آشنایی با کامپوزیت‌ها؛ انواع و ویژگی‌های انها
مواد کامپوزیتی امروز جایگاه ویژه‌ای در فناوری‌های مدرن دارند و تأثیرات چشمگیری بر زندگی روزمره می‌گذارند. این مواد با قابلیت بازیافت و عدم تولید ضایعات، گزینه‌ای سازگار با محیط زیست محسوب می‌شوند. کامپوزیت‌ها از ترکیب دو یا چند ماده با خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوت تشکیل می‌شوند که به آن‌ها ویژگی‌هایی همچون استحکام، مقاومت و زیبایی می‌بخشند. این مواد در انواع مختلفی از جمله کامپوزیت‌های با زمینه فلزی، سرامیکی، کربنی و پلیمری در بازار موجود هستند و در این مقاله به بررسی هریک خواهیم پرداخت.
ماده کامپوزیت چیست؟
کامپوزیت‌ها از ترکیب دو یا چند ماده مختلف ساخته می‌شوند که هرکدام ویژگی‌های خاص خود را به این ترکیب می‌بخشند. از زمان‌های بسیار قدیم، انسان‌ها از مواد کامپوزیتی برای ساخت تجهیزات مختلف استفاده کرده‌اند. اولین کامپوزیت‌ها از مواد طبیعی مانند گل و کاه ساخته می‌شدند، اما کامپوزیت‌های امروزی از مواد مصنوعی در آزمایشگاه تولید می‌شوند. دلیل استفاده گسترده از کامپوزیت‌ها نسبت به سایر مواد این است که این ترکیبات دارای خواص متنوع و کاربردهای وسیعی هستند.
تاریخچه استفاده از ماده کامپوزیت
استفاده از کامپوزیت‌ها به هزاران سال قبل بازمی‌گردد. حدود ۳۴۰۰ سال پیش از میلاد، ساکنان بین‌النهرین در عراق با ایجاد اولین نوع کامپوزیت، نوارهای چوبی را به صورت متقاطع روی هم می‌چسباندند و تخته سه لا می‌ساختند. پس از آن، در حدود ۲۱۸۱ سال قبل از میلاد، مصریان روش جدیدی را برای ساخت پاپیروس آغشته به گچ ابداع کردند.
با شروع انقلاب صنعتی و در دهه ۱۹۰۰، علم شیمی به توسعه مواد جدیدی مانند پلاستیک‌هایی از جمله پلی‌استر، فنولیک و وینیل کمک کرد. پیشرفت عمده کامپوزیت‌ها از دهه ۱۹۳۰ آغاز شد، زمانی که الیاف شیشه توسط Owens Corning معرفی شد. رزین‌های مهندسی در همان دوره تولید شده و همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرند. در سال ۱۹۳۶، رزین‌های پلی‌استر غیر اشباع ثبت شدند و دو سال بعد، سیستم‌های رزینی پیشرفته‌تر در دسترس قرار گرفتند.
انواع کامپوزیت‌ها
کامپوزیت‌ها را می‌توان بر اساس ماتریس و تقویت‌کننده آن‌ها به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد. ماتریس، ماده‌ای پیوسته است که تقویت‌کننده‌ها در آن قرار می‌گیرند و تقویت‌کننده‌ها، مواد رشته‌ای یا ذره‌ای هستند که به ماتریس اضافه می‌شوند تا خواص مکانیکی آن را بهبود بخشند.
بر اساس نوع ماتریس، کامپوزیت‌ها به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:
- کامپوزیت‌های پلیمری: رایج‌ترین نوع کامپوزیت هستند و ماتریس آن‌ها از پلیمرهای ترموست یا ترموپلاستیک تشکیل شده است. تقویت‌کننده‌های این کامپوزیت‌ها معمولاً الیاف کربن، الیاف شیشه یا الیاف آرامید هستند.
- کامپوزیت‌های فلزی: ماتریس این کامپوزیت‌ها از فلزات تشکیل شده است و تقویت‌کننده‌های آن‌ها معمولاً ذرات سرامیکی یا الیاف فلزی هستند.
- کامپوزیت‌های سرامیکی: ماتریس این کامپوزیت‌ها از سرامیک‌ها تشکیل شده است و تقویت‌کننده‌های آن‌ها معمولاً الیاف سرامیکی هستند.
- کامپوزیت‌های کربنی: ماتریس این کامپوزیت‌ها از کربن تشکیل شده است و تقویت‌کننده‌های آن‌ها معمولاً الیاف کربن هستند.
اجزای اصلی تشکیل‌دهنده کامپوزیت‌ها
کامپوزیت‌ها از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که هر یک نقشی کلیدی در خواص نهایی این مواد دارند. به طور کلی، سه جزء اصلی در ساختار کامپوزیت‌ها حضور دارند: تقویت‌کننده، ماتریس و فاز میانی.
