل هوايي ، جاده اي و دريايي

2- صنايع نظامي و هوا – فضا

3- صنايع انرژي در هر حوزه هاي توليد و انتقال برق و صنعت نفت ، گاز و پتروشيمي

4- صنعت ساخت و ساز شامل صنايع زير بنايي و صنعت ساختمان

5- صنايع مبلمان شهري

6- وسايل خانگي

7- لوازم ورزشي

كامپوزيت هاي پايه پليمري در حال حاضر تنها به ميزان 1 درصد در مهد تولد خود يعني صنايع هوا – فضا كاربرد دارند و قسمت عمده الباقي در صنايع ساخت و ساز و حمل و نقل به كار گمارده مي شوند.درحقيقت توسعه فناوري توليد كامپوزيتهاي پايه پليمري،اين امكان را فراهم كرده است تا اغلب صنايع از مزاياي منحصر به فرد اين مواد بهره جويند.مطابق آمار ارائه شده ، بيشترين ميزان مصرف كامپوزيت ها معطوف به صنعت ساخت و ساز مشتمل بر ساختمان،ابر سازه ها ، صنايع نفت و گاز و لوله مي باشد .

مزاياي كامپوزيت هاي پايه پليمري:

مزاياي سازه هاي مبتني بر كامپوزيت هاي پلميري نسبت به نمونه هاي سنتي بتني ، چوبي و فلزي را كه باعث نفوذ آنها در گستره وسيعي از صنايع مختلف شده است ، در موارد زير مي توان خلاصه نمود :

1- كاهش وزن سازه ساخته شده با توجه به معماري قابل تغيير بر اساس خواست طرح

2- ايمن بودن در برابر پديده خوردگي

3- قابليت تحمل بارهاي سيكلي و مقاومت بسيار مناسب در برابر پديده خستگي

4- سادگي روشهاي توليد و امكان توليد اشكال بسيار پيچيده باروشهاي بسيار آسان ، كارآمد و مقرون به صرفه

5- سهولت فرايندهاي تعمير و عيب يابي

6- ضريب انبساط حرارتي پايين و عايق مناسب حرارتي

7- عايق الكتريكي

8- بهبود اتصالات و امكان توليد يكپارچه

9- خصوصيات ارتعاشي بسيار مناسب و مقاوم بودن نسبت به پديده تشديد در ارتعاشات نسبت به فلزات

10- قابليت مونتاژ آسان

ساختار كامپوزيت هاي پايه پليمري:

در كامپوزيت هاي پايه پليمري ، ماتريس يا همان زمينه يك ماده پليمري است كه به آن لفظ رزين اطلاق مي گردد و شامل دو دسته كلي ترموپلاستيك و ترموست ها هستند.الياف تقويت كننده نيز شامل انواع شيشه،آراميد،كربن و بورن مي باشد . دراين تركيب نقش باربري به صورت عمده بر عهده الياف است . رزين وظيفه توزيع بار اعمال شده در شبكه الياف و نگهداشتن موقعيت الياف در جاي خود را بر عهده دارد . امروزه استفاده از الياف طبيعي در كامپوزيت هاي موسوم به كامپوزيت سبز نيز رونق خاصي پيدا كرده است.

نوع ديگري از تقسيم بندي كامپوزيتها :

1- كامپوزيتهاي پودري

- نسبت طول به قطر آنها تقريبا نزديك يك است.

- خواص كامپوزيتها به جهت الياف بستگي ندارد.

- سفتي يا مدول كامپوزيت بالا است ولي استحكام كششي افزايش ندارد.

- بهبود خواص هدايت الكتريكي و حرارتي

- كاهش جمع شدگي

2- كامپوزيتهاي ليفي- كامپوزيتهاي تك لايه- كامپوزيتهاي چند لايه- كامپوزيتهاي زاويه دار

ويژگي برجسته اين كامپوزيتها :

استحكام ويژه بالا، كنترل خواص ناهمساني

نقش الياف در ساختار مواد کامپوزيت:

الياف اصلی ترين اِلمان در مواد مرکب ليفی هستند که بالاترين کسر حجمی را در ساختار کامپوزيت دارند. انتخاب صحيح نوع، مقدار و جهت بسيار مهم بوده و تاثير زيادی در خصوصياتی نظير :

- جرم مخصوص

- استحکام کششی

- مدول کششی

- استحکام فشار

- استحکام خستگی

- قيمت

- خواص حرارتی و الکتريکی دارند.

طبقه بندی اصلی ترين الياف مورد استفاده در کامپوزيت ها :

- فلزی : شيشه ، ازبست

- معدنی : کربن، گرافيت، آراميد

- عالی : بر، Sic

- طبيعی : طبيعی

نوع الياف، مقدار و آرايش يافتگي آنها روي خواص زير تاثير مي گذارد:

1- استحكام و مدول كششي، فشاري و خمشي

2- استحكام خستگي

3- ضرايب انتقال حرارت و الكتريسيته

4- وزن مخصوص كامپوزيت

5- قيمت

الياف مورد استفاده در صنعت كامپوزيت :

1- الياف شيشه

2- الياف كربن

3- الياف آراميد

4- اليافهاي ديگر مثل : آزبست، بازالت، بر، پلي اتيلن

الياف شيشه( glass fibre):

رايج ترين و پرمصرف ترين ليف، شيشه مي باشد. ماده اصلي تشكيل دهنده آن (سيليكا) Sio2 مي باشد.

