خواص کامپوزیت- بخش دوم

کامپوزیت های لیفی، مهم ترین نوع کامپوزیت ها می باشند که خود به دو دسته الیاف کوتاه و بلند تقسیم می شوند. الیاف می بایست استحکام کششی بسیار بالایی داشته، خواص لیف آن (در قطر کم) از خواص توده ماده بالاتر باشد. در واقع قسمت اعظم نیرو توسط الیاف تحمل می شود و ماتریس پلیمری در واقع ضمن حفاظت الیاف از صدمات فیزیکی و شیمیایی، کار انتقال نیرو به الیاف را انجام می دهد. ضمناَ ماتریس الیاف را به مانند یک چسب کنار هم نگه می دارد و البته گسترش ترک را محدود می کند. مدول کششی ماتریس پلیمری باید از الیاف پایین تر باشد و اتصال قوی بین الیاف و ماتریس به وجود بیاورد. خواص کامپوزیت بستگی زیادی به خواص الیاف و پلیمر و نیز جهت و طول الیاف و کیفیت اتصال رزین و الیاف دارد. اگر الیاف از یک حدی (طول بحرانی) کوتاه تر باشند، نمی توانند حداکثر نقش تقویت کنندگی خود را ایفا نمایند.

خواص کامپوزیت ها به عوامل مختلفی از قبیل نوع مواد تشکیل دهنده و ترکیب درصد آنها، شکل و آرایش تقویت کننده و اتصال دو جزء به یکدیگر بستگی دارد.

 02432464407-09

خواص کامپوزیت- بخش اول

کامپوزیت ها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنکه اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می بخشند. در کامپوزیت های پلیمری حداقل دو جزء مشاهده می شود: 

1 - فاز تقویت کننده که درون ماتریس پخش شده است. 

2 - فاز ماتریس که فاز دیگر را در بر می گیرد و یک پلیمر گرماسخت یا گرمانرم می باشد که گاهی قبل از سخت شدن آن را رزین می نامند.

در کاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز است. به عنوان مثال در صنایع هوافضا، کاربردهای زیر آبی، حمل و نقل و امثال آنها، امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را فراهم نماید، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنایع هوافضا به موادی نیاز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک بوده و مقاومت سایشی خوبی داشته باشند.

از آنجا که نمی توان ماده ای یافت که همه خواص مورد نظر را دارا باشد، باید به دنبال چاره ای دیگر بود. کلید این مشکل، استفاده از کامپوزیت هاست.

 02432464407-09

کامپوزیت در صنایع

به دلیل قالبگیری سریع ،‌ انگیزه های اقتصادی زیادی برای استفاده از مواد کامپوزیتی در کاربرد های متعدد وجود دارد که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1- صنایع خودروسازی: نظر به فرآیند پذیری ، مقاومت حرارتی و شیمیایی خوب پلی آمید های 6 و 66 و انعطاف پذیری آنها در طراحی ، این مواد معمولا به عنوان آلترناتیو قطعات فلزی ، در فضای موتور استفاده می شوند. خواص مکانیکی خوبی نظیر (سختی ،‌مقاومت به خزش و ...) ‌در طراحی قطعات خودرویی ، ایمنی و راحتی بیشتر را بدست خواهد داد.

2- صنایع برق و الکترونیک : در صنایع برق و الکترونیک که تستهای GWIT و UL94 الزامی است،‌ پلی آمید های 6 و 66 به راحتی می توانند شرایط تست اشتعال را بگذرانند و به دلیل فرآیند پذیری مطلوب، کاندیدای خوبی برای تولید قطعات کوچک مقاوم به حرارت با جداره نازک به حساب آیند.

3- کالاهای مصرفی و صنعتی : پلی آمید 66 به دلیل قالبگیری سریع ،‌ رنگ پذیری ،‌زیبایی سطحی ،‌مقاومت مکانیکی عالی راه حل مناسبی برای تولید کالاهای خانگی و صنعتی برای طراحی های پیچیده محسوب می گردد.

02432464407-09

روش تولید کامپوزیت (پلی آمید الیاف دار)

 در قطعات کامپوزیتی با زمینه پلیمر، با توجه به نوع قطعه و خواص مورد نظر،روش های مختلفی برای تولید وجود دارد.

1)  روش های دستی Hand Lay-up)) : که روش پیچیده ای نیست و تیراژ پایین دارد. این روش برای قطعات ساده که انتظار بالایی از نظر خواص مکانیکی از آنها نداریم استفاده می شود، مانند شناورها، قایق ها، گلدان ها و اتاقک ها .

