دانلود تحقیق تاریخچه کامپوزیت

کامپوزیت کامپوزیت به موادی اطلاق می شود که در ساختار آن بیش از یک جزء استفاده شده باشد.

که در این مواد اجزاء مختلف خواص فیزیکی مکانیکی خود را حفظ می کنند.

البته این طور هم می توان گفت که کامپوزیت ها موادی چند جزئی هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است.

ضمن آن که اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می‌بخشند.

جملات بالا تعریف ساده ای از کامپوزیت ها بودند.

این را هم اشاره کنم که بررسیها و تحقیقات برای دست یافتن به مواد جدیدتر با خواص مکانیکی بهتر ، همواره انجام می‌گرفته و هنوز هم همگام با پیشرفت صنایع دنبال می‌گردد.

در این بررسیها ، اغلب این هدف دنبال می‌شود که به موادی با نسبت مناسب از استحکام کششی به چگالی ، استحکام حرارتی بالا و خواص ویژه سطح خارجی دست یابند.

کامپوزیت های در راستای این هداف کشف شدند و مورد استفاده بسیار در انواع صنایع قرار گرفتند.

در این جا سعی داریم شما را با دو نوع بسیار معروف در دنیای کامپوزیت آشنا سازیم این دو نوع کامپوزیت های پلیمری و نانو کامپوزیت ها هستند فصل اول: کامپوزیت های پلیمری قسمت اول مقدمه به طور کلی به ترکیب دو یا چند ماده با هم، ماده مرکب گفته می‌شود که مواد مرکب حاصل از مواد پرکننده یا تقویت کننده با پلیمرها از مهمترین آن ها محسوب می‌شوند.

این مواد اهمیت صنعتی فراوانی دارند و هنوز هم تحقیقات در این زمینه ادامه دارند.

مواد مصنوعی تقویت شده با الیاف شیشه (فایبرگلاس‌ها) یکی از این مواد می‌باشد که تاکنون کاربرد صنعتی وسیعی پیدا کرده اند.در ضمن صنعت کامپوزیت یکی از صنایع رو به رشد در عرصه مواد مهندسی است.

امروزه به خاطر مزایایی که کامپوزیت ها نسبت به فلزات دارند، توسعه زیادی پیدا کرده اند.

تهیه مواد مرکب از پودر چوب یا محصولات سلولزی مانند الیاف سلولز، لیگنین و غیره.با پلی‌اولفین‌ها، بالاخص پلی‌پروپیلن در دهه اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است و کشورهای آمریکایی و اروپایی محصولاتی از این نوع را تحت عنوان wood stock برای مصارف گوناگون، عرضه کرده‌اند.

انواع کامپوزیت های پلیمری کامپوزیت های پلیمری به دو دسته کلی تقسیم بندی می شوند: 1.

کامپوزیت تقویت شده با الیاف (Fiber Reinforced Composites): این کامپوزیت ها به کامپوزیت های لیفی هم مشهور هستند (Fibrous Composites).

در این نوعاز کامپوزیت،الیاف فاز تقویت کننده می باشد.

این دسته از کامپوزیت ها (FRC)کاربرد های سازه ای استفاده فراوانی دارند.

2.

کامپوزیت های ذره ای :(Particulate Composite)در این نوع از کامپوزیت ها، فاز تقویت کننده از ذرات تشکیل شده است.

این دسته از کامپوزیت ها در قطعات با اصطحکاک زیاد مورد کاربرد قرار می گیرند.

از منظری دیگر می توان کامپوزیت ها پلیمری رابر اساس نوع تقویت شدن، به شیشه ایی ، کربنی و آرامید تقسیم کرد.

کامپوزیت هایپلیمری رشته شیشه ای شامل رشته های شیشه ایی پیوسته یا ناپیوسته در زمینه پلیمریاست.

در آینده به جای شیشه بیشتر از کربن به عنوان رشته تقویت کننده در کامپوزیت هایپلیمری استفاده خواهد شد.

چون رشته های کربنی بیشترین استحکام ویژه و مدول ویژه رادر میان مواد رشته های تقویت کننده دارا هستند .

رشته های آرامید موادی با استحکامو مدول بالا هستند که در اوایل دهه 1970 عرضه شدند .

در کامپوزیت های زمینهپلیمری ، غیر از سه نوع رشته تقویت کننده شیشه ایی ، کربنی و آرامید گاه از بور ،کاربید سیلیسیم و اکسید آلومینیم در حد محدودی استفاده می شود.

رشته های بور در اجزاهواپیماهای نظامی ، تیغه ای پره بالگرد و برخی وسایل ورزشی بکار می رود از رشتهکاربید سیلیسیم و آلومینا در راکتها ی تنیس ، مدار چاپی و دماغه مخروطی موشکاستفاده می شود کامپوزیت ها براساس منشأ (طبیعی یا مصنوعی) زمینه یا پر کننده نیز طبقه بندی می شوند.

طبیعت از کامپوزیت ها در مواد سخت استفاده کرده است.

این مواد سخت دارای ساختار پیچیده ای از مواد فیبری یا ذره ای هستند که در زمینه ای آلی قرار گرفته اند (این زمینه مانند چسب عمل می کند).

چوب یک کامپوزیت است که از الیاف سلولز به همراه لیگنین (lignin) تشکیل شده است.

ابریشم تولیدی از عنکبوت، شامل نانوکریستال های آلی در یک زمینه ی آمورف و آلی است.

پوسته ی حلزون (شکل 2) از لایه های یک ماده ی مینرالی سخت تشکیل شده است که بوسیله ی یک بایندر پروتئینی از همدیگر مجزا شده اند.

یک ساختار صفحه ای مشابه تولید شده است که بوسیله ی قرارگیری فلس های میکا در یک زمینه ی پلیمر مصنوعی به دست می آید.

این پلیمر مصنوعی ترموست به همراه میکای فلس مانند تشکیل مجراهای عبور بخار و مایع در یک میکروکامپوزیت می دهد.

طبقه بندی کامپوزیت های بر اساس کاربرد: این مواد چند سازه ای بر اساس نوع کاربرد و عملکردی که دارند هم طبقه بندی می شوند.

برای مثال شخصی می تواند مابین دو بیوکامپوزیت تفاوت قائل شود؛ مثلا بیوکامپوزیت های مورد مصرف برای کاربردهای اکولوژی (ecologicalapplications) که از ترکیب الیاف یا ذرات طبیعی به همراه زمینه ای پلیمری تشکیل شده اند.

(این پلمیرها از منابع بازگشت پذیر و غیر قابل بازگشت پذیر تهیه می شوند).

این نوع بیوکامپوزیت ها به خاطر داشتن خاصیت تخریب پذیری بوسیله محیط طبیعی، ممتاز هستند.

