کامپوزیت طبیعی و کاربرد آنها در کشورهای مختلف، به کارخانه رولز رويس در سال 1916 برمی گردد. کشورهای استفاده کننده کامپوزیت های طبیعی هند، آمریکا و در کشورهای اورپایی رواج یافت و سپس به کشورهای دیگر گسترش یافت. كامپوزيت هاي طبيعی یا کامپوزيت‌هاي سبز دارای فاز زمينه و تقويت کننده، از موادي که در طبيعت تجزيه ميشوند و در اصطلاح به این مورد زیست تخریب پذیر گفته می شود.
کامپوزيت چيست؟
معمولا يک ماده کامپوزيت را به صورت يک مخلوط فيزيکي در مقياس ماکروسکوپيک از دو يا چند ماده مختلف تعريف ميکنند که اين مواد خصوصيات فيزيکي و شيميايي خودرا حفظ کرده و مرز مشخصي را با يکديگر تشکيل مي دهند (شکل 1).
شکل 1: مواد تشکیل دهنده کامپوزیت
دسته‌بندي کامپوزيت‌ها
به طور کلي کامپوزيت ها در چهار دسته زير تقسيمبندي ميشوند که هر کدام نيز داراي زير مجموعههايي مي شوند که در زيزر نشان داده شده است:
الف) دسته‌بندي کامپوزيت‌ها از ديدگاه زيستي
- کامپوزيت‌هاي طبيعي، مانند استخوان، ماهيچه، چوب و …
- کامپوزيت‌هاي مصنوعي (مهندسي)
ب) دسته‌بندي کامپوزيت‌هاي مهندسي از لحاظ فاز زمينه
- کامپوزيت‌هاي با زمينه سراميک CMC
- کامپوزيت‌هاي با زمينه پليمري PMC
- کامپوزيت‌هاي با زمينه فلزي MMC
ج) دسته‌بندي کامپوزيت‌هاي مهندسي از لحاظ نوع تقويت کننده
- کامپوزيت‌هاي تقويت شده با الياف FRC
- کامپوزيت‌هاي تقويت شده توسط ذراتPRC
د) کامپوزيت‌هاي سبز
در اينگونه کامپوزيت‌ها فاز زمينه و تقويت کننده، از موادي که در طبيعت تجزيه ميشوند، ساخته ميشوند. درکامپوزيت‌هاي سبز، معمولاً فاز زمينه از پليمرهاي سنتزي قابل جذب بيولوژيکي (پليمرهاي زيست تخريب پذير) و تقويت کننده‌ها از فيبرهاي گياهي ساخته ميشوند.
تاريخچه استفاده از کامپوزیت طبیعی و کاربرد آنها
تاريخچه استفاده از كامپوزيتهاي طبيعي از شرکت رولز رويس در سال 1916 براي اولين بار شروع می شود و سپس با گسترش در اروپا و آمریکا در ایران نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
رولز رویس و اولین استفاده از كامپوزيت هاي طبيعی
در سال 1916 براي اولين بار، كامپوزيت چوب پلاستيک در كارخانه رولز رويس براي ساخت سردسته دنده مورد استفاده قرار گرفت. اولين شركتهاي استفاده كننده از اين كامپوزيت به صورت گسترده، توليد كنندگان پنجره بودند؛ چراكه در گذشته تجربه كار با چوب و پلاستيك را به طور جداگانه دارا بودند. در سال 1996 ، بسياري از شركتهاي آمريكايي شروع به توليد اين كامپوزيت به صورت گرانول براي استفاده در شركتها و كارخانههاي ديگر كردند. از اين زمان به بعد فعاليتها در زمينه چوب پلاستيك به شدت رشد كرد.
امروزه استفاده از كامپوزيتهاي الياف طبيعي در صنعت ساختمان و صنعت خودرو مورد توجه بسياري از كشورهاي توسعهيافته و در حال توسعه قرار گرفته است. اين الياف به راحتي به چرخه طبيعت بر مي‌گردند و از قيمت بسيار پايين‌تري برخوردار هستند. در زير تجربه چند كشور از جمله ايران در بهره‌گيري از كامپوزيتهاي طبيعي آورده شده است. شکل 1 پروفیل کامپوزیتی با الیاف کنف می باشد.
