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.
02432464407-9
بشر با تلاش برای دستیابی به مواد جدید, با استفاده از مواد ألی (عمدتا هیدروکربن‌ها) موجود در طبیعت به تولید مواد مصنوعی نایل شد. این مواد عمدتا شامل عنصر کربن , هیدروژن, اکسیژن, نیتروژن و گوگرد بوده و به نام مواد پلیمری معروف هستند. مواد پلیمری یا مصنوعی کاربردهای وسیعی , از جمله در ساخت وسایل خانگی , اسباب بازی‌ها, بسته بندی‌ها , کیف و چمدان , کفش , میز و صندلی , شلنگ‌ها و لوله‌های انتقال آب , مواد پوششی به عنوان رنگ‌ها برای حفاظت از خوردگی و زینتی , لاستیک‌های اتومبیل و بالاخره به عنوان پلیمرهای مهندسی با استحکام بالا حتی در دماهای نسبتا بالا درساخت اجزایی از ماشین ألات, دارند.
پلیمرها خواص فیزیکی و مکانیکی نسبتا خوب و مفیدی دارند . آنها دارای وزن مخصوص پاییین و پایداری خوب در مقابل مواد شیمیایی هستند. بعضی از آنها شفاف بوده و می‌توانند جایگزین شیشه‌ها شوند. اغلب پلیمرها عایق الکتریکی هستند.
اما پلیمرهای خاصی نیز وجود دارند که تا حدودی قابلیت هدایت الکتریکی دارند . عایق بودن پلیمرها به پیوند کووالانسی موجود بین اتم‌ها در زنجیرهای مولکولی ارتباط دارد. اما تحقیقات انجام شده در سال‌های اخیر نشان داد که امکان ایجاد خاصیت هدایت الکتریکی در امتداد محور مولکولها وجود دارد. این نوع پلیمرها اساسا از پلی استیلن تشکیل شده اند.
با نفوذ دادن عناصری مانند فلزات قلیایی یا هالوژنها (فرایند دوپینگ) به زنجیرهای مولکولی پلی استیلن به ترتیب نیمه هادی‌های پلیمری از نوع N و P به دست می‌آیند. افزودن عناصر یا دوپینگ سبب میشود که الکترون‌ها بتوانند در امتداد اتم‌های کربن در زنجیر حرکت کنند. تفلون از مواد پلیمری است که به دلیل ضریب اصطکاک پایینی که دارد به عنوان پوشش برای جلوگیری از چسبیدن مواد غذایی در وسایل پخت و پز استفاده میشود.
آرامید مخفف آروماتیک‌پلی‌آمید است. آرامیدها خانواده‌ای از نایلون‌ها هستند، که شامل کِولار و نومِکس می‌باشند. کولار در کاربردهایی مثل جلیقه‌های ضد گلوله و تایرهای دوچرخه‌های مقاوم در برابر پنجر شدن استفاده میشود.
آلیاژهایی از نومکس و کولار برای تهیه‌ی لباس‌های ضد حریق به کار می‌روند. نومکس، و آلیاژ آن با کولار، همان چیزی است که آتش‌نشانان را به هنگام انجام عملیات نجات از مرگ در اثر سوختگی حفظ میکند.
کولار پلی‌آمیدی است که در آن تمام گروه‌های آمیدی به وسیله‌ی گروه‌های پارا-فنیلن از هم جدا شده‌اند، یعنی گروه‌های آمیدی از دو نقطه مقابل یکدیگر در حلقه‌های فنیل، یعنی از کربن های ۱ و ۴، به این حلقه ها متصل شده اند.
در مقابل، نومکس دارای گروه‌های متا- فنیلین است به این صورت که گروه‌های آمید در موقعیت‌های ۱ و ۳ به حلقه‌ی فنیل متصل هستند.
