کامپوزیت ها

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