دانلود تحقیق کامپوزیت ها

تاریخچه: کامپوزیتها (مواد چند سازه ای یا کاهگل های عصر جدید )رده ای از مواد پیشرفته هستند که در آنها از ترکیب مواد ساده به منظور ایجاد موادی جدید با خواص مکانیکی و فیزیکی برتر استفاده شده است.اجزای تشکیل دهنده ویژگی خود را حفظ کرده در یکدیگر حل نشده و با هم ممزوج نمی شوند.استفاده از این مواد در طول تاریخ نیز مرسوم بوده است .از اولین کامپوزیت‌ها یا همان چندسازه‌های ساخت بشر می‌توان به کاه گل وآجرهای گلی که در ساخت آنها از تقویت کننده کاه استفاده می شده است اشاره کرد..هنگامی که این دو باهم مخلوط بشوند در نهایت آجرپخته بدست می آید که بسیار ماندگارتر و مقاوم تر از هر دو ماده اولیه یعنی گل و کاه است.قایق‌هایی که سرخ‌پوست‌ها با قیر و بامبو می‌ساختند و تنورهایی که از گل، پودر شیشه و پشم بز ساخته می‌شدند و در نواحی مختلف کشورمان یافت شده است،نیز از کامپوزیت‌های نخستین هستند.

بسیاری از نیازهای صنعتی صنایعی مانند صنایع فضایی ، راکتورسازی، الکترونیکی و غیره نمی‌تواند با استفاده از مواد معمولی شناخته شده ، برآورده شود.

اما قسمتی از آن نیازها، می‌تواند با استفاده از قدیمی ترین مثال از کامپوزیت ها مربوط به افزودن کاه به گل جهت تقویت گل و ساخت آجری مقاوم جهت استفاده در بناها بوده است .

قدمت این کار به 4000 سال قبل از میلاد مسیح باز می گردد .

در این مورد کاه نقش تقویت کننده و گل نقش زمینه یا ماتریس را دارد .

ارگ بم که شاهکار معماری ایرانیان بوده است،نمونه بارزی از استفاده از تکنولوژی کامپوزیت ها در قرون گذشته بوده است.مثال دیگر،تقویت بتن توسط میله های فولادی می باشدکه قدمت آن به سال 0081 میلادی باز می گردد .

در بتن مسلح یا تقویت شده،میله های فلزی،استحکام کششی لازم را در بتن ایجاد می نمایند چرا که بتن یک ماده ترد می باشد و مقاومت اندکی در برابر بارهای کششی دارد .

بدین ترتیب بتون وظیفه تحمل بارهای فشاری و میله های فولادی وظیفه تحمل بارهای کششی را بر عهده دارند .

تاریخچه مواد پلیمری تقویت شده با الیاف به سالهای 1940 در صنایع دفاعی و به خصوص کاربردهای هوا - فضا بر می گردند برای مثال در سال 1945 بیش از 7 میلیون پوند الیاف شیشه به طور خاص برای صنایع نظامی ، مورد استفاده قرار گرفته است .

در ادامه با توجه به مزایای آنها ، به صنایع عمومی نیز راه یافتند.

تعریف: کامپوزیت = پلیمر های تقویت شده با الیاف معمولا یک ماده کامپوزیت را به صورت یک مخلوط فیزیکی در مقیاس ماکروسکوپیک از دو یا چند ماده مختلف تعریف می کنند که این مواد خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خودرا حفظ کرده و مرز مشخصی را با یکدیگر تشکیل می دهند.این مخلوط در مجموع و با توجه به برخی معیارها خواص بهتری از هریک از اجزای تشکیل دهنده خودرا دارا می باشد.در کامپوزیت عموماً دو ناحیه متمایز وجود دارد.

۱- فاز پیوسته (ماتریس) 2-فاز ناپیوسته(تقویت کننده) در یک کامپوزیت به طور کلی الیاف،عضو بار پذیر اصلی سازه هستند در حالیکه ماتریس آنها را در محل وآرایش مطلوب نگاه داشته وبعنوان یک محیط منتقل کننده بار بین الیاف عمل می کند،به علاوه آنهارا از صدمات محیطی دراثر بالا رفتن دما و رطوبت حفظ می کند.

کامپوزیتها شامل یک یا چند فاز غیر پیوسته در یک فاز پیوسته می باشند.

خواص کامپوزیتها تابع موارد زیر می باشد: 1- خواص فاز های تشکیل دهنده آن ( ماتریس و الیاف ) 2- توزیع فازها 3- اثرات متقابل فازها بر یکدیگر 4- ابعاد ماده تقویت کننده شامل : شکل و اندازه و توزیع ذرات نقاط قوت کامپوزیت ها: • وزن کم این مواد در عین بالا بودن نسبت مقاومت به وزن آنها (حتی تا 15 برابر برخی از فولادها ).

• مقاومت بالا نسبت به خوردگی.

