کامپوزیت ها

از دیرباز انسان مواد مختلف را با هم ترکیب کرده تا ماده ای جدید با خواص بهتر به دست آورد بعنوان مثال در زمان فراعنه, کارگران یهودی برای افزایش استحکام آجرها از تکه های کاه در آنها استفاده می کرده اند اغلب مواد طبیعی نیز از خواص فوق العاده خود را از ترکیب دو یا چند جزء به دست می آورند

از دیرباز انسان مواد مختلف را با هم ترکیب کرده تا ماده ای جدید با خواص بهتر به دست آورد. بعنوان مثال در زمان فراعنه، کارگران یهودی برای افزایش استحکام آجرها از تکه های کاه در آنها استفاده می کرده اند. اغلب مواد طبیعی نیز از خواص فوق العاده خود را از ترکیب دو یا چند جزء به دست می آورند. مثلاًبسیاری از بافتهای بدن که استحکام بالا و انعطاف پذیری فوق العاده دارند از رشته های سفت درون زمینه؟ ای با استحکام کمتر تشکیل شده اند. این رشته ها طوری در کنار هم قرار گرفته اند که هنگام اعمال بارهای زیاد، حدأکثر استحکام را تأمین کنند و همچنین به راحتی به روی یکدیگر بلغزند تا بافت انعطاف پذیر باشد.

اغلب مواد مهندسی نیز ترکیبی از دو یا چند فاز پخش شده در مقیاس میکروسکوپی اند. به عنوان مثال چنانچه یک فولاد کربنی ساده از دمای ۸۰۰ درجه سانتیگراد سرد شود، ریزساختاری با لایه های متناوب یک فاز نرم انعطاف پذیر ( آهن خالص ) و یک ترکیب سخت و شکننده ( سمنتیت Fe۳c ) خواهد داشت.

مواد طبیعی و مواد مهندسی در واقع میکروکامپوزیت هایی هستند؟ که خواص آنها از پراکندگی مناسب فازها بدست می آید. یک کامپوزیت ماده ای است که یک فاز متمایز فیزیکی و یا شیمیایی پخش شده در یک فاز پیوسته دارد و عموماً دارای خصوصیاتی متفاوت و یا بهتر از آن دو جزء می باشد.

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. مرسوم است که کامپوزیت ها را براساس خصوصیات فاز زمینه طبقه بندی می کنند. از این نظر با توجه به اینکه مواد مذکور 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). در هر زمینه ای فاز تقویت کننده می تواند از جنس سرامیک، فلز و یا پلیمر باشد.

کامپوزیت های زمینه پلیمری با الیاف تقویت کننده ای مثل کربن، شیشه یا آرامید ( Aramid ) به عنوان مواد مهندسی، کاملاً شناخته شده هستند. فلزات حاوی ذرات و الیاف سرامیکی نیز اهمیت زیادی دارند و کامپوزیت های زمینه سرامیکی جدیدترین نوع کامپوزیت ها می باشند.

در سال های اخیر استفاده از کامپوزیت ها بخصوص کامپوزیت های زمینه پلیمری (PMC) رشد سریعی داشته و این روند همچنان ادامه دارد. عامل اصلی توسعه کامپوزیت ها خواص بهینه آنها نسبت به اجزای تشکیل دهنده می باشد. این توسعه عمدتاً با جایگزینی کامپوزیت بجای مواد معمول و بخصوص فلزات صورت می گیرد.

اغلب کامپوزیت های زمینه پلیمری از رزین های ترموست و الیاف تقویت کننده ساخته می شوند. ترموست به محصولی گفته می شود که در یک واکنش بازگشت ناپذیر شیمیایی ساخته می شود. متفاوت از پلاستیک ها با حرارت نمی توان یک محصول ساخته شدۀ پلیمری ترموست را نرم کرد. الیاف تقویت کننده در کامپوزیت ها هنگامی که با رزین ترکیب می شوند نقش استحکام بخشی به آن را ایفا می نمایند. صنایع کامپوزیت طیف وسیعی از محصولات را تولید می کنند. در زیر زمینه های مختلفی که محصولات کامپوزیتی در آن مورد استفاده قرار گرفته اند ارائه شده است:

▪ هواپیما، هوافضا، صنایع دفاعی: اجزاء هواپیما، سپرهای حرارتی، پوسته موتور راکت و ملزومات دیگر

▪ ملزومات و تجهیزات اداری: دستگاههای کپی، اجزاء کامپیوتر، ملزومات خانگی و ابزار الکتریکی

▪ ساخت و ساز: استخرهای شنا، وان حمام، برجهای خنک کننده، کف پل ها و علائم راهنمایی و رانندگی

▪ ورزشی: چوب گلف، کمپ، وسایل ورزشی، صندلی، یخ نورد، اسکی و چوب ماهیگیری

▪ تجهیزات مقاوم به خوردگی: لوازم کنترل آلودگی، محصولات تصفیه آب، لوله ها و فیتینگ ها، تانک های ذخیره سازی زیرزمینی و...

▪ الکتریک و الکترونیک: جعبه فیوز ( دکل های برق )، اتصالات الکترونیکی و لوله ها

▪ دریایی: قایق، کرجی، کانو، کشتی و سازه های دریایی

▪ حمل و نقل: بدنه و اجزاء اتومبیل، قطعات مختلف خودرو

● مزایای کامپوزیت ها:

▪ استحکام بالا

▪ وزن کم

▪ قابلیت شکل دهی

▪ عمر نسبتاً طولانی

● نحوه ساخت کامپوزیت ها:

روش های متعددی برای ساخت کامپوزیت های پلیمری وجود دارد. هر روشی برای ترکیبهای خاصی از محصول، بازار و مواد خام مناسب است. تمام کامپوزیت ها در موارد ذیل مشترک هستند:

▪ در تمام آنها میزان مناسبی از رزین، پرکننده های تقویت کننده و الیاف به کار رفته است.

▪ در تمام آنها یک سیال یا یک ماده خمیری شکل به فرم نهایی درمی آید.

▪ در تمام آنها عمل پلیمریزاسیون در حین پخت صورت می گیرد.

▪ در تمامی آنها مخلوطی از رزین، تقویت کننده و مواد دیگر به فرم یک جامه صلب در می آیند.