تعریف کامپوزیت و مختصری در مورد آن

[EN-EZEL 13,039]

تعریف کامپوزیت و مختصری در مورد آن

 

کامپوزیتها (مواد چند سازه ای یا کاهگل های عصر جدید )رده ای از مواد پیشرفته هستند که در آنها از ترکیب موادساده به منظور ایجاد موادی جدید با خواص مکانیکی و فیزیکی برتر استفاده شده است.اجزای تشکیل دهنده ویژگی خود را حفظ کرده در یکدیگر حل نشده و با هم ممزوج نمی شوند.استفاده از این مواد در طول تاریخ نیز مرسوم بوده است .از اولین کامپوزیت*ها یا همان چندسازه*های ساخت بشر می*توان به کاه گل وآجرهای گلی که در ساخت آنها از تقویت کننده کاه استفاده می شده است اشاره کرد..هنگامی که این دو باهم مخلوط بشوند در نهایت آجرپخته بدست می آید که بسیار ماندگار تر و مقاوم تر از هر دو ماده اولیه یعنی گل و کاه است.قایق*هایی که سرخ*پوست*ها با قیر و بامبو می*ساختند و تنورهایی که از گل، پودر شیشه و پشم بز ساخته می*شدند و در نواحی مختلف کشورمان یافت شده است،نیز از کامپوزیت*های نخستین هستند. بسیاری از نیازهای صنعتی صنایعی مانند صنایع فضایی ، راکتورسازی، الکترونیکی و غیره نمی*تواند با استفاده از مواد معمولی شناخته شده ، برآورده شود. اما قسمتی از آن نیازها، می*تواند با استفاده از چندسازه*ها یا کامپوزیت*ها برآورده گردد.

 

 

1- 1-تعریف کامپوزیت

 

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

 

۱- فاز پیوسته (ماتریس)

 

2-فاز ناپیوسته(تقویت کننده)

 

در یک کامپوزیت به طور کلی الیاف،عضو بار پذیر اصلی سازه هستند در حالیکه ماتریس آنها رادر محل وآرایش مطلوب نگاهداشته وبعنوان یک محیط منتقل کننده بار بین الیاف عمل میکند،به علاوه آنهارااز صدمات محیطی دراثربالارفتن دما ورطوبت حفظ می کند.

 

2-1- تقسیم بندی مواد کامپوزیت

 

1) کامپوزیتهای زمینه سرامیکی ( cmc )

 

2) کامپوزیتهای زمینه فلزی ( mmc)

 

3) کامپوزیتهای زمینه پلیمری ( pmc ) : که رایجترین دسته کامپوزیت هستند و بیش از 90 درصد مصرف جهانی کامپوزیت را به خود اختصاص داده اند.

 

3-1-نقاط قوت کامپوزیتها

 

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

 

• مقاومت بالا نسبت به خوردگی.

 

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

 

4-1-مهمترین موارد کاربرد کامپوزیت

 

سابقه استفاده از کامپوزیت*های پیشرفته به دهه* 1940 باز می*گردد. در آن زمان ارتشهای آمریکا و شوروی سابق در رقابتی تنگاتنگ با یکدیگر ، موفق به ساخت کامپوزیت پایه پلیمری الیاف بور – رزین اپوکسی برای استفاده در صنعت هوا فضا شدند. 20 تا 30 سال پس از آن ، کامپوزیت*های پایه پلیمری بطور گسترده*ای به سوی صنایع شهری از جمله ساختمان و حمل و نقل روی آوردند. بطور مثال امروزه خودروهایی ساخته می*شود که تماماْْ کامپوزیتی هستند. استفاده از کامپوزیت*ها در این کاربرد به علت ویژگیهایی چون وزن کمتر، در نتیجه سوخت کمتر و عمر طولانی*تر آنهاست.

 

مواد کامپوزیت تقویت شده با الیاف ،ترکیبی از مقاومت کششی ومدول بهتر نسبت به مواد فلزی را دارند وبعلت پایین بودن وزن مخصوص نسبت به وزن (مقاومت کششی ویژه) نسبت مدول به وزن (مدول ویژه)، مواد کامپوزیت به طور مشخص بهتراز موادفلزی هستند ودر بسیاری از کاربردهایی که کاهش وزن سازه از اهمیت برخوردار است میتواندد جایگزین فلزات شوند.

