مولف Osman Attmann مترجم فرشته صادقی

کامپوزیت ها مواد مهندسی شده ای هستند که با ترکیب دو یا چند عنصر مختلف با خواص غیر مشابه شکل داده می شوند.

این عناصر ترکیب شده مختلف، وقتی با میکروسکوپ مشاهده می شوند جدا از هم و قابل تشخیص در ساختار نهایی دیده می شوند اما ترکیب یک ماده کاملا جدید ایجاد می کنند.

خواص این کامپوزیت به تازگی طراحی شده با آنهایی که از مواد تشکیل دهنده اصلی که به طور مستقل عمل می کنند، متفاوت است.

در حقیقت این کامپوزیت جدید به نظر می رسد که استحکام و قابلیت متفاوت عناصری که از آن تشکیل شده بود بهره می برند.

کامپوزیتها شامل دو عنصر هستند:

1) ماتریس یا چسباننده

2) مسلح کننده

ماتریس تشکیل دهنده بدنه کامپوزیت است که کاملا عنصر پراکنده ساز را احاطه می کند و به بدنه شکل حجیمی می دهد.

اکثر مواقع درون یک کامپوزیت مقادیر زیادی از ماتریس های پلیمری، فلزی یا سرامیک حضور دارند.

مسلح کننده ها سخت تر و قوی تر از ماتریس ها هستند. و خواص ماتریس را بهتر می کنند.

کامپوزیت به دست آمده شامل لایه هایی از مسلح کننده و ماتریس انباشته شده به حالتی که به خواص دلخواه برسد، است.

برای مثال: در مورد آجرهای گلی، این دو نقش را گل (به عنوان ماتریس) و کاه (به عنوان مسلح کننده) در بتن، سیمان و مصالح دانه ای، در یک تکه چوب، لیگنین و سلولز ایفا می کنند و در فایبر گلاس، مسلح کننده بوسیله نخ های باریک یا الیافی از شیشه، اغلب به شکل پارچه بافته می شود و ماتریس یک پلاستیک است.

کامپوزیت های سبز شبیه کامپوزیت های معمولی است، اما آنها با کمترین اثر محیط زیستی ممکن طراحی می شوند.

مواد خام کامپوزیت های سبز عمدتا به خاطر دلایل مالی لزوما از منابع تجدید پذیر گرفته نمی شود.

به عنوان مثال بیشتر پلیمرهای مصنوعی در حال حاضر از منابع پتروشیمی گرفته می شوند.

برخی مواد طبیعی نیاز به تصفیه و پردازش زیادی دارند قبل از ایتکه مناسب استفاده در کامپوزیت ها شوند.

بنابراین بسیاری از مواد خام نیمه مصنوعی، ترکیبی از عناصر تجدید پذیر و طبیعی هستند.

کامپوزیت های سبز ذاتا زیست تجزیه پذیر هستند، اما زیست تجزیه پذیری آنها بستگی به شرایط زمان، حرارت و شرایط محلی دارد.

زیست تجزیه پذیری کامپوزیت زمانی مطلوب است که به خواص کامپوزیت در زمان استفاده آسیب نرساند.

در معماری، طراحی هایی که مواد کامپوزیت استفاده می کنند سالها روش اصولی ساخت محصولات کاربردی بوده اند.

محدود شدن به مواد طبیعی مهارت بسیار در تخصص فنی بسیاری از روش ها و هدف های بیش از صنعتی و بومی را توصیف می کند.

این مهارت ها طی سال هایی بسیاری ایجاد شده اند از زمانی که انسانها اختراع کردند،

پالایش کردند و طراحی ها را کامل کردند، به صورتی در آوردند که می تواند تکنولوژی پایدار نامیده شود.

گروه های کامپوزیت

بیوکامپوزیت ها: بیو کامپوزیت ها ذاتا تجدید پذیر، قابل بازیافت و زیست تجزیه پذیر هستند. در مقایسه با دیگر کامپوزیت ها، آنها مقرون به صرفه، غیر رسمی و نیازمند انرژی بسیار کمتری برای تولید هستند.

آنها چندین مزیت نسبت به کامپوزیت های سنتی دارند که شامل هزینه کم، تراکم کم، استحکام و سختی خاص قابل قبول، بازیابی انرژی بالا، حبس دی اکسید کربن و نیاز بسیار کمتر به انرژی برای تولید هستند.

تاثیر محیط زیستی آنها فراتر از سمی بودن و انباشت زباله است.

