تبلیغات
مهندسی جوشکاری - کامپوزیت
 
دوشنبه 7 اسفند 1391 :: نویسنده : مهدی ملکی
تعریف کامپوزیت

معمولا یک ماده کامپوزیت را به صورت یک مخلوط فیزیکی در مقیاس ماکروسکوپیک ازدو یا چند ماده مختلف تعریف میکنند که این مواد خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خودرا حفظ کرده و مرز مشخصی را با یکدیگر تشکیل میدهند.این مخلوط در مجموع و با توجه به برخی معیارها خواص بهتری از هریک از اجزای تشکیل دهنده خودرا دارا میباشد.در کامپوزیت عموما 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 رادر محل وآرایش مطلوب نگاهداشته وبعنوان یک محیط منتقل کننده بار بین الیاف عمل میکند،به علاوه آنهارااز صدمات محیطی دراثربالارفتن دما ورطوبت حفظ می کند.





برای مشاهده ی کامل مطلب بر روی " ادامه ی مطلب " کلیک نمایید.


تعریف کامپوزیت

معمولا یک ماده کامپوزیت را به صورت یک مخلوط فیزیکی در مقیاس ماکروسکوپیک ازدو یا چند ماده مختلف تعریف میکنند که این مواد خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خودرا حفظ کرده و مرز مشخصی را با یکدیگر تشکیل میدهند.این مخلوط در مجموع و با توجه به برخی معیارها خواص بهتری از هریک از اجزای تشکیل دهنده خودرا دارا میباشد.در کامپوزیت عموما 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 رادر محل وآرایش مطلوب نگاهداشته وبعنوان یک محیط منتقل کننده بار بین الیاف عمل میکند،به علاوه آنهارااز صدمات محیطی دراثربالارفتن دما ورطوبت حفظ می کند.


تقسیم بندی مواد کامپوزیت

1) کامپوزیتهای زمینه سرامیکی ( CMC )

2) کامپوزیتهای زمینه فلزی ( MMC)

3) کامپوزیتهای زمینه پلیمری (PMC ) که رایجترین دسته کامپوزیت هستند و بیش از 90 درصد مصرف جهانی کامپوزیت را به خود اختصاص داده اند.



نقاط قوت کامپوزیتها

•         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



مهمترین موارد کاربرد کامپوزیت

سابقه استفاده از کامپوزیت‌های پیشرفته به دهه‌ 1940 باز می‌گردد. در آن زمان ارتشهای آمریکا و شوروی سابق در رقابتی تنگاتنگ با یکدیگر ، موفق به ساخت کامپوزیت پایه پلیمری الیاف بور – رزین اپوکسی برای  استفاده در صنعت هوا فضا شدند. 20 تا 30 سال پس از آن ، کامپوزیت‌های پایه پلیمری بطور گسترده‌ای به سوی صنایع شهری از جمله ساختمان و حمل و نقل روی آوردند. بطور مثال امروزه خودروهایی ساخته می‌شود که تماماْْ کامپوزیتی هستند. استفاده از کامپوزیت‌ها در این کاربرد به علت ویژگیهایی چون وزن کمتر، در نتیجه سوخت کمتر و عمر طولانی‌تر آنهاست.

مواد کامپوزیت تقویت شده با الیاف ،ترکیبی از مقاومت کششی ومدول بهتر نسبت به مواد فلزی را دارند وبعلت پایین بودن وزن مخصوص نسبت به وزن (مقاومت کششی ویژه) نسبت مدول به وزن (مدول ویژه)، مواد کامپوزیت به طور مشخص بهتراز موادفلزی هستند ودر بسیاری از کاربردهایی که کاهش وزن سازه از اهمیت برخوردار است میتواندد جایگزین فلزات شوند.

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 که در فصل 3 با برخی از آنها بیشتر آشنا میشویم. ساخت بدنه هواپیما.ساخت پره های توربین بادی و پره های هلی کوپتر وپوشش رادار هواپیمااز 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 میروند..(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 بنا بر این به عنوان عایق گرما برای دیواره  توربین ها  مناسب می باشند. – نقل قول  از دکتر مظاهری رئیس گروه آیرودینامیک وپیشرانش دانشکده هوا-فضای شریف.)


مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور

مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور یک دهم سرانه مصرف در کشورهای پیشرفته است و  سالانه بیش از6 میلیون تن مواد کامپوزیتی به ارزش 145 میلیارد دلار در صنایع مختلف جهان مصرف می‌شود. به گفته دکتر مهرداد  شکریه، رئیس موسسه کامپوزیت ایران و عضو هیات علمی دانشگاه علم و صنعت:“ سرانه مصرف کامپوزیت  در کشورهای  پیشرفته  جهان 3 کیلوگرم  است در حالی که این سرانه در کشور ماتنها 3/0کیلوگرم است ولی درعین حال ایران از نظر سرانه مصرف مواد کامپوزیتی، همرده کشورهای آسیایی قرار دارد. علت پایین بودن سرانه مصرف مواد کامپوزیتی در این قاره وسعت این قاره و نیز وجود کشورهای فقیردر این منطقه است، در عین حال کشور ژاپن با سرانه 5/4 کیلوگرم در سال به عنوان نمونه‌ای از یک کشور آسیایی پیشرفته با مصرف سرانه مواد کامپوزیتی است.



آشنایی با چند پروژه کامپوزیتی درایران

•         گروه کامپوزیت و چسب – پژوهشگاه پلیمر وپتروشیمی ایران .

•         ساخت هواپیمای 4 نفره تمام کامپوزیت فجر 3 در شرکت هواپیمایی فجر.

•         مقاوم سازی  پالایشگاه نفت آبادان، پل تقاطع اتوبان شهید همت و اتوبان شیخ فضل الله نوری و نیز دو پل راه آهن در استان یزد.

•         مقاوم سازی سطح خارجی بتون با استفاده از مواد کامپوزیتی (این طرح توسط موسسه کامپوزیت ایران به عنوان اختراع به ثبت رسیده است. به گفته دکتر مهرداد شکریه رئیس موسسه کامپوزیت ایران، در این روش لایه‌هایی از الیاف شیشه یا کربن به ضخامت 3/0 میلیمتر با استفاده از یک رزین مثل اپوکسی روی سازه بتونی کشیده می‌شود و به این ترتیب میزان مقاومت بتون 3 برابر خواهد شد.)

تولید کامپوزیتها

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. قفسة الیاف پیوسته، اولین قسمت خط فرآیند می‏باشد. بعد از قفسة الیاف، قفسة نمد الیاف شیشه یه پارچة‌ها سطح قرار دارد. حرکت الیاف از ناحیة 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 آغشته ‏‌سازی: آغشته‌ ‏سازی الیاف تقویت کننده، از اصول فرآیند پلتروژن می‌باشد. غوطه‏‌ وری 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 آغشتة 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 پلتروژن، قلب این فرایند محسوب می‏شود. چرا که دما، کنترل کنندة 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 گیرة 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 پیوستة پلتروژن 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 کنندة خواصی چون استحکام کششی و ضربه، سفتی و مانند آن می‏باشند ولی رزین تأمین کنندة خواص فیزیکی مانند آتشگیری، مقاومت در برابر شرایط جوی، هدایت حرارتی و مقاومت شیمیایی می‏‌باشند. برای بهبود خواص نیز از انواع افزودنی‏ها استفاده می‌‏شود.
الیاف: در انتخاب الیاف سه ویژگی مورد بررسی قرار می‏گیرد: نوع الیاف (شیشه، آرامید و کربن)، شکل آنها (
Roving,Mat,Fabrics ) و آرایش یافتگی آنها.
الیاف شیشه مرسوم ترین نوع الیاف مورد مصرف می‏باشند. الیاف شیشه نوع الکتریکی (
E-grade )، استحکام کششی حدود Mpa 3450 و مدول کششی Gpa 70 و ازدیاد طول 3 تا % 4 دارند و با قطر و وزن مختلف در دسترس می‏باشند. سطح الیاف نیز متناسب با رزین کاربردی پوشش داده شده‌‏اند. برای کاربردهای خاص می‏توان از الیاف نوع S یا R استفاده نمود.