بیوکامپوزیت های مورد استفاده در بیوپزشکی از پلیمرهای تخریب پذیر یا مقاوم در برابر عوامل بیولوژیک تشکیل شده اند که بوسیله ی پر کننده های با سطح فعال یا خنثی اصلاح شده اند.

این نوع بیوکامپوزیت ها در شکسته بندی (orthopedics)، ترمیم استخوانی (boneregeneration) یا کاربردهای مهندسی بافت کاربرد دارند.

الیاف شیشه نوعS، تقریباْْ40 درصد استحکام بیشتری نسبت به الیاف شیشه نوعEدارند.الیاف شیشه نوعCیا الیاف شیشه شیمیایی ، دارای ترکیب بور و سیلیکات کربنات دو سود بوده و نسبت به دو مورد قبل پایداری شیمیایی بیشتری به خصوص در محیط‌های اسیدی دارد.الیاف شیشه کوارتز، بیشتر در مواردی که خاصیت دی‌الکتریک پایین نیاز باشد، مانند پوشش آنتن‌ها و یا رادارهای هواپیما استفاده می‌شوند کامپوزیت های پلیمری FRP: این کلمه اختصاری از کلمات Fiber Reinforced Polymer or Plastic می با شد.

به عبارت دیگر به یک ماده مرکب و کامپوزیتی اطلاق می شود که از دو بخش فیبر(الیاف تقویتی) و ماتریس رزین از جنس پلیمر تشکیل شده است.

این کامپوزیت به دو شکل ورق های FRP و میلگردهای FRP وجود دارد.

در ضمنFRP ها را بر اساس فیبر تشکیل دهنده ی آنها به 3 دسته تقسیم می کنند: 1.

CFRP الیاف از جنس کربن 2.

GFRP الیاف از جنس شیشه 3.

AFRP الیاف از جنس آرامید اجزای تشکیل دهنده کامپوزیت های پلیمری کامپوزیت های پلیمری مخلوط هایی از پلیمرها به همراه افزودنی های آلی و غیر آلی هستند.

در واقع این افزودنی ها دارای هندسه های مختلفی مانند الیاف، فلس مانند (Flakes)، کره مانند و ذره ای هستند.

کارایی کامپوزیتهای پلیمری مهندسی توسط خواص اجزاء آن ها تعیین میشود.

اغلب آن ها دارای الیاف با مدول بالا هستند که در ماتریسهای پلیمری قرار داده شده اند.

همچنین یک کامپوزیت از دو فاز عمده تشکیل شده است : 1.

فاز پیوسته یا ماتریس 2.

فاز ناپیوسته کامپوزیته ای زمینه پلیمری از یک رزین پلیمری (پلاستیک تقویت شده مولکول درشت) به عنوان زمینه با رشتهایی به عنوان عامل تقویتکننده تشکیل شده است.رزین پلیمری فاز پیوسته و رشته ها (الیاف ها) فاز ناپیوسته کامپوزیت پلیمری هستند.

نقش ماتریس در کامپوزیت ها به شرح زیر می باشد: 1.

انتقال تنش بین الیاف 2.

نگهداری الیاف در کنار هم 3.

حفاظت در مقابل شرایط محیطی سخت وحفاظت از سایش مکانیکی الیاف 4.

حفاظت عرضی برای الیاف و جلوگیری از کمانش آن تحت بار فشاری 5.

انتقال برش از فیبر تقویتی به ماده مجاور تاثیر ماتریس ها بر خواص کامپوزیت : 1.

استحکام و مدول عرضی موثر 2.

خواص فشاری موثر 3.

استحکام برشی موثر 4.

استحکام برشی صفحه ای موثر 5.

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

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

نقش الیاف ها در کامپوزیت ها: 1.

سهم اصلی باربری درمواد مرکب را دارد.

بالاترین حجم را در مواد مرکب پر می کند.

3.

انتخاب دقیق مقدار و نوع الیاف و جهت قرارگیری بسیار مهم است.

الیاف های دارای ویژگی های زیر هستند : 1.

منعطف بودن جهت شکل گیری مورد نظر 2.

امکان پیش شکل دادن (Performing) مثل بریدن یا دوختن یا فشردن و افشاندن 3.

تراکم مناسب جهت جریان راحت رزین از میان آن افزودنی های مورد استفاده در کامپوزیت های پلیمری به صورت های مختلفی طبقه بندی می شوند مثلا برخی از آنها تقویت کننده، برخی پرکننده و برخی ترکیبی از خاصیت پرکنندگی و تقویت کنندگی را پدید می آورند.

تقویت کننده ها دارای سفتی و استحکام بیشتری نسبت به پلیمرها هستند.

و معمولا این مواد باعث افزایش مدول و استحکام پلیمری می شوند.

علاوه بر خواص مکانیکی سایر خواص یک پلیمر نیز تحت تأثیر این مواد افزودنی هاست افزودنی های مورد استفاده در کامپوزیت های پلیمری به صورت های مختلفی طبقه بندی می شوند مثلا برخی از آنها تقویت کننده، برخی پرکننده و برخی ترکیبی از خاصیت پرکنندگی و تقویت کنندگی را پدید می آورند.

علاوه بر خواص مکانیکی سایر خواص یک پلیمر نیز تحت تأثیر این مواد افزودنی هاست الف: تقویت کننده ها فاز پیوسته (ماتریس) کامپوزیت های پلیمری:ماتریس پلیمری دومین جزء عمده کامپوزیتهای پلیمری است.

این بخش عملکردهای بسیار مهمی در کامپوزیت دارد.

اول اینکه به عنوان یک چسب الیاف تقویت کننده را نگه می دارد.

دوم، ماتریس تحت بار اعمالی تغییر شکل می دهد و تنش را به الیاف محکم و سفت منتقل می کند.

سوم، رفتار پلاستیک ماتریس پلیمری، انرژی را جذب کرده، موجب کاهش تمرکز تنش میشود ویژگی های رزین ها ویژگی های کلی: 1.

ویسکوزیته (گرانروی) پایین ( 100 – 1000 CP ) و توانایی پر کردن قالب 2.

خیس کردن سریع تقویت کننده 3.

زمان ژل شدن 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[21] در میان رزینها نیز، پلی استر، وینیل استر، اپوکسی و فنولیک از اهمیت بیشتری برخوردار هستند.

رزین های پلی استر: این نوع از رزین ها انواع مختلفی دارد که در زیر به چند نمونه از آنها اشاره خواهیم کرد: 1.

پلی استر نوع اورتو با ویژگی های: قیمت پایین و کاربرد عمومی تا 85 % 2.

پلی اتر نوع ایزود با ویژگی های: مقاومت مناسب در شرایط محیطی و مواد شیمیایی، استفاده در لایه های ژلی 3.

