آشنایی با کامپوزیت و انواع آن

مواد کامپوزیتی، در تکنولوژی‌ های امروزی نقش بسزایی دارند و زندگی روزمره را تحت تأثیر قرار می‌ دهند. کامپوزیت قابل بازیافت است و مواد دور ریز ندارد. کامپوزیت‌ ها، از دو یا چند ماده با خاصیت ‌های شیمیایی و فیزیکی مختلفی تشکیل می شوند که به آن ها مقاومت، استحکام بالا و درخشش می بخشند. کامپوزیت ها در انواع زمینه فلزی، سرامیکی، کربنی و پلیمری در بازار عرضه می شوند که در این مطلب به توضیح آن ها می پردازیم.

تاریخچه استفاده از کامپوزیت

هزاران سال است که بشر از کامپوزیت ها استفاده کرده است. ۳۴۰۰ سال قبل از میلاد، اولین بار کامپوزیت به شکل سنتی، توسط ساکنان بین النهرین در عراق ساخته شد.آن ها نوارهای چوبی را در زوایای مختلف روی هم می چسباندند تا تخته سه لا ایجاد شود. پس از آن، در حدود ۲۱۸۱ قبل از میلاد، مصریان شروع به ساختن پاپیروس آغشته به گچ کردند.

پس از انقلاب صنعتی، در دهه ۱۹۰۰، دانش جدید در مورد مواد شیمیایی، منجر به ایجاد پلاستیک های مختلف مانند پلی استر، فنولیک و وینیل شد. پیشرفت کامپوزیت ها در دهه ۱۹۳۰ آغاز شد. الیاف شیشه اولین بار توسط Owens Corning معرفی شد. رزین های مهندسی شده در این دوره تا به امروز مورد استفاده قرار می گیرند. در سال ۱۹۳۶، رزین های پلی استر غیر اشباع به ثبت رسید و دو سال بعد، سیستم های رزین با کارایی بالاتر در دسترس قرار گرفتند.

ماده کامپوزیت چیست؟

کامپوزیت از دو یا چند ماده مختلف ساخته می شود که هرکدام از آن ها خواص منحصر به فردی را به کامپوزیت می بخشند. انسان ها هزاران سال است که برای ساختن بسیاری از تجهیزات، از پناهگاه های ساده گرفته تا وسایل الکترونیکی پیچیده، از کامپوزیت استفاده می کنند، در حالی که اولین کامپوزیت ها از مواد طبیعی مانند گل و کاه ساخته می شدند. کامپوزیت های امروزی را در آزمایشگاه از مواد مصنوعی می سازند. دلیل به کار گیری آن ها نسبت به سایر مواد این است که خواص زیادی دارند و در بسیاری از موقعیت ها قابل استفاده هستند.

تفاوت کامپوزیت و آلیاژ چیست؟

آلیاژ و کامپوزیت شباهت ها و تفاوت های زیادی با یکدیگر دارند؛ اما امروزه با پیشرفت تکنولوژی، کامپوزیت ها از محبوبیت بالاتری برخوردارند. در ادامه به برخی از تفاوت های این دو محصول اشاره می کنیم.

• برای تولید آلیاژها فقط از فلزات استفاده می شود در حالی که در ساخت کامپوزیت از عناصر غیر فلز نیز استفاده می کنند.

• برای جدا کردن مصالح کامپوزیت از روش فیزیکی اما برای جداسازی آلیاژ از روش شیمیایی استفاده می شود.
• کامپوزیت‌ها فقط در دسته محصولات نا همگن قرار می گیرند.

• معمولا کامپوزیت ها نارسانا هستند یا رسانایی کمی دارند؛ اما آلیاژ ها ضریب انتقال الکتریسته بالایی دارند.

• آلیاژها دماهای ذوب مختلفی دارند در حالی که کامپوزیت‌ها در نقاط معینی به  جوش و ذوب می رسند.

مجموعه ی آهن ملل مناسب ترین قیمت امروز میلگرد کارخانه ها و برند های مختلف را به مشتریان ارائه می کند.

اجزای تشکیل دهنده کامپوزیت ها

به طور کلی، یک ماده‌ کامپوزیت از اجزای زیر تشکیل میشود:

تقویت‌کننده

تنوع تقویت کننده‌ ها زیاد است و هر کدام نیز کاربردهای خاصی دارند. الیاف ‌ها رایج ‌ترین مواد تقویت کننده هستند که بر ویژگی‌های مکانیکی مواد کامپوزیتی اثر گذار می باشند. دلیل این تأثیر گذاری، نسبت بالای طول به قطر الیاف می باشد که باعث ایجاد تنش برشی موثر شده و همچنین قابلیت پردازش و ساخت و ساز قطعات کامپوزیت به شکل‌ های مختلف را ارتقا می دهد. از مهم‌ ترین الیاف کامپوزیتی می ‌توان شیشه، کربن و آرامید را نام برد.