شکل 1: پروفیل کامپوزیتی با الیاف کنف
کامپوزیت طبیعی در هند
طي دهه های گذشته، كشور هند گام‌هاي بلندي را در تدوين و گسترش دانش فني استفاده از كامپوزيتهاي الياف طبيعي برداشته است. اين كشور تحقيقات فراواني جهت توليد يك محصول بادوام و ارزان قيمت جهت پاسخگويي به نياز اقشار كم درآمد جامعه خود انجام داده است. اين كشور از منابع غني الياف طبيعي برخوردار است و با توجه به مشكل مسكن و جمعيت، فعاليت‌هاي خود را در راستاي كاربرد كامپوزيتهاي الياف طبيعي در صنعت ساختمان متمركز كرده است.
اين كشور پروژه‌هاي بزرگي را جهت توليد پروفيل‌هاي پالتروژني از الياف طبيعي، تهيه تخته‌هاي كامپوزيتي و پنل‌هاي ساختماني از جنس الياف كنف، درب‌هاي كامپوزيتي، قاب‌ها و پنجره‌هاي ساختماني از جنس الياف نارگيل، در دست اجرا دارد. البته محصولات توليد شده منحصرا در صنعت ساختمان اين كشور مصرف نمي‌شود و حجم بالايي از اين محصولات در ساخت قطارها و واگن‌هاي خط آهن مورد استفاده قرار گرفته است.
بنابر اظهارات هيئت ارزيابي و پيش‌بيني تكنولوژي هند ، با روي آوردن به سمت الياف طبيعي علاوه بر حفظ منابع ارزشمند چوب اين كشور، زمينه حضور هند در بازارهاي بين‌المللي نيز فراهم شده است. اين كشور جهت صدور تكنولوژي كامپوزيتهاي الياف طبيعي به كشورهاي آفريقايي و آسياي جنوبي شرقي كه از ذخاير الياف طبيعي فراواني برخوردارند، برنامه‌هاي بلندمدتي را در دستور كار خود قرار داده است.
کامپوزیت طبیعی در اروپا و آمریکا
استفاده از الياف طبيعي در ساخت كامپوزيتها در اروپا و آمريكا به شدت مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر الياف طبيعي، گزارشاتي مبني بر استفاده از رزين‌هاي طبيعي در ساخت تراكتورهاي شركت ژان‌دي‌ير نيز وجود دارد كه بيانگر توجه صنعت كامپوزيت اروپا به استفاده از منابع طبيعي و سازگار با محيط زيست مي‌باشد. خودروسازان اروپا و آمريكا طي سال‌هاي اخير اتومبيل‌هايي را كه در آنها از كامپوزيتهاي الياف طبيعي استفاده شده است به بازار عرضه كرده‌اند.
طي گزارشي شركتهاي بزرگي همچون جانسون، فيندلي و ويزيدوم از كامپوزيتهاي الياف طبيعي در خودروهاي سال 2001 خود بهره جسته‌اند. قطعات كامپوزيتي مورد استفاده اين شركتها توسط يكي از شركتهاي واقع در ايالت ايندياناي آمريكا تهيه ميشود و به روش قالبگيري پرس گرم شكل مي‌گيرند. شركت دايملر كرايسلر نيز به تازگي به سمت استفاده از يك نوع كامپوزيت الياف طبيعي كه در آفريقاي جنوبي توليد ميشود روي آورده است. اين شركت در ساخت قفسه‌هاي عقبي داخل خودروهاي سواري مرسدس رده C از اين نوع كامپوزيتها كمك گرفته است. اين شركت همچنين تمايل دارد از اين كامپوزيتها در ساخت كاروان‌هاي مسافرتي خود نيز استفاده كند.
شركت مشهور جنرال موتورز نيز يكي از شركتهايي است كه استفاده از الياف طبيعي را در دستور كار خود قرار داده است. علاوه بر چندين مدل كاميون، در بدنه خودروهاي مشهور اين كمپاني نيز قطعاتي از جنس كامپوزيتهاي الياف طبيعي را ميتوان مشاهده نمود. به غير از اين غول‌هاي بزرگ خودروسازي، شركتهاي كوچك‌تر خودروساز نيز از الياف طبيعي به عنوان پركننده‌هاي قطعات پليمري خودرو بهره فراواني مي‌گيرند. در اين قبيل قطعات درصد استفاده از الياف طبيعي بسيار كمتر است.