رزین بیسفنلیک (پلی استر با کارایی بالا) با ویژگی های: مقاومت بالا در مقابل خوردگی، مورد استفاده در لوله های انتقال مواد شیمیایی 4.

رزین وینیل استر (پلی با کارایی بالا) با ویژگی های : چقرمگی بالا، مقاومت ضربه بالا، مقاومت شیمیایی عالی رزین های اپوکسی: 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 به بسیاری از مواد مانند فلزات، چوب، بتن، شیشه، سرامیک 5.

مقاومت شیمیایی خوب 6.

جمع شدگی کم پس از واکنش پخت 7.

فراورش مشکل تر نسبت به پلی استر ها 8.

قیمت بالا عامل پخت ( سخت کننده رزین اپوکسی):نوع عامل پخت تعیین کننده سرعت واکنش پخت، میزان حرارت ناشی از واکنش، گرانروی سیستم، زمان ژل شدن و حرارت لازم جهت رزین می باشد.

- انواع عوامل پخت: پلی آمین ها، انیدرید ها و پلی آمید ها رزین های ویژه: 1.

رزین اپوکسی ویژه نووالاک 2.

رزین پلی ایماید (Polyimide) این رزین ها با خواص ویژه زیر مورد توجه قرار گرفته است : 1.

ساختار رزین فنلیک را دارد و نوع فراورش مشابه اپوکسی هاست.

خواص حرارتی و شیمیایی بهتری دارند.

خواص مکانیکی در دماهای بالا 4.

گرانروی بالاتر نسبت به اپوکسی های معمولی دارند.

5.

کارایی سایشی مطلوب دارند.

6.

مقاومت بالا در برابر شعله دارند.

7.

پایداری محیطی ضعیف و فراورش مشکل دارند.

8.

سختی و استحکام بالا در محدوده وسیعی از دما از 240- تا 300 درجه سانتی گراد دارند.

فاز ناپیوسته (الیاف) کامپوزیت های پلیمری:الیاف اصلی ترین المان در مواد مرکب لیفی (مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف) 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 پلیمری: 1.

فلزی : شیشه ، ازبست 2.

معدنی : کربن، گرافیت، آرامید 3.

عالی : بر، Sic 4.

طبیعی : طبیعی از الیاف متداول در کامپوزیتها می‌توان به شیشه، کربن و آرامید اشاره نمود.

الیاف شیشه (Glass Fibre): این الیاف بالا ترین حجم مصرف دارا هستند و عمومی ترین نوع الیاف مصرفی را در ساختارهای مرکب دارند.

-اشکال الیاف شیشه: 1.

الیاف بلند: منحنی (Yarn)، رشته ای (Roving)، پارچه ای، سوزنی و نمدی،نواری، سه بعدی (ترکیب سوزنی، پارچه زاویه دار در رشته ای 2.

الیاف کوتاه: ساختار الیاف شیشه از سه قسمت موج اصلی تشکیل می شود؛ موج ساده، موج اریب، موج اطلسی، سایر حالات موج الیاف از این سه ساختار نشأت می گیرند.

درصد الیاف در روش SMC بسته به نیازهای کاربردی قطعه متفاوت است و این درصد در حد 50 تا 70 درصد وزنی برای کاربردهای با استحکام و مدول بالا بکار می رود و در آمیزه هایی که میزان درصد وزنی الیاف آنها بالاتر از60 درصد است پرکننده بکار برده نمی شود.

آمیزه های SMC را بر مبنای شکل الیاف بکار رفته به سه گروه زیر تقسیم می کنند: 1.

SMC-R: به معنای آرایش اتفاقی الیاف کوتاه در ورقه است.

SMC-CR: C به معنای الیاف موازی و پیوسته در یک طرف از ورقه و R به معنای الیاف کوتاه در دوطرف دیگر ورقه می باشد.

XMC: X به معنای الیاف پیوسته با آرایش ضربدری در ورقه می باشد.

ترکیبات درانواع الیاف شیشه : C Glass Sor R Glass D Glass E Glass محتویات 65-66 60 73-74 53-54 Slo2 4-5 25 - 14-15.5 Al2O3 13-14 2-3 9 0.5-0.6 20-24 Cao Mgo - - - 0.07 F - - 0.1-0.2 1 FeO3 TiO2 8-8.5 - 1.3 1.5 1 Na2O K2O الیاف کربن: روش های تولید؛ نساجی – پلی اکریلونیتریل (PAN)، روش (Pitch) ایزوتروپیک - انواع الیاف کربن: 1.

نخی (Yarn) : اندازه 1 الی 25 میلیمتر جهت ترکیب و قالبگیری پلاستیک های گرمانرم و گرماسخت.

رشته ای: (Roving) – پودر در اندازه 0.3 با L/D 30 3.

پارچه ای ساده بافت – پودر در اندازه 0.03 میلیمتر با 30 L/D 4.

نمدی 5.

نواری الیاف آرامید: مزایای این نوع از الیاف ها؛ جرم مخصوص پایین، مدول کششی بالا، استحکام کششی بالا، مقاومت ضربه بالا، کاهنده دامنه نوسان در ارتعاشات محدودیت های الیاف آرامید: مقاومت فشاری پایین، محدودیت در برشکاری، حساس به نور خورشید -اشکال موجود الیاف آرامید: 1.

الیاف بلند: نخی (Yarn)، رشته ای (Roving)، پارچه ای، ترکیبی با الیاف کربن و شیشه ( جهت پوشش محدودیت های موجود) 2.

الیاف کوتاه : انداره 1 میلیمتر تا 25 میلیمتر جهت قالبگیری، الیاف پلی اتیلن با زنجیره کشیده شده (UHMWPE):Ultra High Molecular Weight PEمزایا: 1.

بالاترین استحکام کششی نسبت به سایر الیاف 2.

مدول کششی بالا 3.

پایین ترین جذب رطوبت را دارد کمتر از 1 درصد 4.

جرم مخصوص پایین 5.

مقاومت سایشی بالا 6.

ضریب انبساط حرارتی پایین 7.

مقاومت شیمیایی بالا محدودیت ها: 1.

دمای کاربردی پایین 100-110 درجه سانتیگراد 2.

خزش پایین 3.

دمای فرایند پذیری در محدوده 125 در جه سانتیگراد 4.

چسبندگی پایین به پلیمرها از انواع تجاری موجود آن (Dyneema – Spectra) می باشد.

کاربرد های آن در توری، ملزومات ورزشی و ...

می باشد.

ب: پرکننده ها خواص فیزیکی پرکننده ها : 1.

شکل ذرات : پرکننده ها می توانند به اشکال لیفی – صفحه ای ( پولکی ) – مکعبی – کره ای باشد.