کولار پلیمری بسیار بلورین است. زمان زیادی طول کشید تا دانشمندان فهمیدند که چگونه کولار را فرآیند کنند. زیرا در هیچ چیز حل نمی‌شود. بنابراین، فرآیند این ماده به صورت محلول ممکن نبود. کولار در زیر دمای C °۵۰۰ ذوب نمی‌شود، بنابراین روش ذوب کردن نیز حذف میشود. در نهایت یکی از دانشمندان شرکت دوپونت، به نام استفانی کولک ( Stephanie Kwolek )، برای این مشکل یک راهکار عالی ارائه نمود. در کولار، بین زنجیرهای پلیمری پیوندهای هیدروژنی قوی وجود دارد و همین امر سبب می شود تا نتوان آن را ذوب و یا حل نمود. کولک توانست کولار را در N- متیل پیرولینیدون که یک حلال قطبی و غیر پروتونی می باشد، با کمک کلرید کلسیم، حل نماید. نقش کلرید کلسیم این است که جذب اکسیژن گروه های کربنیل شده، در نتیجه زنجیرهای آرامید قادر به تشکیل پیوندهای هیدروژنی نبوده و از هم جدا می شوند.
آرامیدها به شکل الیاف استفاده میشوند. آنها حتی بهتر از پلی‌آمیدهای غیرآروماتیک مثل نایلون ۶،۶ به شکل لیف در می‌آیند.
چرا ؟
این موضوع با یک ویژگی عجیب آمیدها ارتباط دارد. آمیدها این توانایی را دارند که به دو شکل یا صورتبندی (کانفورماسیون) متفاوت درآیند. می‌توانید این مسئله را در تصویر یک آمید با وزن مولکولی کم ببینید. هر دو شکل، یک ترکیب هستند در دو صورتبندی متفاوت. شکل سمت چپ، صورتبندی ترانس نامیده میشود و شکل سمت راست، صورتبندی سیس.
در لاتین ترانس یعنی «در طرف دیگر». بنابراین وقتی گروه‌های هیدروکربن آمید در دو طرف پیوند آمید بین اکسیژن کربونیل و نیتروژن آمید قرار میگیرند، در این حالت یک ترانس-آمید خواهیم داشت. به همین ترتیب سیس درلاتین به معنای «در یک طرف» میباشد، و وقتی گروه‌های هیدروکربن در یک طرف پیوند آمیدی قرار دارند ما آن را سیس-آمید می‌نامیم.
یک مولکول آمید میتواند با دادن مقدار کمی انرژی بین صورتبندی سیس و ترانس نوسان کند.
هر دو صورتبندی سیس و ترانس در پلی‌آمیدها وجود دارند. وقتی همه‌ی گروه‌های آمید در یک پلی‌آمید، به عنوان مثال نایلون ۶،۶، در صورتبندی ترانس قرار دارند، پلیمر کاملاً به صورت یک خط راست کشیده شده است. این دقیقاً چیزی است که ما برای الیاف می‌خواهیم. زیرا زنجیرهای بلند و مستقیم و کاملاً کشیده شده در حالت بلوری، بسیار خوب در کنار یکدیگر قرار گرفته و لیف تشکیل می‌دهند. ولی متأسفانه همیشه حداقل تعدادی از اتصالات آمید در صورتبندی سیس قرار دارند. بنابراین زنجیرهای نایلون ۶،۶ هیچ وقت به صورت کاملاً کشیده قرار نمی‌گیرند.
ولی کولار فرق میکند. وقتی زنجیرهای کولار می‌خواهند بچرخند تا به شکل صورتبندی سیس درآیند، هیدروژن‌های روی گروه‌های بزرگ آروماتیک مانع میشوند. صورتبندی سیس هیدروژن‌ها را کمی بیشتر از آنچه که تمایل دارند، نزدیک یکدیگر قرار می‌دهد. بنابراین کولار تقریباً به طور کامل در صورتبندی ترانس باقی می‌ماند. به همین دلیل کولار میتواند به طور کامل کشیده شود و الیافی عالی تشکیل دهد.
شاید نگاه کردن به تصویر فوق از نمای نزدیک‌تر بهتر باشد. به تصویر پایین نگاه کنید. می‌توانید ببینید که وقتی کولار تلاش میکند صورتبندی سیس ایجاد کند، فضای کافی برای هیدروژن‌های فنیل وجود ندارد. بنابراین تنها صورتبندی ترانس وجود خواهد داشت.