کامپوزیت های طبیعی در ایران
در ايران نيز به تازگي تلاش‌هايي جهت به‌كارگيري كامپوزيتهاي الياف طبيعي در صنايع خودرو و ساختمان گزارش شده است. در محور ساختمان، پژوهشگاه پليمر ايران به انجام مطالعات و تحقيقاتي در زمينه توليد نوارهاي تزئيني از جنس الياف طبيعي توسط فرايند پالتروژن اقدام نموده است. اين نوارها به كمك الياف طبيعي كنف و رزين پلي‌استر ساخته ميشوند و در ساخت نماهاي داخلي بنا، قابل استفاده هستند. همچنين پروفيل‌هاي ديگري نيز به اين روش توليد شده‌اند كه مي‌تواند موارد كاربرد خاص خود را در بازار بيابد. به غير از اين طرح تحقيقاتي، مورد ديگري از به كارگيري كامپوزيتهاي الياف طبيعي در صنعت ساختمان كشور گزارش نشده است.
در محور خودرو فعاليت‌هاي انجام شده پررنگ‌تر است. در حال حاضر در ايران براي ساخت قطعات تزئيني خودرو عموماً از كامپوزيتهاي پرشده با آرد چوب و يا فيبرهاي تهيه شده از تركيب رزين و تراشه‌هاي چوب كمك مي‌گيرند. بر طبق بعضي از گزارشات، مواد اوليه لازم براي توليد اين قطعات از خارج مرزها وارد ميشود و ارزبري بسيار زيادي دارد. كشور ما در حال حاضر از منابع غني الياف طبيعي همچون كنف برخوردار است. گسترش تكنولوژي كامپوزيتهاي طبيعي از سوي كشورهاي در حال توسعه همچون هند و تايلند مي‌تواند به عنوان الگويي براي بخش‌هاي تحقيقاتي داخلي در غنيمت شمردن فرصت‌هاي موجود در عرصه توليد مواد جديد محسوب شود.
كامپوزيت هاي طبيعی چرا؟
بطور معمول پلاستيك و صنايع پلاستيكي از نفت حاصل مي شوند. پيش بيني مي شود منابع شناخته شده ذخيره جهانى نفت تا ۸۰ سال ديگر تمام شوند. اين زمان در مورد گاز طبيعى ۷۰ سال و براى زغال ۷۰۰ سال است و اصولا هر چه مقدار ذخاير كمتر شود قيمت فراورده‌هاي نفتي بيشتر خواهد بود. علاوه بر اين تجزيه‌ي اين نوع مواد تقريبا 300 تا 500 سال زمان نياز دارد و اثرات منفي آن در زمينه‌هاي مختلف بارها براي همه‌ي ما اثبات گرديده است.
جدا از مسائل زيست محيطي، پلاستيك مي تواند بر سلامتي انسان‌ها نيز اثر سوء داشته باشد. بعنوان مثال خوردن غذاي گرم در ظروف يكبار مصرف پلاستيكي مي تواند منجر به بيماري‌هاي خطرناکي همچون سرطان ريه، کبد و پروستات شود. اين گونه مشكلات پلاستيك‌هاي نفتي دانشمندان و پژوهشگران را به ساخت نوعي از پلاستيك كه منشائي غير نفتي داشته باشند ترغيب كرده است.
تلاش های صورت گرفته بعضي از شركت ها برای دستيابي به كامپوزيت هاي طبيعی
حفظ محيط زيست از اولويت هاي زندگي بشر است و تكنولوژي در آينده موفق خواهد بود كه از آلودگي كمتري برخوردار باشد. در ذيل به چند خبر در مورد فعاليت شركت هاي خودروساز براي دستيابي به كامپوزيت هاي سازگار با محيط زيست اشاره شده است:
شركت تيآر به عنوان يكي از توليدكنندگان قطعات داخلي خودرو واقع در ساوتفيلد ايالات ميشيگان در آمريكا به تازگي دو ماده پليمري سازگار با محيط زيست را به بازار عرضه كرده است. بنابر عقيدة مديران شركت، اين دو مادة پليمري, مواد سبز هستند چرا كه بيش از 70 درصد تركيب آنها از الياف گياهي بوده و در عين حال به راحتي قابل نگهداري و بازيافت هستند. الياف طبيعي پليمر اكريليك در ديوارة درهاي خودرو، سيني و بدنه خودرو كاربرد دارند و همچنين بهعنوان بايندر (نوعي اتصال دهنده) به منظور افزايش استحكام و مقاومت به ضربه در محصولات گوناگون به كار برده ميشوند.
