کامپوزیت‌های الیاف طبیعی در صنایع ساختمان و خودرو

عدم امکان بازیافت و قیمت بالا، همواره به عنوان دو معضل عمده گسترش کامپوزیت‌های پلیمری در دنیا مطرح بوده است. اما امروزه استفاده از الیاف طبیعی در ساخت کامپوزیت‌ها نویدبخش افق روشنی برای صنعت کامپوزیت است. این الیاف به راحتی به چرخه طبیعت برمی‌گردند و از قیمت بسیار پایین‌تری برخوردار هستند. متن زیر به معرفی مزایای کاربرد این نوع الیاف در صنایع ساختمان و خودرو می‌پردازد:
● معضلات کامپوزیت‌های الیاف شیشه
کامپوزیت‌ها در حقیقت ترکیبی از الیاف تقویت‌کننده با یک رزین پلیمری به شمار می‌آیند.
یک قطعه کامپوزیتی ساخته‌شده از جنس الیاف شیشه پس از اتمام عمر خود در طبیعت باقی می‌ماند و مانند مواد آلی، نمی‌تواند توسط باکتری‌ها تجزیه شود. این مشکل حتی با سوزاندن قطعه کامپوزیتی به قوت خود باقی است؛ چراکه سوزاندن تنها قسمت پلیمری قطعه را به طبیعت برگشت می‌دهد و الیاف شیشه در حین حرارت دیدن همچنان بدون تغییر باقی می‌مانند. حتی اگر بخواهیم این الیاف را مجدداً مورد استفاده قرار دهیم، خواهیم دید که بعد از چند بار بازیافت کردن، الیاف مقاومت مکانیکی خود را از دست می‌دهند و به صورت ضایعات بلااستفاده در خواهند آمد.
از سویی الیاف شیشه نسبت به آهن معمولی گرانتر است و همین عامل قیمت بالا باعث شده است که در بسیاری موارد، استفاده از آهن به‌صرفه‌تر از الیاف شیشه (فایبرگلاس) باشد. علاوه بر آهن، آلومینیوم نیز به دلایل قابلیت‌های بالایی که در فرایندهای شکل‌دهی از خود نشان می‌دهد و همچنین مقاومت در برابر خوردگی، از رقبای کامپوزیت‌ها محسوب می‌شود.
این دو معضل باعث کند شدن میزان استفاده از کامپوزیت‌ها در صنایع ساختمان و خودرو گردیده است.
● کامپوزیت‌های الیاف طبیعی
برای مقابله با این دو نقیصه، فعالیت‌های گسترده‌ای جهت استفاده از الیاف طبیعی همچون کنف و چتایی در ساخت قطعات کامپوزیتی صورت گرفته است. این فعالیت‌ها طی دهه گذشته به نحو چشمگیری افزایش یافته است و از سوی کشورهای مختلف توسعه یافته و در حال توسعه همچون آمریکا، هند و غیره دنبال می‌شود.
الیاف طبیعی بسیار سبک بوده و فوق‌العاده ارزانتر از الیاف شیشه هستند. این الیاف خواص مکانیکی بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند و به سادگی در انواع فرایندهای شکل‌دهی کامپوزیت‌ها از قبیل پالتروژن یا قالب‌گیری فشاری قابل استفاده هستند. برخلاف آنچه که از الیاف طبیعی انتظار می‌رود سرعت اشتعال کامپوزیت‌های الیاف طبیعی بسیار پایین‌تر از حد تصور است.
این الیاف از نظر مقاومت و قیمت، حد واسط پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌های الیاف شیشه (فایبرگلاس) محسوب می‌گردند. بنابراین در ساخت قطعات تزئینی و سایر مواردی که نیازمند مقاومت فوق‌العاده نیست (اصطلاحاً سازه‌های غیرباربر) رقبای مناسبی برای پلاستیک‌ها، فایبرگلاس و حتی چوب و آهن به شمار می‌آیند. در مقام مقایسه نیز کامپوزیت‌های الیاف طبیعی نسبت به بهترین پلاستیک‌‌ها تا سی درصد مقاوم‌تر هستند.
مجموع این عوامل باعث گردیده است که صنایع ساختمان و خودرو به عنوان بزرگترین صنایع مصرف‌کننده کامپوزیت‌ها، استقبال مناسبی از کامپوزیت‌های الیاف طبیعی بنمایند.