•وجود روش های مختلف ساخت و امکان تولید اشکال پیچیده و متنوع ویژگی های اصلی کامپوزیت ها : کامپوزیت ها دارای: وزن مخصوص کم- پایداری حرارتی خوب- توانایی بالا در جذب انرژی ها- ظرفیت دمپینگ بالا- سهولت در تولید- مقاومت خستگی خوب مقاومت مکانیکی بالا- مقاومت شیمیایی (ضدخوردگی)- صافی سطح- سبکی و سهولت در نصب- حمل آسان- کاهش هزینه های پمپاژ- عدم نیاز به حفاظت کاتدیک- طول عمر مفید بسیار بالا- بهداشتی بودن- مقاومت خوب دمایی- عدم تخریب در مقابل اشعه ماوراء بنفش- عدم نیاز به پوششهای مختلف می باشند.

تقسیم بندی مواد کامپوزیت: کامپوزیتها را می توان از نقطه نظر فاز پیوسته تقسیم بندی نمود: 1) کامپوزیت های زمینه سرامیکی ( CMC ) 2) کامپوزیتهای زمینه فلزی ( MMC) 3) کامپوزیتهای زمینه پلیمری ( PMC ) کامپوزیت های پایه پلیمری: کامپوزیتهای پایه پلیمری که مهم ترین دسته از کامپوزیت ها می باشند طیف وسیعی از صنایع ، از صنایع رده بالا مثل تولید قطعات هواپیما گرفته تا صنایع رده پایین مثل تولید سینک ظرفشویی و ....

از کامپوزیتهای پایه پلیمری تولید می شوند و درحال حاضر 59 درصد بازار کامپوزیت ها را به خود اختصاص داده اند و به همین دلیل بزرگترین زیر مجموعه مواد مرکب محسوب می گردند .

ردپای کامپوزیت های پایه پلیمری را در حوزه های زیر می توان جستجو نمود : 1- صنایع حمل و نقل شامل حمل و نقل هوایی ، جاده ای و دریایی 2- صنایع نظامی و هوا – فضا 3- صنایع انرژی در هر حوزه های تولید و انتقال برق و صنعت نفت ، گاز و پتروشیمی 4- صنعت ساخت و ساز شامل صنایع زیر بنایی و صنعت ساختمان 5- صنایع مبلمان شهری 6- وسایل خانگی 6- وسایل خانگی 7- لوازم ورزشی کامپوزیت های پایه پلیمری در حال حاضر تنها به میزان 1 درصد در مهد تولد خود یعنی صنایع هوا – فضا کاربرد دارند و قسمت عمده الباقی در صنایع ساخت و ساز و حمل و نقل به کار گمارده می شوند.درحقیقت توسعه فناوری تولید کامپوزیتهای پایه پلیمری،این امکان را فراهم کرده است تا اغلب صنایع از مزایای منحصر به فرد این مواد بهره جویند.مطابق آمار ارائه شده ، بیشترین میزان مصرف کامپوزیت ها معطوف به صنعت ساخت و ساز مشتمل بر ساختمان،ابر سازه ها ، صنایع نفت و گاز و لوله می باشد .

مزایای کامپوزیت های پایه پلیمری: مزایای سازه های مبتنی بر کامپوزیت های پلمیری نسبت به نمونه های سنتی بتنی ، چوبی و فلزی را که باعث نفوذ آنها در گستره وسیعی از صنایع مختلف شده است ، در موارد زیر می توان خلاصه نمود : 1- کاهش وزن سازه ساخته شده با توجه به معماری قابل تغییر بر اساس خواست طرح 2- ایمن بودن در برابر پدیده خوردگی 3- قابلیت تحمل بارهای سیکلی و مقاومت بسیار مناسب در برابر پدیده خستگی 4- سادگی روشهای تولید و امکان تولید اشکال بسیار پیچیده باروشهای بسیار آسان ، کارآمد و مقرون به صرفه 5- سهولت فرایندهای تعمیر و عیب یابی 6- ضریب انبساط حرارتی پایین و عایق مناسب حرارتی 7- عایق الکتریکی 8- بهبود اتصالات و امکان تولید یکپارچه 9- خصوصیات ارتعاشی بسیار مناسب و مقاوم بودن نسبت به پدیده تشدید در ارتعاشات نسبت به فلزات 10- قابلیت مونتاژ آسان ساختار کامپوزیت های پایه پلیمری: در کامپوزیت های پایه پلیمری ، ماتریس یا همان زمینه یک ماده پلیمری است که به آن لفظ رزین اطلاق می گردد و شامل دو دسته کلی ترموپلاستیک و ترموست ها هستند.الیاف تقویت کننده نیز شامل انواع شیشه،آرامید،کربن و بورن می باشد .

دراین ترکیب نقش باربری به صورت عمده بر عهده الیاف است .

رزین وظیفه توزیع بار اعمال شده در شبکه الیاف و نگهداشتن موقعیت الیاف در جای خود را بر عهده دارد .

امروزه استفاده از الیاف طبیعی در کامپوزیت های موسوم به کامپوزیت سبز نیز رونق خاصی پیدا کرده است.

نوع دیگری از تقسیم بندی کامپوزیتها : 1- کامپوزیتهای پودری - نسبت طول به قطر آنها تقریبا نزدیک یک است.

- خواص کامپوزیتها به جهت الیاف بستگی ندارد.

- سفتی یا مدول کامپوزیت بالا است ولی استحکام کششی افزایش ندارد.

