اختصاصی از
هایدی دانلود مقاله آشنایی با مواد کامپوزیت ومروری بر کاربردهای آن در صنعت دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
تاریخچه
قدیمی ترین مثال از کامپوزیت ها مربوط به افزودن کاه به گل جهت تقویت گل و ساخت آجری مقاوم جهت استفاده در بناها بوده است . قدمت این کار به 4000 سال قبل از میلاد مسیح باز می گردد . در این مورد کاه نقش تقویت کننده و گل نقش زمینه یا ماتریس را دارد . ارگ بم که شاهکار معماری ایرانیان بوده است . نمونه بارزی از استفاده از تکنولوژی کامپوزیت ها در قرون گذشته بوده است . مثال دیگر تقویت بتن توسط میله های فولادی می باشد . که قدمت آن به سال 0081 میلادی باز می گردد . در بتن مسلح یا تقویت شده میله های فلزی استحکام کششی لازم را در بتن ایجاد می نمایند چرا که بتن یک ماده ترد می باشد و مقاومت اندکی در برابر بارهای کششی دارد . بدین ترتیب بتون وظیفه تحمل بارهای فشاری و میله های فولادی وظیفه تحمل بارهای کششی را بر عهده دارند .
تاریخچه مواد پلیمری تقویت شده با الیاف به سالهای 1940 در صنایع دفاعی و به خصوص کاربردهای هوا– فضا بر می گردند برای مثال در سال 1945 بیش از 7 میلیون پوند الیاف شیشه به طور خاص برای صنایع نظامی ، مورد استفاده قرار گرفته است . در ادامه با توجه به مزایای آنها ، به صنایع عمومی نیز راه یافتند .
تعریف کامپوزیت
ترکیب دو یا چند ماده با یکدیگر به طوری که به صورت شیمیائی مجزا و غیر محلول در یکدیگر باشند و بازده و خواص سازه ای این ترکیب نسبت به هریک از اجزاء تشکیل دهنده آن به تنهایی ، در موقعیت برتری قرار بگیرد را کامپوزیت می نماند . به عبارت دیگر کامپوزیت به دسته ای از مواد اطلاق می شود که آمیزه ای از مواد مختلف و متفاوت در فرم و ترکیب باشند و اجزاء تشکیل دهنده آنها هویت خود را حفظ کرده ، در یکدیگر حل نشده ، با هم ممزوج نمی شوند . با توجه به این امر کامپوزیت از آلیاژ فلزی متفاوت می باشد . بنابراین کامپوزیت ترکیبی است از حداقل دو ماده مجزای شیمیایی با فصل مشترک مشخص بین هر جزء تشکیل دهنده .
تقسیم بندی کامپوزیت ها
مواد کامپوزیتی از یک ماده زمینه ( ماتریس ) تقویت شده با انواع مختلفی از الیاف ها ساخته شده است . الیافهای تقویت کننده تحمل کننده اصلی بارها می باشند وزمینه ویفه فراهم سازی بستر مناسب جهت انتقال باز از الیافی به الیاف دیگر را بر عهده دارد .
ساختار کامپوزیت های پایه پلیمری
در کامپوزیت های پایه پلیمری ، ماتریس یا همان زمینه یک ماده پلیمری است که به آن لفظ رزین اطلاق می گردد و شامل دو دسته کلی ترموپلاستیک ها هستند . الیاف تقویت کننده نیز شامل انواع شیشه ، آرامید ، کربن و بورن می باشد . دراین ترکیب نقش باربری به صورت عمده بر عهده الیاف است . رزین وظیفه توزیع بار اعمال شده در شبکه الیاف و نگهداشتن موقعیت الیاف در جای خود را بر عهده دارد . امروزه استفاده از الیاف طبیعی در کامپوزیت های موسوم به کامپوزیت سبز نیز رونق خاصی پیدا کرده است .
صنعت لوله های کامپوزیتی
یکی از زمینه های عمده استفاده از کامپوزیت ها ، تولید لوله های با اقطار مختلف با استفاده از مواد کامپوزیتی است . لوله های کامپوزیت که متشکل از الیاف شیشه و رزین های ترموست می باشند ساختار محکم ، مقاوم به خوردگی و سبکی را فراهم می کنند که به عنوان جایگزین بسیار مناسبی برای لوله های فلزی و بتونی مطرح می شوند .