به عنوان مثال، گیاهان الیافی که معمولا برای کامپوزیت ها استفاده می شوند به راحتی رویانده می شوند،

نیاز به آفت کش های کمتری دارند و می توانند با محصولات غذایی سنتی جایگزین شوند این کامپوزیت ها می توانند به عنوان چسباننده ها، صفحات نازاک، فوم ها، پانل های منعطف و سخت، پوشش ها، رزین ها و الاستومرها به کار روند.

در معماری، بیو کامپوزیت ها در سطح وسیعی برای کابردهای معماری در ساخت محصولات ساختمانی (مثل سکو، سقف سازی، درها و پنجره ها) و قطعات سازه ای به کار می روند.

کامپوزیت های سرامیک

مواد سرامیکی مقاومت حرارتی بالایی دارند ولی محدودیت هایی نیز در کاربرد سازه ای به دلیل ترکیب شکننده شان دارند.

اتصال مسلح کننده الیاف - سرامیک به ماتریس سرامیک محدودیت های سازه ای آن را کمتر می کند.

مسلح کننده می تواند الیاف بریده شده یا ممتد، پالت های تارهای کوچک غیر ممتد یا ذره ای باشد.

آنها حتی می توانند برای کاربردهای حرارتی بالا استفاده شوند.

چقرمگی شکننده متوسطه، که ضعف اصلی سرامیک است، با کامپوزیت هایی با ماتریس سرامیک دو برابر می شوند.

این کامپوزیت ها عمدتا در صنایع هوافضا به کار می روند. عیب اصلی آن، بهرحال، این است که مسلح کننده های حرارت بالا در برابر هوا اکسیده می شود.

 مزایا

. استحکام بالا و نسبت استحکام به تراکم بالا

. استحکام بالا در حرارت بالا

. تراکم کم

. نسبت بالای تراکم به سختی

. چقرمگی (واکنش به شوک حرارتی)

. مقاومت به خستگی بهبود یافته

. انبساط حرارتی کنترل شده و رسانایی

. مقاومت در برابر فرسایش و سختی بهبود یافته

. قابلیت سفارشی سازی با خواص سفارشی

. قابلیت ساختن به شکل خالص از عناصر پیچیده

 معایب

. شکنندگی

. هزینه

. کمبود قابلیت های سازه ای و تحمل بار

حوزه هایی که مورد استفاده قرار می گیرد

. تکنولوژی های نظامی

. صنایع هوا و فضا

. صنایع اتومبیل سازی

. ورزشی

.الکترونیک

.صنایع ساختمانی

 کامپوزیت های پلیمری

کامپوزیت هایی با ماتریس پلیمری، پیشرفته ترین و توسعه یافته ترین دسته کامپوزیت ها با دامنه گسترده ای از کاربری ها هستند به خصوص زمانی که اشکال پیچیده و بزرگ مورد نیاز است.

آنها شامل الیاف با استحکام بالا (مثل شیشه و کربن) در رزین ترمو پلاست هستند.

کامپوزیت های پلیمری قوی، بادوام، منعطف و با استحکام و مقاومت بالا در برابر هوازدگی و خوردگی هستند.

یکی از مزیت های کامپوزیت های پلیمری شکل گیری آسان آنها در مرحله ساخت است.

آنها به آسانی شکل تخن منحنی و تیز می گیرند بنابراین انعطاف طراحی دارند.

 در حال حاضر، این کامپوزیت ها در دامنه وسیعی از کاربری ها استفاده می شوند.

در بخش اتومبیل سازی و هوافضا، آنها عمدتا برای صرفه جویی سوخت به خاطر سبک وزنی شان استفاده می شوند.

به خاطر اشکال منحنی محصولات در این بخش ها، تولید کننده ها از انعطاف طراحی آنها و یکپارچگی قطعه که این پلیمرها می توانند دفراهم کننده بهره می گیرند.

 در بخش انرژی، تقاضای فزاینده برای انرژی باد منجر به توجه به تیغه های توربین کامپوزیت پلیمری شده است.

در صنعت ساختمان، دوام، انعطاف، شکل پذیری راحتی و تولید آنها را جایگزین های سبک وزن و محکمی برای مواد ساختمانی سنتی مپل فولاد، آلومینیم و چوب نموده است.

به علاوه مقاومت آنها به خورندگی، استفاده از آنها را در کاربری های زیرساختی، ساختمانی و دریایی شامل لوله گذاری و تانک های ذخیره ممکن ساخته است.