ولی پلیمر دیگری وجود دارد که حتی بهتر کشیده میشود و نام آن پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا میباشد. این پلیمر حتی میتواند جایگزین کولار برای تهیه‌ی جلیقه‌ی ضد گلوله باشد.
ولی برگردیم به کولار …
همچنین حلقه‌های فنیل زنجیرهای مجاور به راحتی و خیلی مرتب روی یکدیگر انباشته میشوند و پلیمر با بلورینگی بیشتر و الیافی قوی‌تر می‌سازند.
02432464407-9
مقایسه پلی آمید های PA6-PA6,6-PA11- PA12
۱-ساختار شیمیایی:
پلی آمید ها با توجه به مونومر سازنده ی آنها به دو دسته ی مهم تقسیم می شوند.
۱-پلی آمید های بر پایه دی آمین با فرمول ذیل:
(-NH-(CH2)a-CO-)n
نام گذاری این پلیمر ها برحسب تعداد اتم کربن در ملکول اولیه می باشد. که از جمع(C+1)a حاصل می شود. و a بیانگر تکرارگروه CH2 می باشد.
PA6 ; a=5 PA11 ; a=10 PA12 ; a=11
۲-پلی آمین های بر پایه دی آمین و اسید دی کربن با فرمول ذیل:
(NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)b-CO-)n
نام گذاری این پلیمر ها بر اساس تعداد اتم کربن در هریک از گروه است. b عدد دوم فرمول طبق (C+2)b بدست
می آید.
PA6,6 ; b=4 PA6,10 ;b=8 PA6,12 ; b=10
کاربرد ها
نایلون ۶٫۶ یا PA 6,6:
این دسته از پلی‌آمید ها از هگزا متیل دی آمین و اسید آدیپیک سنتز می شوند. و به خاطرنقطه‌ی ذوب بالا، مقاومت حرارتی نسبت به نایلون ۶، مقاومت سایشی، استحکام و پایداری بالایی که دارند. در ساخت انواع قطعات اتومبیل، کیسه هوا، پوشاک، الیاف فرش، ساخت سی دی، چرخ دنده ها بلبرینگ ها، عایق برق و… کاربرد دارند. جذب بالای آب و مقاومت شیمیایی پایین از معایب این گرید از پلی آمید به شمار می آید. تولید محصولات پلی آمید ۶٫۶ بصورت قالب ریزی تزریقی برای ساخت لوله، پروفیل ها، شیلنگ، خودکار مورد استفاده قرار می گیرند. برای افزایش سختی، مقاومت حرارتی وخزشی و… این پلی آمید می توان از الیاف شیشه استفاده کرد.
نایلون ۶ یا PA 6
این پلی آمید نیمه کریستالی مقاومت کششی، انعطاف پذیری، ضد چروک، مقاومت سایشی و مقاومت شیمیایی در برابر اسیدها و بازها را داراست. رنگ پذیری خوب از ویژگی های بارز این پلیمر به حساب می آید. نایلون ۶ را می توان با استفاده از تثبیت کننده ها در طول پلیمریزاسیون اصلاح کرده و خواص شیمیایی و واکنش پذیری آن را تقویت نمود. نایلون ۶ پایداری هیدرولیکی خوب، هزینه ی ساخت و تولید کمتر و در تست های حرارتی عملکرد خیلی خوبی نسبت به نایلون ۶٫۶ دارد. نایلون ۶ در صنعت هواپیما و خودروسازی، ساخت تور،کالاهای مصرفی وصنعتی، طناب، لباس های کشی، ساخت رشته ی ابزار آلات موسیقی(تار، سه تارو ویولن)، صنایع الکترونیکی و برق مورد استفاده قرار می گیرند. فرایند ساخت و تولید نایلون ۶ خیلی سخت و پیچیده نیست. ولی شرکت ها و صنایع خاص آن را تحت استاندارد و لیسانس های خاصی به کیفیت مرغوب و خوبی از محصولات آن دست می یابند.