- بهبود خواص هدایت الکتریکی و حرارتی - کاهش جمع شدگی 2- کامپوزیتهای لیفی- کامپوزیتهای تک لایه- کامپوزیتهای چند لایه- کامپوزیتهای زاویه دار ویژگی برجسته این کامپوزیتها : استحکام ویژه بالا، کنترل خواص ناهمسانی نقش الیاف در ساختار مواد کامپوزیت: الیاف اصلی ترین اِلمان در مواد مرکب لیفی هستند که بالاترین کسر حجمی را در ساختار کامپوزیت دارند.

انتخاب صحیح نوع، مقدار و جهت بسیار مهم بوده و تاثیر زیادی در خصوصیاتی نظیر : - جرم مخصوص - استحکام کششی - مدول کششی - استحکام فشار - استحکام خستگی - قیمت - خواص حرارتی و الکتریکی دارند.

طبقه بندی اصلی ترین الیاف مورد استفاده در کامپوزیت ها : - فلزی : شیشه ، ازبست - معدنی : کربن، گرافیت، آرامید - عالی : بر، Sic - طبیعی : طبیعی نوع الیاف، مقدار و آرایش یافتگی آنها روی خواص زیر تاثیر می گذارد: 1- استحکام و مدول کششی، فشاری و خمشی 2- استحکام خستگی 3- ضرایب انتقال حرارت و الکتریسیته 4- وزن مخصوص کامپوزیت 5- قیمت الیاف مورد استفاده در صنعت کامپوزیت : 1- الیاف شیشه 2- الیاف کربن 3- الیاف آرامید 4- الیافهای دیگر مثل : آزبست، بازالت، بر، پلی اتیلن الیاف شیشه( glass fibre): رایج ترین و پرمصرف ترین لیف، شیشه می باشد.

ماده اصلی تشکیل دهنده آن (سیلیکا) Sio2 می باشد.

انواع مختلف الیاف شیشه: الیاف نوع C، الیاف مقاوم در برابر مواد شیمیایی الیاف نوع D، الیاف مقاوم در برابر امواج الکترومغناطیس الیاف نوع E، عایق جریان الکتریسیته الیاف نوع M، الیاف با مدول بالا الیاف نوع S، الیاف با استحکام بسیار بالا عوامل موثر بر استحکام الیاف شیشه: 1- سرعت اعمال بار بالا = استحکام بیشتر 2- افزایش دما = کاهش استحکام 3- افزایش رطوبت = کاهش استحکام اشکال الیاف شیشه: الیاف بلند : 1-منحنی (Yarn) 2-رشته ای (Roving) 3-پارچه ای 4-سوزنی و نمدی 5-نواری 6-سه بعدی( ترکیب سوزنی، پارچه زاویه دار در رشته ای) الیاف کوتاه الیاف کربن: الیاف کربن در کامپوزیت های با زمینه سبک مانند انواع رزین ها به کار می رود .

کامپوزیت های الیاف کربن در مواردی که استحکام و سختی بالا به همراه وزن کم و ویژگیهای استثنایی مقاومت به خوردگی مدنظر باشند ، یگانه گزینه پیش روست .

همچنین هنگامی که مقاومت مکانیکی در دمای بالا ، خنثی بودن از لحاظ شیمیایی و ویژگی ضربه پذیری بالا نیز انتظار برود ، باز هم کامپوزیت های کربنی بهترین گزینه هستند .

با توجه به این ویژگی ها ، پهنه گسترده موارد کاربرد این ماده در گستره های گوناگون فناوری به سادگی قابل تصور است.

الیاف کربن دارای دانسیته 27/2 گرم بر سانتی متر مکعب و شامل ساختار گرافیتی و بسیار نازک می باشند.

الیاف آرامید: مزایا : - نسبت استحکام و مدول به وزن بسیار عالی - مقاومت ضربه عالی - مقاومت در برابر شکست ناشی از خزش - مقاومت خستگی خوب - عدم حساسیت به شکاف یا ترک - مقاومت بالا در مقابل اسیدها و بازها - خواص خوب اتلاف انرژی ارتعاشی - خواص دی الکتریک عالی نسبت به شیشه - خواص خود خاموش کنی با نشر دود کم - امکان استفاده مداوم تا دمای حدود 180 درجه سانتی گراد - جرم مخصوص پایین - مدول کششی بالا - استحکام کششی بالا - مقاومت ضربه بالا - کاهنده دامنه نوسان در ارتعاشات محدودیت ها : - مقاومت فشاری پایین - محدودیت در برشکاری - حساس به نور خورشید اشکال موجود الیاف آرامید: الیاف بلند : 1- نخی (Yarn) 2- رشته ای (Roving) 3- پارچه ای 4- ترکیبی با الیاف کربن و شیشه (جهت پوشش محدودیت های موجود) الیاف کوتاه : اندازه 1 میلیمتر تا 25 میلیمتر جهت قالبگیری رزین ها و نقش آنها در کامپوزیت ها: انواع مختلف رزین‌ها: 1- رزینهای پلی استر 2- رزینهای وینیل استر 3- رزینهای اپوکسی 4- رزینهای فنلی وظایف رزین ها در کامپوزیت ها : - نگهداری الیاف در کنار هم - انتقال تنش به الیاف - محافظت از الیاف در مقابل عوامل محیطی - حفاظت سطح الیاف از سایش تاثیر بر خواص کامپوزیت : - استحکام و مدول عرضی موثر - خواص فشاری ( موثر) - استحکام برشی ( موثر) - استحکام برشی صفحه ای ( موثر ) - خواص کششی ( کم اثر ).