2) روش :RTM (Resin Transfer Molding) در این روش یک قالب زرینی داریم که پارچه ای از فایبرگلاس در آن قرار می گیرد و سپس رزین تزریق می گردد. این روش از دقت و صافی سطح بیشتری نسبت به روش دستی برخوردار است. .ولی چون فشار بالا نیست به هم پیوستگی کمتری نسبت به روش SMC دارد. RTM نسبت به روش دستی به سرمایه گذاری بیشتری نیاز دارد.

3)  روش SMC (sheet molding comound): در این روش ابتدا مواد ترموست (گرماسخت) با
 الیاف شیشه تقویت شده و سپس بصورت ورق در می آید و سپس تحت گرما و فشار در قالب پرس شده و شکل می گیرد .

4) روش :GMT (Glass Matt reinforced Thermoplastic) در این روش مواد ترموپلاستیک (گرمانرم) با پارچه ای از فایبرگلاس مسلح شده و تحت فشار شکل می گیرند .

5) روش :FW (Filament Winding) این روش عمدتاً برای تولید قطعات مدور استفاده می شود که به پیوسته تولید می شوند، مثلاٌ برای تولید لوله ها، به دور هسته ای استوانه ای، فایبر گلاس آغشته به رزین پیچیده می شود و بعد مواد تحت گرما حالت نهایی به خود می گیرند .

6) روش  :BMC (Bulk Molding Compound)توده ای از خمیر که شامل مواد پلیمری و فایبرگلاس می باشد، تحت فشار به قالب تزریق می شود .

7) روش :LFT (Long Fiber Thermoplastic) در این روش مواد ترموپلاستیک با الیاف شیشه در داخل اکسترودر مخلوط می شوند و پس از خروج از اکسترودر تحت فشار، قطعه شکل نهایی را به خود می گیرد .

روش های SMC و GMT بیشتر در ساخت قطعات در صنعت خودرو کاربرد دارند. امروزه تمام بدنه خودرو از روش SMC تولید می شود. به طور مثال می توان به خودرو رنو مدل Spas  اشاره کرد که تمام بدنه آن کامپوزیتی است. سپرها، سینی زیر موتور، قطعات زیر خودرو (Under body cover) سقف خودور، قاب چراغ ها، سینی جا چراغی، جای فن و غیره از جمله قطعاتی هستند که معمولاٌ از کامپوزیت ها ساخته می شوند.

منبع: nano.itan

02432464407-09

مزایای کامپوزیت

به دلیل مزایایی که قطعات کامپوزیتی نسبت به قطعات فلزی دارند و صرفه جویی هایی که در اثر استفاده از آنها ایجاد می شود، هر روز قطعات بیشتری از خودرو به قطعات کامپوزیتی تبدیل میشود. در فلزات امکان ریخته گری با ضخامت های کم را نداریم. اگر با ورق نیز به شکل دهی قطعه بپردازیم، دور ریز زیاد دارد و ضایعات را زیاد میکند. در صورتی که برای کامپوزیت ها این محدودیت وجود ندارد و به خاطر قدرت سیلان بالا می توانند تمام قالب را پر کرده و شکل قطعه مورد نظر را کامل کنند.

بعضی از مزایا و صرفه جویی های ناشی از استفاده از مواد کامپوزیت در صنعت خودرو، عبارتند از :

1) خواص مکانیکی بالا:

به همان نسبت که وزن قطعات کم می شود، مقاومت مکانیکی آنها در ابعاد مختلف افزایش می یابد و به طور متوسط در تمام خواص مکانیکی خواص بهتری نسبت به فلزات از خود نشان میدهند. این مسئله باعث افزایش عمر قطعات خواهد شد.

2) سبکی:

این قطعات به خاطر وزن مخصوص کم دارای وزن کمتری نسبت به قطعات فلزی هستند. وزن تا حدود نصف و حتی بیشتر کاهش پیدا می کند. طبیعتاً این کاهش وزن در کاهش مقدار سوخت و استفاده از موتورهایی با قدرت کمتر و کوچک تر موثر خواهد بود. این مساله باعث صرفه جویی در مصرف سوخت و در نتیجه کاهش آلودگی می گردد.

3) مقاومت در برابر خوردگی :

بر خلاف فلزات تاثیر مواد نمکی و شیمیایی و اکسید شدن در قطعات کامپوزیتی کم است یا اصلاً وجود ندارد که باعث صرفه جویی در هزینه های نگهداری و افزایش عمر قطعات می شود و استفاده از قطعات در محیط های مرطوب را برای مدت طولانی فراهم می نماید.

4) سرمایه گذاری کم:

بر خلاف قطعات فلزی برای تولید قطعات با استفاده از کامپوزیت ها سرمایه گذاری کمتری لازم است. به طور مثال اگر برای تولید یک قطعه از فلز چند قالب لازم باشد، برای تولید همان قطعه با کامپوزیت، از یک یا دو قالب بیشتر استفاده نمی شود .

5) سهولت تولید:

این قطعات را میتوان با ماشین آلات کمتر و با سهولت بیشتری نسبت به فلزات و با تعداد بیشتری تولید کرد.

منبع: nano.itan

02432464407-09

کامپوزیت در صنعت خودرو

کامپوزیت و صنعت خودرو

امروزه به خاطر مزایایی که کامپوزیتها نسبت به فلزات دارند، توسعۀ زیادی پیدا کرده اند و صنعت کامپوزیت یکی از صنایع رو به رشد در عرصۀ مهندسی مواد است. از جمله میتوان به کاربرد قطعات کامپوزیتی در صنعت خودرو اشاره کرد. مهندس مباهات، مدیر عامل شرکت نورایستاپلاستیک، طی مصاحبهای با شبکۀ تحلیلگران تکنولوژی ایران، به طرح دیدگاههایی در این زمینه پرداخت که در زیر به برخی نکات مهم آن اشاره شده است: اکثر قطعاتی که در خودرو کاربرد دارند فلزی هستند، اما فلزات محدودیتهایی دارند که راه را برای استفاده از قطعات کامپوزیت در صنعت خودرو باز کرده است. کامپوزیتهای مورد استفاده در صنعت خودرو بیشتر از نوع کامپوزیتهای زمینه پلیمری هستند. این کامپوزیتها از مواد ترموست (گرماسخت) و ترموپلاستیک (گرمانرم) تشکیل شده اند که توسط الیاف شیشه تقویت میشوند .

منبع: nano.itan

02432464407-09

پلیمر- قسمت دوم الاستومر ها

الاستومرها

د- رابر نیتریل (NR) : نیتریل رابر، یک کوپلیمر از بوتادین و آکریلونیتریل است. این ماده در نسبتهای متفاوت از ۲۵:۷۵ تا ۷۵:۲۵ ساخته می‌شود که سازنده باید درصد آکریلونیتریل را در محصول خود مشخص کند. رابر نیتریل تحت نام تجاری Buna N شناخته شده و نظر به مقاومت در برابر متورم شدن در حالت غوطه‌وری در روغن‌های معدنی، دارای مقاومت بالا در مقابل روغن‌ها و حلا‌ل‌ها است. علاوه بر این، مقاومت شیمیایی آن در مقابل روغن‌ها متناسب با میزان آکریلونیتریل آن است. گرچه این ماده در مقابل اکسید‌کننده‌های قوی نظیر اسید نیتریک مقاوم نیست، مقاومت خوبی در مقابل ازن و تابش اشعه UV نشان می‌دهد. رابر نیتریل برای لوله‌های پلاستیکی گازوئیل، دیافراگم پمپ‌های سوخت، واشرها، آب‌بندها و درزگیرها (نظیر او- رینگ‌ها) ونهایتاً زیره‌های مقاوم در برابر روغن برای کفش‌های کار ایمنی استفاده می‌شوند.

ه) بوتیل رابر : بوتیل رابر، یک کوپلیمر از ایزوبوتیلن و ایزوپرن است. بوتیل رابر از نظر شیمیایی در مقابل اسیدهای معدنی رقیق، نمکها و قلیاها مقاوم بوده و مقاومت شیمیایی خوبی در مقابل اسید‌های غلیظ به استثنای اسیدنیتریک و اسید سولفوریک دارا است. این رابر در مقابل ازن نیز مقاومت بالایی دارد. گرچه به راحتی در مقابل مواد شیمیایی اکسید‌کننده، روغن‌ها، بنزن، و ستن‌ها مورد حمله قرار می‌گیرد، دارای مقاومت شیمیایی پایین در مقابل نفت و مشتقات آن و دیگر مواد شیمیایی آلی است. علاوه بر این، رابر بوتیل در مقابل اشعه UV (مانند قرار گرفتن در معرض نور خورشید) بسیار حساس است. مشابه دیگر رابرها، خواص مکانیکی آن توسط فرآیند ولکانیزاسیون بهبود می‌یابد. کاربردهای صنعتی آن مشابه کاربردهای رابر طبیعی است. بوتیل رابر برای تیوبهای داخلی تایر و لوله‌های خرطومی استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری:

با توجه به مطالب ارایه شده در این مبحث، پلیمرها به سه گروه اصلی ترموپلاستیک‌ها، ترموست‌ها و الاستومرها تقسیم می شوند که بعضی انواع آن از نظر خواص فیزیکی و کاربردهای آنها بیان شد. نتیجه حاصل از بررسی انواع مختلف پلیمرها مشخص می‌کند که هر سه گروه مذکور داری مقاومت شیمیایی بسیار بالا در برابر اسیدهای معدنی بوده و تقریباً همه آنها در مقابل تابش اشعه UV، مخصوصاً تابش نور خورشید، بسیار حساس هستند.

