انواع کامپوزیت ها و طبقه بندی آنها را می توان هم براساس بستر یا زمینه تولیدی کامپوزیت ها و همچنین براساس نوع الیاف، بافت الیاف و نوع مواد به کار رفته در کامپوزیت دسته بندی کرد. دسته بندی انواع رایج کامپوزیت در صنعت عبارتند از، کامپوزیت های زمینه پلیمری، زمینه فلزی و زمینه سرامیکی خواهیم پرداخت.
مقدمه
كامپوزيت ها در ابتدايي ترين شكل خود، سازه هايي هستند كه از به هم پيوستن حداقل دو عنصر تشكيل يافته اند كه خواصي متفاوت از اجزاي تشكيل دهنده خود را دارا مي باشند. در عمل، اكثر سازه ها شامل توده اي از مواد بنام بستر (ماتريس) در كنار نوعي تقويت كننده مي باشند كه بخش تقويت كننده اساسا براي افزايش استحكام و سفتي، به ماتريس اضافه مي شود . تقويت كننده هاي فوق ، معمولا به شكل الياف بكار برده مي شوند (شکل 1).
شکل 1: فازهای تشکیل دهنده کامپوزیت
تعريف دیگری از كامپوزيت و قدمت آن
هر جسمي كه از اختلاط فيزيكي و ماكروسكوپيك دو يا چند ماده متمايز، بمنظور توليد يك سيستم چندفازي با خواص فيزيكي متفاوت از مواد اوليه متشكله آن ساخته شود (کلا فرقی ندارد، یعنی انواع کامپوزیت ها)، كامپوزيت ناميده مي شود . بنابراين مواد كامپوزيت بهيچ وجه كشف جديدي بشمار نمي روند بلكه در طول تاريخ كاملاً شناخته شده بوده اند.
مثلاً مصريان باستان از تخته سه لا استفاده مي كردند كه در واقع كامپوزيتي متشكل از لايه هاي مختلف چوب و چسب مي باشد .
در انجيل نيز از كاهگل نام برده شده كه توسط كاه تقويت شده است.
شمشيرها و زره هاي مورد استفاده در قرون وسطي نيز از لايه هاي مختلفي از فلزات و همينطور مواد ديگر ساخته شده بودند كه باز هم يك ماده كامپوزيت است.
حتي يك ديوار سنگي را مي توان يك نوع كامپوزيت«سنگ ملات» بحساب آورد.
كامپوزيتها در طبيعت نيز به وفور يافت مي شوند . فومها يا اسفنجهاي طبيعي دريايي ، معدني و گياهي ( ساقه درخت آفتابگردان ) و استخوانهاي تشكيل دهنده اسكلت جانداران ، مثالهاي ديگري از كامپوزيتهاي طبيعي اند.
دسته بندی اصلی کامپوزیت ها (انواع کامپوزیت ها)
1- كامپوزيت های پلیمری (PMC) : اين دسته كامپوزيت ها از متداول ترين (كه قبلا به نام فايبرگلاس مصطلح بوده اند) مي باشند . مواد فوق به عنوان FRP (پلاستيك هاي تقويت شده با الياف) نيز شناخته شده اند . در ساخت اين سازه ها از يك رزين پايه به عنوان بستر و از تقويت كننده هاي متنوعي همچون الياف شيشه ، الياف كربن و الياف آراميد، استفاده مي شود .
2- كامپوزيت ها با بستر فلزی (MMC) : در صنايع خودروسازي به طور گسترده از كامپوزيت ها با بستر فلزي استفاده مي شود. در فرآيند ساخت اين قطعات از يك فلز نظير آلومينيوم به عنوان بستر استفاده مي شود كه با الياف سيليكون كاربايد و يا ذرات سراميكي تقويت مي گردد.
3- كامپوزيت ها با بستر سراميك (CMC) : اين نوع كامپوزيت ها در محيط هاي با دماي خيلي بالا استفاده مي شوند . اين مواد از سراميك به عنوان بستر استفاده نموده و با الياف كوتاه يا تار موهاي خيلي كوتاه از جنسي مانند كاربيد سيليكون و يا نيتريد بورون تقويت مي گردند.
مشخصات عمومي كامپوزيت ها
انواع کامپوزیت ها بطور خلاصه شامل يك يا چند فاز ناپيوسته مي باشند كه در يك فاز كلي پيوسته بصورت محاط در آن قرار گرفته اند.
فازهاي ناپيوسته معمولاً سخت تر و قويتر از فازهاي پيوسته مي باشند و بنام تقويت كننده ها يا مواد تقويت كننده ناميده مي شوند در صورتيكه فاز پيوسته را ماتريس مي نامند.
خواص كامپوزيتها شديداً تحت تأثير مواد سازنده ، چگونگي توزيع اين مواد و نيروهاي جاذبه بين آنها قرار مي گيرد. بعبارت ديگر هر يك از خواص كامپوزيتها جمع درصدهاي آن خاصيت در فازهاي مختلف بوده بنحويكه فازهاي مختلف در اشكال گوناگون جذب يكديگر شده و باعث بهبود در خواص همه فازها مي شوند.
