انواع کامپوزیت‌ها
مواد کامپوزیتی، در تکنولوژی‌های امروزه نقش چشمگیری داشته و در زندگی روزمره نیز کاربرد مشخصی دارند. امروز در این مقاله از سایت فایبر گلاس نوین سعی بر این داریم که به بررسی کامپوزیت‌ها بپردازیم. در ابتدا برایتان از تاریخچه کامپوزیت و چیستی آن گفته و در ادامه تفاوت کامپوزیت را با آلیاژها معرفی خواهیم کرد. همچنین به اجزای تشکیل‌دهنده کامپوزیت‌ها، کامپوزیت پلیمری و خواص مکانیکی، شیمیایی و الکتریکی کامپوزیت‌ها می‌پردازیم.
تاریخچه استفاده از کامپوزیت‌ها
قریب به هزاران سال است که انسان کامپوزیت را کشف کرده و از آن برای رفع برخی نیاز‌ها استفاده می‌کند. 3400 سال قبل از میلاد، برای اولین‌بار کامپوزیت‌ها به دست ساکنان بین‌النهرین در کشور عراق به‌صورت کاملاً سنتی و دستی ساخته شده است. عراقی‌ها نوار‌های باریک چوبی را بر روی‌هم قرار داده و به هم می‌چسبانند تا باعث ایجاد تخته سه لا شود. پس از مدت‌ها، حدود 2181 قبل از میلاد مسیح، مردم کشور مصر شروع به ساخت پاپیروس آغشته به گچ کردند. پس از آن، در انقلاب صنعتی در دهه 1900 میلادی، با به‌وجودآمدن دانش نوین در زمینه مواد شیمیایی، مواد مختلفی مانند پلاستیک‌های مختلف از جمله پلی‌استر، فنولیک و وینیل، کشف شد و مورداستفاده قرار گرفت. Owens corning برای اولین‌بار، الیاف شیشه را کشف نموده و آن را وارد صنعت کرد. در نهایت در سال 1936 میلادی، رزین‌های پلی‌استر غیراشباع، در صنعت به ثبت رسیدند و پس از گذشت 2 سال، این سیستم‌ها یعنی همان سیستم‌های رزین با کاربرد بهتر و کیفیت بالاتری در عرصه بازار صنعت قرار گرفتند.
ماده کامپوزیت چیست؟
در مرحله ابتدایی، کامپوزیت‌ها به سازه‌هایی گفته شده که از به هم پیوستن حداقل دو نوع عنصر متفاوت به وجود آمده‌اند که هرکدام از این عناصر خواص فیزیکی و شیمیایی جداگانه‌ای دارند. مواد کامپوزیتی در تکنولوژی‌های امروزه نقش مهم و بسزایی داشته و زندگی امروزه ما را تحت‌تأثیر خودشان قرار می‌دهند. کامپوزیت‌ها، موادی قابل بازیافت هستند و هیچ نوع مواد دور ریزی ندارند. ویژگی‌های متفاوت در عناصر تشکیل‌دهنده کامپوزیت‌ها، باعث شده که به آنها مقاومت، استحکام بالا و درخشش ببخشد. انواع کامپوزیت‌ها را می‌توان، کامپوزیت‌های فلزی، سرامیکی، کربنی و پلیمری نام برد. اولین کامپوزیت‌ها از مواد طبیعی مانند گل و کاه ساخته شده‌اند. کامپوزیت‌های امروزی در آزمایشگاه‌ها و با استفاده از مواد مصنوعی ساخته خواهند شد.
کامپوزیت و آلیاژ چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟
کامپوزیت‌ها و آلیاژها تفاوت‌های زیادی نسبت به یکدیگر دارند. همچنین این دو ماده در برخی از ویژگی‌هایشان با یکدیگر وجه اشتراک دارند. اما با پیشرفت علم و تکنولوژی، رفته‌رفته محبوبیت کامپوزیت‌ها در صنعت بیشتر شد و به همین دلیل نسبت به آلیاژها برتری یافت. در ادامه به برخی از تفاوت‌های این دو می‌پردازیم.
– تنها مواد تشکیل‌دهنده آلیاژها، فلزات هستند. این در حالی است که از عناصر غیرفلزی در ساخت کامپوزیت‌ها بهره می‌گیرند که این یکی از دلایل برتری کامپوزیت بر آلیاژ است.
– در مواد تشکیل‌دهنده کامپوزیت‌ها و مصالح آن از روش فیزیکی بهره برده؛ اما برای جداسازی آلیاژها از روش شیمیایی استفاده می‌شود.
– یکی دیگر از ویژگی‌های کامپوزیت‌ها نارسانا بودن آن است؛ البته ممکن است برخی از آنها دارای رسانایی کمی باشند. اما با اختلاف آلیاژها دارای ضریب انتقال الکتریسیته بالایی هستند.
– آلیاژها دارای دمای ذوب متفاوتی هستند. این در حالی است که انواع کامپوزیت‌ها در یک نقطه‌جوش ثابت و معین، به جوش آمده و ذوب خواهند شد.
اجزای تشکیل‌دهنده یک کامپوزیت چیست؟
به‌طورکلی اجزای تشکیل‌دهنده کامپوزیت‌ها شامل تقویت‌کننده، ماتریس یا زمینه و فاز میانی تشکیل شده است که در ادامه به بررسی هر یک از این اجزا می‌پردازیم.