[TABLE]

[TR]

[TD] مزايا

[/TD]

[TD] معايب

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] قيمت پايين

[/TD]

[TD] مدول كششي پايين

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] استحكام كششي بالا

[/TD]

[TD] وزن مخصوص نسبتا بالا

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] مقاومت شيميايي بالا

[/TD]

[TD] حساسيت به سايش

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] خواص عايق عالي

[/TD]

[TD] مقاومت خستگي پايين

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] [/TD]

[TD] شكننده بودن

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] [/TD]

[TD] سختي بالا

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

 

انواع مختلف الياف شيشه:

الياف نوع C، الياف مقاوم در برابر مواد شيميايي

الياف نوع D، الياف مقاوم در برابر امواج الكترومغناطيس

الياف نوع E، عايق جريان الكتريسيته

الياف نوع M، الياف با مدول بالا

الياف نوع S، الياف با استحكام بسيار بالا

عوامل موثر بر استحكام الياف شيشه:

1- سرعت اعمال بار بالا = استحكام بيشتر

2- افزايش دما = كاهش استحكام

3- افزايش رطوبت = كاهش استحكام

اشکال الياف شيشه:

الياف بلند :

1-منحنی (Yarn)

2-رشته ای (Roving)

3-پارچه ای

4-سوزنی و نمدی

5-نواری

6-سه بعدی( ترکيب سوزنی، پارچه زاويه دار در رشته ای)

الياف کوتاه

الياف كربن:

الياف کربن در کامپوزيت های با زمينه سبک مانند انواع رزين ها به کارمی رود . کامپوزيت های الياف کربن در مواردی که استحکام وسختی بالا به همراه وزن کم و ويژگيهای استثنايی مقاومت به خوردگی مدنظر باشند ، يگانه گزينه پيش روست . همچنين هنگامي که مقاومت مکانيکیدر دمای بالا ، خنثی بودن از لحاظ شيميايی و ويژگی ضربه پذيری بالا نيز انتظار برود ، باز هم کامپوزيت های کربنیبهترين گزينه هستند . با توجه به اين ويژگی ها ، پهنه گسترده موارد کاربرد اين ماده در گستره هایگوناگون فناوری به سادگی قابلتصور است.

الياف كربن داراي دانسيته 27/2 گرم بر سانتي متر مكعب و شامل ساختار گرافيتي و بسيار نازك مي باشند.

[TABLE]

[TR]

[TD] مزايا

[/TD]

[TD] معايب

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] نسبت بسيار زياد استحكام به وزن

[/TD]

[TD] شكننده بودن

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] نسبت بالاي مدول كششي به وزن

[/TD]

[TD] هادي الكتريكي

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] استحكام بالاي خستگي

[/TD]

[TD] كرنش كم در شكست

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] ضريب انبساط حرارتي بسيار پايين

[/TD]

[TD] قيمت بالا

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD] مقاومت بالا در مقابل خوردگي

[/TD]

[TD] [/TD]

[/TR]

[/TABLE]

 

الياف آراميد:

مزايا :

- نسبت استحكام و مدول به وزن بسيار عالي

- مقاومت ضربه عالي

- مقاومت در برابر شكست ناشي از خزش

- مقاومت خستگي خوب

- عدم حساسيت به شكاف يا ترك

- مقاومت بالا در مقابل اسيدها و بازها

- خواص خوب اتلاف انرژي ارتعاشي

- خواص دي الكتريك عالي نسبت به شيشه

- خواص خود خاموش كني با نشر دود كم

- امكان استفاده مداوم تا دماي حدود 180 درجه سانتي گراد

- جرم مخصوص پايين

- مدول کششی بالا

- استحکام کششی بالا

- مقاومت ضربه بالا

- کاهنده دامنه نوسان در ارتعاشات

محدوديت ها :

- مقاومت فشاری پايين

- محدوديت در برشکاری

- حساس به نور خورشيد

اشکال موجود الياف آراميد:

الياف بلند :

1- نخی (Yarn)

2- رشته ای (Roving)

3- پارچه ای

4- ترکيبی با الياف کربن و شيشه (جهت پوشش محدوديت های موجود)

الياف کوتاه :

اندازه 1 ميليمتر تا 25 ميليمتر جهت قالبگيری

رزين ها و نقش آنها در كامپوزيت ها:

انواع مختلف رزين‌ها:

1- رزينهاي پلي استر

2- رزينهاي وينيل استر

3- رزينهاي اپوكسي

4- رزينهاي فنلي

وظايف رزين ها در کامپوزيت ها :

- نگهداری الياف در کنار هم

- انتقال تنش به الياف

- محافظت از الياف در مقابل عوامل محيطی

- حفاظت سطح الياف از سايش

تاثير بر خواص کامپوزيت :

- استحکام و مدول عرضی موثر

- خواص فشاری ( موثر)

- استحکام برشی ( موثر)

- استحکام برشی صفحه ای ( موثر )

- خواص کششی ( کم اثر ).

فرايند پذيری يک کامپوزيت به خصوصيات فيزيکی رزين ها مانند گرانروی، نقطه ذوب و دمای پخت رزين بستگي دارد.