مزایا

استحکام کششی

سختی زیاد

چقرمگی شکننده زیاد

مقاومت خوب در برابر سائیدگی

مقاومت خوب در برابر سوراخ شدن

مقاومت خوب در برابر خورندگی

هزینه کم

نگهداری کم

چندمنظوره بودن

ظرفیت تحمل بار

معایب

مقاومت حرارتی کم

ضریب بالای انبساط حرارتی

سخت نبودن در جهت عمودی

حوزه هایی که مورد استفاده قرار میگیرد

ساختمان/بنا

پزشکی

هوافضا

اتومبیل سازی

مهندسی عمران/دریا

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 منبع شناخت چوب ( دکتر نوشین طغرایی )

در نوک ساقه و در محل جوانه انتهایی، سلول های همسانی به نام مریستم اولیه وجود دارد که قابلیت تقسیم فراوان دارند.

در این مریستم انتهایی، سه گروه سلول فعالیت می کنند:

سلول های زایای بشره (اپی درم)، سلول های زایای پوست و سلول های زایای استوانه مرکزی که بافت های مربوطه را بتدریج تولید می نمایند.

سلول های استوانه مرکزی به نسبتی که از انتهای ساقه دور می شوند، تغییر شکل داده و کامبیوم اولیه را مابین استوانه مرکزی و پوست بوجود می آورند.

این کامبیوم در ابتدا، بصورت نا پیوسته در پیرامون یک دایره دیده می شود.

به تدریج سلول هایی از کامبیوم اولیه در هر دو سمت آن تمایز یافته و اولین قسمت های بافت چوب و آبکش نخستین را ایجاد می کنند که سبب رشد طولی ساقه می گردد.

بافت هایی که در اثر فعالیت مریستم اولیه تا ظهور کامبیوم آوندی بوجود می آیند و سبب رویش طولی گیاه می شوند، به نام بافت اولیه، خوانده می شوند و این مرحله رویش را، رویش اولیه می گویند.

رویش اولیه در یک ساقه تا آخر عمر درخت ادامه دارد. البته پس از رسیدن درخت به بلندی طبیعی خود، بجای جوانه انتهایی نوک ساقه، جوانه های انتهایی شاخه های فرعی به رشد خود ادامه می دهند.

پس از آن در قسمت های پایین تر ساقه، این رشته گسیخته، پیوسته می شود و به شکل یک حلقه کامل کامبیوم آوندی (که آن را به اختصار، کامبیوم می خوانند) در می آید و رویش قطری ساقه نیز آغاز می گردد.

بدین ترتیب که با فعالیت کامبیوم، سلول های آن به دو روش، پی در پی تقسیم می شوند:

الف) تقسیم پری کلینال

که سلول کامبیوم در جهت موازی با محور ساقه به دو سلول تقسیم می شود، یک سلول کامبیومی باقی می ماند و سلول دیگر تبدیل به سلول مادری چوب یا آبکش در سمت داخل یا خارج ساقه می گردد.

سلول های مادری به نوبه خود متحمل تقسیم یا تقسیمات بعدی و ایجاد سلول های دختری می شوند که سرانجام با بزرگ شدن و تمایز یابی به سلول ها و بافت های تخصصی چوب و آبکش بدل می شوند.

این نوع تقسیمات کامبیوم سبب رویش قطری ساقه می شود.

ب) تقسیم آنتی کلینال

که سلول کامبیوم در جهت مماس با محور ساقه به دو سلول کامبیومی تقسیم می شود و هر دو سلول کامبیومی باقی می مانند. این تقسیم، سبب افزایش پیرامون ساقه می گردد.

بنابراین در هر دوره رویش گیاهی، کامبیوم یک طبقه چوب به طرف داخل (حلقه رویشی یا دایره سالیانه) و یک طبقه آبکش بطرف خارج تولید می نماید

و به همین روش در دوره رویش گیاهی سال های بعد نیز طبقات جدید چوب و آبکش تشکیل می شود و در نتیجه به تدریج بر قطر ساقه افزوده می شود.

طبقات چوب و ابکش که در اثر فعالیت کامبیوم ایجاد می شوند را بافت دومین و این مرحله رویش را رویش پسین می نامند. رویش پسین یک درخت تا پایان عمر درخت ادامه دارد.

بقیه فضای استوانه مرکزی را سلول های پارانشیمی پر نموده اند که سه دسته را تشکیل می دهند:

مغز که در مرکز ساقه قرار گرفته و از سلول های چند وجهی پارانشیمی تشکیل شده است و محصول فعالیت مریستم اولیه است و محل ذخیره مواد غذایی می باشد، اشعه مغزی که در بین دسته های چوب و آبکش قرار دارد

و دایره محیطیه که در حاشیه استوانه مرکزی قرار گرفته و از یک یا گاهی چند طبقه سلول های منظم تشکیل شده است. وجود پریسیکل در ریشه ها، رایج است لیکن فقط در برخی ساقه ها وجود دارد.

پریسیکل در ساقه نیز مانند ریشه تولید ریشه های نابجا می کند.