الیاف طبیعی

● الیاف طبیعی
الیافی كه از منابع طبیعی مانند معادن، حیوانات و گیاهان بدست می‌آیند، در گروه الیاف طبیعی قرار می‌گیرند. مصریان باستان از كامپوزیتهای الیاف طبیعی آجر، ظروف سفالی و قایقهای كوچك می‌ساختند. یك قرن پیش تولید تقریباً تمام وسایل و بسیاری از محصولات فنی از الیاف طبیعی ساخته می‌شد. پارچه، طناب، كرباس و كاغذ از الیاف طبیعی مانند كتان، شاهدانه، سیسال و كنف ساخته می‌شد.
می‌توان الیاف طبیعی را به سه دسته معدنی، حیوانی و گیاهی تقسیم نمود.
الف)الیاف معدنی: الیاف این گروه از سنگهای معدنی بدست می‌آیند. به عنوان نمونه می‌توان به آزبست اشاره نمود. آزبست می‌تواند استحكام و سفتی كامپوزیت را بهبود ببخشد ولی استحكام ضربه را كاهش می‌دهد. علاوه بر این فرآیند آن مشكل است. امروزه استفاده از این الیاف بدلیل ایجاد سرطان ریه در طولانی مدت، محدود و ممنوع شده است.
ب)الیاف حیوانی: الیاف بدست‌آمده از ارگانیسم‌های زنده، الیاف حیوانی نامیده می‌شوند. به عنوان مثال، پشم از گوسفند اهلی بدست آید. الیاف ابریشم را كرم ابریشم می‌سازد. ابریشم بر خلاف تمام الیاف طبیعی دیگر از قبیل پنبه، كتان و پشم، یك ساختار سلولی ندارد و روش ساخت آن، شبیه الیاف مصنوعی می‌باشد. از الیاف حیوانی در ساخت كامپوزیتها استفاده نمی‌شود.
ج)الیاف گیاهی: در بین الیاف طبیعی، الیاف گیاهی بیشترین كاربرد را در كامپوزیتها دارند.
▪ بر اساس اینكه از كدام قسمت گیاه گرفته شده‌اند، به سه دسته تقسیم می‌شوند:
۱) الیاف میوه: پنبه(cotton) نارگیل (coir ) وkapok
۲) الیاف پوست یا ساقه: كتان،كنف،(jute )، بوته شاهدانه (hemp) و رامی
۳) الیاف برگ: سیسال (sisal)،آناناس
الیاف طبیعی از قدیم در صنایع مختلف استفاده می‌شده‌اند و پتانسیل كاربرد در صنایع رو به رشد كامپوزیتهای مهندسی را دارا می‌باشند. اگر چه جایگزینی مستقیم الیاف شیشه با الیاف طبیعی به راحتی امكان پذیر نیست، اما خواصی كه این الیاف در مقایسه با شیشه از خود نشان می‌دهند در بسیاری جهات موجب برتری آنها می‌شود:
۱) ‌دارای منابع تجدید شونده
۲) ‌امكان استحصال نامحدود
۳) فواید محیطی ناشی از ایجاد تعادل در تولید و مصرف گاز۲ CO
۴) سبكی
۵) بازیافت بهتر
۶) كاهش فرسایش ابزار
۷) بهبود بازگشت انرژی (recovery Energy Enhanced)
۸) كاهش ناراحتی‌های پوستی و تنفسی
۹) زیست تخریب بودن
b-۱,۴-Polyacetal ایزوتكتیك می‌باشد. سلولز جامد، یك ساختار میكروكریستالین با نواحی كریستالی و آمورف تشكیل می‌دهد.
چ) لیگنین: یك تركیب حلقویِ بیشتر سه بعدی، با جرم مولكولی بالاست كه فقط در مقادیر جزئی می‌تواند هیدرولیز شود. خواص مكانیكی آن به وضوح پایین‌تر از سلولز می‌باشد.
ح )پكتین: نام كلی هتروپلی ساكاریدهاست كه اصولاً شامل اسید پلی‌گالاكتورُن می‌باشد. این ماده تنها پس از خنثی سازی جزئی با قلیا یا هیدروكسید آمونیم قابل حل در آب می‌باشد.
خ) واكس: ماده‌ای كه می‌توان آنرا با تركیبات آلی استخراج كرد ولی در آب غیر قابل حل است.agent coupling) و كوپلیمریزاسیون گرفت.
اصلاح سطح تاثیرمهمی درافزایش خواص كامپوزیت دارد. علاوه بر آن ممكن است حساسیت به رطوبت الیاف را به حداقل برساند و دوام كامپوزیت را بیشتر كند.
توجه همگانی به شرایط محیطی علاقه‌مندی مجددی را در كاربرد الیاف طبیعی ایجاد كرده است. بازیافت و لحاظ شرایط محیطی برای معرفی كامپوزیتهای جدید به بازار از اهمیت روز افزونی برخوردار است.
قوانین محیط زیستی و فشار مصرف كننده، باعث شده است كه تولید كنندگان مواد و قطعات، اثرات محصولات خود در محیط زیست را در تمام مراحل كار بسنجند. این نكات باعث شده است در سالهای اخیر كارهای زیادی در ساخت مواد كامپوزیتی بر پایه منابع تجدید پذیر از جمله الیاف طبیعی انجام بگیرد. اخیرا صنعت خودرو سازی به كاربرد كامپوزیتهای الیاف طبیعی به عنوان یك راه خدمت به محیط زیست و در عین حال رعایت مسایل اقتصادی، توجه جدی داشته است. كاربردهای دیگر نیز در صنایع ساختمان در حال پیدایش هستند.
شرایط آب و هوایی، عمر و فرآورش نه تنها بر ساختار الیاف، بلكه بر تركیبات شیمیایی الیاف اثر می‌گذارد. اجزاء الیاف طبیعی عبارتند از سلولز، لیگنین، پكتین، واكس و مواد محلول در آب.
د) سلولز: بخش اصلی تمام الیاف گیاهی
باید توجه داشت كه بدلیل حضور گروههای آبدوست در الیاف، رطوبت تأثیر شدیدی روی كامپوزیتهای الیاف طبیعی دارد. خشك كردن الیاف به هنگام فرآیند ساخت اهمیت فراوانی دارد چرا كه رطوبت روی الیاف به عنوان یك عامل جداساز در فصل مشترك الیاف و رزین عمل می‌نماید. به همین جهت تمام روشهای ساخت در دماهای بالا انجام می‌گیرد. وجود هرگونه رطوبت، باعث كاهش استحكام و سفتی كامپوزیت می‌شود. اغلب الیاف گیاهی، ۱۰ درصد رطوبت اسمی دارند كه پس از خشك كردن به ۱ درصد كاهش می‌یابد.
كیفیت فصل مشترك الیاف و رزین نقش مهمی در تعیین مقبولیت الیاف طبیعی به عنوان تقویت كننده مواد كامپوزیتی، دارد. به منظور بهبود چسبندگی الیاف و رزین، روشهای فیزیكی و شیمیایی مختلفی وجود دارد. برخی این روشها عبارتند از اصلاح توسط پلاسما و كرونا، اصلاح توسط تخلیه الكتریكی، جفت كننده‌های شیمیایی
● سایر الیاف
در برخی كاربردها ذرات معدنی به عنوان تقویت كننده پلیمرها استفاده می‌شوند.
ذرات معدنی به شرط دارا بودن نسبت aspect (طول به قطرd/l) كافی و چسبندگی مناسب به ماتریس پلیمری، خواص خوبی به پلیمر می‌دهند. این الیاف به راحتی فرآورش می‌شوند و كمتر می‌شكنند و فرسایش كمی در تجهیزات تولید ایجاد می‌كنند. گاهی اوقات طبیعت شیمیایی این مواد می‌تواند ویژگی‌هایی چون مقاومت شعله در پلیمر ایجاد می‌نماید.
علاوه بر محصولات طبیعی مانند ولاستونیت (wolastonite ) و آزبست، این الیاف شامل محصولات مصنوعی مانند كربنات كلسیمِ ته نشین شده و سولفات كلسیم نیز می‌باشد. همچنین گاهی الیاف بر پایه آلومینا و بر (boron) به منظور ایجاد خواص ویژه در كامپوزیت بكار برده می‌شوند. این سیستم‌ها نه تنها استحكام خوبی دارند، بلكه دارای خواص هدایت حرارتی و الكتریكی و مقاومت فرسایش نیز می‌باشند.