انواع رزين های پليمری :

الف : پليمر های گرما سخت

1- رزين های پلی استر غير اشباع

2- رزين های اپوکسی

3- رزين های فنوليک

4- رزين اپوکسی نووالانس

5- رزين پلی ايمايد

6- رزين اوره و ملامين فرمالدئيد

ب : پليمر های گرما نرم

1- نايلون 6 و 66

2- پلی استر ها

3- پلی کربنات

4- پلی استال ها – پلی سولفون ها

5- پلی اتراکتون PEEK

6- PAI , PEI

مقايسه خواص پليمرهای گرمانرم و گرما سخت در کامپوزيت ها:

[TABLE]

[TR]

[TD=width: 197] خواص

[/TD]

[TD=width: 197] گرما سخت

[/TD]

[TD=width: 197] گرما نرم

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 197] مدول يانگ (Gpa)

[/TD]

[TD=width: 197] 6- 1.3

[/TD]

[TD=width: 197] 4.8 – 1

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 197] استحکام کششی (Mpa)

[/TD]

[TD=width: 197] 180 – 20

[/TD]

[TD=width: 197] 190 – 40

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 197] چقرمگی شکست (Fraturetroughness)

M pam² kic

Kg/m² Gic

[/TD]

[TD=width: 197] 0.5 – 1

0.2 – 0.02

[/TD]

[TD=width: 197] 1.5 – 6

0.7 – 6.5

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=width: 197] حداکثر دمای سرويس دهی

[/TD]

[TD=width: 197] 450 - 50

[/TD]

[TD=width: 197] 230 – 25

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

 

رزين‌هاي پلي‌استر:

از واكنش يك يا چند اسيد و باز يك يا چند عامله تهيه مي شوند.

اين رزينها در يك حلال مانند استايرن حل مي شوند تا ويسكوزيته آنها

كاهش يابد و همچنين شبكه هاي سه بعدي تشكيل مي دهند.

كاتاليزور آنها پراكسيدهاي آلي است.

انواع رزين هاي پلي استر:

رزين هاي پلي استر به دو نوع كلي تقسيم بندي مي شوند: رزين هاي ايزو،رزين هاي اورتو

افزايش دما، قرار گرفتن در مقابل نور، عمر آنها را كاهش مي دهند.

پخت رزينهاي پلي استر همراه كاتاليزور(پراكسيدهاي آلي يا هيدروپراكسيدها) به ميزان 2% نامحسوس است در نتيجه به آنها تسريع كننده مي افزايند كه مهمترين آنها محلول 42/0% كبالت در استايرن مي باشد.

رزين های اپوکسی:

خواص رزينهاي اپوكسي:

1- خاصيت مكانيكي خوب

2- خاصيت الكتريكي خوب

3- مقاومت حرارتي عالي

4- چسبندگي عالي به بسياري از مواد مانند فلزات، چوب، بتن، شيشه و ..

5- مقاومت ويژه خوب به ويژه در محيطهاي قليايي

6- جمع شدگي كم پس از پخت

اين رزين ها با خواص زير مورد توجه قرار می گيرند :

1- خواص مکانيکی خوب : مانند چقرمگی، سختی، مقاومت سايشی بالا

2- خاصيت الکتريکی خوب

3- مقاومت حرارتی عالی

4- چسبندگی عالي

روشهاي مختلف شكل دهي كامپوزيتها:

1- روش لايه گذاري دستي

2- روش افشاندن (spray up)

3- قالبگيري كيسه اي

4- اتوكلاو

5- رشته پيچي

6- قالبگيري فشاري

7- تركيبات قالبگيري

8- قالبگيري انتقال رزين

9- پالتروژن

مقايسه پارامترهاي فرآيندي در روش هاي شكل دهي

مقايسه عوامل هزينه‌اي در فرآيندهاي مختلف

 

1.پالتروژن(از سريع ترين و مهم ترين روشهاي توليد محصولات كامپوزيتي):

پالتروژن فرآيند پيوسته‏اي براي توليد انواع پروفيلهاي كامپوزيتي است. در اين فرآيند، الياف تقويت كننده را از يك حمام عبور مي‏دهند تا به رزين آغشته شود. سپس الياف آغشته شده را وارد يك قالب گرم مي‏نمايند و نمونة پخت شده را توسط يك دستگاه كشش بيرون مي‏كشند. بعد از اين مرحله امكان برش محصول در اندازه‏هاي دلخواه وجود دارد. اين فرايند تا حدودي مشابه فرايند اكستروژن پلاستيكها و توليد پروفيلهاي پلاستيكي است.

از جمله مزاياي اين روش كه يكي از باصرفه‏ترين روشهاي توليد كامپوزيتهاست، اين است كه درصد الياف در آن بالاست و چون الياف بصورت طولي آرايش مي‏يابند، محصول داراي استحكام كششي و فشاري بسيار بالايي است. همچنين سطح محصول نهايي كاملاً صاف است و نيازي به فرآيندهاي تكميلي نيست.

مراحل فرآيند:

 

• ورودي الياف: الياف تقويت كننده‏ به شكلي هستند كه بطور پيوسته فرآيند امكان پذير باشد. قفسه الياف پيوسته، اولين قسمت خط فرآيند مي‏باشد. بعد از قفسه الياف، قفسه نمد الياف شيشه يه پارچة‌ها سطح قرار دارد. حركت الياف از ناحية آغشته ‏سازي مي‏بايست كنترل شود تا از هرگونه پيچش و گره و آسيب محفوظ بماند. اينكار مي‏تواند توسط راهنماهاي فلزي، سراميكي و يا تفلوني انجام ‏شود.
  
