خواص مکانیکی کامپوزیت پلیمری
کامپوزیت‌های پلیمری با خواص کششی و استحکام مناسب نسبت به وزن بالا دارای الیاف تقویت‌کننده‌ای هستند. از دیگر ویژگی‌های کامپوزیت‌های پلیمری می‌توان به قابلیت قالب‌گیری ساده و مقاومت شیمیایی اشاره کرد. از مهم‌ترین ویژگی‌های این دسته از کامپوزیت‌ها، خواص فیزیکی و مکانیکی است. برای بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت‌های پلیمری باید آزمایش‌های کشش و خمش روی آن‌ها انجام دهیم. چرا دانشمندان به بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت‌های پلیمری پرداختند؟ شاید برای شما هم جالب باشد بدانید با مشخص‌شدن خطرات زیست‌محیطی ناشی از استفاده الیاف معدنی در کامپوزیت‌ها، دانشمندان به این فکر افتادند تا به بررسی امکان استفاده از انواع الیاف طبیعی و تجدیدپذیر در ساخت کامپوزیت‌های پلیمری و تأثیر استفاده از این الیاف بر خواص مکانیکی بپردازند. از جمله کاربردهای کامپوزیت‌ها استفاده در مواردی اشاره کرد که به جزئیات خواص مواد نیاز است. برای مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز داریم که دارای استحکام بالا، وزن پایین و مقاومت سایشی باشند و در برابر اشعه فرابنفش مقاومت کنند. کامپوزیت‌های پلیمری شامل حداقل دو جز فاز تقویت‌کننده و فاز بستر هستند. فاز بستر که شامل فازی دیگر هم می‌شوند معمولاً شامل یک ماده گرماسخت یا گرمانرم که قبل از سخت‌شدن رزین نامیده می‌شود، هست. در این مقاله از سایت فایبر گلاس نوین به طور ویژه به بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت‌های پلیمری که از جمله آن‌ها مقاومت و چکش خواری است، می‌پردازیم. تا انتها با ما همراه باشید.
انواع الیاف طبیعی استفاده شده در کامپوزیت‌های پلیمری
الیاف شیشه
مشهورترین تقویت‌کننده مورداستفاده در کامپوزیت‌ها الیاف شیشه هستند. انواع مختلفی از الیاف شیشه به‌صورت تجاری وجود دارد.
الیاف کاربن
الیاف کربن در یک محیط خنثی طی فرایند تجزیه حرارتی الیاف آلی به دست می‌آیند. طی تلاش‌های سال‌های اخیر با تبدیل حرارتی الیاف آلی به الیاف کربن، تقویت‌کننده‌های جدیدی ساخته شده است که به‌سرعت هم کاربرد گرفتند. از مزایای استفاده از الیاف کربن می‌توان به سبکی و استحکام بالا اشاره کرد.
الیاف آرامید
این الیاف به‌منظور جایگزینی فولاد در تایرهای رادیال ساخته و به کار برده شدند، این الیاف ترکیبی آلی حلقوی از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن است. از مزایای استفاده از الیاف آرامید می‌توان به مقاومت در برابر ضربه با سفتی کمتر از الیاف کربن اشاره کرد که این به دلیل تشکیل ساختار چقرمه هنگام تولید این الیاف با استحکام کششی بالا و دانسیته کم است.
اگر بخواهیم از کاربرد این دسته از الیاف صحبت کنیم باید از جلیقه‌های ضدگلوله بگوییم. از موفقیت‌آمیزترین پروژه‌های کاربردی استفاده از الیاف آرامیدی، ساخت جلیقه ضدگلوله است.
الیاف طبیعی
منابع طبیعی مانند معادن، حیوانات و گیاهان از جمله معادن مربوط به الیاف طبیعی هستند. الیاف طبیعی را از نظر منشا به سه دسته تقسیم می‌کنند شامل دسته معدنی، دسته حیوانی و دسته گیاهی. از جمله کاربردهای الیاف طبیعی می‌توان به قبایل مصریان باستان اشاره کرد. این گروه از الیاف طبیعی در ساخت آجر، ظروف سفالی و قایق‌های کوچک استفاده می‌کردند.
خواص مکانیکی کامپوزیت‌های پلیمری
پرکاربردترین الیاف پلیمری به دلیل خصوصیات مکانیکی مناسب کاربردهای گسترده‌ای در صنعت دارند. از جمله خواص مکانیکی مورد بررسی در کامپوزیت‌های پلیمری استحکام، مدول الاستیک و چگالی است.
با افزایش تقویت‌کننده‌ها به کامپوزیت‌های پلیمری خواص مکانیکی ویژه‌ای به ین مواد افزوده می‌شود، شامل:
- استحکام کششی و سفتی بالا، توانایی پلیمرها در برابر حداکثر تنش کششی بدون شکست را نشان می‌دهد.