تقویت‌کننده‌ها
تقویت‌کننده‌ها به عنوان یکی از مهم‌ترین اجزای کامپوزیت‌ها، تنوع بسیاری دارند و هر یک به منظور کاربردهای خاصی طراحی شده‌اند. رایج‌ترین مواد تقویت‌کننده، الیاف هستند که تأثیر چشمگیری بر ویژگی‌های مکانیکی کامپوزیت‌ها دارند. این تأثیر ناشی از نسبت بالای طول به قطر الیاف است که موجب ایجاد تنش برشی مؤثر و بهبود قابلیت‌های پردازش و ساخت قطعات در اشکال مختلف می‌شود. از پرکاربردترین الیاف کامپوزیتی می‌توان به شیشه، کربن و آرامید اشاره کرد.
ماتریس (زمینه)
ماتریس، فاز پیوسته و متصل‌کننده‌ای است که وظیفه نگه‌داشتن و تثبیت تقویت‌کننده‌ها را بر عهده دارد. این ماده نه‌تنها باعث جلوگیری از جابجایی الیاف می‌شود، بلکه به محافظت از کامپوزیت در برابر آسیب‌های فیزیکی و محیطی کمک می‌کند. ماتریس‌ها به طور مستمر تقویت‌کننده‌ها را در جای خود ثابت نگه می‌دارند و از انسجام ساختاری آن‌ها حمایت می‌کنند.
فاز میانی
فاز میانی به لایه‌ای گفته می‌شود که در سطح تقویت‌کننده‌ها از ماتریس تشکیل شده و به عنوان رابط میان ماتریس و تقویت‌کننده عمل می‌کند. این فاز نقشی حیاتی در اتصال این دو بخش دارد و تأثیر مستقیمی بر خواص مکانیکی و شیمیایی کامپوزیت نهایی می‌گذارد.پ
بارزترین تفاوت‌های کامپوزیت و آلیاژ
آلیاژ و کامپوزیت هر دو از مواد ترکیبی هستند، اما تفاوت‌ها و شباهت‌های زیادی میان این دو وجود دارد. با پیشرفت تکنولوژی، کامپوزیت‌ها محبوبیت بیشتری نسبت به آلیاژها پیدا کرده‌اند. در ادامه به تفاوت‌های کلیدی آن‌ها اشاره می‌کنیم:
- مواد سازنده: آلیاژها تنها از فلزات ساخته می‌شوند، اما کامپوزیت‌ها می‌توانند شامل عناصر غیر فلزی نیز باشند.
- روش جداسازی : برای جدا کردن مواد تشکیل‌دهنده کامپوزیت از روش‌های فیزیکی استفاده می‌شود، در حالی که آلیاژها با روش‌های شیمیایی جداسازی می‌شوند.
- دسته‌بندی: کامپوزیت‌ها همواره به‌عنوان مواد ناهمگن دسته‌بندی می‌شوند.
- رسانایی : کامپوزیت‌ها اغلب نارسانا یا دارای رسانایی الکتریکی کم هستند، اما آلیاژها به دلیل ساختار فلزی، ضریب رسانایی بالایی دارند.
- نقطه ذوب: آلیاژها نقاط ذوب متفاوتی دارند، در حالی که کامپوزیت‌ها در دماهای معینی به نقطه جوش و ذوب می‌رسند.
جمع بندی
کامپوزیت‌ها با توجه به عناصر مختلفی که در تولید آن‌ها به کار رفته، دارای خواص شیمیایی و مکانیکی متنوعی هستند. از جمله ویژگی‌های برجسته کامپوزیت‌ها می‌توان به استحکام بالا و وزن سبک اشاره کرد، که این ترکیب باعث شده در صنایع مختلف مورد توجه قرار گیرند. کامپوزیت‌ها به دسته‌های گوناگونی مانند کامپوزیت‌های زمینه پلیمری، کربنی، فلزی و سرامیکی تقسیم می‌شوند.
یکی از تفاوت‌های اصلی بین کامپوزیت‌ها و آلیاژها در نحوه جداسازی آن‌هاست. در آلیاژها، عناصر با واکنش‌های شیمیایی از یکدیگر جدا می‌شوند، در حالی که در کامپوزیت‌ها این کار با روش‌های فیزیکی انجام می‌شود. همچنین، آلیاژها دماهای ذوب متغیری دارند، در حالی که کامپوزیت‌ها در نقاط مشخصی به جوش یا ذوب می‌رسند، که این ویژگی به کنترل بهتر آن‌ها در شرایط مختلف صنعتی کمک می‌کند. برای اطلاعات بیشتر درباره محصولات و خدمات، با شرکت پیوان جهت ارائه مشاوره تخصصی تماس بگیرید: 45171_021.
میلگرد
ورق
تیرآهن و هاش
پروفیل
نبشی
ناودانی
لوله و اتصالات
صنایع مفتولی
تخته و چوب