ماتریس (زمینه)

ماتریس‌ها به عنوان فاز پیوسته، یک متصل کننده برای تقویت کننده‌ ها هستند. تقویت کننده ‌ها، مانع از حرکت الیاف می‌شوند و کامپوزیت را در برابر آسیب‌ های محیطی و فیزیکی مقاوم می‌سازند. ماتریس ‌ها در یک موقعیت قرار می‌گیرند و تقویت کننده‌ ها را ثابت نگه می‌ دارند.

فاز میانی

لایه ‌ای فشرده شده از ماتریس که در سطح تقویت‌ کننده تشکیل می‌ گردد، فاز میانی نام دارد که یک رابط میان ماتریکس و تقویت کنند است.

انواع کامپوزیت‌ ها

با توجه به نوع ماتریس، کامپوزیت‌ ها عمدتا در چهار گروه جای می‌ گیرند:

• کامپوزیت‌ های با زمینه‌ فلزی (MMC): این نوع کامپوزیت دارای زمینه فلزی می باشد که به شدت مقاومت را بالا می برد. در این نوع کامپوزیت از فلزاتی مانند آلومنیوم و الیافی مانند کربن، کاربید، سیلیکون و غیره استفاده می شود.

• کامپوزیت‌ های زمینه سرامیکی (CMC): این سرامیک ها بهتر از سرامیک های معمولی هستند زیرا در برابر شوک حرارتی و شکستگی مقاومند.

• کامپوزیت های چوب پلاستیک (WPC ): این نوع کامپوزیت با الیاف چوب یا ترموپلاستیک های بازیافتی و پس مانده های کشاورزی ساخته می شود که بسیار با محیط زیست سازگار است. کامپوزیت چوب پلاستیک بسیار سبک بوده و از مقاومت بالایی برخوردار است.

• کامپوزیت‌ های زمینه پلیمری (PMCs): این نوع از کامپوزیت در مقایسه با سایر کامپوزیت ها از محبوبیت بالایی برخوردار است زیرا خواص مکانیکی مناسبی دارد. کامپوزیت ‌های زمینه پلیمری با تقویت کننده هایی از جنس بور، کربن و گرافیت و زمینه آن ها نیز از  مواد گرما نرم، اپوکسی و مواد گرما سخت تولید می شود.

• کامپوزیت‌ های کربن/کربن (CCs): تقویت کنندهای کامپوزیت های کربنی، شامل فیبرهای سه بعدی کربن هستند. به همین خاطر این نوع کامپوزیت، در دمای بسیار بالا و تحت شوک حرارتی، مقاومت زیادی دارد. از کاربردهای کامپوزیت های کربنی می توان به استفاده از آن ها در صنایع موشکی و نظامی اشاره کرد.

خواص مکانیکی، شیمیایی و الکتریکی کامپوزیت‌ها

• مقاومت در برابر خوردگی
• عایق حرارتی، مقاومت ویژه و‌ مدول ویژه‌  بالا
• مقاومت زیاد در برابر خستگی و شکستگی
• میرایی خوب
• چگالی پایین
• تولید، مونتاژ قطعات و عیب ‌یابی آسان
• ضریب انبساط حرارتی پایین

نتیجه گیری

کامپوزیت های تولید شده از عناصر مختلف، خواص شیمیایی و مکانیکی متفاوتی دارند. از ویژگی های کامپوزیت می توان به استحکام بالا و وزن سبک اشاره کرد. از انواع مختلف کامپوزیت ها می توان کامپوزیت های زمینه پلیمری، کربنی، فلزی و سرامیکی را نام برد. کامپوزیت ها تفاوت های بسیاری با آلیاژها دارند. برای مثال برای جدا کردن آلیاژها باید از واکنش های شیمیایی کمک گرفت، در حالی که برای جدا کردن مواد کامپوزیت ها، از واکنش های فیزیکی استفاده می شود. همچنین آلیاژها دماهای ذوب مختلفی دارند، در حالی که کامپوزیت‌ها در نقاط معینی به  جوش و ذوب می رسند.

سوالات متداول کامپوزیت