در كاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوافضا، كاربردهای زیر آبی، حمل و نقل و امثال آنها، امكان استفاده از یك نوع ماده كه همه خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز است كه ضمن داشتن استحكام بالا، سبك باشند، مقاومت سایشی و UV خوبی داشته باشند و ....
از آنجا كه نمی توان ماده‌ای یافت كه همه خواص مورد نظر را دارا باشد، باید به دنبال چاره‌ای دیگر بود. كلید این مشكل، استفاده از كامپوزیتهاست.

كامپوزیتها موادی چند جزئی هستند كه خواص آنها در مجموع از هركدام از اجزاء بهتر است.ضمن آنكه اجزای مختلف، كارایی یكدیگر را بهبود می‌بخشند. اگرچه كامپوزیتهای طبیعی، فلزی و سرامیكی نیز در این بحث می‌گنجند، ولی در اینجا ما تنها به كامپوزیتهای پلیمری می‌پردازیم.

در كامپوزیتهای پلیمری حداقل دو جزء مشاهده می‌شود:
فاز تقویت كننده كه درون ماتریس پخش شده است.
فاز ماتریس كه فاز دیگر را در بر می‌گیرد و یك پلیمر گرماسخت یا گرمانرم می‌باشد كه گاهی قبل از سخت شدن آنرا رزین می‌نامند. 

تقسیم بندی‌های مختلفی در مورد كامپوزیتها انجام گرفته است كه در اینجا یكی از آنها را آورده‌ایم:
خواص كامپوزیتها به عوامل مختلفی از قبیل نوع مواد تشكیل دهنده و تركیب درصد آنها، شكل و آرایش تقویت كننده و اتصال دو جزء به یكدیگر بستگی دارد.
از نظر فنی، كامپوزیتهای لیفی، مهمترین نوع كامپوزیتها می باشند كه خود به دو دستة الیاف كوتاه و بلند تقسیم می‌شوند. الیاف می‌بایست استحكام كششی بسیار بالایی داشته، خواص لیف آن (در قطر كم) از خواص توده ماده بالاتر باشد. در واقع قسمت اعظم نیرو توسط الیاف تحمل می‌شود و ماتریس پلیمری در واقع ضمن حفاظت الیاف از صدمات فیزیكی و شیمیایی، كار انتقال نیرو به الیاف را انجام می‌دهد. ضمناَ ماتریس الیاف را به مانند یك چسب كنار هم نگه می‌دارد و البته گسترش ترك را محدود می‌كند. مدول ماتریس پلیمری باید از الیاف پایینتر باشد و اتصال قوی بین الیاف و ماتریس بوجود بیاورد. خواص كامپوزیت بستگی زیادی به خواص الیاف و پلیمر و نیز جهت و طول الیاف و كیفیت اتصال رزین و الیاف دارد. اگر الیاف از یك حدی كه طول بحرانی نامیده می‌شود، كوتاهتر باشند، نمی‌توانند حداكثر نقش تقویت كنندگی خود را ایفا نمایند.

الیافی كه در صنعت كامپوزیت استفاده می‌شوند به دو دسته تقسیم می‌شوند:
الف)الیاف مصنوعی
ب)الیاف طبیعی

كارایی كامپوزیتهای پلیمری مهندسی توسط خواص اجزاء آنها تعیین میشود. اغلب آنها دارای الیاف با مدول بالا هستند كه در ماتریسهای پلیمری قرار داده شدهاند و فصل مشترك خوبی نیز بین این دو جزء وجود دارد.
ماتریس پلیمری دومین جزء عمده كامپوزیتهای پلیمری است. این بخش عملكردهای بسیار مهمی در كامپوزیت دارد. اول اینكه به عنوان یك بایندر یا چسب الیاف تقویت كننده را نگه می دارد. دوم، ماتریس تحت بار اعمالی تغییر شكل می دهد و تنش را به الیاف محكم و سفت منتقل می كند.
سوم، رفتار پلاستیك ماتریس پلیمری، انرژی را جذب كرده، موجب كاهش تمركز تنش می شود كه در نتیجه، رفتار چقرمگی در شكست را بهبود می بخشد.

تقویت كننده ها معمولا شكننده هستند و رفتار پلاستیك ماتریس می تواند موجب تغییر مسیر تركهای موازی با الیاف شود و موجب جلوگیری از شكست الیاف واقع در یك صفحه شود.
بحث در مورد مصادیق ماتریسهای پلیمری مورد استفاده دركامپوزیتها به معنای بحث در مورد تمام پلاستیكهای تجاری موجود میباشد. در تئوری تمام گرماسختها و گرمانرمها میتوانند به عنوان ماتریس پلیمری استفاده شوند. در عمل، گروههای مشخصی از پلیمرها به لحاظ فنی و اقتصادی دارای اهمیت هستند.

در میان پلیمرهای گرماسخت پلیاستر غیر اشباع، وینیل استر، فنل فرمآلدهید(فنولیك) اپوكسی و رزینهای پلی ایمید بیشترین كاربرد را دارند. در مورد گرمانرمها، اگرچه گرمانرمهای 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 رزینهای دارای منشا طبیعی و تجدیدپذیر نیز، پرداخته شده است.
از الیاف متداول در كامپوزیتها می‌توان به شیشه، كربن و آرامید اشاره نمود. در میان رزینها نیز، پلی استر، وینیل استر، اپوكسی و فنولیك از اهمیت بیشتری برخوردار هستند.

 
www.smsm.ir

نوع مطلب : مهندسی مواد - متالورژی
نوشته شده در چهارشنبه ۱۰ آذر ۱۳۸۹ توسط SMSM |           |