اين شركت ادعا ميكند كه با استفاده از اينگونه مواد، جرمي معادل 1300 گرم بر مترمربع به دست ميآيد كه كاهشي معادل 40 درصد در مقايسه با صفحات تهيه شده به روش تزريقي را نشان ميدهد. الياف طبيعي از جنس پلي پروپيلن، به دليل خاصيت ارتجاعي ذاتيشان داراي مقاومت به ضربه بيشتري بوده و خطرات كمتري دارند.
کاربرد کامپوزیت های طبیعی در سال 2010
توليد در كارگاه بيوكامپوزيت هاي “كافوس” واقع در ايالت اينديانا در آمريكا طي چند ماه اخير به سرعت افزايش يافته است. اين شركت امروزه محصولات كامپوزيت با الياف طبيعي را براي شركتهايي چون جانسون، فيندلي و مجتمع ويزدم توليد كرده و ميفرستد تا در بسياري از خودروهاي توليد شده در سال 2010 به كار گرفته شوند. محصولات توليدي توسط شركت كافوس كه الياف طبيعي گرمانرم بوده و به روش قالبگيري فشاري شكل داده ميشوند، هم اكنون افزون بر چندين مدل كاميون، در بدنههاي خودروهاي ديگري مانند ساتر (محصول شركت جنرال موتورز)، سبرينگ (محصول شركت دايملركرايسلر)، استارتوس و وايپر، مركوري و كاديلاك سويل نيز به كار ميروند. هر شركت بسته به كاربرد مورد نظر از الياف كنف يا تركيبي از الياف كنف و شاهدانه استفاده ميكند.
در پاسخ به درخواستها و نيازهاي روزافزون مشتريان، اين شركت در نظر دارد توليدات خود را گسترش دهد و در اين راستا مشغول پژوهش و بررسي الياف ديگري مانند كتان، در آزمايشگاههاي تحقيق و توسعه خود است. گاه نامه فناوري كامپوزيتها گزارشي از مشكلات و مسايل مالي شركت صنايع كافوس را در شمارة سپتامبر/اكتبر 2000 خود آورده است. با اين حال اين مسايل مربوط به توليدات بيوكامپوزيتهاي شركت كافوس نميشوند. چنين به نظر ميرسد كه الياف طبيعي رو به سوي پيشرفت دارند. برخي از دستاندركاران صنايع وابسته به خودرو انتظار دارند كه استفاده آنها از اين مواد در سال، بين 20-30 درصد افزايش داشته باشد.
شركت دايملركرايسلر به تازگي از آغاز يك فرايند توليد و استفاده از الياف سيسال (يك نوع الياف طبيعي) در آفريقاي جنوبي خبر داده است. در آنجا از پارچة بدون بافت سيسال و كتان براي قفسه عقبي خودروهاي سواري مرسدس رده c استفاده ميشود.
کاربرد الیاف طبیعی
علاوه بر کاربردهايي که قبلا در زمينه خودرو، ساختمان و کشاورزي ذکر گرديد ميتوان گفت امروزه ديگر محدوديتي براي نوع كالا وجود ندارد و با پليمرهاي گياهي انواع قطعات و وسايل ساخته مي شود به طوري كه در اروپا حتي قطعه اي را كه براي كاشت توپ گلف در زمين قرار ميدهند، ديگر بيرون نمي آورند چون از پليمرهاي گياهي ساخته شده است و به سرعت ميپوسد.
مثال ديگر كيسه هاي پلاستيكي بيمارستاني است كه دفن آن ها خطرناك مي باشد شايد بتوان گفت مهم ترين منبع آلودگي در بيمارستان ها كيسه هاي پلاستيكي است كه براي انتقال لباس هاي بيماران و پزشكان به بخش لباسشويي بيمارستان استفاده مي شود. در حال حاضردر كشورهاي پيشرفته اين پلاستيك ها را با پليمرهاي گياهي توليد مي كنند و حلاليت آن را در آب افزايش مي دهند؛ به اين ترتيب كيسه ها را به همراه لباس داخل ماشين لباسشويي قرار مي دهند چون كيسه ها بعد از ١٠ دقيقه در آب جوش حل مي شود.