در گذشته تنها دو محصول طبیعی، دارای صرفه اقتصادی بود كه آزبست و ولاستونیت نامیده می‌شوند. به دلیل شرایط زیست محیطی دیگر از آزبست به عنوان تقویت كننده استفاده نمی‌شود.
ولاستونیت در طبیعت بصورت سوزنی شكل وجود دارد و بیان شده كه دارای سمیت كمی است. این ماده پس از استخراج بصورت پودری سفید رنگ با l/d ‌های مختلف بدست می‌آید. بالاترین نسبت aspect قابل دستیابی در این الیاف۲۰:۱ می‌باشد. این امر پتانسیل تقویت كنندگی این ماده را كاهش می‌دهد. با این وجود، محدوده‌ای از مصولات با انجام اصلاح سطح به منظور بهبود چسبندگی وجود دارد. علیرغم پایین بودنl/d، ولاستونیت می‌تواند تلفیق خوبی از خواص با یك قیمت معقول ایجاد نماید، بویژه وقتی به همراه الیاف شیشه استفاده شود.
تعدادی از مواد معدنی می‌توانند به روش ته نشینی از محلول به صورت ذرات سوزنی شكل در آیند و به عنوان تقویت كننده‌های تجاری استفاده شوند. از جمله این مواد می‌توان به كربنات كلسیم تهیه شده به روش ته نشین، سولفات كلسیم، اكسی سولفات و فسفات منیزیم اشاره نمود. نسبت
l/d این مواد بین ۱ :۲۰ تا۱:۱۰۰ می‌باشد.
● الیاف آلومینا:
در تئوری آلومینا می‌تواند به عنوان یك ماده با استحكام بالا مطرح باشد. پیوندهای چند ظرفیتی اشتراكی قوی این ماده موجب ایجاد كریستال‌های محكم با مدول شصت گیگاپاسكال و مقاومت حرارتی بالا می‌شود. در عمل پلی كریستالینهای آلومینا به عنوان یك سرامیك مهندسی مطرح هستند. افزودن سایر اكسیدها می‌تواند به فرآورش، تراكم و كنترل اندازه ذرات كمك كند. به دو دلیل بسط الیاف پیوسته آلومینا به كندی صورت می‌گیرد:
اول آنكه دانسیتهٔ آن نسبتا بالا خواهد بود و برای كاربردهایی كه خواص ویژه اهمیت دارند، جذاب نیست. و دوم اینكه آلومینا، مانند شیشه دارای خواص ذوب و ریسندگی مذاب نیست و اصولا تهیه الیاف عاری از حباب
● الیاف بُر
بُر یك ماده مناسب برای ساخت الیاف با كارایی بالاست. اتمهای سبك بُر چند ظرفیتی هستند و پیوندهای با ظرفیت بالا ایجاد می‌نمایند و در عین حال دانسیته پایینی دارند. تولید تجاری الیاف بُر، انحصارا توسط روش( free‌-void) بسیار مشكل است.deposition بخار شیمیایی (Cvd =‌Deposition vapour chemical) انجام می‌گیرد.
بُر شكل deposite شده فاز بخار روی رشته نازكی از یك فلز نسوز (معمولا تنگستن) به قطر m m ۱۲ است. رشته تنگستن به عنوان بستر deposition عمل می‌نماید. هم‌ هالید بُر و هم هیدرید بُر برای انتقال بُر به بستر رشته‌ای استفاده می‌شوند. در یك سیتم‌هالیدی، هیدروژن برای احیاء‌ هالید به بُر استفاده می‌شود. در سیستم هیدریدی، از تخریب حرارتی در فشار پایین استفاده می‌شود.
قطر رشته‌های بر صد میكرومتر می‌باشد و استحكام كششی آنها می‌تواند در محدودهٔ دو تا چهار گیگاپاسكال و مدول آنها در حدود سیصد و هشتاد مگاپاسكال باشد.در مجموع می‌توان گفت این الیاف خواص بسیار جالبی دارند ولی گران قیمتند.

منبع : شبکه ایران ـکامپوزیت