- مدول، میزان مقاومت جسم در برابر تغییر فرم را نشان می‌دهد.
- چقرمگی شکست بالا، نشان‌دهندهٔ میزان جذب انرژی توسط نمونه قبل از رسیدن به نقطه شکست است.
- مقاومت کششی مناسب، مقاومت مناسب برای موادی که تحت کشش قرار می‌گیرند.
- مقاومت فشاری مناسب، مقاومت مربوط به تحمل وزن اجسام از زیر است.
- مقاومت خمشی مناسب، مقاومت پلیمرها در برابر خم‌شدن است.
بعد از ساخت و آماده‌سازی الیاف پلیمری، برای بررسی خواص مکانیکی باید به آزمایش‌های کشش و خمش روی مواد ساخته شده بپردازیم.
ساخت و آماده‌سازی الیاف پلیمری
در این بخش به بررسی کامپوزیت‌های هیبرید کنف_پلی‌استر و کامپوزیت‌های هیبرید کنف_شیشه می‌پردازیم.
برای ساخت کامپوزیت هیبرید پلی‌استر و شیشه از چیدمان چندلایه الیاف تک جهته و بافت پارچه‌ای استفاده می‌کنیم. نمونه‌ها را به‌صورت ترکیبی از الیاف کنف_پلی‌استر و کنف_شیشه می‌سازیم. در هر مرحله‌ای رفتار پارچه باتوجه‌به خصوصیات مواد اولیه متفاوت است. برای اطلاعات دقیق و کامل از نحوه ساخت و آماده‌سازی الیاف پلیمری می‌توانید با کلیک بر روی این عبارت به صفحات دیگر سایت ما مراجعه کنید. جهت انجام آزمایش‌های کشش و خمش بر روی مواد پلیمری از دستگاه‌های اعمال نیرو با نام تجاری STM150 و SANTAM استفاده کرد.
نتایج آزمایش کشش و تحلیل نتایج تست کشش
نتایج مربوط به آزمایش‌های کشش را با نمودارهای تنش کرنش نمونه‌های تولیدی نمایش می‌دهیم. پس از به‌دست‌آوردن نمودارهای تنش_کرنش مربوط به نمونه‌های تولیدی در یک جدول به بررسی خصوصیات مکانیکی مربوط به نمونه‌ها می‌پردازیم. این خصوصیات شامل ویژگی‌هایی زیر است:
- استحکام ویژه، استحکام ماده تقسیم بر چگالی یا نسبت استحکام به جرم
- مدول ویژه، نسبت سفتی به وزن
- انرژی جذب شده، مقاومت در برابر جذب انرژی نسبت به وزن کم
- کرنش شکست، تغییر اندازه یا شکل جسم بر اثر نیروی بیرونی شکست
- افزایش طول شکست، تغییر شکل و طول هنگام اعمال نیروی شکست
- استحکام کششی، توانایی در برابر حداکثر مقدار تنش کششی
- مدول یانگ، نسبت تنش به کرنش مواد جامد خطی در خطوط پایین‌تر از استحکام تسلیم
نتایج آزمایش خمش و تحلیل نتایج تست خمش
خروجی دستگاه تست در آزمایش خمش نمودار نیرو جابه‌جایی است. این نمودار با انجام محاسبات ویژه به نمودار تنش_کرنش تبدیل می‌شود و امکان استخراج داده‌های مربوط به تست خمش از آن وجود دارد. از جمله خصوصیات خمشی استخراج شده از این نمودارها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سفتی خمشی ویژه
- بیشینه استحکام خمشی ویژه
- سفتی خمشی
- کرنش حداکثری در نقطه شکست
- بیشینه استحکام خمشی
- تنش تسلیم خمشی
خواص مکانیکی کامپوزیت پلیمری
در این مقاله خواص کامپوزیت پلیمری از منظر مقاومت کششی و خمشی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. اهمیت کامپوزیت‌های پلیمری از نظر قیمت پایین نسبت به نمونه‌های دیگرشان است. همچنین قابل‌ذکر است که کامپوزیت‌های زمینه پلیمری دارای خواص مکانیکی شامل استحکام کششی بالا، سفتی بالا، مقاومت سایشی و خوردگی نسبتاً خوبی هستند. با این اوصاف از پرکاربردترین کامپوزیت‌های موجود به‌حساب می‌آیند. بر اساس مطالعات و تحقیقات شما چه خواص مکانیکی دیگری برای کامپوزیت‌های پلیمری وجود دارد؟ دانسته‌های خود را با ما به اشتراک بگذارید. سپاس از همراهی شما.
منبع: link.springer.com
دیدگاهتان را بنویسید