فرایند پذیری یک کامپوزیت به خصوصیات فیزیکی رزین ها مانند گرانروی، نقطه ذوب و دمای پخت رزین بستگی دارد.

انواع رزین های پلیمری : الف : پلیمر های گرما سخت 1- رزین های پلی استر غیر اشباع 2- رزین های اپوکسی 3- رزین های فنولیک 4- رزین اپوکسی نووالانس 5- رزین پلی ایماید 6- رزین اوره و ملامین فرمالدئید ب : پلیمر های گرما نرم 1- نایلون 6 و 66 2- پلی استر ها 3- پلی کربنات 4- پلی استال ها – پلی سولفون ها 5- پلی اتراکتون PEEK 6- PAI , PEI مقایسه خواص پلیمرهای گرمانرم و گرما سخت در کامپوزیت ها: رزین‌های پلی‌استر: از واکنش یک یا چند اسید و باز یک یا چند عامله تهیه می شوند.

این رزینها در یک حلال مانند استایرن حل می شوند تا ویسکوزیته آنها کاهش یابد و همچنین شبکه های سه بعدی تشکیل می دهند.

کاتالیزور آنها پراکسیدهای آلی است.

انواع رزین های پلی استر: رزین های پلی استر به دو نوع کلی تقسیم بندی می شوند: رزین های ایزو،رزین های اورتو افزایش دما، قرار گرفتن در مقابل نور، عمر آنها را کاهش می دهند.

پخت رزینهای پلی استر همراه کاتالیزور(پراکسیدهای آلی یا هیدروپراکسیدها) به میزان 2% نامحسوس است در نتیجه به آنها تسریع کننده می افزایند که مهمترین آنها محلول 42/0% کبالت در استایرن می باشد.

رزین های اپوکسی: خواص رزینهای اپوکسی: 1- خاصیت مکانیکی خوب 2- خاصیت الکتریکی خوب 3- مقاومت حرارتی عالی 4- چسبندگی عالی به بسیاری از مواد مانند فلزات، چوب، بتن، شیشه و ..

5- مقاومت ویژه خوب به ویژه در محیطهای قلیایی 6- جمع شدگی کم پس از پخت این رزین ها با خواص زیر مورد توجه قرار می گیرند : 1- خواص مکانیکی خوب : مانند چقرمگی، سختی، مقاومت سایشی بالا 2- خاصیت الکتریکی خوب 3- مقاومت حرارتی عالی 4- چسبندگی عالی روشهای مختلف شکل دهی کامپوزیتها: روش لایه گذاری دستی 2- روش افشاندن (spray up) 3- قالبگیری کیسه ای 4- اتوکلاو 5- رشته پیچی 6- قالبگیری فشاری 7- ترکیبات قالبگیری 8- قالبگیری انتقال رزین 9- پالتروژن مقایسه پارامترهای فرآیندی در روش های شکل دهی مقایسه عوامل هزینه‌ای در فرآیندهای مختلف 1.پالتروژن(از سریع ترین و مهم ترین روشهای تولید محصولات کامپوزیتی): پالتروژن فرآیند پیوسته‏ای برای تولید انواع پروفیلهای کامپوزیتی است.

در این فرآیند، الیاف تقویت کننده را از یک حمام عبور می‏دهند تا به رزین آغشته شود.

سپس الیاف آغشته شده را وارد یک قالب گرم می‏نمایند و نمونه پخت شده را توسط یک دستگاه کشش بیرون می‏کشند.

بعد از این مرحله امکان برش محصول در اندازه‏های دلخواه وجود دارد.

این فرایند تا حدودی مشابه فرایند اکستروژن پلاستیکها و تولید پروفیلهای پلاستیکی است.

از جمله مزایای این روش که یکی از باصرفه‏ترین روشهای تولید کامپوزیتهاست، این است که درصد الیاف در آن بالاست و چون الیاف بصورت طولی آرایش می‏یابند، محصول دارای استحکام کششی و فشاری بسیار بالایی است.

همچنین سطح محصول نهایی کاملاً صاف است و نیازی به فرآیندهای تکمیلی نیست.

مراحل فرآیند: ورودی الیاف: الیاف تقویت کننده‏ به شکلی هستند که بطور پیوسته فرآیند امکان پذیر باشد.

قفسه الیاف پیوسته، اولین قسمت خط فرآیند می‏باشد.

بعد از قفسه الیاف، قفسه نمد الیاف شیشه یه پارچه‌ها سطح قرار دارد.

حرکت الیاف از ناحیه آغشته ‏سازی می‏بایست کنترل شود تا از هرگونه پیچش و گره و آسیب محفوظ بماند.

اینکار می‏تواند توسط راهنماهای فلزی، سرامیکی و یا تفلونی انجام ‏شود.

‍ حمام آغشته‏‌سازی: آغشته‌‏سازی الیاف تقویت کننده، از اصول فرآیند پالتروژن می‌باشد.

غوطه‏‌وری در حمام یک راه برای این کار است.