• ‍ حمام آغشته‏‌سازي: آغشته‌‏سازي الياف تقويت كننده، از اصول فرآيند پالتروژن مي‌باشد. غوطه‏‌وري در حمام يك راه براي اين كار است. در اين روش الياف از رو و زير ميله‌‏هاي آغشته‌‏سازي عبور داده مي‏شوند تا از هم باز، و به رزين آغشته گردند. معمولاً در ساخت پروفيلهاي پيچيده، بعد از حمام و قبل از قالب، از صفحاتي براي شكل دادن به الياف آغشته به رزين، استفاده مي‏‌كنند. پوشش اين صفحات بايد از جنسي مناسب باشد تا از وارد ساختن هرگونه تنش به الياف آغشتة ضعيف شده، جلوگيري به عمل آيد. معمولاً اين قطعات از جنس تفلون، پلي‏ اتيلن با جرم مولكولي بسيار بالا ، فولاد با پوشش كرم و يا آلياژهاي مناسب فولادي مي‏باشند.
  
• قالب: قالب پالتروژن، قالب اين فرايند محسوب مي‏شود. چرا كه دما، كنترل كنندة سرعت واكنش پخت، محل پخت رزين در قالب و شدت گرماي حاصل از پخت رزين مي‏باشد. قطعه‌‏اي كه كامل پخت نشده باشد، خواص فيزيكي و مكانيكي ضعيفي از خود نشان مي‏دهد. همچنين اگر گرماي اضافي در قالب وجود داشته باشد، نقص و ترك حرارتي، موجب افت خواص الكتريكي، شيميايي و مكانيكي قطعه مي‏شود.
  
• گيره و كشش: حداقل 3 متر فاصله بين خروجي قالب و محل كشش مي‏بايس تعبيه شود تا قطعه فرصت سرد شدن پيدا كند و در برابر فشار گيرة كشش تغيير شكل ندهد. سه روش براي كشش مرسوم است؛ كشش رفت وبرگشتي متناوب، كشش رفت و برگشتي پيوسته و كشش توسط سيستم تسمه نقاله‏اي.
  
• برش: هر خط پيوستة پالتروژن احتياج به يك سيستم برش دارد تا طولهاي مناسب از قطعه تحويل شود. هردو روش برش خشك و تر قابل استفاده مي‏باشند. ولي در هر حال تيغه برش مي‏‌بايست الماسه باشد. در صورتيكه سرعت خط بالا باشد، تيغه برش همراه پروفيل حركت مي‏كند.
  

مواد:

با توجه به خواص مورد نظر، مي‏توان از الياف و رزينهاي مختلفي استفاده نمود. الياف تأمين كنندة خواصي چون استحكام كششي و ضربه، سفتي و مانند آن مي‏باشند ولي رزين تأمين كنندة خواص فيزيكي مانند آتشگيري، مقاومت در برابر شرايط جوي، هدايت حرارتي و مقاومت شيميايي مي‏‌باشند. براي بهبود خواص نيز از انواع افزودني‏ها استفاده مي‌‏شود.

مزاياي پالتروژن:

پالتروژن يكي از اقتصادي‏ترين روشهاي توليد پروفيلهاي كامپوزيتي مورد مصرف در صنايع ساختمان است.

از اين فرآيند در ساخت قطعات سبك مقاوم در برابر خورندگي، سيستمهاي عايق الكتريكي، سازه‏هاي ساحلي و بسياري از كاربردهاي ديگر استفاده مي‏شود. ويژگيها و مزاياي قطعات حاصل از اين روش، در جدول زير خلاصه شده است:

پالتروژن در ايران:

از ميان انواع فناوري‌هاي شكل‌دهي كامپوزيت‌هاي پليمري، تكنولوژي پالتروژن در كشور ما نسبت به بقيه مهجورتر مانده است. علي‌رغم نياز بالقوه‌اي كه در كشور به توليد محصولات پالتروژني وجود دارد تلاش چنداني در جهت دستيابي به اين فناوري صورت نگرفته است.

اما در حال حاضر تعداد مراكزي كه به سمت فن‌آوري پالتروژن روي آورده‌اند از يكي دو مركز تجاوز نمي‌كند. به اين ترتيب با هدف پاسخگويي به اين خلأ، پروژه ساخت دستگاه پالتروژن در گروه كامپوزيت پژوهشگاه پليمر و پتروشيمي ايران آغاز گرديد و پس از گذر حدود 2 سال موفق به توليد محصول صنعتي شديم. در حال حاضر نيز تحقيقات بر روي فرآيند پالتروژن در قالب پروژة ملي توليد ميلگرد آجدار براي استفاده در سازه‌هاي بتن آرمه ادامه دارد.

دستگاه پالتروژن ساخته شده در پژوهشگاه پليمر نيز با هزينة بسيار پايين و صرف تنها چند ميليون تومان تجهيز گرديده است. اين در حالي است كه نمونة خارجي دستگاه، گاهي تا چند صد هزار دلار قيمت دارد. توليد دستگاه در داخل كشور علاوه بر آنكه موجب دستيابي به تكنولوژي پالتروژن در كشور مي‌گردد تا حد بسيار زيادي هزينه‌ها را كاهش مي‌دهد.

برخي از پركاربردترين كامپوزيت ها:

كامپوزيتFrp:

بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه های آمريکا هنگامبررسی پلها از نظر سازه ای به دليل پوشش کم بتن، طراحی ضعيف، عدم مهارت کافی هنگاماجرا و ساير عوامل همانند شرايط آب و هوايی سبب ايجاد ترک در بتن و خوردگی آرماتورهای فولادی شده است. پس از سالها مطالعه بر روی خوردگی، FRP به عنوان يکجايگزين خوب آرماتورهای فولادی در بتن پيشنهاد شده اند. سه نوع ميلگرد ( AFRP) , ( CFRP ) , ( GFRP ) از انواع تجاری آن هستند که در صنعت ساختمان کاربرد دارند. از اين مواد به جای آرماتور های فولادی يا کابلهای پيش تنيده در سازه های بتنیپيش تنيده و يا غير پيش تنيده استفاده می شود. مواد FRP موادی غير فلزی و مقاوم دربرابر خوردگی است که در کنار خواص مهم ديگری همانند مقاومت کششی زياد آنها را برایاستفاده بعنوان آرماتور مناسب می کند.