اندازه ذرات : ذرات ریز معمولا قدرت تقویت کنندگی پرکننده را در کامپوزیت بالا می برند اندازه ذرات معمولا 2 – 5 میکرون است.

نسبت بسته بندی ذرات: این پارامتر عبارتست از نسبت حجم خالی بین ذرات به حجم کل ذرات 4.

مساحت سطح : مجموع سطح خارجی یک گرم از ذرات 5.

دانسیته پودری که عبارتست از نسبت وزن به حجمی است که پرکننده اشغال می کند.

میزان جذب روغن: مقدار روغنی که 100 گرم پودر جذب میکند.

این کمیت برای تعیین تاثیر گزاری پرکننده به ویسکوزیته پلیمر مایع به کار می رود.

نقش پرکننده ها در کامپوزیت های پلیمری:اکثر پرکننده ها به عنوان افزودنی در نظر گرفته می شوند که به دلیل خصوصیات هندسی نامنظم، مساحت سطح یا ترکیب شیمیایی سطح نامناسب تنها می توانند مدول پلیمرها را به طور متوسط افزایش دهند.

این در حالی است که استحکام فشاری و پیچشی آنها ثابت مانده و حتی در مواردی کاهش می یابد.

عمده ترین نقش پرکننده ها، کاهش قیمت ماده بوسیله ی جایگزینی بخشی از پلیمر گران بها با این مواد است.

تاثیر پرکننده ها بر پلیمر های گرما نرم: 1.

افزایش در : دانسیته، مدول، سختی، دمای تغییر شکل، خواص الکتریکی، رسانایی 2.

کاهش در: انقباض، وابستگی خواص به دما، مقاومت کششی، کرنش درشکست، شاخص جریان ذوب، مقاومت در برابر ضربه، انبساط حرارتی، هزینه.

تاثیر پرکننده ها بر پلیمر های گرما سخت: - تاثیر بر رزین مایع: افزایش ویسکوزیته (گرانروی)، کاهش هزینه، افزایش و یا کاهش سرعت شبکه ای شدن و کاهش میزان اگزوترم - تاثیر بر رزین شبکه ای شده: کاهش شفافیت، افزایش ( یا کاهش ) مقاومت ضربه، کاهش مقاومت ها، افزایش مدول ها، کاهش انقباض، کاهش میزان جذب آب، افزایش مقاومت سایشی، اصلاح خواص حرارتی و الکتریکی، کاهش شعله پذیری، افزایش دمای تغییر شکل حرارتی سایر مواد افزودنی در کامپوزیت های پلیمری: 1.

مواد پایدار کننده نوری 2.

مواد تاخیر انداز شعله 3.

مواد کاهنده دود 4.

مواد رنگزا 5.

مواد افزاینده مقاومت ضربه 6.

مواد اتصال دهنده اتصال بین الیاف و ماتریس جهت انتقال تنش 7.

مواد جدا کننده از قالب 8.

مواد غلیظ کننده 9.

مواد رقیق کننده 10.

مواد پرکننده هادی 11.

مواد کاهنده میزان انقباض 12.

مواد محافظ سطح قسمت دوم ویژگی های کامپوزیت های پلیمری ویژگی های اصلی کامپوزیت ها پلیمری : 1.

وزن مخصوص کم 2.

پایداری حرارتی خوب 3.

توانایی بالا در جذب انرژی ها 4.

ظرفیت دمپینگ بالا 5.

سهولت در تولید 6.

مقاومت خستگی خوب 7.

کاربرد های متنوع و گسترده 8.

خواص خوب در دمای محیط با توجه به مجموعه شرایط مذکور کامپوزیت های پلیمری رفته رفته نقش گسترده ای را در صنایع مختلف به عنوان جایگزین فلزات پیدا کرده اند.

پارامترهای موثر بر خواص کامپوزیت های پلیمری: 1.

خواص افزودنی خواص ذاتی، اندازه و شکل 2.

ترکیب آنها 3.

میانکنش اجزای موجود در فاز مرز دانه: این میانکنش همچنین به حضور یک میان لایه ی نازک که به فاز (interphase) معروف است، مربوط می شود.

البته این فاز میانی در اغلب موارد به عنوان یک فاز مجزا درنظر گرفته می شود.

این فاز کنترل کننده ی چسبندگی میان اجزای کامپوزیت است.

4.

روش ساخت: با توجه به روش ساخت، تمام فرآیندهای موجود در جدول 1 که برای ترموپلاست های اصلاح نشده (بدون پرکننده) قابل استفاده اند برای کامپوزیت های غیرمداوم نیز قابل استفاده اند (به استثناء روش قالب گیری مهره ای انبساطی (expandablebeadmolding).

علاوه بر فرم دهی گرمایی عمدتاً، استمپینگ گرم (hotstamping) صفحات ترموپلاست تقویت شده برای تولید بخش های نیمه ساختاری بزرگ استفاده می شوند (این صفحات داری الیاف مداوم یا غیرمداوم است که به صورت اندوم قرار گرفته اند.

پرکننده ها همچنین در فرآیندهای ساخت ترموست ها در جدول 1 استفاده کرد.

در واقع این فرآیندهای تولید ترموست ها در اغلب موارد از تقویت کننده های فیبری مداوم بهره می گیرد.

درصد و خواص ذاتی افزودنی ها به همراه میانکنش های فیزیکی و شیمیایی آنها با زمینه، پارامترهای مهم کنترل کننده ی تولید می باشند.

نسبت رزین به الیاف در کامپوزیت:خواص مکانیکی و شیمیایی کامپوزیت ها به میزان زیادی تحت تاثیر نسبت رزین به الیاف قرار دارد به عنوان یک قانون کلی با افزایش میزان الیاف استحکام قطعه افزایش می یابد اما مقاومت محیطی در برابر رطوبت و مقاومت شیمیایی قطعه کاهش خواهد یافت.

میزان رزین به الیاف را می توان با بریدن به مساحت 1 cm2 و وزن کردن آن و توزین مجدد آن پس از سوزاندن در کوره ( در دمای 7000 سانتیگراد و زمان 1 ساعت) تعیین کرد.

تاثیر درجه پخت قطعه کامپوزیتی بر خواص آن: بسیاری از تغییرات خواص قطعات کامپوزیتی ناشی از پخت قطعه می باشد.

اگر قطعه خیلی کم پخت شده باشد می توان آن را به راحتی از روی صدای زدن یک سکه به آن تشخیص داد زیرا قطعه نرم است و صدای خاصی را ایجاد می کند.

از نقطه نظر کاربردی در شرایط کارگاهی راحت ترین راه جهت تعیین وضعیت پختی قطعه انجام آزمون سختی است.

البته بهترین، روش تعیین سختی روش بارکول (Barkol) است.