طبقه بندي كامپوزيت ها
از مواد مختلفي مي توان در ساخت كامپوزيتها استفاده كرد و ظاهراً هم محدوديتي در زمينه انواع تركيبات ممكن وجود ندارد ولي بر اساس شكل مواد داخل كامپوزيت ، مي توان آنها را به پنج نوع ذيل تقسيم نمود .
شكل 2 انواع مختلف كامپوزيتها را نشان مي دهد . چنانكه در شكل 2 مشاهده مي شود اين پنج نوع عبارتند از:
1- كامپوزيت هاي اليافي: كه شامل الياف محاط شده در ماتريس هستند.
2- كامپوزيت هاي لايه اي: كه شامل لايه هايي از موادند كه بر رويهم قرار گرفته اند.
3- كامپوزيت هاي ذره اي: كه شامل ذرات محاط شده در ماتريس هستند.
4- كامپوزيت هاي پولي: ساخته شده از پولك با يا بدون ماتريس.
5- كامپوزيت هاي پر شده: كه از يك ماتريس كه بوسيله ماده ديگري پر شده تشكيل مي شوند.
شکل 2: انواع مختلف كامپوزيت ها
تقسیمات کامپوزیت های پلیمری
در شکل 3 نیز تقسیمات کامپوزیت های پلیمری نوشته شده است.
شکل3: تقسیمات کامپوزیت های پلیمری
از نظر فني، كامپوزيتهاي ليفي، مهمترين نوع كامپوزيتها مي باشند كه خود به دو دستة الياف كوتاه و بلند تقسيم ميشوند. الياف مي‌بايست استحكام كششي بسيار بالايي داشته، خواص ليف آن (در قطر كم) از خواص توده ماده بالاتر باشد. در واقع قسمت اعظم نيرو توسط الياف تحمل ميشود و ماتريس پليمري در واقع ضمن حفاظت الياف از صدمات فيزيكي و شيميايي، كار انتقال نيرو به الياف را انجام مي‌دهد. ضمناَ ماتريس الياف را به مانند يك چسب كنار هم نگه مي‌دارد و البته گسترش ترك را محدود مي‌كند.
مدول ماتريس پليمري بايد از الياف پايينتر باشد و اتصال قوي بين الياف و ماتريس بوجود بياورد. خواص كامپوزيت بستگي زيادي به خواص اَ لياف و پليمر و نيز جهت و طول الياف و كيفيت اتصال رزين و الياف دارد. اگر الياف از يك حدي كه طول بحراني ناميده ميشود، كوتاهتر باشند، نمي‌توانند حداكثر نقش تقويت كنندگي خود را ايفا نمايند.
دسته بندی الیاف ورد استفاده در کامپوزیت های پلیمری
اليافي كه در صنعت كامپوزيت استفاده ميشوند به دو دسته تقسيم ميشوند:
الف)الياف مصنوعي ب)الياف طبيعي
كارايي كامپوزيتهاي پليمري مهندسي توسط خواص اجزاء آنها تعيين ميشود. اغلب آنها داراي الياف با مدول بالا هستند كه در ماتريسهاي پليمري قرار داده شده اند و فصل مشترك خوبي نيز بين اين دو جزء وجود دارد.
ماتريس پليمري دومين جزء عمده كامپوزيتهاي پليمري است. اين بخش عملكردهاي بسيار مهمي در كامپوزيت دارد.
بحث در مورد مصاديق ماتريسهاي پليمري مورد استفاده دركامپوزيتها به معناي بحث در مورد تمام پلاستيكهاي تجاري موجود ميباشد. در تئوري تمام گرماسختها و گرمانرمها ميتوانند به عنوان ماتريس پليمري استفاده شوند. در عمل، گروههاي مشخصي از پليمرها به لحاظ فني و اقتصادي داراي اهميت هستند.
در ميان پليمرهاي گرماسخت پلي استر غير اشباع، وينيل استر، فنل فرمآلدهيد(فنوليك) اپوكسي و رزينهاي پلي ايميد بيشترين كاربرد را دارند.
در مورد گرمانرم ها، اگرچه گرمانرمهاي متعددي استفاده ميشوند، PEEK ، پلي پروپيلن و نايلون بيشترين زمينه و اهميت را دارا هستند. از الياف متداول در كامپوزيتها مي‌توان به شيشه، كربن و آراميد اشاره نمود. در ميان رزينها نيز، پلي استر، وينيل استر، اپوكسي و فنوليك از اهميت بيشتري برخوردار هستند.
برای خواندن همه مقالات مربوط به کامپوزیت ها روی عنوان کامپوزیت در زیر کلیک کنید.
مقاله های تخصصی کامپوزیت
مقاله انواع کامپوزیت‌های دندانی و دندانپزشکی را نیز می توانید با کلیک روی آن مطالعه کنید.
مقاله قبلی سایت تخصصم اینه را می توانید اینجا بخوانید
همچنین شما دوست عزیز و متخصص نیز می توانید مقالات خود را با اسم خودتون (شرکت، اشخاص و مخترعان) به همراه تبلیغ محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. اینجا کلیک کنید تا شرایط نوشتن و فرستادن مقاله را مشاهده نمایید.
در فرم زیر نیز می توانید ایمیل خود را برای دریافت آخرین مقاله های سایت وارد نمایید.