از آنجايی که FRP ها مصالحیناهمسانگرد هستند نوع و مقدار فيبر و رزين مورد استفاده، سازگاری فيبر و کنترلکيفيت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلی را در بهبود خواص مکانيکی آن دارد.

 

مزايای Frp:

1- مقاومت کششی بيشتر ازفولاد 2- يک چهارم وزن آرماتور فولادی 3- عدم تأثير در ميدانهای مغناطيسی وفرکانس های راديويی، برای مثال تأثير روط دستگاه های بيمارستانی 4- عدم هدايتالکتريکی و حرارتیلذا به دليل مزايای بالا به عنوان يک جايگزين مناسب برایآرماتورهای فولادی در سازه های دریايی،سازه پارکينگ ها، عرشه های پل ها، ساختبزرگراه هايی که بطور زيادی تحت تأثير عوامل محيطی هستند و در نهايت سازه هايی کهدر برابر خوردگی و ميدانهای مغناطيسی حساسيت زيادی دارند پيشنهاد می کند.

كامپوزيت پانل:

پانل هاي ساختماني ساخته شده باكامپوزيت:

پانلکامپوزيت آلومينيومي:

پانل کامپوزیتآلومینیومی متشکل از لایه هایی از ورق آلومینیومی در بالا و پائین و مواد پلیاتیلنی غیر سمی در مرکز می باشد که ترکیبی از LDPE و L- LDPE دارای کیفیت شکل پذیری بالاست این ماده دارای قابلیتپردازش بسیار آسان ، پایداری شیمیایی و عملکرد مکانیکی فوق العاده می باشد و نقطهضعفی ندارد . بنابراین پانلها چنانچه در معرض گرما و یا سرمای شدید قرار گیرند مسطحباقی می مانند . هردو سطح با درجات پخت متفاوت توسط روش Coil Coating پوشش داده می شوند .

پانلکامپوزيت فلزی:

موارد مصرف:

1-نمای بيرونی ساختمانها 2-بازسازی نمای ساختمانهای قيیمی و تغييردکوراسيون 3-دکوراسيونديوارهای داخلی ، سقفها ، حمامها، آشپزخانه ها و تراسها

4-دکوراسيون داخلی فروشگاهها 5-تابلوهای تبليغاتی ، سکوهای نمايش و لوحهای اطلاعاتی 6-مواد صنعتیو مواد مورد مصرف در ماشينها و قايقها 7-ديوارکوب ها و سقف کوب های تونل ها

ويژگی ها :

Ø پايداری فوق العاده در برابر شرايط گوناگون آب و هوائی

Ø پايداری بالا در برابر پوسته شدن رنگ و مسطح بودن پوشش

Ø سبکی و پردازش ساده

Ø خصوصيات ضد حريق ممتاز

Ø پايداری در برابر جدانشدن لايه ها از يکديگر

Ø سادگی نگهداری

Ø پايداری در برابر ضربه

پانل‌هاي ساندويچي ساختماني:

پانل‌هاي ساندويچي اصطلاحاً به آن دستهاز ساختارهايي اطلاق مي‌شود كه از يك هسته مركزي ضعيف و لايه‌هاي خارجي قوي تشكيل شده باشد. معمولاً در ساختاين قبيل پانل‌هاي ساندويچي ازكامپوزيت هاي الياف شيشه (فايبرگلاس) و اخيراً ازكامپوزيت‌هاي الياف طبيعي كمك گرفته مي‌شود. مزيت‌هاي پانل‌هايساندويچي براي مصارف ساختماني:آنچه پانل‌هاي ساندويچي را به عنوان گزينه‌هاي مناسب در ساختمان‌سازيكشورهاي جهان مطرح ساخته است به شرح زير است:

الف) سبكيفوق‌العاده:

ب) مقاومتبالا:

ج) مقاومت در برابر خوردگي و پوسيدگي

لوله هاي كامپوزيتي:

يكي از زمينه هاي عمده استفاده از كامپوزيت ها ، توليد لوله هاي با اقطار مختلف با استفاده از مواد كامپوزيتي است . لوله هاي كامپوزيت كه متشكل از الياف شيشه و رزين هاي ترموست مي باشند ساختار محكم ، مقاوم به خوردگي و سبكي را فراهم مي كنند كه به عنوان جايگزين بسيار مناسبي براي لوله هاي فلزي و بتوني مطرح مي شوند .

عبارات GRP ، GRV ، GREكه در صنعت لوله هاي كامپوزيتي رواج دارد ، همگي معرف پيكربندي هاي مختلف لوله هاي كامپوزيتي هستند كه با توجه به ماًموريت مختلف مورد انتظار ، از ساختار مبتني بر الياف شيشه به همراه رزين پلي استر ، وينيل استر و يا اپوكسي در آنها استفاده مي شود . پلي استرها اغلب براي توليد لوله ها جهت مصارف مختلف از جمله آب شرب ، جمع آوري فاضلاب و پسابهاي صنعتي و آبياري و ..... استفاده مي شوند و وينيل استرها مقاومت بيشتري در برابر خوردگي در برابر مايعات خورندگي قوي مانند اسيدها و سفيد كننده ها دارند . رزين اپوكسي معمولاً براي لوله هايي با قطر كمتر از750 ميلميتر و عمدتاً براي خطوط نفت ، گاز و فشارهاي بسيار بالا استفاده مي شوند.