ماتریس پلیمری:
پلی استر غیر اشباع: هر دو نوع ایزو و ارتو فتالیک قابل استفاده می‏باشند. پلی استر مورد مصرف در فرآیند پلتروژن باید امکان ژل شدن و پخت سریع را داشته باشد تا قطعه از قالب جدا شود و بیرون کشیدن آن به سهولت انجام پذیرد. ویسکوزیته رزینهای معمول پلتروژن
cP 500 می‏باشد. اگر ویسکوزیتة رزین بالا باشد، می‏توان آنرا با مقادیری استایرن مخلوط نمود تا ویسکوزیته مناسب بدست آید. البته باید توجه داشت مقدار استایرن آنقدر زیاد نشود که بصورت واکنش نکرده یا پلی ‏استایرن درآید.
پراکسیدهای مورد استفاده در این فرآیند، باید در دمای بالاتر از محیط فعال شوند. به عنوان نمونه می‏توان به موارد زیر اشاره نمود:

 

به علت پیوندهای غیر اشباع، پلی استر پس از پخت 7 درصد جمع‏شدگی نشان می‏دهد. این نقص می‏تواند توسط فیلر و افزودنی‏های Low Profile جبران گردد.
خواص الکتریکی پلی‏استر، قطعات آنرا مناسب برای کاربردهای ولتاژ بالا ساخته است. مقاومت در برابر شرایط محیطی پلی‏استر، متوسط تا خوب است. خواص بهتر توسط افزودنی‏ها و پارچه و پوشش (حتی بعد از فرآیند) قابل دستیابی است.
وینیل استر: این رزین نسبت به پلی‏استر دارای مقاومت خورندگی، خواص مکانیکی و حرارتی بهتری می‏باشد ولی حدود 75 درصد گرانتر می‏باشد.
رزین اپوکسی: این رزین برای استفاده در دماهای بالاتر مناسبتر است ضمن آنکه خواص مکانیکی آن عالیست.
سایر رزینها: از رزینهای دیگری مانند فنولیک، پلی‏متیل متااکریلات و حتی ترموپلاستها استفاده نمود.
مواد افزودنی:
فیلر: در فرآیند پلتروژن پرکردن قالب اهمیت فراوانی دارد. برای این منظور از پرکننده‏ها استفاده می‏شود. بعد از رزین و الیاف، سومین بخش رزین را تشکیل می‏دهد. از معمولترین فیلرها، کربنات کلسیم، سیلیکات آلومینیم و هیدروکسید آلومینیم را می‏توان نام برد. با توجه به ویسکوزیتة فرمولاسیون، تا 50 درصد وزنی فیلراستفاده می‏شود.
عامل جدا کننده( release agent ): به منظور جداشدن قطعه از قالب، می‏بایست از یک عامل جداساز استفاده شود. این عامل نباید کاملاً ناسازگار با رزین باشد و همچنین سازگاری آن به حدی نباشد که به سطح قطعه مهاجرت نکند. همچنین باید قبل از پخت رزین مذاب شده باشد.
سایر افزودنی‏ها: در فرآیند پلتروژن می‏توان از انواع رنگدانه‏ها، افزودنی‏های بهبود خواص حرارتی و سایر مواد مرسوم در صنعت کامپوزیت استفاده نمود.
خواص: جهت مقایسه خواص پروفیلهای پلتروژن با سایر مواد جداول ذیل ارائه می‏گردد:

مقایسه خواص فیزیکی-شیمیایی پروفیلهای پلتروژنی با سایرمواد  

 مزایای پلتروژن: پلتروژن 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:

 

 






نوع مطلب :
برچسب ها : کامپوزیت، فاز پیوسته (ماتریس)، فاز ناپیوسته (تقویت کننده)، تقسیم بندی مواد کامپوزیت، کامپوزیتهای زمینه سرامیکی، کامپوزیت های زمینه فلزی، کامپوزیت های زمینه پلیمری، CMC، MMC، PMC، نقاط قوت کامپوزیت ها، مهمترین موارد کاربرد کامپوزیت، مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور، آشنایی با چند پروژه کامپوزیتی در ایران، تولید کامپوزیت ها، خواص کامپوزیت، انواع کامپوزیت، کامپوزیت ها،




مهندسی جوشکاری
مهندسی مواد و جوشکاری
درباره وبلاگ

به وبلاگ*مهندسی جوشکاری*خوش آمدید.

با نظرات و مطالب خودتون به ما کمک کنید تا بتوانیم پلی برای تبادل اطلاعات، برای هم باشیم.

mahdi.maleki68@ymail.com


مدیر وبلاگ : مهدی ملکی
نظرسنجی
مطالب سایت را چگونه ارزیابی میکنید؟










آمار وبلاگ
کل بازدید :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل پست ها :
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :