جزئیات مقالات      مقالات » کامپوزیت

کامپوزیت


آشنایی با کامپوزیت




اغلب مواد طبیعی خواص فوق العاده خود را از ترکیب دو یا چند جزء به دست می آورند. مثلاً بسیاری از بافت های بدن که استحکامی بالا و انعطاف پذیری فوق العاده دارند، از رشته هایی محکم در داخل زمینه ای با استحکام کمتر تشکیل شده اند. این رشته ها طوری در کنار هم قرار گرفته اند که هنگام اعمال بارهای زیاد، حداکثر استحکام را داشته باشند و همچنین به راحتی بر روی یکدیگر بلغزند تا بافت انعطاف پذیری داشته باشند.

مواد طبیعی و مواد مهندسی در واقع میکروکامپوزیت هایی هستند که خواص آن ها از پراکندگی مناسب فازها به دست می آید. کامپوزیت(ماده مرکب) ماده ای است که از ترکیب دو یا چند جزء به وجود می آید. در واقع کامپوزیت شامل یک فاز متمایز فیزیکی و یا شیمیایی پخش شده در یک فاز پیوسته است و عموماً خواصی متفاوت و یا بهتر از اجزاء تشکیل دهنده آن دارد.

فاز پیوسته، فاز زمینه نام دارد و فاز پخش شده معمولاً فاز تقویت کننده نامیده می شود. فاز تقویت کننده می تواند به صورت ذره، رشته یا صفحه باشد. معمولا کامپوزیت ها را بر اساس خصوصیات فاز زمینه طبقه بندی می کنند. از این نظر، با توجه به اینکه مواد به سه دسته کلی تقسیم می شوند، سه نوع کامپوزیت وجود دارد: کامپوزیت های زمینه سرامیکی(CMC)، کامپوزیت های زمینه فلزی MMC) ) و کامپوزیت های زمینه پلیمری PMC) ). فاز تقویت کننده نیز می تواند از جنس سرامیک، فلز یا پلیمر باشد.

کامپوزیت ها به علت فراهم آوردن مجموعه ای از خواص مطلوب و بهینه نسبت به سایر مواد از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و کاربرد آن ها در صنایع مختلف روز به روز در حال افزایش می باشد. سازندگان، طراحان و مهندسین، توانایی مواد کامپوزیت را جهت تولید محصولات با کیفیت بالا، با دوام و ارزان تشخیص داده اند. مواد کامپوزیت در محصولات زیادی در زندگی روزمره، یافت می شوند. صنایع خودرو سازی، صنایع حمل و نقل، صنایع دریایی به ویژه قایق ها، صنعت ساختمان، صنایع نظامی و هوافضا، صنایع پزشکی، صنایع الکترونیک و محصولات ورزشی نمونه هایی از موارد وسیع استفاده از کامپوزیت ها می باشند.

با شناخت کامل انواع مواد، روش های طراحی و ساخت پیشرفته و به کارگیری صحیح آن ها می توان تحولات شگرفی در صنایع مختلف کشور، نظیر ساختمان سازی، خودروسازی، هواپیماسازی، کشتی سازی، ساخت تجهیزات پزشکی و غیره ایجاد نمود؛ همانگونه که در کشورهای پیشرفته صنعتی هم اینک شاهد آن هستیم.



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 باشند، مقاومت سایشی و uv خوبی داشته باشند و ....

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 کامپوزیتهاست.

کامپوزیتها 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. اگرچه کامپوزیتهای طبیعی، فلزی و سرامیکی نیز در این بحث می گنجند، ولی در اینجا ما تنها به کامپوزیتهای پلیمری می پردازیم.

در کامپوزیتهای 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 آنرا رزین می نامند.

تقسیم بندی های مختلفی در مورد کامپوزیتها انجام گرفته است که در اینجا یکی از آنها را آورده ایم:









خواص کامپوزیتها 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، کامپوزیتهای لیفی، مهمترین نوع کامپوزیتها می باشند که خود به دو دستة 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 ماتریس پلیمری باید از الیاف پایینتر باشد و اتصال قوی بین الیاف و ماتریس بوجود 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 که طول بحرانی نامیده می شود، کوتاهتر 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 کامپوزیتهای پلیمری مهندسی توسط خواص اجزاء آنها تعیین میشود. اغلب آنها دارای الیاف با مدول بالا هستند که در ماتریسهای پلیمری قرار داده شدهاند و فصل مشترک خوبی نیز بین این دو جزء وجود دارد.

ماتریس پلیمری دومین جزء عمده کامپوزیتهای پلیمری است. این بخش عملکردهای بسیار مهمی در کامپوزیت دارد. اول اینکه به عنوان یک بایندر یا چسب الیاف تقویت کننده را نگه میدارد. دوم، ماتریس تحت بار اعمالی تغییر شکل میدهد و تنش را به الیاف محکم و سفت منتقل میکند.

سوم، رفتار پلاستیک ماتریس پلیمری، انرژی را جذب کرده، موجب کاهش تمرکز تنش میشود که در نتیجه، رفتار چقرمگی در شکست را بهبود میبخشد.

تقویت کنندهها معمولا شکننده هستند و رفتار پلاستیک ماتریس میتواند موجب تغییر مسیر ترکهای موازی با الیاف شود و موجب جلوگیری از شکست الیاف واقع در یک صفحه شود.

بحث در مورد مصادیق ماتریسهای پلیمری مورد استفاده درکامپوزیتها به معنای بحث در مورد تمام پلاستیکهای 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(فنولیک) اپوکسی و رزینهای پلی ایمید بیشترین کاربرد را دارند. در مورد گرمانرمها، اگرچه گرمانرمهای متعددی استفاده میشوند، 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 کامپوزیتها می*توان به شیشه، کربن و آرامید اشاره نمود. در میان رزینها نیز، پلی استر، وینیل استر، اپوکسی و فنولیک از اهمیت بیشتری برخوردار هستند. در بخشهای بعدی، رزینها و الیاف و روشهای شکل دهی کامپوزیتها را مورد بحث قرار میدهیم.







الیاف شیشه



الیاف شیشه مشهورترین تقویت کننده مورد استفاده در صنعت کامپوزیت می باشد و انواع مختلفی از آن بصورت تجاری وجود دارند که برخی از آنها عبارتند از:

E، S،C،ECR،AR. ترکیبات شیمیایی این الیاف با هم متفاوت است و هر کدام برای کاربرد خاصی مناسب است.

تقریباَ 90 درصد الیاف مورد استفاده در کامپوزیتهای مهندسی الیاف شیشه می باشد. الیاف شیشه استحکام و سختی مناسبی دارد، خواص مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می*کند، مقاومت رطوبت و خوردگی مناسبی دارد و نسبتاَ ارزان است . تقسیم بندی شش نوع الیاف شیشه و ترکیب درصدهای آن در زیر نشان داده شده است:

Glass- Eمصارف عمومی

glass- Rخواص مکانیکی بالاتر

glass-S خواص مکانیکی بالاتر

glass-c مقاومت شیمیایی مناسب

glass-ECR مقاومت اسید و باز خوب

glass-AR مقاومت اسید و باز خوب



فرآیند تولید الیاف شیشه را می توان بصورت زیر خلاصه نمود:

1- آماده سازی مواد خام: بیش از نیمی از مواد اولیه مورد استفاده ماسه سیلیس است و قسمت اصلی هر نوع الیاف شیشه را تشکیل می دهد. سایر اجزاء شامل مقادیر ناچیز سایر ترکیبات شیمیایی می باشند.

2- بخش اختلاط (BatchHouse): در اینجا مواد با هم مخلوط شده برای قسمت کوره آماده می شوند. اصطلاحا به این توده مخلوط، Batch گفته می شود.

3- کوره: دمای کوره به اندازه کافی زیاد است تا ماسه و سایر اجزاء را ذوب کند و بصورت شیشه مذاب در آورد. سطح داخلی کوره با آجرهای مخصوصی ساخته شده است که در دوره های زمانی مشخص تعویض می شوند.

4- بخش Bushing: شیشه مذاب روی سینی های پلاتینی مقاوم حرارتی متعدد، جریان پیدا می کند. در این سینی ها هزاران روزنه وجود دارد که بوشینگ نامیده می شوند.

5- تشکیل الیاف: جریان شیشه مذاب از درون بوشینگ ها بیرون کشیده می شود و تا قطر معین نازک می شوند، سپس توسط آب یا هوا خنک می شوند تا الیاف تشکیل شوند.

-آهار زنی: الیاف مو مانند، با یک مخلوط شیمیایی مایع کهSizing نامیده می شود، پوشش داده می شوند. آهار زنی به دو علت اصلی انجام می شود:



1. برای محفوظ ماندن الیاف از سایش به یکدیگر در طی فرآیند ساخت و کار

2. به منظور حصول اطمینان از چسبندگی الیاف به رزین



دسته (strand): یک دسته از چند تاو (tow) تشکیل شده است و هر تاو بیانگر تعداد لیفهایی (fiber) است که از یک بوش ریسیده می شوند به عنوان مثال می تواند دویست لیف باشد. مجموعه ای از دسته ها، یک رشته (roving) نامیده می شود. یک تاب مختصر به رشته داده می شود تا کار کردن با آن آسانتر شود. برای کامپوزیتهای الیاف پیوسته، انتخاب نوع الیاف، بستگی به فرآیند شکل دهی و میزان آرایش یافتگی الیاف دارد.

1 ، 2400 .(tex 1= 1000m/g )

می توان رشته ها را خرد کرد (chopped) و برای تولید نمد شیشه (strand mat chopped) استفاده کرد. در این حالت از یک بایندر (binder) برای ثابت نگاه شدن الیاف در کنار هم استفاده می کنند. بایندر فوق به هنگام آغشته سازی الیاف با رزین خیس خوردگی (wet-out) را کنترل می کند و بنابراین آرایش اتفاقی الیاف در نمد حفظ می شود. انتخاب بایندر با توجه به کاربرد مواد انجام می گیرد و دوام یک قطعه کامپوزیتی می تواند متأثر از نوع بایندر باشد.

نمدهای الیاف پیوسته (congruousrandom mat ) شکل دیگری از الیاف مورد استفاده می باشند که در آنها الیاف پیوسته با آرایش اتفاقی نمد درست می شود. این شکل از الیاف برای قرار گرفتن در قسمتهای تیز و کنج قالب مناسبند و در این حالت الیاف آن نمی شکنند.

همچنین می توان از الیاف شیشه با طولهای متفاوت برای کاربرد مستقیم در آمیزه سازی (BMC) استفاده کرد. طول الیاف در نمد (CSM) معمولا بیشتر از mm20 و بلندتر از الیاف مورد کاربرد در آمیزه سازی است. طول الیاف مورد استفاده در رزینهای گرماسخت نیز بیشتر از گرمانرمهاست. انواع پارچه ها با بافتهای مختلف نیز از رشته های شیشه بافته می شود.



اشکال مختلف الیاف شیشه:





الیاف رشته ای (Roving)





تار (Filament)





نمد الیاف کوتاه (CSM)





نمد الیاف بلند (CRM)





پارچه بافت ریز





پارچه بافت درشت





پودر شیشه (Glass milled)





الیاف خرد (Chopped strand)





الیاف کربن



اگرچه اکثر الیاف مورد استفاده در صنعت کامپوزیت از جنس شیشه می باشد ولی مدول آن نسبتا پایین است. در سالهای پیش تلاشهای زیادی انجام گرفت تا تقویت کننده های جدیدی با تبدیل حرارتی الیاف آلی به الیاف کربن ساخته شود.

الیاف حاصل به سرعت کاربرد وسیعی در کامپوزیتهای فنولیکی به منظور استفاده در عایقهای فداشونده در صنایع نظامی پیدا کرد. مشخصه الیاف کربن، سبکی، استحکام و سفتی بالا می باشد. همه انواع الیاف کربن از پیرولیز الیاف آلی در یک محیط خنثی بدست می آید. سه منبع مهم عمده برای ساخت الیاف کربن وجود دارد:

پلی اکریلونیتریل (pan) رایون و قیر

طرز تهیه:

کوپلیمر متیل اکریلات و ایتاکونیک اسید

اکسیداسیون الیاف اکریلیک، به منظور تثبیت شکل الیاف به هنگام فرآیند کربنیزه کردن است. این عمل در اتمسفر اکسیژن و دمای

سپس الیاف اکسید شده در یک محیط خنثی کربنیزه می شوند. و در نهایت الیاف کربنیزه وارد مرحله گرافیته کردن می شوند. این مرحله نیز در مرحله خنثی و در دمای حدود 400 درجه .

شرایط مورد بحث در طول فرآیند پلیمریزاسیون تا ساختار گرافیتی، به دقت انتخاب و کنترل می شوند. در طول این فرآیند عناصر غیر کربنی بصورت گاز خارج شده، اجزاء کربنی باقی می مانند. مهمترین شکل الیاف کربن، پارچه است که در بافتهای مختلف وجود دارد.

ین شکلها عبارتند از:

1- رشته های پیوسته برای فرایندهای، رشته پیچی



در ابتدا دو نوع الیاف کربن با پایه pan وجود داشت که استحکام و مدول آنها با هم تفاوت داشت:

الیاف کربن با استحکام بالا ( strength ( High یا HS که از فرآورش در دمای C 1500 بدست می آمد و بعنوان نوع دو درجه بندی می شد.

با افزایش دمای فرآورش، مدول نیز افزایش می یافت و نوع مدول بالای این الیاف (Modulus High ) یا HM که نوع یک درجه بندی می شد در دمای بالاتر ازدو هزار و پانصد درجه تولید می شد.

با اعمال کمی کشش و افزایش آرایش یافتگی و با کاهش قطر الیاف از 7 به 5 میکرومتر، استحکام و مدول الیاف افزایش می یابد. این الیاف، الیاف با مدول متوسط (modulus Intermediate) یا IM نام دارد.



pitch)itaconic ) یک ماده اولیه تولید الیاف کربن می باشد. این ماده در یک محیط آبی سنتز شده و با فیلتراسیون جدا می شود. سپس کوپلیمر حاصل، با سرعت چرخش و کشش کنترل شده، به روش ریسندگی مرطوب تبدیل به لیف می شود. بدینوسیله میزان آرایش الیاف را کنترل می کنند و هرچه بیشتر باشد مدول لیف نهایی بالاتر است.

مراحل تولید الیاف کربن در این روش عبارتند از :کوپلیمریزاسیون، اکسیداسیون، کربنیزه کردن و گرافیته کردنc 200 انجام می شود. این کار اجازه می دهد آرایش القا شده به هنگام کشش در الیاف حفظ شود.

1- پلتروژن و فرآیند پاشش رزین spray up

2- پیش آغشته ( preparer) تک جهته برای لایه گذاری

3- الیاف خرد برای تزریق یا قالبگیری فشاری

4 - نوار پیوسته برای پلتروژن

5- پارچه بافته برای قالبگیری انتقال رزین (RTM) یا لایه گذاری

دو نوع مختلف الیاف کربن در شکل دیده می شود: الیاف کربن تولید شده، ذاتا چسبندگی کافی به پلیمرها ندارند و اگر به همان صورت استفاده شوند، خواص تقویت کنندگی خوبی نشان نشان نمی دهند. بنابراین اصلاح سطح یک مرحله ضروری در آماده سازی الیاف می باشد.

روشهای مختلفی برای اصلاح سطح الیاف کربن وجود دارد، ولی معمولا اکسیداسیون آنودیک در یک الکترولیت آبی مانند بی کربنات آمونیم، ترجیح داده می شود. اکسیداسیون پلاسما نیز بکار می رود ولی به لحاظ تجاری رایج نشده است.

معمولاَ الیاف کربن موجود در بازار اصلاح شده است ولی در موارد خاص می توان الیاف بدون اصلاح سطح نیز تهیه کرد.





الیاف آرامید



الیاف آرامید که در حدود سالهای 1970معرفی شد، ترکیب آلی حلقوی از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن می باشد. دانسیته کم و استحکام کششی بالا در این الیاف، موجب تشکیل یک ساختار چقرمه ومقاوم به ضربه با سفتی حدود نصف الیاف کربن می شود. الیاف آرامید در ابتدا به منظور جایگزینی فولاد در تایرهای رادیال ساخته شدند و بعدا کاربردهای دیگری پیدا کردند. جلیقه ضد گلوله از موفقیت آمیزترین کاربردهای الیاف آرامید می باشد.



آرامید در دو ساختار زنجیر است ، مشهور به کولار و زنجیر مشهور به Nomex ، که در حال حاضر شرکت ِِDupont تنها تولید کننده هر دو محصول می باشد.



ساختار شیمیایی کولار

الیاف آرامید در شکلهای مختلف وجود دارند و همانند الیاف شیشه و کربن می توانند در ساخت کامپوزیتها مورد استفاده قرار گیرند.



الیاف آرامید به دلیل سبکی، پایداری حرارتی خوب و چقرمگی عالی، مورد توجه قرار گرفته اند.

الیاف کولار از زنجیرهای مولکولی طولانی پلی پارا فنیلن ترفتال آمید، تولید شده اند. آرایش یافتگی بالای زنجیرها به همراه اتصال خوب بین آنها، تلفیق منحصر به فردی از خواص را ایجاد می نماید که برخی از آنها عبارتند از:

- استحکام کششی بالا و وزن کم

- ازدیاد طول کم در پارگی

- چقرمگی خوب

- مدول بالا

- پایداری ابعاد عالی

- هدایت الکتریکی پایین

- مقاومت پارگی بالا

- مقاومت شیمیایی زیاد

- مقاوم به شعله و خود خاموش کن

- جمع شدگی حرارتی کم

- حفظ خواص در دماهای بسیار بالا و بسیار پایین

- خزش بسیار کم

- مقاومت سایش و اصطکاک عالی

پس از سنتز، پلیمر آرامیدی در محلول اسید سولفوریک حل می شود و بعد تبدیل به الیاف می شود. قطر الیاف در حد چند میکرون است و مورفولوژی نهایی با اعمال حرارت در دمای oC 150 تا oC550 بدست می آید. کولارها بسته به درجه آرایش یافتگی مولکولی، سفتی های متفاوت دارند. کولار 29 به عنوان سیم تایر و کولار 49 در کابلهای زیر آب استفاده می شوند.

کولارها تقویت کننده ممتازی در صنایع فضایی محسوب می شوند. در سالهای اخیر کولار 149 نوع سفت تر کولارها معرفی شده است.

همچنین کولارها به دلیل کاربرد در پرتابه ها و حفاظت حرارتی آنها و بدلیل چقرمگی و توانایی در جذب انرژی شهرت دارند. در جدول زیر مقایسه ای بین خواص کولار با سایر الیاف آورده شده است. مقایسه خواص ویژه کولار با سایر الیاف جالب خواهد بود.



p دوگانه extended p می باشد. این به این معناست که الیاف لخت نسبت به نور مرئی آسیب پذیرند. این الیاف وقتی در معرض نور خورشید قرار بگیرند، محدوده نور300 تا 400 نانومتر را جذب می کنند و تخریب می شوند.

به همین دلیل اگر چه خود لایه تخریب شده، پلیمر زیرین را تا حدی می پوشاند ولی الیاف کولار نیاز به پوشش یا قرار گرفتن زیر سایر اجزاء دارند.

سیستم الکترون دوگانه P، ویژگی های باند دوگانه را در اکثر پیوندهای شیمیایی ساختار پلیمری بوجود می آورد، این امر موجب پایداری حرارتی آرامیدها می شود.

تخریب حرارتی این پلیمرها در دمای زیر C 400 شروع نمی شود و اگر در اتمسفر خنثی باشد، تخریب تا دمای پانصد درجه اتفاق نمی افتد. ساختار منظم تکراری و شکل کشیده و صاف زنجیرها، موجب بالا رفتن کریستالینیتی تا 80% می شود که برای یک پلیمرآلی مقدار زیادی است. بررسی های کریستالوگرافی به طور قطعی نشان داده است که محور زنجیرهای پلیمری با محورالیاف یکی است.

ساختار ناهمگون پلیمر در جهت طولی، به الیاف استحکام کششی بسیار زیادی می دهد. نیروی اعمالی توسط باندهای قوی شیمیایی زنجیرهای پلیمری تحمل می شود. زنجیرهای پلیمری مجاور هم در یک ناحیه کریستال توسط بر هم کنش واندروالس و پیوندهای هیدروژنی که نسبت به باندهای شیمیایی نسبتا ضعیف ترند و راحتتر جدا می شوند، کنار هم نگاه داشته می شوند. بنابراین الیاف در جهت عرضی خواص مکانیکی ضعیفی دارند(buckle ) و در بیرون حلقه بصورت طولی شکاف می خورد. علاوه بر آن، وقتی تا نقطه شکست نیرو به آن اعمال می شود، لیف ترک خوردگی طولی نشان می دهد یا رشته رشته شدن الیاف (fibrillation ) بیشتر از یک ترک روشن و واضح اتفاق می افتد.nomex توسط شرکت Dupont برای کاربردهایی که پایداری ابعادی و مقاومت حرارتی عالی لازم است، به بازار معرفی شد. این محصول به شکل لیف (رشته های پیوسته) و صفحه (کاغذ و تخته) وجود دارد. محصولات Nomex در لباسهای محافظ، فیلترگازهای داغ، شلنگ های خودرو عایقهای الکتریکی، قطعات هواپیما و وسایل ورزشی استفاده می شوند.UV

3- مقاومت شیمیایی

4- جمع شدگی (Shrinkage) حرارتی پایین

5- شکل پذیری قطعات قالبگیری شده

6- ازدیاد طول شکست پایین

7- هدایت حرارتی پایین

رنگ زرد الیاف کولار ناشی از سیستم الکترون است

تلفیق پیوند قوی در جهت طولی و نیروی ضعیف در جهت عرضی زنجیرهای پلیمری رفتار لیفی جالب توجهی بوجود می آورد. وقتی الیاف بصورت یک حلقه خم می شوند، درون حلقه، پیچ می خورد

این خواص انحصاری الیاف، به کامپوزیت منتقل می شود. چند لایه های با الیاف تک جهته به عنوان مثال از کولار - اپوکسی، در جهت طولی الیاف، محکم و قوی هستند ولی در جهت عرضی دارای ضعف می باشند. استحکام فشاری کمتر از استحکام کششی می باشد و خمیدگی تحت بار فشاری یک مشکل محسوب می شود.

همچنین محصول

Nomex دارای زنجیرهای مولکولی سخت و بلند می باشد که از پلی متا فنیلن دی آمین تولید می شود. در اثر حرارت ذوب نمی شود و جریان پیدا نمی کند. تخریب و زغال گذاری تا دمای oC 350 ادامه پیدا می*کند و از نظر شیمیایی و حرارتی بسیار پایدار است.

بطور خلاصه، Nomex ویژگیهای ذیل را داراست:

1- مقاومت حرارتی و شعله

2- مقاومت بالا در برابر

کامپوزیتهای آرامیدی عایق هستند و در تماس با فلزات جریان الکتریسیته تولید نمی کنند. درحالیکه رفتار کششی آنها خطی است و شکست در تنشهای بالا اتفاق می افتد، رفتار فشاری و خمشی کامپوزیتهای آرامیدی، داکتایل می باشد و استحکام نهایی آنها از کامپوزیتهای الیاف شیشه و کربن کمتر است.

می توان الیاف آرامید را به همراه شیشه و کربن در ساخت کامپوزیتهای هیبرید بکار برد و از خواص انحصاری هر دو نوع الیاف بهره برد. با بکار بردن ترکیبی از الیاف در یک کامپوزیت، می توان به نتایج مطلوب از نظر خواص و مسایل اقتصادی دست یافت. این نوع کامپوزیت را کامپوزیت هیبرید می نامند.



الیاف طبیعی



الیافی که از منابع طبیعی مانند معادن، حیوانات و گیاهان بدست می آیند، در گروه الیاف طبیعی قرار می گیرند. مصریان باستان از کامپوزیتهای الیاف طبیعی آجر، ظروف سفالی و قایقهای کوچک می ساختند. یک قرن پیش تولید تقریباً تمام وسایل و بسیاری از محصولات فنی از الیاف طبیعی ساخته می شد. پارچه، طناب، کرباس و کاغذ از الیاف طبیعی مانند کتان، شاهدانه، سیسال و کنف ساخته می شد.

می توان الیاف طبیعی را به سه دسته معدنی، حیوانی و گیاهی تقسیم نمود.

الیاف معدنی: الیاف این گروه از سنگهای معدنی بدست می آیند. به عنوان نمونه می توان به آزبست اشاره نمود. آزبست می تواند استحکام و سفتی کامپوزیت را بهبود ببخشد ولی استحکام ضربه را کاهش می دهد. علاوه بر این فرآیند آن مشکل است. امروزه استفاده از این الیاف بدلیل ایجاد سرطان ریه در طولانی مدت، محدود و ممنوع شده است.

الیاف حیوانی: الیاف بدست آمده از ارگانیسم های زنده، الیاف حیوانی نامیده می شوند. به عنوان مثال، پشم از گوسفند اهلی بدست آید. الیاف ابریشم را کرم ابریشم می سازد. ابریشم بر خلاف تمام الیاف طبیعی دیگر از قبیل پنبه، کتان و پشم، یک ساختار سلولی ندارد و روش ساخت آن، شبیه الیاف مصنوعی می باشد. از الیاف حیوانی در ساخت کامپوزیتها استفاده نمی شود.

الیاف گیاهی: در بین الیاف طبیعی، الیاف گیاهی بیشترین کاربرد را در کامپوزیتها دارند. بر اساس اینکه از کدام قسمت گیاه گرفته شده اند، به سه دسته تقسیم می شوند:

الیاف میوه: پنبه(cotton) نارگیل (coir ) وkapok

الیاف پوست یا ساقه: کتان،کنف،(jute )، بوته شاهدانه (hemp) و رامی

الیاف برگ: سیسال (sisal)،آناناس



درخت نارگیل



الیاف نارگیل



شاهدانه



الیاف شاهدانه



گیاه کنف



الیاف کنف



گیاه سیسال



الیاف سیسال



الیاف طبیعی از قدیم در صنایع مختلف استفاده می شده اند و پتانسیل کاربرد در صنایع رو به رشد کامپوزیتهای مهندسی را دارا می باشند. اگر چه جایگزینی مستقیم الیاف شیشه با الیاف طبیعی به راحتی امکان پذیر نیست، اما خواصی که این الیاف در مقایسه با شیشه از خود نشان می دهند در بسیاری جهات موجب برتری آنها می شود:

1- دارای منابع تجدید شونده

2- امکان استحصال نامحدود

3- فواید محیطی ناشی از ایجاد تعادل در تولید و مصرف گاز

2 CO

4- سبکی

5- بازیافت بهتر

6- کاهش فرسایش ابزار

7- بهبود بازگشت انرژی (recovery Energy Enhanced)

8- کاهش ناراحتی های پوستی و تنفسی

9- زیست تخریب بودن

b-1,4-Polyacetal ایزوتکتیک می باشد. سلولز جامد، یک ساختار میکروکریستالین با نواحی کریستالی و آمورف تشکیل می دهد.

لیگنین: یک ترکیب حلقویِ بیشتر سه بعدی، با جرم مولکولی بالاست که فقط در مقادیر جزئی می تواند هیدرولیز شود. خواص مکانیکی آن به وضوح پایین تر از سلولز می باشد.

پکتین: نام کلی هتروپلی ساکاریدهاست که اصولاً شامل اسید پلی گالاکتورُن می باشد. این ماده تنها پس از خنثی سازی جزئی با قلیا یا هیدروکسید آمونیم قابل حل در آب می باشد.

واکس: ماده ای که می توان آنرا با ترکیبات آلی استخراج کرد ولی در آب غیر قابل حل است.agent coupling) و کوپلیمریزاسیون گرفت.

اصلاح سطح تاثیرمهمی درافزایش خواص کامپوزیت دارد. علاوه بر آن ممکن است حساسیت به رطوبت الیاف را به حداقل برساند و دوام کامپوزیت را بیشتر کند.

توجه همگانی به شرایط محیطی علاقه مندی مجددی را در کاربرد الیاف طبیعی ایجاد کرده است. بازیافت و لحاظ شرایط محیطی برای معرفی کامپوزیتهای جدید به بازار از اهمیت روز افزونی برخوردار است.

قوانین محیط زیستی و فشار مصرف کننده، باعث شده است که تولید کنندگان مواد و قطعات، اثرات محصولات خود در محیط زیست را در تمام مراحل کار بسنجند. این نکات باعث شده است در سالهای اخیر کارهای زیادی در ساخت مواد کامپوزیتی بر پایه منابع تجدید پذیر از جمله الیاف طبیعی انجام بگیرد. اخیرا صنعت خودرو سازی به کاربرد کامپوزیتهای الیاف طبیعی به عنوان یک راه خدمت به محیط زیست و در عین حال رعایت مسایل اقتصادی، توجه جدی داشته است. کاربردهای دیگر نیز در صنایع ساختمان در حال پیدایش هستند.

شرایط آب و هوایی، عمر و فرآورش نه تنها بر ساختار الیاف، بلکه بر ترکیبات شیمیایی الیاف اثر می گذارد. اجزاء الیاف طبیعی عبارتند از سلولز، لیگنین، پکتین، واکس و مواد محلول در آب.

سلولز: بخش اصلی تمام الیاف گیاهی

باید توجه داشت که بدلیل حضور گروههای آبدوست در الیاف، رطوبت تأثیر شدیدی روی کامپوزیتهای الیاف طبیعی دارد. خشک کردن الیاف به هنگام فرآیند ساخت اهمیت فراوانی دارد چرا که رطوبت روی الیاف به عنوان یک عامل جداساز در فصل مشترک الیاف و رزین عمل می نماید. به همین جهت تمام روشهای ساخت در دماهای بالا انجام می گیرد. وجود هرگونه رطوبت، باعث کاهش استحکام و سفتی کامپوزیت می شود. اغلب الیاف گیاهی، 10 درصد رطوبت اسمی دارند که پس از خشک کردن به 1 درصد کاهش می یابد.

کیفیت فصل مشترک الیاف و رزین نقش مهمی در تعیین مقبولیت الیاف طبیعی به عنوان تقویت کننده مواد کامپوزیتی، دارد. به منظور بهبود چسبندگی الیاف و رزین، روشهای فیزیکی و شیمیایی مختلفی وجود دارد. برخی این روشها عبارتند از اصلاح توسط پلاسما و کرونا، اصلاح توسط تخلیه الکتریکی، جفت کننده های شیمیایی.



سایر الیاف



در برخی کاربردها ذرات معدنی به عنوان تقویت کننده پلیمرها استفاده می شوند.

ذرات معدنی به شرط دارا بودن نسبت aspect (طول به قطرd/l) کافی و چسبندگی مناسب به ماتریس پلیمری، خواص خوبی به پلیمر می دهند. این الیاف به راحتی فرآورش می شوند و کمتر می شکنند و فرسایش کمی در تجهیزات تولید ایجاد می کنند. گاهی اوقات طبیعت شیمیایی این مواد می تواند ویژگی هایی چون مقاومت شعله در پلیمر ایجاد می نماید.

علاوه بر محصولات طبیعی مانند ولاستونیت (wolastonite ) و آزبست، این الیاف شامل محصولات مصنوعی مانند کربنات کلسیمِ ته نشین شده و سولفات کلسیم نیز می باشد. همچنین گاهی الیاف بر پایه آلومینا و بر (boron) به منظور ایجاد خواص ویژه در کامپوزیت بکار برده می شوند. این سیستم ها نه تنها استحکام خوبی دارند، بلکه دارای خواص هدایت حرارتی و الکتریکی و مقاومت فرسایش نیز می باشند.

در گذشته تنها دو محصول طبیعی، دارای صرفه اقتصادی بود که آزبست و ولاستونیت نامیده می شوند. به دلیل شرایط زیست محیطی دیگر از آزبست به عنوان تقویت کننده استفاده نمی شود.

ولاستونیت در طبیعت بصورت سوزنی شکل وجود دارد و بیان شده که دارای سمیت کمی است. این ماده پس از استخراج بصورت پودری سفید رنگ با l/d های مختلف بدست می آید. بالاترین نسبت aspect قابل دستیابی در این الیاف20:1 می باشد. این امر پتانسیل تقویت کنندگی این ماده را کاهش می دهد. با این وجود، محدوده ای از مصولات با انجام اصلاح سطح به منظور بهبود چسبندگی وجود دارد. علیرغم پایین بودنl/d، ولاستونیت می تواند تلفیق خوبی از خواص با یک قیمت معقول ایجاد نماید، بویژه وقتی به همراه الیاف شیشه استفاده شود.تعدادی از مواد معدنی می توانند به روش ته نشینی از محلول به صورت ذرات سوزنی شکل در آیند و به عنوان تقویت کننده های تجاری استفاده شوند. از جمله این مواد می توان به کربنات کلسیم تهیه شده به روش ته نشین، سولفات کلسیم، اکسی سولفات و فسفات منیزیم اشاره نمود. نسبت

l/d این مواد بین 1 :20 تا1:100 می باشد.

الیاف آلومینا:

در تئوری آلومینا می تواند به عنوان یک ماده با استحکام بالا مطرح باشد. پیوندهای چند ظرفیتی اشتراکی قوی این ماده موجب ایجاد کریستال های محکم با مدول شصت گیگاپاسکال و مقاومت حرارتی بالا می شود. در عمل پلی کریستالینهای آلومینا به عنوان یک سرامیک مهندسی مطرح هستند. افزودن سایر اکسیدها می تواند به فرآورش، تراکم و کنترل اندازه ذرات کمک کند. به دو دلیل بسط الیاف پیوسته آلومینا به کندی صورت می گیرد:

اول آنکه دانسیتة آن نسبتا بالا خواهد بود و برای کاربردهایی که خواص ویژه اهمیت دارند، جذاب نیست. و دوم اینکه آلومینا، مانند شیشه دارای خواص ذوب و ریسندگی مذاب نیست و اصولا تهیه الیاف عاری از حباب (

الیاف بُر

بُر یک ماده مناسب برای ساخت الیاف با کارایی بالاست. اتمهای سبک بُر چند ظرفیتی هستند و پیوندهای با ظرفیت بالا ایجاد می نمایند و در عین حال دانسیته پایینی دارند. تولید تجاری الیاف بُر، انحصارا توسط روش

free -void) بسیار مشکل است.deposition بخار شیمیایی (Cvd =*Deposition vapour chemical) انجام می گیرد.

بُر شکل deposite شده فاز بخار روی رشته نازکی از یک فلز نسوز (معمولا تنگستن) به قطر m m 12 است. رشته تنگستن به عنوان بستر deposition عمل می نماید. هم هالید بُر و هم هیدرید بُر برای انتقال بُر به بستر رشته ای استفاده می شوند. در یک سیتم هالیدی، هیدروژن برای احیاء هالید به بُر استفاده می شود. در سیستم هیدریدی، از تخریب حرارتی در فشار پایین استفاده می شود.

قطر رشته های بر صد میکرومتر می باشد و استحکام کششی آنها می تواند در محدودة دو تا چهار گیگاپاسکال و مدول آنها در حدود سیصد و هشتاد مگاپاسکال باشد.

در مجموع می توان گفت این الیاف خواص بسیار جالبی دارند ولی گران قیمتند.



رزین پلی استر



رزینهای پلی استرغیر اشباع بطور گستردهای در سراسر دنیا استفاده میشوند. زنجیر اصلی پلیمری این رزین دارای اتصالات استری میباشد که از واکنش تراکمی یک ترکیب الکلی چند عاملی و یک اسید چند عاملی مانند گلیکول و اسید فوماریک تهیه میشود. در مثال اخیر بدلیل استفاده از یک اسید غیر اشباع، پیوندهای دوگانه در فواصل منظمی در زنجیر بوجود میآیند. این پیوندهای دوگانه، سایتهای دارای امکان شبکهای شدن توسط استایرن هستند و میتوانند موجب سخت شدن رزین و پخت شدن آن شوند. بنابراین با طراحی فرمول و کنترل اسیدهای اشباع و غیر اشباع، کاتالیستها، دما وزمان واکنش، مجموعه کاملی از رزینها را میتوان تولید نمود که برای کاربردهای مختلف مناسب باشند.

پلی استر غیر اشباع با استایرن مخلوط می شود و میتواند از طریق پیوندهای دوگانه موجود در هر دو جزء، شبکه ای شود. معمولا رزین به هنگام مصرف با استایرن مخلوط بوده و برای رسیدن به خواص مختلف دارای اجزای ذیل میتواند باشد:

-سیتم پخت؛ به منظور شروع و تسریع واکنش شبکهای شدن، در دمای محیط یا دمای بالا

-عوامل کنترل جریان پذیری؛ به منظور کنترل جریان رزین و جلوگیری از شُرّه کردن رزین در لایه گذاری سطوح عمودی و ریختهگری رزین

- جاذب uv به منظور افزایش مقاومت در برابر نور خورشید

- فیلر به منظور کاهش جمع شدگی و قیمت و ایجاد خواصی چون مقاومت شعله و آتش

- پیگمنت؛ به منظور رنگ دادن به قطعه و زیبایی آن- تغلیظ کننده*ها؛ به منظور تغلیظ کردن فرمولاسیونهای مورد استفاده در SMC و BMC

-عوامل آغشته سازی؛ به منظور بهبود آغشته سازی فیلرها و الیاف با رزین به منظور حصول چسبندگی مناسب

- رها ساز حباب؛ به منظور سهولت در خروج حباب از رزین و کاهش حفرهدر محصول نهایی

-رها سازی قالب؛ به منظور تسهیل جدا شدن قطعه از قالب و جلوگیری از تابیدگی و صدمه به سطح قطعهرزینهای پلی استردر فرایندهای مختلفی از قبیل لایه گذاری دستی، پاشش رزین، RTM، ریخته گری، پلتروژن، SMC و BMC قابل استفاده*اند.

کامپوزتهای پلی استر-شیشه به لحاظ حجم مصرف، بیشترین اهمیت را دارا هستند و یافتن نمونههایی از این مواد در محل کار و زندگی ما بسیار آسان است.کامپوزیتهای پلی استری تا دمای حدود 250 درجه سانتیگراد مقاومندولی مداومت حضور در این دما و دماهای بالاتر موجب افت خواص آن میشود. همچنین بعد از پخت، حدود 5 تا 8 % حجمی جمع شدگی (Shrinkage) دارند. در مورد کاربرد الیاف شیشه به همراه رزین پلی استر باید از ژل کوت مناسب استفاده کرد تا از نفوذ رطوبت به فصل مشترک الیاف و رزین جلوگیری شود. بدلیل طبیعت قطبی ساختار پلیمری، کاربرد آنها در نزدیکی وسایل الکتریکی با فرکانس بالا محدودیت دارد.



رزین اپوکسی



رزینهای اپوکسی به عنوان رزینهای اپوکسید نیز شناخته میشوند. ویژگی شناسه این رزینها دارا بودن بیش از یک گروه epoxy-2و1 در ساختار مولکولی است. این گروه ممکن است در بدنه زنجیر باشد ولی معمولاَ در انتها قرار دارد.

در شرایط مناسب واکنش، گروه اپوکسی میتواند با اسیدها، ایندرید اسیدها، آامینها و الکل واکنش تراکمی به همراه جابجایی هیدروژن به گروه اتیلن اکسید، بدهد. این واکنشها امکان افزایش طول زنجیر یا شبکهای شدن را بدون آزاد کردن مولکولهای کوچک مانند آب فراهم میکند. بنابراین محصولات اپوکسی در مقایسه با اکثر رزینهای گرما سخت، جمع شدگی کمتری در اثر پخت نشان میدهند.

باید متذکر شد که محدوده وسیعی از رزینهای اپوکسی و محصولات شبکهای شده متنوعی وجود دارد. ساختار شیمیایی رزینهای اپوکسی شامل دو بخش اپوکسی و غیر اپوکسی میباشد. بخش غیر اپوکسی ممکن است آلیفاتیک، سیلکوآلیفاتیک و یا هیدروکربن شدیداَ حلقوی باشد. در عمل محصول واکنش بیس-فنل A و اپی کلروهیدرین اغلب رزینهای اپوکسی متداول را تشکیل میدهند. این محصولات 80 تا 90% سهم بازار را به خود اختصاص داده*اند.



قبلا رزین اپوکسی تقریبا تنها به عنوان پوشش سطح استفاده میشد. قبل از جنگ جهانی دوم، بالا بودن هزینههای تولید بیس فنل A و اپی کلروهیدرین مانع از تجاری شدن کاربرد رزین اپوکسی شده بود. تلاشهای بعدی و ابداع روشهای تولید جدید، موجب پیدایش مقبولیت اقتصادی این رزینها شد. در حال حاضر نیمی از رزینهای تولید شده در کاربردهای روکش سطح استفاده میشوند. باقیمانده در صنایع الکتریکی و الکترونیک، هوا فضا و ساختمان و سایر کاربردها، استفاده میشوند. بر حسب تناژ، مصرف اپوکسی حدود یک دهم پلی استر میباشد.

اپوکسی گروههای عاملی فعال زیادی دارد و میتواند در حضور عوامل پخت وهاردنرها، یک ساختار شبکهای را تشکیل دهد. خواص محصولات پخت شده اپوکسی بستگی دارد به:

-نوع اپوکسی

-نوع و مقدارهاردنر

-میزان شبکهای شدن

-طبیعت و حجم مواد افزودنی

در بازار عوامل پخت متنوعی با ویژگیهای طول عمر، انعطاف، پخت سریع و سمیت کم وجود دارند.

ساختار مولکولی و خواص رزین پخت شده، بستگی به طبیعت سیستم پخت دارد. اگر چه سیستمهای پخت مختلفی وجود دارد، ولی میتوان آنها را به دو گروه آمینها و انیدریدها تقسیم کرد.

رزینهای اپوکسی و عوامل پخت تنها اجزاء یک فرمولاسیون نیستند. برای برخی کاربردها، ممکن است اپوکسی اصلاح نشده دارای خواص نامطلوبی از قبیل ویسکوزیته بالا، گران قیمت بودن و مقاومت ضربه پایین در برخی کاربردهای ویژه باشد. بنابراین باید دراغلب موارد توسط موادی چون رقیق کننده، چقرمه کننده، فیلر و تقویت کننده همراه شود. انتخاب صحیح رزین،هاردنر و افزودنیها اجازه میدهد که خواص مورد نظر تامین شود. این تنوع عامل عمده رشد پایه اپوکسیها در مدتهای طولانی است.

علاوه بر این ساختار متنوع، اپوکسیها دارای ویژگیهای ذیل نیز هستند:

-مقاومت شیمیایی عالی (بویژه در محیطهای قلیایی)

-چسبندگی خوب به مجموعهای از بسترهای مختلف

-استحکام کششی، فشاری و خمشی بسیار بالا

- پایین بودن جمع شدگیپخت

-پایداری ابعادی

-عایق عالی الکتریسیته

-دوام بالا در پیری و شرایط سخت محیطی

-قابلیت پخت در دماهای مختلف

- مقاومت خستگی ممتاز

-بی بو و بی مزه

رزینهای اپوکسی در کاربردهای مختلفی از قبیل پوشش سطح، چسب، روکش دهی، ابزار سازی و کامپوزیتها، استفاده میشوند.

چند لایههای رزین اپوکسی از اهمیت فوق العادهای در صنایع هواپیماسازی برخوردارند. بسیاری از قطعات ساختاری از جنس الیاف کربن و رزین اپوکسی جایگزین آلیاژهای فلزی مرسوم شده و نتایج مطلوبی نیز داشتهاند. همچنین از این رزین به همراه الیاف آرامید، در ساخت موتور راکت و کپسولهای تحت فشار به روش رشته پیچی استفاده میشود.

علاوه بر آن رزینهای اپوکسی بطور وسیعی به همراه الیاف و ساختارهای لانه زنبوری برای ساخت ملخ هلی کوپتر استفاده میشود. رزینهای اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن و آرامید در ساخت قایقهایی که در آنها ضمن حفظ وزن، استفاده بیشتر از فضا در همان استحکام مورد نظر است، بجای پلی استر- شیشه استفاده می شوند.

همچنین کامپوزیتهای آرامید - اپوکسی برای جایگزین فولاد در کلاه خودهای جنگی استفاده میشوند.



رزین وینیل استر



وینیل استرها محصول واکنش رزینهای اپوکسی با اسیدهای غیر اشباع اتیلنی میباشند بجز حالات خاص، معمولا رزینهای وینیل استر دارای انتهای غیر اشباع میباشند. این انتها میتواند واکنش شبکهای شدن را انجام دهد و نیز میتواند پلیمریزاسیون زنجیرهای وینیل استر را انجام دهد و یا اینکه به همراه استایرن کوپلیمر شود.

اکثر وینیل استرهای مرسوم با استریفیکاسیون یک رزین دی اپوکسید با یک اسید مونوکربوکسیلیک غیر اشباع، ساخته میشوند. میتوان آنها را به تنهایی با واکنش رادیکال آزاد پخت نمود و یا در مونومری مانند استایرن حل نمود و رزین مایع بدست آورد. در این صورت، وینیل استر را میتوان مانند رزین پلی استر استفاده نمود.



رزینهای وینیل استر خواص چقرمگی و مقاومت شیمیایی بسیار بهتری نسبت به رزینهای پلی استر دارند. زنجیر اصلی اپوکسی سازنده وینیل استر، موجب پیدایش چقرمگی و ازدیاد طول کششی بالاتر میشود. جرم مولکولی رزینهای وینیل استر به انتخاب نوع اپوکسی بکار رفته بستگی دارد. به این دلیل، استحکام کششی، ازدیاد طول، نقطه نرمی و واکنش پذیری رزین نهایی توسط جرم مولکولی و ساختار اولیه تعیین میشود. این موضوع، این امکان را بوجود میآورد که برای کاربردهای مختلف خواص مختلف طراحی شود.

رزینهای وینیل استر در مقایسه با پلی استرهای غیر اشباع مقاومت شیمیایی خوبی دارند.

بخشی از این ویژگی مربوط به عدم حضور پیوندهای استری در زنجیره اپوکسی میباشد. اتصالات اجزاء پلیمر، توسط پیوندهای فنیل استری انجام میگیرد. این اتصالات درمقایسه با اتصالات استری در برابر اکثر محیطهای شیمیایی بویژه در شرایط قلیایی شدید مقاومترند.

اتصال استری تنها در انتهای زنجیر وینیل استر وجود دارد. این امر حملات عوامل شیمیایی را به حداقل می رساند.



رزین فنولیک





رزینهای فنولیک از واکنش تراکمی فنلها و فرم آلدهید تهیه میشوند. مکانیزم واکنش بین فنل و فرم آلدهید هنوز بطور کامل شناخته شده نیست. با این وجود این مشخص است که واکنش شروع توسط فعال شدن حلقه بنزنی با گروههای هیدروکسیل مانند متیلول صورت میگیرد. در واکنش فنل-فرم آلدهید سه مرحله اصلی وجود دارد:



A مرحله : اغلب محصولات اولیة تراکم، الکلها هستند. رزین در این مرحله، گرمانرم است و در حلالهای غیر آلی (معدنی) حل میشود.

B مرحله :پیشرفت بیشتر واکنش تراکمی و شبکهای شدن جزئی به همراه افزایش جرم مولکولی و ویسکوزیته و کاهش انحلال. در این حالت رزین پخت کامل نشده و گرمانرم و ذوب میشود ولی به هنگام سرد شدن، سخت و شکننده میشود.

C مرحله : میزان پلیمریزاسیون و شبکهای شدن بسیار زیاد است. رزین غیر قابل ذوب و انحلال میباشد.

این واکنش دو نوع رزین فنولیک تولید میکند که رزول و نوالاک نامیده میشوند. رزینهای رزول در حضور یک کاتالیست قلیایی مانند آمونیاک، کربنات سدیم یا هیدروکسید سدیم تولید میشوند. واکنش پخت محصول توسط گرما دادن در یک قالب با دمای بالاتر از نقطه ژل قابل انجام است. رزینهای رزول دارای گروههای فعال متیلول و هیدروکسیل هستند.

در دمای بالاتر، رزولها بدون افزودن عامل پخت، مولکولهای بزرگتر و با شبکههای متیلنی تشکیل میدهند. در این حالت واکنش فنل- آلدهید یک نوع واکنش تراکمی است چون آب به عنوان محصول جانبی خارج میشود.



/0 باشد، محصول مذاب حاصل سرد میشود و به تدریج شیشهای میگردد. این ماده شیشهای به دقت خرد شده، پودر حاصل با کاتالیست پخت هگزامتیلن تترامین (HMTA )، فیلر و تقویت کننده مخلوط میگردد تا یک ترکیب قالبگیری بدست آید.

رزینهای فنولیک معمولا کدر هستند و رنگ آنها از کهربایی (amber) کم رنگ و قهوهای تیره تا سیاه تغییر میکند. رنگ تیره رزینهای فنولیک کاربرد آنها را محدود میکند. رزینهای فنولیک در اشکال پولک، فیلم مایع و پودر موجودند.

رزینهای فنولیک جزء رزینهای با کاربرد عمومی محسوب میشوند ولی میتوان آنها را برای سازههای مهندسی آمیزهسازی نمود. فنولیکها دومین رتبه را در رزینهای گرما سخت پر مصرف دارا هستند.

رزینهای فنولیک بدون فیلرها شکننده هستند و کاربرد فیلرها و سایر افزودنیها به منظور ایجاد خواص مطلوب در آنها عادی است. رزینهای فنولیک بدلیل تفاوتهای فیزیکی و شیمیایی اجزاء خواص متنوعی را در بر میگیرند. برخی از انواع رزینهای فنولیک عبارتند از:

- گرید کاربرد عمومی(پر شده با خرده چوب)

- گرید Non Bleedingرزول مایع، پر شده با شیشه

-گرید مقاوم دربرابردما(پر شده با میکا و مواد معدنی)

-گرید مقاوم در ضربه(پر شده با سلولز،لاستیک،شیشه و الیاف)

-گریدویژه یا الکتریکی(پر شده با میکا و شیشه)



رزینهای قالبگیری فنولیک از نوالاک ساخته میشوند اگر چه رزول نیز در برخی موارد بکار میرود. خواص رزینهای قالبگیری فنولیک عبارتند از:

-سهولت قالبگیری

-پایداری ابعادی بسیار خوب و دقیق

-مقاومت در برابر خزش

-مقاومت بالا در برابر تغییر شکل

-مقاومت حرارتی خوب

-مقاومت الکتریکی خوب

-مقاومت شیمیایی خوب

-مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی خوب

-جذب آب پایین

-کیفیت مناسب در ماشینکاری



کاربردهای مرسوم از این مواد عبارتند از: سازههای عایق برای ولتاژ بالا، چرخ دندهها،water lubricater bearing ، مغزی میز دکوری.

از دیگر کاربردهای رزینهای فنولیک، ساخت فوم است. البته فوم فنولیک در مقایسه با فوم پلی پورتان و پلی استایرن، گرانتر است ولی بدلیل خود خاموش کن بودن و سمیت پایین گازهای حاصل از سوختن، خواص برتری دارد.

دسته دیگری از رزینها با نام آمینو رزین نیز میتوانند همراه رزینهای فنولیک دسته بندی شوند. این رزینها کم مصرفند. رنگ سفید آنها باعث طرح امکان جایگزینی بجای فنولیکها شد. رزینهای فنولیک بدلیل تیرگی رنگ، فقط در ساخت قطعات تیره کاربرد دارند.

رزینهای آمینو، گرما سختهایی هستند که از واکنش گروه آمینو یک ماده با فرم آلدهید ساخته میشوند. دو آمینوی معروف و مرسوم اوره و ملامین و رزینهای حاصل اوره-فرم آلدهید و ملامین- فرم آلدهید میباشند.

در مقایسه با فنولیکها رزینهای اوره- فرم آلدهید ارزانترند و رنگ آنها روشنتر است. همچنین مقاومت آنها در برابر ترک خوردگی الکتریکی بیشتر است ولی مقاومت حرارتی کمتری دارند.

محدوده کاربرد فیلرها معمولا محدود به فیلرهای سفید کننده برای پودر چوب و الیاف خرد سلولز و نیز امکان کاربرد تقویت کنندههای معدنی یا لیفی است.

رزینهای ملامین فرم آلدهید در مقایسه با فنولیکها و اوره-فرم آلدهید عملکرد بهتری دارند ولی گرانترند. ویژگیهای مطلوب آنها عبارتند از: جذب آب پایین، مقاومت حرارتی و لکه پذیری، سختی و عایق الکتریکی.



سایر رزین ها



پلی ایمیدها:

صنعت هوافضا پس از جنگ جهانی دوم رشد سریعی داشت. و موجب افزایش تقاضا برای کامپوزیتهای مهندسی در تکنولوژیهای جدید شد. فلزات موسوم و کامپوزیتهای معمول در آن زمان نمیتوانستند نیازهای فنی جدید را تامین نمایند.

آنها به مواد جدیدی احتیاج داشتند که سبک باشند، پایداری حرارتی و اکسیداسیونی خوبی داشته باشند و خواص مکانیکی خوبی داشتهباشند. تا آن زمان پلیمرهای جدیدی با خواص عالی حرارتی معرفی شده بودند ولی تنها عدهای از آنها موفقیت تجاری داشتند. علت این امر مشکلات فنی ساخت و قیمت بالای آنها بود.



اولین دسته پلی ایمیدهای تجاری اوایا سالهای دهه 60 معرفی شد.

تداوم موفقیت این پلیمرها حاصل از فراوانی و ارزانی مواد اولیه آنها و امکان ساخت و طراحی پلیمرهایی با خواص مورد نظر از آنها بود.

پلی ایمیدها از گروهی از مونومرهای دی ایندریدی و دی آمینی تهیه میشوند و مشخصه آنها واحدهای تکراری ایمید در زنجیر مولکول است. این ساختار موجب پایداری حرارتی و اکسیداسیونی آنها میشود. پایداری بالای اکسیداسیون حرارتی توسط مونومرهای با ساختار حلقوی، قابل دستیابی است.

پلی ایمیدها معمولا از طریق تبدیل یک اسید آمیک به یک ساختار ایمیدی شده با واکنش تراکمی، فرآیند میشوند و این امر فرایند آنها را مشکل میکند. استفاده از آنها به عنوان ترکیبات قالبگیری دشوار است. برای ساخت سازه های کامپوزیتی، فشار بسیار بالا و کنترل دقیق فرآیند پس- پخت برای خروج محصولات جانبیِ حاصل از پلیمریزاسیون تراکمی ضروری است.

به منظور کاهش این مشکل الیگومرهای زنجیر کوتاه قابل ذوب و حل پلی ایمید ساخته و معرفی شدند. آنها با اعمال حرارت، پلیمریزاسیون را از طریق گروههای انتهایی انجام میدهند.

این پلیمرهای قابل پخت از طریق واکنش اضافی، مسایل ناشی از خروج محصول جانبی را حل کردند. برخی از انواع پلی ایمیدهای گرما سخت به موفقیتهای تجاری دست یافته اند.

اگرچه پلی ایمیدها به عنوان رزینهای گرما سخت دسته بندی میشوند (بدلیل شرایط خاص فرآیند و دمای ذوب بالای آنها)، یک دسته از پلی ایمیدها در گروه مواد گرمانرم قرار میگیرند. پلی ایمیدهای گرمانرم با روشهای مشابه سایر گرمانرمها، شکل داده میشوند، به دلیل آنکه پلی ایمیدهای ترموپلاستیک شبکه نمیشوند، میتوان آنها را در حلالهای منتخب حل کرد.

PEEk :

کامپوزیتهای گرما سخت تقویت شده با الیاف معمول، استحکام و سفتی بالایی از خود نشان میدهند ولی رفتار شکنندهای دارند.

این رزینها امکان جذب مقادیر بالای انرژی را بدون تخریب و صدمه و کاهش استحکام ندارند. حتی ضربه های با سرعت پایین میتواند کاهش شدیدی در استحکام فشاری این مواد ایجاد نماید. اخیرا کامپوزیتهای با ماتریس گرمانرم توسعه یافتهاند. شناخته شده ترین آنها کامپوزیتهای الیاف کربن و رزین پلی اتر اتر کتون ( PEEK ) میباشد.

PEEK یک پلیمر حلقوی است و Tg آن oC 143 و نقطه ذوب آن oC 334 میباشد. یک پلیمر نیمه کریستالی است و در شرایط عادی فرآیند به حداکثر درجه کریستالینیی 50 % میرسد. با این وجود معمولا میزان کریستالینیتی محصول پایین است و به حدود 30 % میرسد.

در دمای اتاق و سرعت پایین کرنش ، PEEK قادر به تغییر شکل پلاستیک و رسیدن به کرنش شکست تا 100% میباشد. کامپوززیتهای بر پایه PEEK با فرآیند قالبگیری فشاری ساخته میشوند.

پیش آغشته PEEk در چهار چوب قالب به صورت توده قرار میگیرد و تحت فشار در دمای oC 380 قالبگیری میشود. سایر روشها مانند قالبگیری اتوکلاو، فشاری و شکل دهی دیافراگمی نیز قابل استفاده است. محصولات حاصل کیفیت بسیار خوبی دارند و دارای حداقل حباب و سطح بسیار خوب نهایی میباشند.

رزینهای طبیعی

بدلیل نگرانیهای زیست محیطی، و امکان پایان ذخایر نفتی ساخت کامپوزیتهای با پایه رزینهای طبیعی از منابع قابل تجدید اهمیت یافته است. کم کردن وابستگی صنایع کامپوزیتهای پلیمری به نفت، با کاربری رزینهای طبیعی امکان پذیر است.

دانشمندان علاقه زیادی به تحقیق و توسعه پلیمرهای حاصل از منابع قابل تجدید کشاورزی به جای هیدروکربنها دارند. آنها تلاشهایی برای استفاده های روغن سویا(soybean) برای تولید کامپوزیتهای زیست تخریب پذیر، ارزان و سبک، انجام داده اند.

اخیرا روشهایی برای ایجاد سایتهای فعال روی مولکولها و امکان ایجاد شبکه متراکم ابداع شده است. افزودن گروههای عاملی مختلف به مولکول میتواند شکل واکنشهای شیمیایی را تغییر دهد. خواص رزینهای بر پایه روغن سویا میتواند میتواند توسط دستکاریهای ژنتیکی در حال انجام توسط شرکتهایی مانند DUPONT وMONSANTO تغییر یابد.

دانشمندان آمریکایی قطعهای با ابعاد یک درب از مواد جدید ساختند. مغزی فومی این قطعه از دو طرف توسط کامپوزیت روغن سویا-الیاف شیشه روکش شده بود و با ابعاد 3 ´ 8 فوت تنها 25 پوند وزن داشت.

امروزه با کاربرد الیاف کنف، کتان، سیسال و سایر الیاف طبیعی با رزینهای طبیعی، امکان ساخت کامپوزیتهای کاملا زیست تخریب پذیر وجود دارد و قطعات حاصل در برخی قسمتهای داخلی خودروها بکار میروند.







لایه گذاری دستی یا Hand lay up





در این روش، ابتدا رها ساز روی سطح قالب اسپری می شود تا جدا کردن قطعه ساخته شده به سهولت انجام بگیرد. سپس ژل کوت روی آن اعمال می شود تا سطح قطعه از نظر کیفیت و ظاهر، سطح مطلوبی باشد. آنگاه الیاف رو یا درون قالب قرار می گیرند و رزین با دست روی آنها ریخته شده، توسط قلم و یا غلطک آغشته سازی کامل می شود. همچنین این امکان وجود دارد که الیاف ابتدا به رزین آغشته شود و بعد لایه گذاری انجام گیرد. حبابهای هوای گیر کرده در قطعه با حرکت قلم یا غلطک و فشار دادن الیاف خارج می شوند. لایه گذاری و آغشته سازی تا رسیدن به ضخامت مورد نظر ادامه می یابد. قطعه معمولاً در فشار و دمای محیط پخت می شود. با کاتالیزور و شتابدهنده زمان پخت را می توان تنظیم نمود.

بیشترین رزینهای مورد استفاده، پلی استر و اپوکسی می باشد. پلی استر بدلیل قیمت ارزان، در دسترس بودن و سهولت کار، رزین مطلوبی محسوب می شود. همچنین پلی استر به راحتی با رهاسازهای استاندارد، از قالب جدا می شود. به منظور کاهش جمع شدگی قطعه که منجر به تابیدگی و موجدار شدن سطح می شود، از فیلرهایی مانند تالک و کربنات کلسیم استفاده می کنند.

اپوکسی ها گران قیمتند ولی خواص بهتری دارند. رهاسازهای قالب برای فرمولاسیون ضروری است و در غیر اینصورت قطعه به قالب می چسبد و منجر به مشکلات جداکردن قطعه از قالب، تابیدگی، صدمه به قطعه و حتی قالب می شود.

در فرمولاسیون هر دو رزین می توان افزودنی های ضد شعله یا خود خاموش کن را وارد کرد. اپوکسی بیشتر به خاطر پایداری ابعادی و استحکام بالا استفاده می شود در حالیکه پلی استر در حجمهای بالا و در کاربردهای معمولی استفاده می شود.



لایه گذاری



اتوکلاو



الیاف شیشه متداولترین تقویت کننده در کامپوزیتهای ساخته شده به روش لایه گذاری دستی می باشند. این الیاف از رشته های نازکی که با سیلان اصلاح سطح شده اند، تشکیل شده اند. سیلان چسبندگی رزین به الیاف را بهبود می بخشد.

در این فرآیند انواع الیاف از قبیل پارچه، نمد، الیاف کوتاه و رشته ای استفاده می شود و شکل الیاف خیلی نقش بحرانی در این فرآیند ندارد. ولی البته الیاف پارچه ای و نمد بیشتر استفاده می شود.

لایه گذاری دستی در حدود سالهای 1940 ابداع شد و مواد و روشها تفاوتهای چندانی از آن وقت تا کنون نکرده اند، لایه گذاری دستی هنوز وابسته به مهارت کارگر می باشد. این فرآیند در ساخت کشتی با موفقیت بکار گرفته شده است.

سایر قطعات ساخته شده به این روش عبارتند از گنبدها(radomes)، کانالهای آب، استخر، تانکر، میز و صندلی، تجهیزات محیطهای خورنده، قطعات خودرو، اطاقک و خانه های پیش ساخته، صفحات صاف و موجدار، نمونه سازی و قالبهای کامپوزیتی.

مهمترین امتیازات سیستم های پلی استر یا اپوکسی در روش لایه گذاری دستی عبارتند از: سهولت ساخت، ارزانی ابزار کار، رنگ آمیزی های مختلف، خواص مناسب برای کاربردهای مورد نظر، امکان ساخت قطعات بزرگ

یک فرآیندساده لایه گذاری دستی، روی یک قالب نر یا درون قالب ماده امکان پذیر است. انتخاب قالب بستگی دارد به این دارد که کدام طرف قطعه از نظر ظاهری دارای اهمیت است. اگر سطح بیرونی مهم باشد از قالب ماده استفاده می شود و اگر سطح داخلی اهمیت داشته باشد از قالب نر.

اگر کیفیت بالای سطح مورد نظر باشد، یک لایه از رزین دارای کاتالیزور روی قالب اسپری می شود و اجازه می یابد تا نیم پخت شود. این لایه رزینی ژل کوت نامیده می شود و یک لایه محافظ غیر قابل نفوذ روی الیاف تشکیل می دهد. رزینهای ژل کوت برای اینکار فرموله می شوند تا منعطف بوده، در برابر تاول و تخریب مقاوم باشند.

سطح دیگر کامپوزیت معمولا زبر می باشد ولی با بکار گیری یک سلفون یا فیلمی از جنس پلی وینیل الکل یا مواد مشابه، کمی با کیفیت تر می شود. مواد زیادی برای ساخت قالب استفاده می شوند از جمله چوب، پلی استر، اپوکسی، لاستیک و فولاد.

روش پیش آغشته می تواند به عنوان ادامه روش لایه گذاری دستی در نظر گرفته شود. در این فرایند الیاف با رزین فرمول شده آغشته می شود. تقویت کننده معمولا بصورت نوارهای تک جهته از الیاف یا پارچه بافته شده می باشد و به منظور سهولت حمل و نقل و انبار، نیم پخت می شوند. پیش آغشته نیم پخت، چرم مانند است و کمی چسبنده، بنابراین لایه ها روی شکل های پیچیده سر نمی خورند و می توانند شکل برجستگی های قالب را به خود بگیرند و در نتیجه شکل های پیچیده به دقت قابل قالبگیری می باشند.

از آنجا که فرمولاسیون رزین در پیش آغشته دارای شروع کننده می باشد، دارای تاریخ مصرف می باشد و پیش از چند روز یا چند هفته نمی توان آنرا در دمای اطاق نگهداری نمود. بنابراین آنها را در فریزر نگهداری می کنند تا تاریخ مصرف آنها به یک سال و یا حتی بیشتر برسد.معمولاً پیش آغشته ها با تجهیزات ساخت مخصوص ساخته می شوند تا درصد رزین و الیاف کنترل شود. آغشته سازی کامل الیاف با رزین مشکل نواحی آکنده از رزین( resin reach ) و عاری از آن را حل می کند. در نتیجه همگونی بهتری نسبت به لایه گذاری دستی حاصل می شود. بنابراین از پیش آغشته در جاهایی استفاده می شود که کارایی قطعه حساس است. تقریبا تمام رزینهای مورد مصرف صنایع کامپوزیت، به شکل پیش آغشته نیز وجود دارند.