تقویت‌کننده‌ها: تقویت‌کننده‌ها در ساخت کامپوزیت از تنوع بالایی برخوردار هستند که الیاف‌ها از دسته رایج آنها هستند. الیاف‌ها به‌عنوان یک تقویت‌کننده بر ویژگی‌های مکانیکی مواد کامپوزیتی اثرگذار هستند. دلیل این اثرگذاری نیز نسبت بالای طول به قطر الیاف است که باعث ایجاد تنش برشی مؤثر بوده و همچنین دارای قابلیت پردازش و ساخت‌وساز قطعات کامپوزیت به شکل‌های متنوع است. شیشه، کربن و آرامید از مهم‌ترین الیاف کامپوزیتی هستند.
ماتریس یا زمینه: ماتریس یا زمینه در تقویت‌کننده‌ها نقش یک متصل‌کننده را دارند. باعث جلوگیری از تحرک الیاف‌ها شده و کامپوزیت را در برابر آسیب‌های محیطی و فیزیکی مقاوم می‌سازند. همچنین این ماتریس‌ها در یک موقعیت ثابت قرار گرفته و تقویت‌کننده‌ها را ثابت نگه می‌دارند.
فاز میانی: این قسمت از یک‌لایه فشرده از ماتریس ساخته شده که بر روی سطح تقویت‌کننده شکل می‌گیرد. فاز میانی همانند یک رابط میان ماتریس و تقویت‌کننده عمل می‌کند.
انواع کامپوزیت‌ها
باتوجه‌به انواع ماتریس‌ها، کامپوزیت‌ها را می‌توان به پنج دسته گروه‌بندی کرد. انواع کامپوزیت‌ها عبارت‌اند از:
کامپوزیت‌های با زمینه فلزی: همان‌طور که از نام این نوع کامپوزیت مشخص است، این کامپوزیت دارای زمینه فلزی بوده که مقاومت را به مقدار زیادی بالا خواهد برد. در ساخت این نوع کامپوزیت از فلزاتی مانند آلومینیوم و الیافی از جمله کربن، کاربید، سیلیکون و… استفاده خواهد شد. این نوع کامپوزیت را با مخفف MMC نشان می‌دهند.
کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی: کامپوزیت‌های با زمینه سرامیکی یا CMC از سرامیک‌های معمولی دارای کیفیت و رتبه بالاتری برخوردار هستند. ویژگی برتر این نوع سرامیک‌ها را می‌توان مقاومت آنها در برابر شوک حرارتی و شکستگی‌ها نام برد.
کامپوزیت‌های چوب پلاستیک: این نوع کامپوزیت با الیاف چوب یا ترموپلاستیک‌های بازیافتی و همچنین پس‌مانده‌های کشاورزی ساخته شده که همین باعث شده این نوع کامپوزیت با طبیعت سازگاری خوبی داشته باشد. این نوع کامپوزیت جزو کامپوزیت‌های سبک به شمار آمده و علاوه‌برآن از مقاومت بالایی برخوردار هستند. این کامپوزیت را با مخفف WPC نمایش می‌دهند.
کامپوزیت‌های زمینه پلیمری: این نوع کامپوزیت، یا همان کامپوزیت PMCs دارای خواص مکانیکی مناسب است. به همین دلیل از محبوبیت و مقبولیت بالایی در بین سایر کامپوزیت‌ها برخوردار است. این نوع کامپوزیت‌ها با تقویت‌کننده‌هایی از جمله بور، کربن، گرافیت به وجود آمده و زمینه آنها نیز شامل مواد گرما نرم، اپوکسی و مواد گرما سخت هستند.
کامپوزیت‌های کربن/کربن: تقویت‌کننده این نوع کامپوزیت، شامل فیبر‌های سه‌بعدی کربن بوده و به همین دلیل در دمای بسیار بالا و تحت شوک حرارتی، دارای مقاومت بسیار زیادی هستند. این نوع کامپوزیت‌ها در صنایع موشکی و همچنین در ساخت ابزارآلات نظامی کاربرد بالایی دارند.
خواص مکانیکی، شیمیایی و الکتریکی کامپوزیت‌ها
کامپوزیت‌ها در برابر خوردگی، خستگی و شکستگی بسیار از مقاومت بالایی برخوردارند. یکی دیگر از خواص آنها میرایی خوب و چگالی پایین آنها است. ضریب انبساطی کامپوزیت‌ها بسیار پایین بوده و رسانایی الکتریکی پایینی دارند. همچنین تولید، مونتاژ قطعات و عیب‌یابی آنها آسان است. علاوه بر همه این موارد می‌توان از کامپوزیت‌ها به‌عنوان یک عایق حرارتی خوب استفاده نمود.
نتیجه‌گیری
در این مقاله از سایت فایبرگلاس نوین با ساختار کامپوزیت‌ها، خصوصیات و انواع آنها آشنا شدید. کامپوزیت‌ها گروه سوم از مواد پلیمری هستند. این مواد هم خواص جالب و گوناگونی دارند و هم برخلاف تصور عمومی بسیار پرکاربرد و باارزش هستند. توسعه فناوری ساخت کامپوزیت‌ها دارای زمینهٔ پلیمر، باعث شده تا طیف گسترده‌ای از صنایع، از ویژگی‌های این محصول ارزشمند بهره بگیرند. در صورت ایجاد هرگونه مشکل یا ابهامی می‌توانید در قسمت نظرات، آن را با ما به اشتراک بگذارید. همچنین می‌توانید پیشنهادها و انتقادات خود را نیز برای ما ارسال فرمایید. از اینکه تا انتهای این مقاله با ما همراه بودید، سپاسگزاریم.
منبع: unsw.edu.au
دیدگاهتان را بنویسید