● صنعت خودرو
کامپوزیت‌های الیاف طبیعی مورد استفاده در خودروسازی را می‌توان به دو دسته تقسیم‌بندی نمود:
۱) نخست آنهایی که صرفاً در ساخت قطعات تزئینی به کار می‌روند و نیاز به مقاومت چندان بالایی ندارند.
۲) دسته دیگر آنهایی که کاربرد نیمه باربر دارند و لازم است تا مقاومت مکانیکی نسبتاً بالایی از خود نشان دهند.
دسته اول بیشتر در ساخت قطعات داخل اتاق خودرو همچون رودری، طاقچه عقب و داشبورد کاربرد دارند. دسته دوم در ساخت پوشش سقف و صندوق عقب مورد استفاده قرار می‌گیرند و لازم است تا در برابر ضربه و بار اعمالی استحکام لازم را داشته باشند.
کامپوزیت‌های الیاف طبیعی مصرفی در قطعات خودروها علاوه بر داشتن حداقل خواص مکانیکی، از رفتار شکست بسیار خوبی برخوردار هستند. این کامپوزیت‌ها به صورت غیرناگهانی و تدریجی می‌شکنند و همچنین در حین تصادفات، کمتر لبه‌های تیز و برنده که سرنشین خودرو را زخمی کند تولید می‌کنند.
این کامپوزیت‌ها به طور خلاصه نسبت به مواد متداول از خواصی مناسب زیر برخوردارند:
۱) سطح نهایی بسیار صاف و نرمی دارند.
۲) ظاهر آنها بسیار بهتر از پلاستیک‌های ارزان‌قیمت است.
۳) ازنظر حرارتی در برابر شعله بسیار مقاوم‌تر از پلاستیک‌ها هستند.
۴) جاذب اصوات بیرونی هستند.
۵) به مرور زمان تغییر شکل نمی‌دهند.
۶) نسبت به تغییرات جوی همچون رطوبت مقاوم هستند.
۷) هزینه پایینی دارند.
● صنعت ساختمان
صنعت ساختمان یکی از بزرگترین بازارهای کامپوزیت‌های الیاف طبیعی به شمار می‌آید. استفاده از کامپوزیت‌های الیاف طبیعی به عنوان جانشین‌های مناسب چوب و آهن در ساخت‌وساز به شدت در حال گسترش است. در ساخت پارتیشن‌ها، سقف‌های کاذب، حصارها نرده‌ها، کف‌ها و نمای دیوارها به خوبی می‌توان از این نوع کامپوزیت‌ها استفاده کرد. در کشورهای آسیایی ساخت کیوسک‌ها، خانه‌های پیش‌ساخته، خوابگاه‌ها، سایبان‌ها و پناهگاه‌ها به کمک این کامپوزیت‌ها مورد استقبال فراوان واقع شده است.
این کامپوزیت‌ها در مقایسه با فایبرگلاس و آهن بسیار ارزانتر بوده و بسیار سبک‌تر است. کامپوزیت‌های الیاف طبیعی مصرف‌شده در ساختمان را با انواع فرایندهای شکل‌دهی می‌توان به سهولت تولید نمود. این الیاف به راحتی می‌توانند به صورت پروفیل‌های پالتروژنی که در ساخت قاب‌ها به کار می‌روند شکل داده شوند. همچنین پانل‌های تولیدشده به روش تزریق رزین می‌توانند به عنوان جانشین‌های مناسبی برای فیبرهای چوبی و صفحات MDF مطرح شوند. به کمک فرایند پرس گرم نیز می‌توان تخته‌های بسیار نازک با ضخامت‌های گوناگون را تهیه نمود که در ساخت روکش‌های تزئینی کاربرد دارد. سطوح این کامپوزیت‌ها نیز مشابه چوب بوده و به کمک یک لایه جلادهنده براقی ویژه‌ای پیدا می‌کنند.
امروزه استفاده از کامپوزیت‌های الیاف طبیعی به عنوان روکش‌های تزئینی شکیل در بسیاری از کشورها دنبال می‌شود. در جدول زیر یک مقایسه تطبیقی بین کامپوزیت الیاف شیشه و کامپوزیت‌های الیاف طبیعی متداول آورده شده است.

نویسنده: محمد رضا آبادیان
مأخذ: سایت www.TIFAC.Org.in
مجموعه مقالات هفتمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران

منبع : شبکه تحلیل گران تکنولوژی ایران