اگر چه آزمون سختی بارکول بیانگر معیار کافی جهت تعیین حالت پخت نیست.

اما جهت تعیین قطعات سالم از ناسالم مناسب است.

به همین منظور قطعاتی که سختی بارکول کمتر از 25 را دارند قطعه اسقاطی و معیوب منظور می شوند.

خواص انواع الیاف شیشه: C Glass R Glass D GlassSor E Gloss واحد خواص 3100 4400 2500 3400 Mpa حداکثر نیروی کششی - 860000 55000 73000 Mpa مدول یانگ - 5.2 4.5 4.4-4.5 % شکست طولی - - - 0.22 - نسبت Cpo Isso Ns ویژگی های کامپوزیت پلیمریFRP: 1- وزن کم (چگالی آن در حدود 20% فولاد است 2- مقاومت در برابر خورندگی 3- نفوذناپذیری مغناطیسی 4- امکان تقویت به صورت خارجی 5- حمل و نقل آسان 6- سرعت اجرای بالابه دلیل وزن کم مقایسه خواص پلیمرهای گرمانرم و گرما سخت در کامپوزیت ها: خواص گرما سخت گرما نرم مدول یانگ (Gpa) 6- 1.3 4.8 -1 استحکام کششی (Mpa) 180 -20 190 - 40 چقرمگیشکست M pam2 kic Kg/m2 Gic 0.5- 1 0.2 - 0.02 1.5- 6 0.7 - 6.5 حداکثر دمای سرویس دهی 450 - 50 230 - 25 عیوب ظاهری و علت ایجاد آنها در کامپوزیت ها: نام عیب علل ایجاد عیب 1- چین و چروک سطح (Wrinkling) اثرحلال روی سطح لایه ژلی و پخت ناقص لایه ژلی 2- حباب ، حباب شدن 1.

بالا بودن ویسکوزیته ( گرانروی ) رزین 2.

مقدار پرکننده زیاد است 3.

عدم خیس شدن لایه فیلم توسط لایه ژلی 3- چسبندگی لایه ژلی 1.

عدم پخت لایه ها 2.

خشک شدن زیاد لایه ژلی 4- ترک ریز (Crazing) 1.

ضخیم بودن لایه ژلی 2.

عدم استفاده از رزین مناسب 3.

مناسب نبودن لایه ژلی 4.

عدم پخت مناسب لایه رزین 5.

زیاد بودن پرکننده 5- ترک های ستاره ای 1.

قطعه از پشت مورد ضربه قرار گرفته است 6- نقاط خشک داخلی همزمانی آغشته سازی دو لایه از الیاف 7- حل شدن رزین (Leaching) 1.

در معرض رطوبت بودن 2.

عدم پخت مناسب رزین 8- تاول زدن(Blister) 1.

عدم مناسب بودن کاتالیزور 2.

عدم خیس شدن خوب الیاف با رزین در طی آغشته سازی 9- زرد شدن کامپوزیت (Yellowing) جذب تشعشعات ماوراء بنفش نور خورشید روشهایتولیدکامپوزیتهایپلیمری روشهایمختلفیجهتتولیدقطعاتکامپوزیتیپایهپلیمریوجودداردکهبهطورکلیبهسهدستهتقسیممیشوند : های دستی (Hand Lay-up): این پیچیده ای نیست و برای تولید قطعات ساده که انتظار بالایی از نظر خواص مکانیکی از آنها نداریم (مانند شناورها، قایق ها، گلدان ها و اتاقک ها) استفاده می شود.

تیراژدرایننوعتولید،محدودیکالیسهقطعهدرروزاستوکیفیتمحصولبهاپراتوربستگیدارد.

روشهایتولیدخاصپالتروژن،پیچشالیافولایهنشانیپیوستهکهجهتتولیدقطعاتخاصمانندلوله،پروفیل،ورقوغیرهمورداستفادهقرارمیگیرند.

روشتولیدقطعاتصنعتیSMC ،BMC ،RTM ،GMT ،LFTو...کهروشهایLFT وGMTمربوطبهگرمانرمهاوروشهایRTM ، BMC و SMCمربوطبهگرماسختهاهستند] .16،9 [ بازارتولیدقطعاتصنعتیدراروپادرسال 1999 معادل 352 هزارتنبودهکهسهمهریکازاینروشهابهصورتزیراست : سهمهریکازروشهایتولیدقطعاتصنعتی روشتولید وزن) تن ( درصد SMC 190 54 BMC 90 25.6 LFT و GMT 42 11.9 RTM 30 8.5 .1روشتولید :(Sheet MouldingCompound) SMCترکیبیازخانوادهگرماسختهایتقویتشدهباالیافشیشهبین60-20درصداستکهمعمولاًازپنجمادهاصلیزیرتشکیلشدهاست : 1.

رزینپلیاسترغیراشباعویژه SMC کهداراییکپیکگرمازابین 290 - 220 درجهسانتیگراداست.

افزودنی LS ، LP 3.

الیافشیشهمعمولاًازنوعرووینگ 4.

پرکنندهکربناتکلسیم،کائولنوهیدروکسیدآلومینیوم فرآیندتولیدقطعهSMCشاملسهمرحلهاست : 1.

تهیهورقیالایه:SMC تهیهورقSMCبهاینشکلاستکهابتدامواداولیهمطابقفرمولاسیوندرونمخلوطکنوبادوربالامخلوطمیشوند.

پسازآنکهخمیرحاصلهبهگرانرویمناسبرسید،غلیظکنندهThickener بهآناضافهمیشود.

خمیرحاصلبهوسیلهپمپ،بهدستگاهتولیدورقSMCمنتقلوبررویدولایهفیلمپلیاتیلنی،بهعنوانفیلمحاملCarrier،ریختهمیشود.

میزانخمیربهوسیلهدوتیغهقابلتنظیماست .

سپسالیافشیشهبهطول 25 میلیمتر 50-12 میلیمتربریدهشدهوبهصورتمنظمبررویخمیرریختهمیشود.

لایهحاصلهمراهبافیلمدیگرکهفقطشاملخمیراستوفاقدالیافاستتشکیلیکلایهرامیدهند.

پسازعبورازیکسریغلتک،الیافبهصورتکاملباخمیرآغشتهمیشود،سپسورقبستهبندیمیشود.

تولیدقطعهقالبگیری:پسازحدودسهالیپنجروزمحصولآمادهعملیاتقالبگیریاست .

لایههایSMC برشخورده،درونقالبگرمفولادیقرارمیگیرندوپرسطیدومرحلهبستهشدهودومرحلهفشاراعمالمیشود.

عملیاتتکمیلی: درپایانعملیاتپخت،قطعهدرونقالبمحصولتولیدمیشود.