نایلون ۱۱ یا PA 11
این نایلون ها از روغن کرچک سنتز می شوند، وبه آنها بیوپلاستیک نیز گفته می شود. ولی با این وجود در محیط تجزیه نمی شوند. و زیست تخریب پذیر نیستند. نایلون ۱۱دارای مقاومت حرارتی کمی است. ولی با این وجود در طولانی مدت کارکرد و توانمندی خود را حفظ کرده، و در طیف گسترده ای از تغییرات(دما، فشار،تغییرات شیمیایی و…) کاربرد دارد. این پلی آمید ها نسبت به سایر نایلون ها در برابر اشعه ی فرابنفش مقاوم هستند. ولی در برابر هالوژن ها و اسید های قوی مقاومت خیلی کمی دارند. این گرید دانسیته و نقطه ی ذوب کمتری نسبت به نایلون ۶ دارد. نوع شفاف آن که انعطاف پذیری تقریبا خوبی دارد برای ساخت انواع قطعات وارد بازار شده است. نایلون ۱۱ در تولید لوازم ورزشی، دسته ی ابزارآلات، چرخ دنده ها، خطوط سوخت خودرو، قطعات مکانیکی و پوشش پودری و…استفاده میشوند
02432464407-9
مقایسه پلی آمید های PA6-PA6,6-PA11- PA12
۱-ساختار شیمیایی:
پلی آمید ها با توجه به مونومر سازنده ی آنها به دو دسته ی مهم تقسیم می شوند.
۱-پلی آمید های بر پایه دی آمین با فرمول ذیل:
(-NH-(CH2)a-CO-)n
نام گذاری این پلیمر ها برحسب تعداد اتم کربن در ملکول اولیه می باشد. که از جمع(C+1)a حاصل می شود. و a بیانگر تکرارگروه CH2 می باشد.
PA6 ; a=5 PA11 ; a=10 PA12 ; a=11
۲-پلی آمین های بر پایه دی آمین و اسید دی کربن با فرمول ذیل:
(NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)b-CO-)n
نام گذاری این پلیمر ها بر اساس تعداد اتم کربن در هریک از گروه است. b عدد دوم فرمول طبق (C+2)b بدست
می آید.
PA6,6 ; b=4 PA6,10 ;b=8 PA6,12 ; b=10
کاربرد ها
نایلون ۶٫۶ یا PA 6,6:
این دسته از پلی‌آمید ها از هگزا متیل دی آمین و اسید آدیپیک سنتز می شوند. و به خاطرنقطه‌ی ذوب بالا، مقاومت حرارتی نسبت به نایلون ۶، مقاومت سایشی، استحکام و پایداری بالایی که دارند. در ساخت انواع قطعات اتومبیل، کیسه هوا، پوشاک، الیاف فرش، ساخت سی دی، چرخ دنده ها بلبرینگ ها، عایق برق و… کاربرد دارند. جذب بالای آب و مقاومت شیمیایی پایین از معایب این گرید از پلی آمید به شمار می آید. تولید محصولات پلی آمید ۶٫۶ بصورت قالب ریزی تزریقی برای ساخت لوله، پروفیل ها، شیلنگ، خودکار مورد استفاده قرار می گیرند. برای افزایش سختی، مقاومت حرارتی وخزشی و… این پلی آمید می توان از الیاف شیشه استفاده کرد.
نایلون ۶ یا PA 6
این پلی آمید نیمه کریستالی مقاومت کششی، انعطاف پذیری، ضد چروک، مقاومت سایشی و مقاومت شیمیایی در برابر اسیدها و بازها را داراست. رنگ پذیری خوب از ویژگی های بارز این پلیمر به حساب می آید. نایلون ۶ را می توان با استفاده از تثبیت کننده ها در طول پلیمریزاسیون اصلاح کرده و خواص شیمیایی و واکنش پذیری آن را تقویت نمود. نایلون ۶ پایداری هیدرولیکی خوب، هزینه ی ساخت و تولید کمتر و در تست های حرارتی عملکرد خیلی خوبی نسبت به نایلون ۶٫۶ دارد. نایلون ۶ در صنعت هواپیما و خودروسازی، ساخت تور،کالاهای مصرفی وصنعتی، طناب، لباس های کشی، ساخت رشته ی ابزار آلات موسیقی(تار، سه تارو ویولن)، صنایع الکترونیکی و برق مورد استفاده قرار می گیرند. فرایند ساخت و تولید نایلون ۶ خیلی سخت و پیچیده نیست. ولی شرکت ها و صنایع خاص آن را تحت استاندارد و لیسانس های خاصی به کیفیت مرغوب و خوبی از محصولات آن دست می یابند.
نایلون ۱۱ یا PA 11
این نایلون ها از روغن کرچک سنتز می شوند، وبه آنها بیوپلاستیک نیز گفته می شود. ولی با این وجود در محیط تجزیه نمی شوند. و زیست تخریب پذیر نیستند. نایلون ۱۱دارای مقاومت حرارتی کمی است. ولی با این وجود در طولانی مدت کارکرد و توانمندی خود را حفظ کرده، و در طیف گسترده ای از تغییرات(دما، فشار،تغییرات شیمیایی و…) کاربرد دارد. این پلی آمید ها نسبت به سایر نایلون ها در برابر اشعه ی فرابنفش مقاوم هستند. ولی در برابر هالوژن ها و اسید های قوی مقاومت خیلی کمی دارند. این گرید دانسیته و نقطه ی ذوب کمتری نسبت به نایلون ۶ دارد. نوع شفاف آن که انعطاف پذیری تقریبا خوبی دارد برای ساخت انواع قطعات وارد بازار شده است. نایلون ۱۱ در تولید لوازم ورزشی، دسته ی ابزارآلات، چرخ دنده ها، خطوط سوخت خودرو، قطعات مکانیکی و پوشش پودری و…استفاده میشوند
02432464407-9
دسته رشته(Strand): مجموعه ای از فیلامنت ها (filament) که در کنار هم قرار میگیرند. این نوع الیاف برای ساخت نخ استفاده میشوند و به صورت مجزا در بازا وجود ندارند.
نخ ها(Yarn): رشته هایی که قطر یکسانی حدودا بین ۴ تا ۱۳ میکرون به هم پیچیده میشوند تا نخ تولید شود. نخها در وزن های متنوع با تکس ۵ الی ۴۰۰ در بازار ارائه میشوند . واحد نام گذاری وزنی آنها تکس (وزن به گرم به ازای ۱۰۰۰ متر طول) و یا معادل کاربردی آن دنیر (وزن به پوند به ازای ۱۰۰۰۰ یارد طول) می باشد.
الیاف شیشه به شکل نخ
نیم تاب ها(Roving): اگر دسته ای از رشته ها با قطرهای مشابه ( ۱۳-۲۴ میکرون) را بهم نپیچیدند تا به صورت آزاد در کنار هم قرار بگیرند به آنها نیم تاب میگویند. نیم تاب ها در وزن های ۳۰۰ الی ۴۸۰۰ تکس در بازار ارائه میشوند.
نیم تابها
دو نوع از نیم تاب ها وجود دارند، نیم تابهای مستقیم و نیم تابهای مجتمع شده. نیم تاب های مستقیم از گردآوری مجموعه ای از رشته ها بعد ذوب بوجود می آیند و اگر در فرآیند تولید، چند دسته رشته را به طور جداگانه کنار هم دسته بندی شوند نیم تاب های مجتمع شده تولید میشوند. رشته های این نیم تابها قطر کمتری نسبت به نیم تاب مستقیم دارند. این قطر کم در مجموع مساحت خیس شدگی را بالاتر میبرد و رزین بیشتری در هنگام ساخت جذب میشود و باعث میشود تا خواص مکانیکی کامپوزیت افزایش یابند. ساخت این نوع نیم تاب دشوارتر است که در نهایت قیمت آن را بالاتر میبرد.
02432464407-9
A – glass: درمواردی که نیاز به مقاومت در برابر اسید وجود دارد از این نوع الیاف استفاده میشود. در ساخت این نوع الیاف، مواد قلیایی به کار میرود.
E – glass (الکتریکی): همانطور که گفته شد بیشتر الیاف موجود در بازار از این نوع است. یکی از خواص اصلی این نوع الیاف رسانایی الکتریکی به همراه مقاومت کششی مناسب است که در کنار انعطاف پذیری این الیاف را برای ساخت در قطعات الکترونیکی به گزینه مناسبی تبدیل میکند. این الیاف به نسبت نوع A مواد قلیایی کمتری دارند در نتیجه مقاومت به اسید آنها کمی کمتر است اما استحکام کششی و فشاری خوبی دارند. فراوانی این الیاف آنها را به یکی از ارزان ترین نوع الیاف تبدیل کرده است.