حتي مي توان روكش هاي دارويي، گياهي زيست تخريب پذير بسازيم كه با محاسبه ميزان و زمان لازم براي حلاليت كپسول دارو، به عنوان مثال دارو در روده كوچك آزاد شود و تاثير خود را بگذارد.
در مورد اسباب بازي ها هم چون وسيله اي است كه كودك با آن بسيار سر و كار دارد و حتي خردسالان آن را به دهان هم مي برند. با استفاده از پليمرهاي گياهي مي توان اسباب بازي هايي بي ضرر به جاي اسباب بازي هاي پلاستيكي ساخته شده از مواد نفتي توليد كرد. الیاف کنف جزو الیاف طبیعی می باشد که شکل آن را می بینید.
مثالی برای كامپوزيت هاي طبيعی
به عنوان نمونه از کامپوزیت های طبیعی به بررسي برخي خواص كامپوزيت چوب پلاستيک در ادامه مي پردازيم.
الف: زيست تخريب پذيري
يكي از مزاياي اصلي استفاده از كامپوزيت چوب پلاستيك، سازگاري بيشتر آن با محيط زيست مي باشد. هر روزه فشار بر روي صنايع مختلف براي توليد محصولات سازگار با محيط زيست و بازيافت و كاهش ضايعات حاصل از توليد، افزايش مي يابد. با توجه به اين موضوع مي توان به مزاياي ديگري از اين كامپوزيت به شرح ذيل اشاره نمود:
- در توليد محصولات مختلف از اين كامپوزيت، ضايعات بسيار كمي وجود داشته، و البته اين ضايعات احتمالي نيز قابل استفاده مجدد در خط توليد مي باشند
- اين كامپوزيت حاوي هيچگونه مواد سمي فرار و يا فرم آلدهيد، نمي باشد
- محصولات توليدي از اين مواد قابل بازيافت بوده و پس از اتمام طول عمر آنها قابل آسياب و استفاده مجدد مي باشند.
ب: خواص مكانيكي
تاكنون تحقيقات زيادي بر روي خواص مكانيكي كامپوزيت چوب پلاستيك انجام شده است. بيشتر اين بررسي ها به منظور تحقيق و اندازه گيري خواصي از قبيل مدول الاستيسيته و مقاومت شكست اين كامپوزيت انجام شده است. افزايش چوب به پلاستيك مي تواند باعث افزايش سفتی آن شود ولي اغلب آن را ترد نيز مي كند. افزايش فيبر به جاي پودر باعث افزايش خواص مكانيكي در اين كامپوزيت مي گردد. اما كاربرد فيبر مشكلاتي در تغذيه اين كامپوزيت در فرآيند توليد به وجود مي آورد كه باعث ايجاد محدوديت در استفاده از آن مي گردد.
از ديگر تاثيرات مثبت ايجاد شده به خاطر حضور چوب در كامپوزيت چوب پلاستيك مي توان به كاهش ميزان انبساط حرارتی كامپوزيت حاصل اشاره نمود اين موضوع سبب كاهش ميزان انقباض محصول توليدي شده و لذا طراحي قالب و مسائل مشابه براي اين كامپوزيت به سادگي انجام مي شوند. با توجه به قابليت اضافه نمودن مواد مختلف به كامپوزيت چوب پلاستيك، و همچنين در نظر گرفتن انواع مواد اوليه استفاده شده در آن مي توان محصولي با خواص بالاتر از نظر سختي، مقاومت سايشي و استحكام فشاري نسبت به چوب بدست آورد.
علاوه بر موارد بيان شده در بالا، ساير خواص قابل بحث درباره اين كامپوزيت را مي توان در قالب شکل2 نشان داد:
شکل 2: خواص مختلف كامپوزيت چوب پلاستيك
مقاله قبلی سایت آگهی 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 تخصص، محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. البته به شرطی که مقاله کپی از سایت های دیگر و حتی خودتون نباشد. مقالات تا همیشه در سایت خواهند ماند.
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.