تجهیزاتموردنیازعبارتنداز: 1.

پرسهیدرولیکباقابلیتClose speed دردومرحله؛مرحلهاول 100- 250 میلیمتربرثانیهومرحلهدوم20-5/2 میلیمتربرثانیه) قابلیتاعمالفشاردردومرحله( 2.

قالبازجنسفولادباقابلیتگرمشدنبهوسیلهالکتریسیتهیاروغن.

مزایایاینروش: تولیددرحجمزیاد،امکانساختقطعاتسادهوپیچیده،تولیدقطعهباکیفیتسطحیA،هزینهبسیارکمنیرویانسانیبهازایواحدمحصول،قیمتپایینمحصولتمامشدهومشخصاتمکانیکییکنواختباتلرانس 6 درصدبودهومعایبآن،نیازبهسرمایهگذاریزیاد،عملیاتپیچیدهتربازیافتنسبتبهگرمانرمهااست .

روشSMC بهطورگستردهایدرصنایعالکتریکیبهکارمیرود.

میزانمصرفاروپادرسال 1999 معادل 82 هزارتنتابلوهایبرق،قطعاتالکتریکی،محفظهچراغبزرگراهواتوبانبودهاست.

علتاستفادهازSMCدرصنایعالکتریکی،نارساناییالکتریکی،پایداریدرحرارتبالا،عدمنیازبهرنگآمیزی،مقاومتدربرابرشرایطآبوهوایی،مقاومتمکانیکیزیاد،مقاومتشیمیایی،پایداریابعادی،قابلیتبازیافتوآزادیعملدرطراحیاست.

اینروشدرصنعتحملونقلنیزکاربردهایفراوانیدارد.

میزانمصرفآندراروپادرسال 1999 معادل 67هزارتنشاملبدنهخودرو،قطعاتبااستحکامزیاد،بدنهقطارهایسریعالسیر،قطعاتکامیونواتوبوسبودهاست.

علتاستفادهازSMCدرصنایعحملونقلوزنکممحصول،پایداریابعادی،آزادیعملدرطراحی،تواناییتولیدقطعهباکیفیتسطحیA،هزینهکمسرمایهگذارینسبتبهتولیدقطعهفلزی،سرعتعملدرمونتاژ،مقاومتدربرابرشرایطآبوهواییوتولیدقطعهباضخامتهایمتغیراست.

روشSMCدرصنعتساختماننیزبهکارگرفتهشدهاست.

بهطوریکهمیزانمصرفآندراروپادرسال 1999 معادل 41 هزارتنشاملساختپانلهایساختمانی،حماماماده،صندلی،میزوسایرمواردبودهاست 2.

روشتولید:(Bulk Moulding Compound)BMC ترکیبیازخانوادهگرماسختهایتقویتشدهباالیافشیشهاستکهطولالیافدرآن 6 میلیمتر 12- 4 میلیمترومیزانالیافدرخمیربیندهتاحداکثربیستدرصداست فرآیندتولیدقطعهBMC شاملسهمرحلهاست: 1.

تهیهخمیر :BMCتهیهخمیرBMCبدینشکلاستکهابتدامواداولیهمطابقفرمولاسیوندرونمخلوطکنبادوربالامخلوطوپسازاینکهخمیربهدستآمدهبهگرانرویمناسبرسیدبهمخلوطکندیگریازنوعدوبازوباتیغهZپمپمیشود.سپسبهآنغلیظکنندهThickener والیافشیشهبهطول 6-4 میلیمتراضافهومخلوطمیشوند.

خمیرحاصلدرونفیلمپلیاتیلنیبستهبندیمیشود.

تولیدقطعهقالبگیر:پسازحدودسهالیپنجروز،محصولآمادهعملیاتقالبگیریاست.تکههایBMC آمادهدرونقالبگرمفولادیقرارمیگیرندوپرسطیدومرحلهبستهمیشود(درایندومرحلهفشاراعمالمیشود(.

عملیاتتکمیلی: درنهایتضمنعملیاتپخت،قطعهتولیدمیشود.

پرسهیدرولیکباقابلیتClose speed دردومرحله؛مرحلهاول 250-100 میلیمتربرثانیهومرحلهدوم 20-5/2میلیمتربرثانیه )قابلیتاعمالفشاردردومرحله( 2.

قالبازجنسفولادباقابلیتگرمشدنبوسیلهالکتریسیتهیاروغن مزایایاینروشعبارتنداز:تولیددرحجمزیاد،امکانساختقطعاتسادهوپیچیده،تولیدقطعهباکیفیتسطحیA،هزینهبسیارکمنیرویانسانیبهازایواحدمحصولوبهایکممحصولتمامشدهومعایبآنشامل؛نیازبهسرمایهگذاریزیاددرعملیاتپیچیدهبازیافتنسبتبهگرما نرمهااست.

3.روشتولید:(Glass Mat reinforcedThermoplastic) GMTترکیبیازخانوادهگرمانرمهایمعمولاًپلیپروپیلنتقویتشدهباالیافشیشهاندکهدرآنالیافشیشهبهصورتمتیاتکجهتهاستفادهمیشود.

فرآیندتولیدقطعهGMTشاملچهارمرحلهاست: 1.

تهیهالیافمتمخصوصGMT 2.

تهیهورقGMT 3.

تولیدقطعهقالبگیری 4.

عملیاتتکمیلی] 16،9 [ دراینروشیکblank GMTگرمانرمPPدرونکورهقراردادهشدهوجهتآمادهسازیعملیاتقالبگیریگرممیشود.سپسباقراردادنآندرونقالبوبستهشدنپرسطیدومرحلهواعمالفشاردریکمرحله،قطعهتولیدمیشود.

البته از منظر دیگرمی توان این را چنین توضیح داد که مواد ترموپلاستیک (گرما نرم) با پارچه ای از فایبر گلاس مسلح شده و تحت فشار شکل می گیرند .

پرسهیدرولیکباقابلیتClose speed دردومرحله؛مرحلهاول 500- 200 میلیمتر،مرحلهدوم 20-10 میلیمتربرثانیه) قابلیتاعمالفشاردریکمرحله ( 2.

قالبازجنسفولادیاآلومینیومباقابلیتتثبیتدرجهحرارتوکورهازنوعهوایگرمیامادونقرمز مزایایروشGMTعبارتنداز:تولیددرحجمزیاد،امکانساختقطعاتسادهوپیچیده،هزینهبسیارکمنیرویانسانیبهازایمحصول،قابلیتبازیافت،تنوعدرمحصولات،قیمتمتوسطمحصولوامکاناستفادهازرباتجهتاتوماسیونکاملتولیدومعایبآنشاملنیازبهسرمایهگذاریزیاد،عدمتواناییتولیدمحصولباکیفیتسطحیA و قابلیتاشتغالاست .