پاشش رزین (spray up)





در تلاش برای افزایش اتوماسیون فرآیند دستی، روشهای مختلف پاشش رزین ابداع شده اند. این روشها با کاربرد رشته های (roving) ارزانتر، کاهش زمان اعمال رزین و آغشته سازی الیاف و به حداقل رساندن اتلاف مواد، قیمت کلی کامپوزیت حاصل را کاهش می دهند.

در فرآیند پاشش رزین، الیاف و رزین بطور همزمان رو یا درون یک قالب پاشیده می شوند. الیاف رشته ای به یک خردکن وارد شده و بعد داخل جریانِ رزین همراه کاتالیست قرار می گیرند. رزین و کاتالیست ممکن است دریک تفنگ پاشش (spray gun) و یا از دو تفنگ پاشش وارد شوند و در هر حال وقتی به قالب می رسند، با هم مخلوط شده اند. سیستم پاشش ممکن است با هوا باشد. به منظور سهولت کار با دستگاه، معمولا تفنگ پاشش به یک میله متحرک آویزان است.

پس از پاشش رزین و الیاف و نشستن آنها روی قالب، از الیاف آغشته به رزین، حبابهای هوا توسط غلطک کاری خارج می شوند و الیاف کاملا خوابانده می شوند و سطح صاف می شود. لایه های بعدی رزین و الیاف را نیز می توان تا رسیدن به ضخامت مطلوب اعمال نمود. سپس قطعه را در فشار و دمای محیط پخت می کنند، هر چند می توان با اعمال حرارت، پخت را سریع کرد.

رزینهای مورد استفاده دراین فرآیند معمولا پلی استر و اپوکسی هستند. با پاشش ژل کوت روی قالب می توان یک سطح نهایی عالی ایجاد کرد.

طی فرآیند پاشش رزین، به منظور افزایش مقاومت در یک جهت یا محل خاص می توان الیاف پارچه ای را به آن اضافه نمود. قالب های فرآیند می توانند از جنس چوب، وینیل پلی استر، اپوکسی، لاستیک و یا فولاد باشند.





فرآیند پاشش رزین برای حجم تولید کم تا متوسط ایده آل است. بخصوص برای ساخت قطعات بزرگ بسیار مناسب است. علاوه بر این، انتخاب لایه گذاری دستی یا پاشش رزین بستگی به خواص مکانیکی و محدودیتهای فرایند دارد. خواص مکانیکی لایه گذاری دستی، به دلیل پیوسته بودن الیاف، بالاتر است. مزایای هر دو روش بسیار شبیه هم است. فرآیند پاشش رزین هنوز برای تولید وان حمام، اطاقک دوش، قطعات اتومبیلهای تفریحی، اطاق و سقف کامیون، صفحات بزرگ، اطاقک نگهبانی و خانه پیش ساخته، اثاثیه منزل و قطعات معماری استفاده می شود، اگر چه فراگیری این فرآیند توسط سایر روشهای شکل دهی مانند آر تی ام تحت الشعاع قرار گرفته است.









رشته پیچی (filament winding)



رشته پیچی یک روش ساده و کارا برای تولید قطعات مدور مانند لوله و ظروف استوانه ای در اندازه های مختلف می باشد. قطعات با قطر mm 25 تا m 6 در این فرآیند متداول می باشد. در این فرآیند الیاف رشته ای یا نوارهای پیوستة الیاف با شرایط کنترل شده روی یک مغزی پیچیده می شوند. لایه ها با یک طرح یکسان و یا متفاوت پیچیده می شوند. به هنگام پیچش الیاف، کشش الیاف بین لایه های پخت نشده کامپوزیت فشار ایجاد می کند. این فشار بر فشردگی الیاف و درصد حباب هوا در قطعه- که کنترل کنندة استحکام و سفتی قطعه می باشد- مؤثر است. رزین ممکن است قبل، به هنگام و بعد از پیچش روی الیاف اعمال شود. در نهایت رزین در دمای محیط و یا دمای بالاتر و بدون اعمال فشار پخت شده، مغزی از درون آن بیرون کشیده می شود. عملیات تکمیلی مانند ماشین کاری و سنباده زنی معمولاً احتیاج نیست.



چرخه تولید کامپوزیتهای رشته پیچی شده را می توان به مراحل ذیل تقسیم نمود:

-پیچش قطعه روی مغزی

-حرارت دهی و پخت رزین که منجر به شکل گیری قطعه می شود.

-سرد کردن قطعه

-بیرون کشیدن قطعه از مغزی

در ابتدا فقط از الیاف شیشه به عنوان تقویت کننده در این فرآیند استفاده می شد ولی امروزه برای قطعات با استحکام بالا از الیاف کربن و برای قطعات چقرمه و سبک از الیاف آرامید استفاده می شود. این الیاف به شکلهای فیلامنت تنها، رشته*ای، پارچه و نوارهای بافته و نبافته می توانند استفاده شوند.

پلی استرها و وینیل استرها بدلیل قیمت پایین، خواص خوب مکانیکی و شیمیایی، بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. در برخی قطعات نظامی و هوافضایی از رزین اپوکسی استفاده می شود. سیلیکونها، فنولیکها و پلی ایمیدها محدود به کاربرد ویژه الکتریکی یا دمای بالا می باشند.

انتخاب یک رزین خاص در یک سیستم مشخص بستگی به شرایط فرآیند، الزامات پخت و خواص فیزیکی مورد نظر دارد. ویسکوزیته و تاریخ مصرف سیستمهای مخلوط با کاتالیست از نظر فرآیندی دارای اهمیت فراوانی است. زمان ژل شدن و رفتار جریان نیز متغیرهای مهمی محسوب می شوند. برای خیس خوردگی الیاف و خروج هوای محبوس، ویسکوزیتة پایین رزین الزامی است.

اگرچه رزینهای گرماسخت در فرآیند رشته پیچی متداول هستند، ولی تحقیق و توسعه در بکارگیری ماتریسهای گرمانرم نیز در این فرآیند پیشرفتهای خوبی داشته است و قطعات حاصله خواص ممتازی از خود نشان داده*اند.

عمده ترین عوامل مؤثر بر خواص قطعات تهیه شده به روش رشته پیچی عبارت است از:

-درصد رزین و توزیع آن

-کشش به هنگام پیچش الیاف

-شرایط الیاف آغشته شده

-پهنای نوار الیاف مورد استفاده

-آرایش الیاف

-سیکل پخت

جدا کردن تأثیر هرکدام از عوامل فوق دشوار است و به هم مربوط می باشند. از جمله نقایص یا ضعفهایی که در قطعه به چشم می خورد می*توان به موارد ذیل اشاره نمود:

حباب هوا، نقاط خشک، نقاط آکنده از رزین، شکست زودهنگام، نواحی شکست موضعی پخت ناقص یا ناهمگون.

درصد رزین و توزیع آن برای کنترل وزن و ضخامت اهمیت فراوانی دارد. اکثر قطعات هوافضا دارای تلورانس وزنی 2% می باشند. از نظر استحکام تغییرات مفرط درصد رزین، موجب ناهمگونی توزیع تنش و شروع شکست می شود. درصد رزین به کششِ هنگام پیچش بسیار وابسته است. جریان رزین حاصل از فشار الیاف، جهت خارج کردن حبابهای هوا و سایر مواد فرار سودمند است ولی کشش به هنگام پیچش یک متغیر حساس در کنترل و کاهش مقدار حبابهاست. حبابهای اضافی موجب کاهش استحکام برشی بین لایه ای و افت استحکام فشاری و مقاومت در برابر خمش و شکم دادن می شود.

دما، رطوبت، شرایط آب و هوایی، پیری و سایر شرایط محیطی بر خواص کامپوزیتهای رشته پیچی شده تأثیر می گذارند. تأثیر این عوامل همانند تأثیر بر قطعات کامپوزیتی تهیه شده با سایر روشها، می باشد. مسئله ای که وجود دارد این است که پایین بودن درصد رزین در کامپوزیتهای رشته پیچی شده، موجب می شود که آنها برای نفوذ رطوبت و تخریب در محیطهای شدیداً مرطوب مستعدتر شوند. تأثیر منفی دوره های گرما-رطوبت می تواند با استفاده از رزینهای کاراتر در لایه های آخر به حداقل برسد.

قطعات رشته پیچی شده از نظر کمیت هم در صنایع هوافضا و هم کاربردهای تجاری، اهمیت قابل توجهی دارند. البته تکنولوژی پیچش و طراحی در این دو زمینه متفاوت است زیرا کارایی های مورد نظر متفاوت می باشد.

تکنولوژی پیچش در صنایع هوافضا بسیار ویژه و طراحی شده برای کارهای خاص و با قیمتهای بالاتر می باشد. عمده تلاشها در راستای بکارگیری این تکنولوژی در ساخت بدنة موتور راکتها، مخازن تحت فشار، لوله های شلیک موشک و ملخ هلی کوپتر بوده است. در آنجا نسبت استحکام به دانسیته بیشترین اهمیت را داراست و هدف این است که الیاف در جهت نیروی اعمالی آرایش داده شوند. از سوی دیگر در بخش تجاری نگاهها بسوی کاهش قیمت تولید و استحکام متوسط می باشد. سیستم الیاف شیشه - رزین پلی استر به همراه تجهیزات سادة پیچش، برای سرعت بالای تولید و قیمت پایین با موفقیت بکار گرفته شده اند. برای تانکهای ذخیره سازی، لوله های انتقال مواد مورد مصرف در صنایع شیمیایی، فنرها، محور خودرو و پره های توربین بادی از مواد مقاوم شیمیایی و گریدهای الکتریکی استفاده می شود.



 
   
خانه اصلی::درباره ما::محصولات::ارتباط با ما