عبارات GRP1 ، 2GRV ، GRE3 که در صنعت لوله های کامپوزیتی رواج دارد ، همگی معرف پیکربندی های مختلف لوله های کامپوزیتی هستند که با توجه به ماموریت مختلف مورد انتظار ، از ساختار مبتنی بر الیاف شیشه به همراه رزین پلی استر ، وینیل استر و یا اپوکسی در آنها استفاده می شود . پلی استرها اغلب برای تولید لوله ها جهت مصارف مختلف از جمله آب شرب ، جمع آوری فاضلاب و پسابهای صنعتی و آبیاری و ..... استفاده می شوند و وینیل استرها مقاومت بیشتری در برابر خوردگی در برابر مایعات خورندگی قوی مانند اسیدها و سفید کننده ها دارند . رزین اپوکسی معمولاً برای لوله هایی با قطر کمتر از750 میلمیتر و عمدتاً برای خطوط نفت ، گاز و فشارهای بسیار بالا استفاده می شوند.
لوله های کامپوزیتی از دیدگاه نحوه انتقال سیار حاوی به دو گروه عمده گرانشی و فشاری تقسیم می شوند .
در لوله های گرانشی سیال به وسیله نیروی گرانشی ویا با فشار خیلی کم برای تداوم حرکت ، جابجا می شود و به همین دلیل ویژگی سفتی عامل مهم در طراحی این لوله ها می باشد . جهت قرارگیری الیاف در این لوله ها به شیوه ای است که سفتی لوله در جهت های محیطی و محوری باعث کاهش تغییر شکل های خمشی در مسیر می شود و لوله در برابر نیروهای ناشی از دفن ورفت و آمد روی آن ، مقاومت می نماید . قطر این لوله ها از 100 میلیمتر تا 4000 میلمیتر متغییر است و الیاف بیشتر در جهت محیطی قرارداده می شود که برای تحمل فشارهای زیر 16 بار (6/1 مگا پاسکال ) مناسب است . این لوله ها در عمق زیاد نسبت به سطح زمین قرار می گیرند و فشار خاک و فشار ترافیکی روی آنها زیاد است . لوله های فاضلاب نمونه ای از لوله های گرانشی می باشند .
از لوله های تولید شده به روشهای الیاف پیچی پیوسته و نا پیوسته جهت تأمین لوله های گرانشی نیز استفاده می گردد هرچند کاربرد اصلی این نوع لوله ها جهت مصارف پر فشار می باشد .
درلوله های فشاری ، حمل سیالات درفشارهای بین 690 کیلو پاسکال تا چند مگا پاسکال مد نظر می باشد . عمده مصرف این لوله ها در انتقال آب ، صنایع نفت و گاز و دریایی می باشد . که فراورده های مختلف با فشارهایی در حدود 14 و یا 34 مگا پاسکال انتقال داده می شوند .جهت الیاف در این لوله ها بر اساس میزان فشار طراحی در زوایای مختلفی نسبت به محور لوله صورت می پذیرد .
حوزه های مختلف کاربرد لوله های کامپوزیتی
مهمترین ویژگی و خصوصیت لوله های کامپوزیتی که باعث تفوق آنها در خطوط انتقال محصولات مختلف شده است . مقاومت به پدیده خوردگی ناشی از سیالات ( مایعات و گازها ) در هر دو جداره داخلی و خارجی است . لوله های کامپوزیتی به علت ساختار پلیمری خود کاملاً نسبت به این پدیده ایمن هستند و قابلیت کارکرد بدون تعمیر را در محیط های فعال شیمیائی والکترو شیمیائی به مدت 25 الی 50 سال دارا هستند . درست به همین دلیل است که صنایع نفت و گاز و آب و فاضلاب عمده ترین حوزه نفوذ این محصولات بوده است . حذف هزینه های سنگین تعمیر و نگهداری لوله های خورده شده انتقال دهنده نفت یا گاز و خسارات ایجاد شده از قطع سرویس به مراکز صنعتی ، مهمترین عواملی است که باعث شده است تا لوله های کامپوزیتی گوی سبقت را از سایر رقبای سنتی خود بربایند .
لوله های GRP در حوزه های مختلفی از صنعت استفاده می شوند که اهم آنها را می توان در فهرست طبقه بندی نمود :
توزیع آب در هر دو حوزه ساختمان و صنعت
سیستم فاضلاب شهری
انتقال پسابهای صنعتی
جمع آوری آبهای سطحی
انتقال آب دریا و رودخانه ها
مدخل آبگیری برای سیستم های برجهای خنک کن
شبکه اطفاء حریق
خطوط فرایندی برای کارخانه های صنعتی
شبکه انتقال و توزیع سوخت
انتقال سیالات خورنده
شبکه های آبیاری و زهکشی
لوله های GRE با توجه به شیوه تولید و رزین مورد استفاده ، کلاس بالاتری از استحکام را ارائه می دهند که این امر باعث می شود تا جهت انتقال فراورده های پرفشار نفت و گاز از آنها استفاده می شود .