.4روش تولید:LFT روش های مختلفیوجودداردکهاساسهمگیآنهاترکیبزمینهپلیپروپیلنیاانواعدیگرگرمانرمهاباالیافشیشهبلنددروناکسترودرطیدومرحلهوسپسآمادهسازیآنوقراردادنورقآمادهدرونپرس،بستهشدنپرسطیدومرجله .

اعمالفشاردریکمرحلهاست.

تجهیزاتموردنیازعبارتنداز:اکسترودر،پرسهیدرولیکوقالبازجنسفولادیاآلومینیومباقابلیتتثبیتدرجهحرارت.

مزایایروشLFT عبارتنداز:تولیددرحجمزیاد،امکانساختقطعاتسادهوپیچیده،هزینهبسیارکمنیرویانسانیبهازایمحصول،قابلیتبازیافت،تنوعدرمحصولات،قیمتکممحصول،امکاناستفادهازرباتجهتاتوماسیونکاملتولیدومعایبآنشاملنیازبهسرمایهگذاریزیاد،عدمتواناییتولیدمحصولباکیفیتسطحیAوقابلیتاشتعالاست.

5.روشتولید RTM :در این ، یک قالب رزینی (قالبیبسته کهمعمولاًقالب کامپوزیتی است) داریم که پارچه ای از فایبرگلاس در آن قرار می گیرد.این از دقت و صافی سطح بیشتری نسبت بهدستی برخوردار است ولی چون فشار، بالا نیست به هم پیوستگی کمتری نسبت به] SMC دارد.

RTM نسبت به دستی به سرمایه گذاری بیشتری نیاز دارد.

تجهیزاتموردنیازاینروشعبارتنداز:قالببسته(کهمعمولاًازجنسکامپوزیتاست)،دستگاهتزریقرزین،دستگاهخلأ،بالابرولوازممناسببرش مزایایروش :RTM 1.

ساختقطعاتباابعادبزرگ 2.

امکان ساخت قطعات با عمق بسیار زیاد و شیب دیواره کم 3.

قابلیتتولیدقطعهباکیفیتسطحی A 4.

مشخصاتمکانیکیمناسب 5.

امکان استقرار دقیق الیاف در مکان های مورد نظر 6.

امکان تولید قطعات یک تکه 7.

امکان قرار دادن قطعات فلزی درون قالب 8.

آلودگی محیطی کمتر 9.

استفاده از حداقل حلال 10.

اتوماتیک کردن سیستم 11.

یکنواختی تولید 12.

صرفه جویی و استفاده بهتر از نیروی کار 13.

کاهش زمان چرخه قالبگیری و سرعت تولید بالا 14.

اقتصادی بودن فرایند 15.

عدم دور ریخت مواد معایب روش :RTM 1.

عدمقابلیتتولیدقطعاتپیچیده 2.

قیمتتمامشدهمتوسطجهتمحصول 3.

عملیاتپیچیدهتربازیافتنسبتبهگرمانرمها ] های SMC و GMT بیشتر در ساخت قطعات در صنعت خودرو کاربرد دارند.

امروزه تمام بدنه خودرو از [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 bodycover)، سقف خودور، قاب چراغ ها، سینی جا چراغی، جای فن و غیره از جمله قطعاتی هستند که معمولا از کامپوزیت های SMC ساخته می شوند.

ویژگی های لازم برای یک روش (فرآیند) کارآمد و ارزان : 1.

امکان تولید قطعات بزرگ و پیچیده با سرعت مناسب 2.

کاهش مراحل مونتاژی 3.

ساختار سه بعدی با خواص ناهمسانی 4.

قابلیت تولید مجدد با خواص یکسان قسمت سوم موارد کاربرد کامپوزیت های پلیمری کامپوزیت‌هایپایهپلیمریبیشاز 90% کاربردکامپوزیت‌هارابهخوداختصاصداده‌اندوازبقیهمهمترهستند.سابقهاستفادهازکامپوزیت‌هایپیشرفته،بهدهه‌ 1940 بازمی‌گردد.درآنزمانارتش‌هایآمریکاوشورویسابقدررقابتیتنگاتنگبایکدیگر،موفقبهساختکامپوزیتپایهپلیمریالیافبور(رزیناپوکسی)برایاستفادهدرصنعتهوافضاشدند.

20 تا 30 سالپسازآن،کامپوزیت‌هایپایهپلیمریبهطورگسترده‌ایبهسویصنایعشهریازجملهساختمانوحملونقلرویآوردند.

نیازاقتصادیوتقاضا برای سوخت بیشتردرعرصههایمختلف،تقاضابرایاستفادهازموادجدیدسبکوزنمانندپلیمرهاراافزایشدادهاست.

صنعتساختمانپرمصرف‌ترینصنعتبرایموادکامپوزیتیاست.

استخرهایشنا،وانحمام،سینکظرفشوییودست‌شویی،کف‌پوش،نماپوش،سقف‌پوش،برج‌هایخنک‌کنندهو … همگیکامپوزیت‌هایپایهپلیمریهستند.

کامپوزیت های لیفی: باید اشاره کرد که کامپوزیت های لیفی ذره ای به طور گسترده در صنایع نظامی، خودروسازی، صنایع هوایی، دریایی و راه آهن مورد استفاده قرار می گیرند.

مهم ترینکاربردهای کامپوزیتهاییبافیبرشیشهای )پلیاستر (GPR بهقرارزیراست : 1.

ساختمانهاییکهتحتاثرخوردگیشدیدهستند.

سازههایپیشرفتهرادارها 3.

ساختمانهاییکهکنترلکیفیّتآنهامهماست .

ماهوارهها 5.

آنتنهایبزرگ کاربرد کامپوزیت های پلیمری در خودرو:اکثر قطعاتی که در خودرو کاربرد دارند فلزی هستند، اما فلزات محدودیت هایی دارند که راه را برای استفاده از قطعات کامپوزیت در صنعت خودرو باز کرده است.

کامپوزیت های مورد استفاده در صنعت خودرو بیشتر از نوع کامپوزیت های زمینه پلیمری هستند.

این کامپوزیت ها از مواد ترمو ست (گرما سخت) و ترمو پلاستیک (گرما نرم) تشکیل شده اند که توسط الیاف شیشه تقویت می شوند.

در زیر به بعضی از مزایا و صرفه جویی های ناشی از استفاده از مواد کامپوزیت در صنعت خودرو، اشاره شده است: 1.

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.

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 می دهند.

این مسئله باعث افزایش عمر قطعات خواهد شد.

مقاومت در برابر خوردگی:بر خلاف فلزات تأثیر 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.

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.