لوله هاي كامپوزيتي از ديدگاه نحوه انتقال سيار حاوي به دو گروه عمده گرانشي و فشاري تقسيم مي شوند .

در لوله هاي گرانشي سيال به وسيله نيروي گرانشي ويا با فشار خيلي كم براي تداوم حركت ، جابجا مي شود و به همين دليل ويژگي سفتي عامل مهم در طراحي اين لوله ها مي باشد . جهت قرارگيري الياف در اين لوله ها به شيوه اي است كه سفتي لوله در جهت هاي محيطي و محوري باعث كاهش تغيير شكل هاي خمشي در مسير مي شود و لوله در برابر نيروهاي ناشي از دفن ورفت و آمد روي آن ، مقاومت مي نمايد . قطر اين لوله ها از 100 ميليمتر تا 4000 ميلميتر متغيير است و الياف بيشتر در جهت محيطي قرارداده مي شود كه براي تحمل فشارهاي زير 16 بار (6/1 مگا پاسكال ) مناسب است . اين لوله ها در عمق زياد نسبت به سطح زمين قرار مي گيرند و فشار خاك و فشار ترافيكي روي آنها زياد است . لوله هاي فاضلاب نمونه اي از لوله هاي گرانشي مي باشند .

از لوله هاي توليد شده به روشهاي الياف پيچي پيوسته و نا پيوسته جهت تأمين لوله هاي گرانشي نيز استفاده مي گردد هرچند كاربرد اصلي اين نوع لوله ها جهت مصارف پر فشار مي باشد .

در لوله هاي فشاري ، حمل سيالات درفشارهاي بين 690 كيلو پاسكال تا چند مگا پاسكال مد نظر مي باشد . عمده مصرف اين لوله ها در انتقال آب ، صنايع نفت و گاز و دريايي مي باشد . كه فراورده هاي مختلف با فشارهايي در حدود 14 و يا 34 مگا پاسكال انتقال داده مي شوند .جهت الياف در اين لوله ها بر اساس ميزان فشار طراحي در زواياي مختلفي نسبت به محور لوله صورت مي پذيرد .

حوزه هاي مختلف كاربرد لوله هاي كامپوزيتي:

-توزيع آب در هر دو حوزه ساختمان و صنعت

-سيستم فاضلاب شهري

-انتقال پسابهاي صنعتي

-جمع آوري آبهاي سطحي

-انتقال آب دريا و رودخانه ها

-مدخل آبگيري براي سيستم هاي برجهاي خنك كن

-شبكه اطفاء حريق

-خطوط فرايندي براي كارخانه هاي صنعتي

-شبكه انتقال و توزيع سوخت

-انتقال سيالات خورنده

-شبكه هاي آبياري و زهكشي

ويژگيها و مزاياي لوله هاي كامپوزيتي:

لوله هاي GRP نسبت به لوله هاي فلزي و بتوني از مزاياي خاصي بهره مند هستند كه هر مزيتي به واسطه وجود ويژگي خاصي نتيجه مي شود . اهم ويژگي هاي اين نوع لوله ها را در موارد ذيل مي تواند برشمرد :

1)مقاومت در برابر خوردگي

2)كاهش وزن

3)سطح داخلي صاف و صيقلي

سنگ کامپوزیت:

 

سنگهای کامپوزیتی گرانیتا ( در حال تولیددر 25 کشور اروپایی ) ، اختراعی نوین و اروپایی است كه جانشینی مناسب برای سنگهای ساختمانیو تزیینی ، سنگ نما ، کفپوشهای بتنی متداول و پیورس ، موزاییک و پله ... با مقاومتعالی در برابر بارهای وارده و شرایط اقلیمی ( مطابق برگه های آزمایشگاه مرجع مکانیکخاک ) و با تنوعی بی نظیر در رنگ و طرح های انحصاری و صخره نما ( بیش از 160 رنگ ،مطابق سلیقه و نیاز) با قابلیت عایق شدن برروی دیوار و سبک سازی ساختمان است.

مهمترين موارد كاربرد كامپوزيت:

با توجه به پايداری بسيار زياد کامپوزيت‌های پايه پليمری و مقاومت بسيار خوب آنها در محيط‌های خورنده، اين کامپوزيت‌ها، کاربردهای وسيعی در صنايع دريايی پيدا کرده‌اند که از آن جمله می‌توان به ساخت بدنه قايقها و کشتيها و تاسيسات فراساحلی اشاره داشت. استفاده از کامپوزيت‌ها در اين صنعت، حدود 60% صرفه‌جويی اقتصادی داشته است که علت اصلی آن مربوط به پايداری اين مواد است. صنعت ساختمان وصنايع مرتبط باآن پرمصرف‌ترين صنعت برای مواد کامپوزيتی است.ساخت بدنه هواپيما،ساخت پره های توربين بادی و پره های هلی کوپتر وپوشش رادار هواپيما از کاربردهای کامپوزيت در صنعت هوافضا است. اين مواد در صنعت نفت وگاز نيز به منظور ترميم وتقويت سازه های فرسوده و ترميم لوله های فرسوده نفت و گاز،عايق توربين به کار مي روند..(کامپوزيت ها با توجه به ساختار شبکه ای و طولی ای که دارند گرما را فقط در جهت طولی منتقل می کنند و نه عرضی بنابراين به عنوان عايق گرما برای ديواره توربين ها مناسب می باشند.