E – glass
C – glass (شیمیایی): برای حصول سطحی صاف و صیقلی و همچنین افزایش مقاومت به خوردگی و جلوگیری از تخریب قطعات در صنایع کامپوزیت و FRP، از الیـاف تیشـو به عنوان اولین لایه در سطح قطعه، استفاده می شود. این نوع الیاف به دلیل داشتن مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی و آب عموما به صورت تیشو استفاده میشودند. برای ایمن کردن مخازن و لوله های آبی که ممکن است در برابر خوردگی ناشی از مواد شیمیایی قرار بگیرند نیز استفاده از این الیاف توصیه میشود.
S – glass: در صنعت هوافضا نست مدول بالا به وزن پایین ویژگیه مهمی محسوب میشود که این نوع الیاف با فراهم کردن این ویژگی به یکی از پرکاربردترین الیاف شیشه در صنعت هوافضا تبدل شده اند. این نوع الیاف محدوده استفاده دمایی زیادی دارند.
S-glass
R – glass: مقاومت در برابر خوردگی اسیدی و مقاومت مکانیکی بالا به صورت همزمان را فراهم میکنند.
D – glass: دارای خواص دی الکتریک قوی برای کاربردهای الکتریکی
ECR – glass: تقریبا میتوان گفت مجموعه از خواص مناسب نوع E وC را فراهم میکند به اضافه اینکه خواص دی الکتریک مناسب تری دارد یعنی هم مقاومت شیمیایی و هم رسانایی الکتریکی و همچنین به دلیل نداشتن بور برای محیط زیست نیز مناسب تشخیص داده شده.
R , S – glass یا T – glass: انواعی از الیاف نوع E که در هنگام ساخت و ترکیب با رزین استحکام خود را حفظ میکنند و مدول و استحکام کششی بالاتری را ارائه میکنند با این نام های تجاری شناخته میشوند. رشته های این الیاف استحکام برشی بین لایه ای را به دلیل قطر کوچکشان تامین میکنند.
شیشه S در آمریکا توسط شرکت OCF و AGY در انگلستان، شیشه SR در کارخانه Vetrotex و شیشه T در ژاپن به وسیله مجموعه Nittobo تولید میشوند. این نوع الیاف گران تر هستند و در صنایع تخصصی مثل هوافضا و بالستیکی استفاده میشوند.
02432464407-9
کامپوزیت چیست ؟
کامپوزیت یا ماده مرکب، ترکیبی است که از دو فاز تشکیل شده است:
فاز ماتریس یا زمینه
فاز تقویت کننده
فاز ماتریس یا زمینه ضمن این که میتواند از مواد متنوعی باشد چند وظیفه به شرح ذیل دارد که صرف نظر از نوع ماده ایی که استفاده میگردد این وظایف به عهده اش میباشد:
نگهداری فاز تقویت کننده
محافظت فاز تقویت کننده از عواملی مانند سایش –ضربه و شرایط محیطی
فاز تقویت کننده همانطور که از نامش معلوم است وظیفه تقویت و بهبود خواص فاز ماتریس را عهده دار است
حال با تعریف اجمالی فوق که میتوان تکمیل شده اش را در هر کتاب کامپوزیت یافت اشاره ای به روشهای تولیدقطعات کامپوزیت میشود.
کامپوزیتها با روشها و مواد بسیار متنوعی تولید میشوند، عواملی که منجر به انتخاب نوع روش و ماده تشکیل دهنده تولید یک قطعه کامپوزیت میگردد عبارتند از:
ابعاد قطعه
تیراژ
خواص مکانیکی
خواص شیمیایی
اطلاع از هر یک از موارد فوق طراح را در جهت طراحی فرایند تولید و نوع مواد مصرفی یاری مینماید لذا روشن نمودن این پارامترها از نکات بسیار اساسی در تولید میباشد.
02432464407-9
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.
فایبر گلاس
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.