در این روش الیاف از رو و زیر میله‌‏های آغشته‌‏سازی عبور داده می‏شوند تا از هم باز، و به رزین آغشته گردند.

معمولاً در ساخت پروفیلهای پیچیده، بعد از حمام و قبل از قالب، از صفحاتی برای شکل دادن به الیاف آغشته به رزین، استفاده می‏‌کنند.

پوشش این صفحات باید از جنسی مناسب باشد تا از وارد ساختن هرگونه تنش به الیاف آغشته ضعیف شده، جلوگیری به عمل آید.

معمولاً این قطعات از جنس تفلون، پلی‏ اتیلن با جرم مولکولی بسیار بالا ، فولاد با پوشش کرم و یا آلیاژهای مناسب فولادی می‏باشند.

قالب: قالب پالتروژن، قالب این فرایند محسوب می‏شود.

چرا که دما، کنترل کننده سرعت واکنش پخت، محل پخت رزین در قالب و شدت گرمای حاصل از پخت رزین می‏باشد.

قطعه‌‏ای که کامل پخت نشده باشد، خواص فیزیکی و مکانیکی ضعیفی از خود نشان می‏دهد.

همچنین اگر گرمای اضافی در قالب وجود داشته باشد، نقص و ترک حرارتی، موجب افت خواص الکتریکی، شیمیایی و مکانیکی قطعه می‏شود.

گیره و کشش: حداقل 3 متر فاصله بین خروجی قالب و محل کشش می‏بایس تعبیه شود تا قطعه فرصت سرد شدن پیدا کند و در برابر فشار گیره کشش تغییر شکل ندهد.

سه روش برای کشش مرسوم است؛ کشش رفت وبرگشتی متناوب، کشش رفت و برگشتی پیوسته و کشش توسط سیستم تسمه نقاله‏ای.

برش: هر خط پیوسته پالتروژن احتیاج به یک سیستم برش دارد تا طولهای مناسب از قطعه تحویل شود.

هردو روش برش خشک و تر قابل استفاده می‏باشند.

ولی در هر حال تیغه برش می‏‌بایست الماسه باشد.

در صورتیکه سرعت خط بالا باشد، تیغه برش همراه پروفیل حرکت می‏کند.

مواد: با توجه به خواص مورد نظر، می‏توان از الیاف و رزینهای مختلفی استفاده نمود.

الیاف تأمین کننده خواصی چون استحکام کششی و ضربه، سفتی و مانند آن می‏باشند ولی رزین تأمین کننده خواص فیزیکی مانند آتشگیری، مقاومت در برابر شرایط جوی، هدایت حرارتی و مقاومت شیمیایی می‏‌باشند.

برای بهبود خواص نیز از انواع افزودنی‏ها استفاده می‌‏شود.

مزایای پالتروژن: پالتروژن یکی از اقتصادی‏ترین روشهای تولید پروفیلهای کامپوزیتی مورد مصرف در صنایع ساختمان است.

از این فرآیند در ساخت قطعات سبک مقاوم در برابر خورندگی، سیستمهای عایق الکتریکی، سازه‏های ساحلی و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده می‏شود.

ویژگیها و مزایای قطعات حاصل از این روش، در جدول زیر خلاصه شده است: پالتروژن در ایران: از میان انواع فناوری‌های شکل‌دهی کامپوزیت‌های پلیمری، تکنولوژی پالتروژن در کشور ما نسبت به بقیه مهجورتر مانده است.

علی‌رغم نیاز بالقوه‌ای که در کشور به تولید محصولات پالتروژنی وجود دارد تلاش چندانی در جهت دستیابی به این فناوری صورت نگرفته است.

اما در حال حاضر تعداد مراکزی که به سمت فن‌آوری پالتروژن روی آورده‌اند از یکی دو مرکز تجاوز نمی‌کند.

به این ترتیب با هدف پاسخگویی به این خلأ، پروژه ساخت دستگاه پالتروژن در گروه کامپوزیت پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران آغاز گردید و پس از گذر حدود 2 سال موفق به تولید محصول صنعتی شدیم.

در حال حاضر نیز تحقیقات بر روی فرآیند پالتروژن در قالب پروژه ملی تولید میلگرد آجدار برای استفاده در سازه‌های بتن آرمه ادامه دارد.

دستگاه پالتروژن ساخته شده در پژوهشگاه پلیمر نیز با هزینه بسیار پایین و صرف تنها چند میلیون تومان تجهیز گردیده است.

این در حالی است که نمونه خارجی دستگاه، گاهی تا چند صد هزار دلار قیمت دارد.

تولید دستگاه در داخل کشور علاوه بر آنکه موجب دستیابی به تکنولوژی پالتروژن در کشور می‌گردد تا حد بسیار زیادی هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

برخی از پرکاربردترین کامپوزیت ها: کامپوزیتFrp: بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه های آمریکا هنگام بررسی پلها از نظر سازه ای به دلیل پوشش کم بتن، طراحی ضعیف، عدم مهارت کافی هنگام اجرا و سایر عوامل همانند شرایط آب و هوایی سبب ایجاد ترک در بتن و خوردگی آرماتورهای فولادی شده است.

پس از سالها مطالعه بر روی خوردگی، FRP به عنوان یک جایگزین خوب آرماتورهای فولادی در بتن پیشنهاد شده اند.

سه نوع میلگرد ( AFRP) , ( CFRP ) , ( GFRP ) از انواع تجاری آن هستند که در صنعت ساختمان کاربرد دارند.

از این مواد به جای آرماتور های فولادی یا کابلهای پیش تنیده در سازه های بتنی پیش تنیده و یا غیر پیش تنیده استفاده می شود.

مواد FRP موادی غیر فلزی و مقاوم در برابر خوردگی است که در کنار خواص مهم دیگری همانند مقاومت کششی زیاد آنها را برای استفاده بعنوان آرماتور مناسب می کند.

از آنجایی که FRP ها مصالحی ناهمسانگرد هستند نوع و مقدار فیبر و رزین مورد استفاده، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلی را در بهبود خواص مکانیکی آن دارد.

مزایای Frp: 1- مقاومت کششی بیشتر از فولاد 2- یک چهارم وزن آرماتور فولادی 3- عدم تأثیر در میدانهای مغناطیسی و فرکانس های رادیویی، برای مثال تأثیر روط دستگاه های بیمارستانی 4- عدم هدایت الکتریکی و حرارتی لذا به دلیل مزایای بالا به عنوان یک جایگزین مناسب برای آرماتورهای فولادی در سازه های دریایی،سازه پارکینگ ها، عرشه های پل ها، ساخت بزرگراه هایی که بطور زیادی تحت تأثیر عوامل محیطی هستند و در نهایت سازه هایی که در برابر خوردگی و میدانهای مغناطیسی حساسیت زیادی دارند پیشنهاد می کند.

کامپوزیت پانل: پانل های ساختمانی ساخته شده با کامپوزیت: پانل کامپوزیت آلومینیومی : پانل کامپوزیت آلومینیومی متشکل از لایه هایی از ورق آلومینیومی در بالا و پائین و مواد پلی اتیلنی غیر سمی در مرکز می باشد که ترکیبی از LDPE و L- LDPE دارای کیفیت شکل پذیری بالاست این ماده دارای قابلیت پردازش بسیار آسان ، پایداری شیمیایی و عملکرد مکانیکی فوق العاده می باشد و نقطه ضعفی ندارد .

بنابراین پانلها چنانچه در معرض گرما و یا سرمای شدید قرار گیرند مسطح باقی می مانند .

هردو سطح با درجات پخت متفاوت توسط روش Coil Coating پوشش داده می شوند .

پانل کامپوزیت فلزی : موارد مصرف: 1-نمای بیرونی ساختمانها 2-بازسازی نمای ساختمانهای قییمی و تغییر دکوراسیون 3-دکوراسیون دیوارهای داخلی ، سقفها ، حمامها، آشپزخانه ها و تراسها 4-دکوراسیون داخلی فروشگاهها 5-تابلوهای تبلیغاتی ، سکوهای نمایش و لوح های اطلاعاتی 6-مواد صنعتی و مواد مورد مصرف در ماشینها و قایقها 7-دیوارکوب ها و سقف کوب های تونل ها ویژگی ها : Ø پایداری فوق العاده در برابر شرایط گوناگون آب و هوائی Ø پایداری بالا در برابر پوسته شدن رنگ و مسطح بودن پوشش Ø سبکی و پردازش ساده Ø خصوصیات ضد حریق ممتاز Ø پایداری در برابر جدانشدن لایه ها از یکدیگر Ø سادگی نگهداری Ø پایداری در برابر ضربه پانل‌های ساندویچی ساختمانی: پانل‌های ساندویچی اصطلاحاً به آن دسته از ساختارهایی اطلاق می‌شود که از یک هسته مرکزی ضعیف و لایه‌های خارجی قوی تشکیل شده باشد.

معمولاً در ساخت این قبیل پانل‌های ساندویچی از کامپوزیت های الیاف شیشه (فایبرگلاس) و اخیراً ازکامپوزیت‌های الیاف طبیعی کمک گرفته می‌شود.

مزیت‌های پانل‌های ساندویچی برای مصارف ساختمانی: آنچه پانل‌های ساندویچی را به عنوان گزینه‌های مناسب در ساختمان‌سازی کشورهای جهان مطرح ساخته است به شرح زیر است: الف) سبکی فوق‌العاده: ب) مقاومت بالا: ج) مقاومت در برابر خوردگی و پوسیدگی لوله های کامپوزیتی: یکی از زمینه های عمده استفاده از کامپوزیت ها ، تولید لوله های با اقطار مختلف با استفاده از مواد کامپوزیتی است .

لوله های کامپوزیت که متشکل از الیاف شیشه و رزین های ترموست می باشند ساختار محکم ، مقاوم به خوردگی و سبکی را فراهم می کنند که به عنوان جایگزین بسیار مناسبی برای لوله های فلزی و بتونی مطرح می شوند .

عبارات GRP ، GRV ، GREکه در صنعت لوله های کامپوزیتی رواج دارد ، همگی معرف پیکربندی های مختلف لوله های کامپوزیتی هستند که با توجه به ماًموریت مختلف مورد انتظار ، از ساختار مبتنی بر الیاف شیشه به همراه رزین پلی استر ، وینیل استر و یا اپوکسی در آنها استفاده می شود .

پلی استرها اغلب برای تولید لوله ها جهت مصارف مختلف از جمله آب شرب ، جمع آوری فاضلاب و پسابهای صنعتی و آبیاری و .....

استفاده می شوند و وینیل استرها مقاومت بیشتری در برابر خوردگی در برابر مایعات خورندگی قوی مانند اسیدها و سفید کننده ها دارند .

رزین اپوکسی معمولاً برای لوله هایی با قطر کمتر از750 میلمیتر و عمدتاً برای خطوط نفت ، گاز و فشارهای بسیار بالا استفاده می شوند.

لوله های کامپوزیتی از دیدگاه نحوه انتقال سیار حاوی به دو گروه عمده گرانشی و فشاری تقسیم می شوند .

در لوله های گرانشی سیال به وسیله نیروی گرانشی ویا با فشار خیلی کم برای تداوم حرکت ، جابجا می شود و به همین دلیل ویژگی سفتی عامل مهم در طراحی این لوله ها می باشد .

جهت قرارگیری الیاف در این لوله ها به شیوه ای است که سفتی لوله در جهت های محیطی و محوری باعث کاهش تغییر شکل های خمشی در مسیر می شود و لوله در برابر نیروهای ناشی از دفن ورفت و آمد روی آن ، مقاومت می نماید .

قطر این لوله ها از 100 میلیمتر تا 4000 میلمیتر متغییر است و الیاف بیشتر در جهت محیطی قرارداده می شود که برای تحمل فشارهای زیر 16 بار (6/1 مگا پاسکال ) مناسب است .

این لوله ها در عمق زیاد نسبت به سطح زمین قرار می گیرند و فشار خاک و فشار ترافیکی روی آنها زیاد است .

لوله های فاضلاب نمونه ای از لوله های گرانشی می باشند .

از لوله های تولید شده به روشهای الیاف پیچی پیوسته و نا پیوسته جهت تأمین لوله های گرانشی نیز استفاده می گردد هرچند کاربرد اصلی این نوع لوله ها جهت مصارف پر فشار می باشد .

در لوله های فشاری ، حمل سیالات درفشارهای بین 690 کیلو پاسکال تا چند مگا پاسکال مد نظر می باشد .

عمده مصرف این لوله ها در انتقال آب ، صنایع نفت و گاز و دریایی می باشد .

که فراورده های مختلف با فشارهایی در حدود 14 و یا 34 مگا پاسکال انتقال داده می شوند .جهت الیاف در این لوله ها بر اساس میزان فشار طراحی در زوایای مختلفی نسبت به محور لوله صورت می پذیرد .

حوزه های مختلف کاربرد لوله های کامپوزیتی: -توزیع آب در هر دو حوزه ساختمان و صنعت -سیستم فاضلاب شهری -انتقال پسابهای صنعتی -جمع آوری آبهای سطحی -انتقال آب دریا و رودخانه ها -مدخل آبگیری برای سیستم های برجهای خنک کن -شبکه اطفاء حریق -خطوط فرایندی برای کارخانه های صنعتی -شبکه انتقال و توزیع سوخت -انتقال سیالات خورنده -شبکه های آبیاری و زهکشی ویژگیها و مزایای لوله های کامپوزیتی: لوله های GRP نسبت به لوله های فلزی و بتونی از مزایای خاصی بهره مند هستند که هر مزیتی به واسطه وجود ویژگی خاصی نتیجه می شود .

اهم ویژگی های این نوع لوله ها را در موارد ذیل می تواند برشمرد : 1)مقاومت در برابر خوردگی 2)کاهش وزن 3)سطح داخلی صاف و صیقلی سنگ کامپوزیت: سنگهای کامپوزیتی گرانیتا ( در حال تولید در 25 کشور اروپایی ) ، اختراعی نوین و اروپایی است که جانشینی مناسب برای سنگهای ساختمانی و تزیینی ، سنگ نما ، کفپوشهای بتنی متداول و پیورس ، موزاییک و پله ...

با مقاومت عالی در برابر بارهای وارده و شرایط اقلیمی ( مطابق برگه های آزمایشگاه مرجع مکانیک خاک ) و با تنوعی بی نظیر در رنگ و طرح های انحصاری و صخره نما ( بیش از 160 رنگ ، مطابق سلیقه و نیاز) با قابلیت عایق شدن بر روی دیوار و سبک سازی ساختمان است.

مهمترین موارد کاربرد کامپوزیت: با توجه به پایداری بسیار زیاد کامپوزیت‌های پایه پلیمری و مقاومت بسیار خوب آنها در محیط‌های خورنده، این کامپوزیت‌ها، کاربردهای وسیعی در صنایع دریایی پیدا کرده‌اند که از آن جمله می‌توان به ساخت بدنه قایقها و کشتیها و تاسیسات فراساحلی اشاره داشت.

استفاده از کامپوزیت‌ها در این صنعت، حدود 60% صرفه‌جویی اقتصادی داشته است که علت اصلی آن مربوط به پایداری این مواد است.

صنعت ساختمان وصنایع مرتبط باآن پرمصرف‌ترین صنعت برای مواد کامپوزیتی است.ساخت بدنه هواپیما،ساخت پره های توربین بادی و پره های هلی کوپتر وپوشش رادار هواپیما از کاربردهای کامپوزیت در صنعت هوافضا است.