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

مزایای و معایب کامپوزیت های پلیمری مزایای استفاده از پروفیل های کامپوزیتی FRP در صنعت ساختمان: با توجه به کاربرد روز افزون اشکال مختلف FRP در تقویت سازه های بتن آرمه , حتی کاربرد آنها در تقویت سازه های فولادی لزوم آشنایی با برخی از مفاهیم پایه در این مقوله ضروری به نظر می رسد.

دلیل عمده استفاده از پروفیل های FRP در داخل بتن، جلوگیری از پدیده خوردگی و افزایش عمر سازه در برابر ارتعاش می باشد.

هرچند که استفاده از پروفیل های FRP به جای نمونه های فلزی سبب کاهش وزن بنا نیز خواهد شد، اما در استفاده از این پروفیلها، مساله کاهش وزن اهمیت ناچیزی نسبت به دو مورد بیان شده دارد.

دلیل بالا بودن عمر کامپوزیت ها، خواص غیر کشسان آنهاست.

در حالی که مواد فلزی حالت کشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا می نمایند.

بنابراین مواد کامپوزیتی در برابر ارتعاشات زلزله عملکرد بهتری خواهند داشت و بهترین گزینه جهت مقاومت سازه در برابر لرزه خواهند بود.

بکارگیری پروفیل های FRP به جای فلزی، بطور قابل ملاحظه ای از زیانهای ناشی از بروز خوردگی جلوگیری می کند.

ظهور تخریب ناشی از پدیده خوردگی در بتن مسلح شده با پروفیل فلزی بدین گونه است که نخست میله های فلزی داخل بتن دچار زنگ زدگی شده و اکسید می شوند.

سپس این اکسیدها به سمت سطح بیرونی بتن شروع به مهاجرت کرده و با انتشار در داخل بتن باعث از بین رفتن آن می شوند.

بدین ترتیب با خورده شدن دو جزء فلزی و بتن سازه، زمینه تخریب کامل سازه بتنی فراهم می گردد.

روشهای سنتی گذشته مانند چسباندن صفحات فلزی بر روی سازه یا اضافه کردن ضخامت بتن جهت مقابله با پدیده خوردگی ضمن آنکه مشکل خوردگی فلز را مرتفع نخواهد نمود، سبب افزایش وزن سازه و آسیب پذیرتر شدن آن در برابر زلزله نیز خواهد شد.

جهت جلوگیری از این امر می توان با تقویت سطح خارجی سازه بتنی توسط مواد مرکب و استفاده از پروفیل های FRP در داخل بتن، هم مشکل خوردگی فلز داخل سازه را حل نمود و هم جلوی مختل شدن کارایی سازه در صورت خورده شدن بتن را گرفت که این بهترین روش مقابله با پدیده خوردگی در یک سازه بتنی می باشد.

کشور ما نیاز بسیار گسترده ای به استفاده از کامپوزیت ها در قالب پروفیلهای کامپوزیتی دارد.

هم اکنون بسیاری از سازه های بنا شده در محیط های خورنده مناطق مختلف کشور همچون پل های دریاچه ارومیه و یا ساختمان های جنوب کشور دچار معضل خوردگی هستند که استفاده از کامپوزیت ها می تواند پاسخگوی مشکل این قبیل سازه ها باشد در کشور ما به دلیل کمی شناخت این تکنولوژی، تقریباً حرکت قابل توجهی به سمت بهرهگیری و انتقال آن صورت نپذیرفته است.

در گوشه و کنار تلاشهایی از سوی بعضی از کارخانجات و صنایع علاقهمند جهت ساخت دستگاه پالتروژن انجام گرفته است، اما هنوز تا رسیدن به یک محصول قابل قبول از نظر خواص مناسب و ساختار مکانیکی همگن فاصله زیادی وجود دارد.

این دستگاه ساختار بسیار پیچیدهای ندارد و میتوان در صورت نیاز از طریق ارتباط با کشورهای خارجی اقدام به انتقال تکنولوژی آن به کشور نمود.

نوع غربی آن حدود 350 تا 400 هزار دلار قیمت دارد و نوع روسی و چینی آن با قیمت ارزانتر، تقریباً با نصف این هزینه قابل تهیه می باشند.

عدم توجه به این تکنولوژی میتواند موجب عقبافتادگی صنایع کشور در بهرهگیری از عرصه گسترده کامپوزیتها گردد.

تکنیک مقاوم سازی ستون های مسلح بتنی با استفاده از کامپوزیت های FRP به طور گسترده ای به جای پوشش نمودن به وسیله فولاد مورد کاربرد قرار گرفته است.در مقایسه با استفاده از تنگ ها و مارپیچ فولادی، تکنیک محصور سازی با استفاده از FRP قابلیت این را دارد که محصور شدگی را به صورت پیوسته برای تمام مقطع عرضی ستون تامین کنند.همچنین این موارد دارای خواص ذاتی مطلوبی (نسبت زیاد مقاومت به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگی و خنثی بودن الکترو مغناطیسی)هستند.

به گونه ای که می توان در مقاوم سازی یا بازسازی اعضای بتنی به طور موفقیت امیزی از آنها بهره گرفت.

رفتار FRP را نمی توان مانند پوشش فولاد (خاموت)در نظر گرفت.

زیرا یک ماده الاستوپلاستیک است در حالی که الیاف FRP کاملا الاستیک می باشد.

مزایای کامپوزیت های FRP به عنوان یک جایگزین خوب آرماتور های فولادی در بتن: بر طبق گزارش اداره فدرال بزرگراه های آمریکا هنگام بررسی پلها از نظر سازه ای به دلیل پوشش کم بتن ، طراحی ضیعف ، عدم مهارت کافی هنگام اجرا و سایر عوامل همانند شرایط آب و هوایی سبب ایجاد ترک در بتن و خوردگی آرماتور های فولادی شده است.

پس از سالها مطالعه بر روی خوردگی ، FRP به عنوان یک جایگزین خوب آرماتور های 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 فیبرورزین مورد استفاده ، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلی را در بهبود خواص مکانیکی آن دارد.

به طور کلی مزایای کامپوزیت های FRPنسبت به آرموتو های فولادی به صورت زیر دسته بندی می شود: 1.

مقاومت کششی بیشتر از فولاد 2.

یک چهارم وزن آرماتور فولادی 3.

عدم تاثیر در میدانهای مغناطیسی و فرکانس های رادیویی 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 تاثیر عوامل محیطی هستند و در نهایت سازه هایی که در برابر خوردگی و میدانهای مغناطیسی حساسیت زیادی دارند پیشنهاد می کند.

فایبر گلاس (الیاف شیشه): فایبر گلاس از پرکاربرد ترین کامپوزیت های موجود در جهان می باشد که در این قسمت به صورت کوتاه و مختصر مزایا و معایب آن را بیان می کنیم.