 

با توجه به پایداری بسیار زیاد کامپوزیت*های پایه پلیمری و مقاومت بسیار خوب آنها در محیط*های خورنده، این کامپوزیت*ها، کاربردهای وسیعی در صنایع دریایی پیدا کرده*اند که از آن جمله می*توان به ساخت بدنه قایقها و کشتیها و تاسیسات فراساحلی اشاره داشت. استفاده از کامپوزیت*ها در این صنعت، حدود 60% صرفه*جویی اقتصادی داشته است که علت اصلی آن مربوط به پایداری این مواد است. صنعت ساختمان وصنایع مرتبط باآن پرمصرف*ترین صنعت برای مواد کامپوزیتی است که در فصل 3 با برخی از آنها بیشتر آشنا میشویم. ساخت بدنه هواپیما.ساخت پره های توربین بادی و پره های هلی کوپتر وپوشش رادار هواپیمااز کاربردهای کامپوزیت در صنعت هوافضا است. این مواد در صنعت نفت وگاز نیز به منظور ترمیم وتقویت سازه های فرسوده و ترمیم لوله های فرسوده نفت و گاز . عایق توربین به کار میروند..(کامپوزیت ها با توجه به ساختار شبکه ای و طولی ای که دارند گرما را فقط در جهت طولی منتقل می کنند و نه عرضی بنا بر این به عنوان عایق گرما برای دیواره توربین ها مناسب می باشند. – نقل قول از دکتر مظاهری رئیس گروه آیرودینامیک وپیشرانش دانشکده هوا-فضای شریف.)

 

5-1-مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور

 

مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور یک دهم سرانه مصرف در کشورهای پیشرفته است و سالانه بیش از6 میلیون تن مواد کامپوزیتی به ارزش 145 میلیارد دلار در صنایع مختلف جهان مصرف می*شود. به گفته دکتر مهرداد شکریه، رئیس موسسه کامپوزیت ایران و عضو هیات علمی دانشگاه علم و صنعت:“ سرانه مصرف کامپوزیت در کشورهای پیشرفته جهان 3 کیلوگرم است در حالی که این سرانه در کشور ماتنها 3/0کیلوگرم است ولی درعین حال ایران از نظر سرانه مصرف مواد کامپوزیتی، همرده کشورهای آسیایی قرار دارد. علت پایین بودن سرانه مصرف مواد کامپوزیتی در این قاره وسعت این قاره و نیز وجود کشورهای فقیردر این منطقه است، در عین حال کشور ژاپن با سرانه 5/4 کیلوگرم در سال به عنوان نمونه*ای از یک کشور آسیایی پیشرفته با مصرف سرانه مواد کامپوزیتی است“

 

6-1-آشنایی با چند پروژه کامپوزیتی درایران

 

• گروه كامپوزيت و چسب – پژوهشگاه پلیمر وپتروشیمی ایران .

 

• ساخت هواپیمای 4 نفره تمام کامپوزیت فجر 3 در شرکت هواپیمایی فجر.

 

• مقاوم سازی پالایشگاه نفت آبادان، پل تقاطع اتوبان شهید همت و اتوبان شیخ فضل الله نوری و نیز دو پل راه آهن در استان یزد.

 

• مقاوم سازی سطح خارجی بتون با استفاده از مواد کامپوزیتی (این طرح توسط موسسه کامپوزیت ایران به عنوان اختراع به ثبت رسیده است. به گفته دکتر مهرداد شکریه رئیس موسسه کامپوزیت ایران، در این روش لایه*هایی از الیاف شیشه یا کربن به ضخامت 3/0 میلیمتر با استفاده از یک رزین مثل اپوکسی روی سازه بتونی کشیده می*شود و به این ترتیب میزان مقاومت بتون 3 برابر خواهد شد.)

 

محمد مهدی مداح