این مواد در صنعت نفت وگاز نیز به منظور ترمیم وتقویت سازه های فرسوده و ترمیم لوله های فرسوده نفت و گاز،عایق توربین به کار می روند..(کامپوزیت ها با توجه به ساختار شبکه ای و طولی ای که دارند گرما را فقط در جهت طولی منتقل می کنند و نه عرضی بنابراین به عنوان عایق گرما برای دیواره توربین ها مناسب می باشند.

کامپوزیت ها در ساخت تراورس: مورد دیگری از کاربرد کامپوزیتها را در صنایع حمل و نقل و بهطور خاص بحث تراورس راه آهن میتوان یافت.

در کشور ما سالیانه مقادیر بسیار زیادی تراورس راه آهن تعویض یا بهسازی میگردد و این جدای از هزینه هنگفت بستن خط و تغییر ریلها و زیرسازیهای لازم است.

اما اگر همین تراورسها با کامپوزیت تقویت شوند عمر 7 ساله تراورسها را تا 30 سال میتوان افزایش داد و در ازای پرداخت هزینه اولیه دو یا سه برابر، هزینه تعمیر و تعویض تا 4 برابر کاهش مییابد و در نهایت صرفه اقتصادی دارد.

تراورسهای کامپوزیتی با داشتن قیمتی معادل قیمت بهترین نوع چوبی آن، از مزایای دیگری نظیر سهولت کاربرد، عمر طولانیتر و خواص مکانیکی بهتر برخوردار هستند که اقتصادی بودن استفاده از آنها را مسلم میسازد.

علاوه بر اینها مواد اولیه مورد استفاده برای ساخت این تراورسها اغلب از مواد ارزان هستند که از ضایعات کارخانجات دیگر به دست آمدهاند.

این مساله علاوه بر ایجاد یک منبع درآمد برای این کارخانجات منجر به خروج آنها از طیف آلایندههای زیست محیطی و تبدیل به مواد بازیافت شده و مفید میگردد.

بهعلت عدم پوسیدگی، استفاده از این تراورسها در مناطق مرطوب به صرفهتر از نوع چوبی آن است.

کامپوزیت در صنعت ساختمان: همانطور که ملاحظه می شود سقف‌های کامپوزیت از برخی سقفهای تیرچه و بلوک سبکتر و از برخی سنگین‌تر هستند بنابراین این تصور که کلیهسقفهای کامپوزیت سبکتر از کلیه سقفهای تیرچه و بلوک و کرومیت هستند غلط است.

محاسن : 1-عموماً سقفهای کامپوزیت وزنی سبک یا نسبتاً سبک دارند.

2- سقفهای کامپوزیت سرعت اجرای بالاتری نسبتبه سقفهای با تیرچه بتنی و کرومیت دارند.

3 - به کاذبکاری نیازی ندارد.

نقاط ضعف احتمالی : 1- سقف کامپوزیت بدلیل هزینه کاذب کاری سنگین ازعموم سقفهای تیرچه و بلوک و کرومیت هزینه تمام شده بیشتری دارد.

2-هرچند سرعت اجرایی سقفهای کامپوزیت نسبت به سقفهای تیرچه و بلوک و کرومیت بیشتر است اما بدلیل کاذب کاری سنگین و نیاز به نبشیکشی، در مجموع اجرای پروژه زمان بیشتری طول خواهد کشید.

3- سقفهای کامپوزیت بدلیل داشتن لرزش ، گزینه مناسبی برای سقف پروژه‌های مسکونی نمی باشد مگر اینکه به هنگام بتن ریزی زیر کلیه تیرآهنهای فرعی و اصلی شمع بندی کامل شود که در این صورت اجرای همزمان چند سقف منتفی است یا با مشکلات فراوانی همراه خواهد بود.

مزایای استفاده از کامپوزیت در صنعت ساختمان ایران: این مواد در صنعت ساختمان کاربرد وسیعی دارند که میتوان به موارد زیر اشاره کرد.

1.

تعمیر و تقویت خارجی سازهها : سازههای ساختمانی مخصوصاً سازههای بتن آرمه در هنگام اجرا یا بهرهبرداری به دلایل مختلف از جمله ضعف اولیه یا عمر زیاد تحت اثر عوامل مختلف محیطی یا مکانیکی تضعیف میشوند.

روشهای سنتی تقویت این سازهها دارای دو مشکل اساسی هستند: اولاً در اجرا بسیار مشکلساز میباشند.

چرا که برای تقویت مثلاً یک ستون به کمک غلاف بتنی باید قسمتی از سازه تخریب موضعی شود تا قطعات فولادی لازم در سازه جاسازی شوند و سپس بتنریزی انجام گیرد که بسیار پردردسر و گاه غیرممکن است.

ثانیاً با توجه به مشکلات رایج در ساخت بتن، احتمال آنکه قسمتهای تقویت کننده نتوانند در هنگام اجرا به گونه مناسب با سازه در دست تعمیر هماهنگ شوند وجود دارد، که در صورت وقوع چنین امری سازه انتظارات مورد نظر را برآورده نخواهد کرد.

2.

ساخت سازههای تمام کامپوزیت