ترموپلاستیک‌ها با توجه به خواص مکانیکی و شیمیایی مناسب، در بسیاری کاربردهای صنعتی نظیر لوله‌ها و تجهیزات انتقال، تجهیزات الکتریکی، پوشش‌ها، اتصالات و نظایر آن استفاده می‌شوند. ترموست‌ها برخلاف ترموپلاستیک‌ها دارای مقاومت خوردگی پایینی هستند و در نتیجه استفاده از آنها در صنایع محدود به ساخت لوله‌ها، شیرها، پمپ‌ها، ظروف، پوشش‌های محفاظ، عایق‌کاری، چسبنده‌ها و … می شود. الاستومرها نیز به عنوان مواد پوشش‌ مخازن، تانکها و لوله‌ها استفاده شده و از نظر شیمیایی در مقابل اسیدهای معدنی رقیق، قلیاها و نمک ها مقاوم هستند.

منبع : انجمن کامپوزیت ایران

02432464407-09

پلیمر- قسمت اول الاستومر ها

الاستومرها

رابرها و الاستومرها عمدتاً بعنوان مواد پوشش برج ها،مخازن، تانکها، و لوله ها استفاده می شوند. مقاومت شیمیایی بستگی به نوع رابر و ترکیبات آن دارد. اخیراً رابرهای مصنوعی به بازار عرضه شده که نیازهای صنایع شیمیایی را تا حد زیادی تامین کند. هرچند هیچ یک از رابرهای تهیه شده دارای خواص رابر طبیعی نیست، ولی در یک یا چند مورد نسبت به آن برتری دارد. از رابرهای مصنوعی، ترانس – پلی ایزوپرن سیس- پلی بوتادین، شبیه رابر طبیعی هستند. تفاوت رابرها و الاستومرها در کاربردهای خاص، مشخص می شود.

الف) رابر طبیعی (NR) : رابر طبیعی یا سیس – ۱ و ۴- پلی‌ایزوپرن دارای منومر اولیه سیس – ۱ و ۴- ایزوپرن (این ماده گاهی کائوچو نامیده می‌شود) است. رابر طبیعی توسط فرآوری عصاره درخت رابر (Heva Brasiliensis) با بخار، و ترکیب آن با عوامل ولکانیزه، آنتی‌اکسیدان‌ها و پرکننده تهیه می‌شود. رنگهای دلخواه می‌تواند با ترکیب رنگدانه‌های مناسب (به عنوان مثال، قرمز: اکسید آهن- Fe2O3، سیاه: کربن سیاه و سفید: اکسید روی – ZnO) حاصل شود. رابر طبیعی دارای خواص دی‌الکتریک مناسب قابلیت ارتجاعی عالی، قابلیت جذب ارتعاش بالا و مقاومت شکست مناسب است. بطور کلی، رابرهای طبیعی از نظر شیمیایی در مقابل اسیدهای معدنی رقیق، قلیا و نمکها مقاوم هستند. رابر طبیعی، براحتی توسط مواد شیمیایی اکسید‌کننده، اکسیژن اتمسفری، ازن، روغن‌ها، بنزن و ستن‌ها مورد حمله قرار گرفته وغالباً دارای مقاومت شیمیایی کم در مقابل نفت و مشتقات آن و بسیاری مواد شیمیایی آلی هستند، بطوری که در معرض آنها نرم می‌شوند. علاوه بر این، در مقابل تابش اشعه UV (به عنوان مثال، قرار گرفتن در معرض نور خورشید) بسیار حساس هستند.

در مجموع این ماده برای کاربردهایی که به مقاومت سایشی، مقاومت الکتریکی و خواص جذب ضربه یا ارتعاش نیاز دارند، بسیار مناسب است. با وجود این، به واسطه محدودیت مکانیکی رابر طبیعی، و همچنین بسیاری رابرهای مصنوعی، توسط ولکانیزاسیون و ترکیب با افزودنیهای دیگر این مواد به محصولات پایدارتر و سخت‌تر تبدیل می‌شوند. فرآیند ولکانیزاسیون شامل اختلاط رابر طبیعی یا مصنوعی خام با ۲۵ درصد وزنی سولفور و حرارت مخلوط در OC150 است. مواد رابر حاصله به واسطه واکنش‌های زنجیری بین رشته‌های کربن مجاور به مراتب سخت‌تر و قوی‌تر از مواد اولیه هستند. بنابراین، کاربردهای صنعتی رابر طبیعی ولکانیزه شده شامل مواردی نظیر: پوشش داخلی پمپ‌ها، شیرها، لوله‌ها، خرطومی‌ها و اجزای ماشین کاری است. به دلیل مقاومت شیمیایی پایین و حساسیت این رابر به نور خورشید، که یک خاصیت نامطلوب در صنایع است، امروزه این ماده با انواع جدید الاستومرها جایگزین می‌شود.

ب – ترانس- پلی‌ایزوپرن رابر (PIR) : ترانس – ۱ و ۴- پلی‌ایزوپرن رابر، یک رابر مصنوعی با خواص مشابه نوع طبیعی آن است. این ماده اولین بار در طول جنگ جهانی دوم به واسطه مشکلات تامین رابر طبیعی بطور صنعتی شناخته شد. گرچه، این ماده حاوی ناخالصی‌های کمتری نسبت به رابر طبیعی بوده و فرآیند تهیه آن بسیار ساده است، به دلیل قیمت بالای آن، زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرد. خواص مکانیکی و مقاومت شیمیایی آن، مشابه رابر طبیعی بوده و مانند بسیاری از انواع دیگر رابرها خواص مکانیکی آن توسط فرآیند ولکانیزاسیون بهبود می‌یابد.

ج- رابر استایرن بوتادین (SBR) : رابر استایرن بوتادین، یک کوپلیمر استایرن و بوتادین است. این رابر تحت نام تجاری Buna S شناخته شده است. مقاومت شیمیایی آن مشابه رابر طبیعی است و دارای مقاومت پایین در مقابل اکسید‌کننده‌ها، هیدروکربن‌ها و روغن‌های معدنی است. از این رو از نظر شیمیایی مزیت خاصی نسبت به دیگر رابرها ندارد این رابر در تایر اتومبیل، تسمه‌ها، واشرها، لوله‌های خرطومی و دیگر محصولات متنوع استفاده می‌شود.

منبع : انجمن کامپوزیت ایران

02432464407-09

پلیمر- قسمت دوم ترموست ها

ترموست ها

ب – پلاستیک های فوران : این پلاستیک ها از فنولیگ گران تر هستند، اما استحکام کششی بالاتری دارند. بعضی مواد در این دسته دارای مقاومت قلیایی بیشتر هستند. مقاومت حرارتی این پلی استرها حدود 0C80 است.

رزین‌های اپو کسی (EP) : اپوکسی های با پایه گلیسیدال اتر شاید بهترین ترکیب از نظر مقاومت سایشی و خواص مکانیکی باشند. اپوکسی های تقویت شده با فایبر گلاس استحکام بسیار بالا و مقاومت حرارتی خوبی دارند و مقاومت شیمیایی رزین اپوکسی در مقابل اسیدهای ضعیف بسیار عالی و در مقابل اسیدهای قوی نامناسب می باشد. مقاومت قلیایی آن، در محلول های ضعیف بسیار خوب است. اپوکسی در قالب ریزی، اکستروژن ها، ورقه ها، چسبنده ها و پوشش ها کاربرد دارند. این مواد بعنوان لوله ها ، شیرها، پمپ ها، تانک های کوچک، ظروف، سینک ها، آسترکاریها، پوشش های محافظ، عایق کاری، چسبنده ها و حدیده ها بکار می روند.

منبع : انجمن کامپوزیت ایران

02432464407-09

پلیمر- قسمت اول ترموست ها

ترموست ها

الف – پلی اورتان ها (PUR) : این پلیمرها در فرمهای مختلف نظیر فوم های انعطاف پذیر و سخت، الاستومورها و رزین های مایع استفاده می شوند. پلی اورتان ها در برابر اسیدها و بازهای قوی و حلال های آلی دارای مقاومت خوردگی پایین هستندو فوم های انعطاف پذیر عمدتاً برای کاربردهای خانگی (نظیر بسته بندی ) استفاده می شوند، در حالیکه فوم های سخت به عنوان مواد عایق حرارتی برای انتقال سیالات کرایوژنیک و محصولات غذایی سرد بکار گرفته می شود.

منبع : انجمن کامپوزیت ایران

02432464407-09