كامپوزيت ها در ساخت تراورس:

مورد ديگری از كاربرد کامپوزيت­ها را در صنايع حمل و نقل و به­طور خاص بحث تراورس راه آهن می­توان­ يافت. در کشور ما ساليانه مقادير بسيار زيادی تراورس راه آهن تعويض يا بهسازی می­گردد و اين جدای از هزينة هنگفت بستن خط و تغيير ريل­ها و زيرسازی­های لازم است. اما اگر همين تراورس­ها با کامپوزيت تقويت شوند عمر 7 ساله تراورس­ها را تا 30 سال می­توان افزايش داد و در ازای پرداخت هزينه اوليه دو يا سه برابر، هزينه تعمير و تعويض تا 4 برابر کاهش می­يابد و در نهايت صرفه اقتصادی دارد.

تراورس­های کامپوزيتی با داشتن قيمتی معادل قيمت بهترين نوع چوبی آن، از مزايای ديگری نظير سهولت کاربرد، عمر طولانی­تر و خواص مکانيکی بهتر برخوردار هستند که اقتصادی بودن استفاده از آنها را مسلم می­سازد. علاوه بر اينها مواد اوليه مورد استفاده برای ساخت اين تراورس­ها اغلب از مواد ارزان هستند که از ضايعات کارخانجات ديگر به دست آمده­اند. اين مساله علاوه بر ايجاد يک منبع درآمد برای اين کارخانجات منجر به خروج آن­ها از طيف آلاينده­های زيست محيطی و تبديل به مواد بازيافت شده و مفيد می­گردد. به­علت عدم پوسيدگی، استفاده از اين تراورس­ها در مناطق مرطوب به صرفه­تر از نوع چوبی آن است.

كامپوزيت در صنعت ساختمان:

همانطور كه ملاحظه می شودسقف‌های كامپوزيت از برخی سقفهای تيرچه و بلوك سبكتر و از برخی سنگين‌تر هستند بنابراين اين تصوركه كليهسقفهای كامپوزيت سبكتراز كليه سقفهای تيرچه و بلوك و كروميت هستند غلط است.

محاسن :1-عموماًسقفهای كامپوزيت وزنی سبك يا نسبتاً سبك دارند.

2- سقفهای كامپوزيت سرعت اجرای بالاترینسبتبه سقفهای با تيرچه بتنیو كروميت دارند.

3- به كاذبكارینيازی ندارد.

نقاط ضعف احتمالی :

1-سقف كامپوزيت بدليل هزينه كاذب كاری سنگينازعموم سقفهای تيرچه و بلوك وكروميت هزينه تمام شده بيشتری دارد.

 

2-هرچند سرعت اجرايی سقفهای كامپوزيت نسبت به سقفهاي تيرچه و بلوك و كروميت بيشتر است اما بدليلكاذب كاری سنگين و نياز به نبشیكشی، در مجموع اجراي پروژه زمان بيشتری طول خواهد كشيد.

 

3-سقفهاي كامپوزيت بدليل داشتن لرزش ،گزينه مناسبی برای سقفپروژه‌های مسكونی نمی باشد مگر اينكه به هنگام بتن ريزی زيركليه تيرآهنهای فرعی و اصلیشمع بندی كامل شود كه در اين صورت اجرای همزمان چند سقف منتفی است يا با مشكلات فراوانی همراه خواهدبود.

مزايای استفاده از کامپوزيت در صنعت ساختمان ايران:

اين مواد در صنعت ساختمان کاربرد وسيعی دارند که می­توان به موارد زير اشاره كرد.

1. تعمير و تقويت خارجی سازه­ها: سازه­های ساختمانی مخصوصاً سازه­های بتن آرمه در هنگام اجرا يا بهره­برداری به دلايل مختلف از جمله ضعف اوليه يا عمر زياد تحت اثر عوامل مختلف محيطی يا مکانيکی تضعيف می­­­شوند. روش­های سنتی تقويت اين سازه­ها دارای دو مشکل اساسی هستند: اولاً در اجرا بسيار مشکل­ساز می­باشند. چرا که برای تقويت مثلاً يک ستون به کمک غلاف بتنی بايد قسمتی از سازه تخريب موضعی شود تا قطعات فولادی لازم در سازه جاسازی شوند و سپس بتن­ريزی انجام گيرد که بسيار پردردسر و گاه غيرممکن است. ثانياً با توجه به مشکلات رايج در ساخت بتن، احتمال آنکه قسمت­های تقويت کننده نتوانند در هنگام اجرا به گونه مناسب با سازة در دست تعمير هماهنگ شوند وجود دارد، که در صورت وقوع چنين امری سازه انتظارات مورد نظر را برآورده نخواهد کرد.

 

2. ساخت سازه­های تمام کامپوزيت: حتی در کشورهايی همچون مالزی، ساخت سازه­های تمام کامپوزيت از قبيل گنبدها آغاز شده است. در ايران نيز سازه­های گنبدی شکل وجود دارند که وزن بتن مورد نياز برای ساخت آنها بالغ بر 70 هزار تن خواهد گرديد و اگر آنها را از کامپوزيت بسازيم وزن آنها تا يک سوم تقليل می­يابد. به این ترتيب علاوه بر اجرای ساده، مقادير متنابهی در هزينة زيرسازی صرفه­جويی می­گردد و علاوه بر آن عمر سازه نيز با توجه به مقاومت کامپوزيت­ها در برابر شرايط محيطی مختلف افزايش می­يابد.

 

3. تعمير و تقويت داخلی سازه­ها: در مناطق جنوب و شمال کشور، به دليل زياد بودن رطوبت و ساير مواد خورنده، آرماتورهای فلزی بتن، دچار پوسيدگی زودهنگام می­شوند که اين خود باعث کاهش مقاومت آرماتور و ترک برداشتن و گسيختن بتن در اثر ازدياد حجم آرماتورهای پوسيده می­گردد. در چنين شرايطی آرماتورهای کامپوزيتی توليد شده توسط فرايند پالتروژن می­توانند پاسخگوی مناسبی به اين مسئله باشد. همچنين گاه برای افزايش استحکام فشاری و کششی،ملات­های سيمان يا بتن، از الياف کوتاه کامپوزيت­ها در ترکيب با ملات يا بتن مورد نظر استفاده می­شود. به اين ترتيب می­توان از عملکرد مناسب سازه اطمينان حاصل کرد.

در کشور زلزله­خيز ما سازه­های بتنی چه در مرحلة اجرا و چه در مرحلة بهره­برداری، در اثر بارهای مکانيکی يا عوامل محيطی تضعيف می­گردند و نياز مبرم به تقويت دارند. در راستای پاسخ­گويی به اين نياز، پروژه­ای تحت عنوان بررسی رفتار تيرهای بتن آرمه تعريف شد و برتری کاربرد تيرهای تقويت شده با کامپوزيت نسبت به نمونه­های تقويت نشده به 3 روش حل عددی، تحليلی و تست آزمايشگاهی به اثبات رسيد.

كامپوزيت ها در صنعت راه سازي و عمراني:

كاربرد كامپوزيت ها در صنعت راه سازی و بزرگراه ها بسیار گسترده گردیده و مواردی همچون گاردریل،علائم راهنمایی، تیرهای چراغ در جاده، نرده‌های کنار جاده بسرعت در حال پیشرفت و گسترش در تمام دنیا هستند. مزیت استفاده از این مواد هزینه نصب و تعمیر و نگهداری کم و در خواص ویژه و از همه مهمتر توانایی جذب انرژی برخورد وسایل نقلیه بدون رسیدن به نقطه شکست نهایی و نابودی سازه است.

 

از جمله مزایای سازه‌هاي كامپوزيتي:

-سبکی (در حدود یک چهارم سازه مشابه فولادی)

-مقاومت در برابر خوردگی

-عایق بودن

-تنوع رنگ و ماندگاری

-حمل و نصب و نگهداری سریع و آسان

-مقاومت در برابر آتش

-سازگاری با محیط های بهداشتی، دارویی و غذایی

-مقاومت مکانیکی بالاتر ضربه نسبت به مشابه فولادی

-قیمت قابل رقابت با سازه گالوانیزه شده، استنلس استیل و آلومینیومی

در زیر به برخی از محصولات كامپوزيتي اشاره می شود:

نرده و هندریل، سازه های بار بر (نبشی، ناودانی، گریتینگ)، کابل‌های فیبر نوری، مقره‌های انتقال برق، کراس آرم، دکل‌های فشار قوی، دریچه منهول، در و پنجره، تجهیزات حوضچه‌های مواد شیمیایی، آرماتورهای ساختمانی، موج شکن،سینی کابل، کف کاذب، گاردریل، پایه تابلو و تیرهای چراغ، نردبان.

آشنايي با چند پروژه كامپوزيتي در ايران:

•گروه كامپوزيت و چسب – پژوهشگاه پليمر وپتروشيمی ايران.

•ساخت هواپيمای 4 نفره تمام کامپوزيت فجر 3 در شرکت هواپيمايی فجر.

•مقاوم سازی پالايشگاه نفت آبادان، پل تقاطع اتوبان شهيد همت و اتوبان شيخ فضل الله نوری و نيز دو پل راه آهن در استان يزد.

•مقاوم سازی سطح خارجی بتون با استفاده از مواد کامپوزيتی (اين طرح توسط موسسه کامپوزيت ايران به عنوان اختراع به ثبت رسيده است. به گفته دکتر مهرداد شکريه رئيس موسسه کامپوزيت ايران، در اين روش لايه‌هايی از الياف شيشه يا کربن به ضخامت 3/0 ميليمتر با استفاده از يک رزين مثل اپوکسی روی سازه بتونی کشيده می‌شود و به اين ترتيب ميزان مقاومت بتون 3 برابر خواهد

[امین فتحی 390]

احسان سلام خوبی؟

متال ماتریکس کامپوزیت چیه؟ارزش کار کردن روشو داره؟

[Ehsan 112346]

احسان سلام خوبی؟

متال ماتریکس کامپوزیت چیه؟ارزش کار کردن روشو داره؟

 

 

درود، سلامت باشی.

کامپوزیت هارو از نظر فاز میشه به سه دسته تقسیم کرد :

 

 

1- Polymer Matrix Composite

2- Metal Matrix Composite

3- Ceramic Matrix Composite

 

 

منظور جنسیتشون هست.

والا ارزش کار کردن که من نمیدونم روی چیش میخوای کار کنی.

 

ولی اگر با توجه به یک نیاز صنعتی باشه خیلی بهتره تا همینجوری تحلیل المان محدودی کنی و یک پروژه ای انجام بدی بره.