امروزه در عرصة انتخاب مواد، کامپوزیت¬ها رقبای مهمی برای فولاد و آلومینیوم محسوب می-گردند. فتح بازارهای جهانی، مستلزم کاهش هزینه¬های مواد اولیه و فرایند تولید می¬باشد و همین مساله توجه صنعت عمران و ساختمان را به سوی کامپوزیت¬ها معطوف داشته است. در بعضی از موارد، این مواد جایگزین مناسبی برای چوب و بتن در ساختمان¬ها به شمار آمده و با دارا بودن وزن پایین و مقاومت در برابر خوردگی در بسیاری از قسمت¬های ساختمان به¬کار رفته¬اند. کامپوزیت¬ها هم در مصارف زیربنایی ساختمان از قیبل قطعات ساختمان¬های سبک پیش¬ساخته و صفحات پوششی سقف ساختمان استفاده می¬شوند و هم در مصارف داخلی بنا مانند ساخت حمام، کابینت آشپزخانه و پنجره¬ها مورد استفاده قرار گرفته-اند. این مواد حتی به عنوان سنگ¬های مصنوعی در نمای بیرونی ساختمان نیز کاربرد ویژه¬ای دارند.
راهبرد کشور هند
مراکز تحقیقاتی و صنعتی هند تلاش¬های فراوانی جهت گسترش مواد ساختمانی با عملکرد بالا و هزینه اندک انجام داده¬اند تا پاسخگوی نیاز قشر کم¬درآمد به مسکن ارزان باشند. در این راستا، تمرکز فعالیت¬ها به سوی گسترش و کاربرد تکنولوژی کامپوزیت¬های الیاف شیشه و الیاف طبیعی معطوف گردیده است. مشکلاتی که بر سر گسترش کامپوزیت¬ها مشاهده گردید، بالا بودن قیمت مواد اولیه و ناکارامد بودن فرایندهای دستی و قدیمی ساخت بود که با بهره¬گیری از تکنولوژی جدید و رعایت ملاحظات استاندارد محصول و فرایند، به خوبی مرتفع گردید. به این ترتیب هند موفق شده است تا مواد کامپوزیت را در محصولات ساختمانی زیر به کار گیرد:
1- قطعات و پانل¬های پیش¬ساخته و سبک ساختمانی
2- صفحات پوشاننده، دیواره¬ها، نمای بیرونی ساختمان و کف¬پوش¬ها
3- دکوراسیون داخلی و قالب¬های گچ¬بری و معماری تزئینی
4- وان¬های حمام، حوض¬ها، استخرها، دستشویی¬ها، مخازن ذخیره و کانال¬ها
5- چارچوب¬ها، درب¬ها، پنجره¬ها، کابینت آشپزخانه
تکنولوژی الیاف شیشه
کامپوزیت¬های الیاف شیشه با زمینة پلیمر (GRP) پاسخگوی بسیار مناسبی به نیازهای ساختمانی می¬باشد. در این میان از بین تولیدات بسیار متنوع کامپوزیتی GRP، پروفیل¬های تهیه شده توسط فرایند پالتروژن جایگاه ویژه¬ای در صنعت ساختمان دارند. مقدار انرژی و هزینة صرف شده در فرایند تهیة پروفیل¬های پالتروژنی در مقایسه با پروفیل¬های فولاد یا آلومینیوم، پایین¬تر بوده و برای مصرف¬کننده نیز مزایای بیشتری نسبت به محصولات مشابه آلومینیومی یا فولادی دارد. این پروفیل¬ها در سطح بین¬المللی به عنوان یک کالای ساختمانی متداول شناخته شده-اند. در جدول زیر مقایسه¬¬ای از خواص این پروفیل¬ها در مقایسه با سایر مواد متداول ساختمانی آورده شده است:
پروفیل¬های پالتروژنی دارای سطح مقطع ثابت بوده و به اشکال مختلف ساخته می¬شوند و با تکنیک¬هایی امکان ساخت بعضی مقاطع متغیر نیز وجود دارد. این پروفیل¬ها را می¬توان به هر طول دلخواه تولید کرد و می¬توان درصورت نیاز آنها را از انواع الیاف شیشه، کربن و حتی الیاف طبیعی تولید نمود. این پروفیل¬ها استحکام مکانیکی متوسط تا زیاد در کشش و فشار دارند و هزینة ساخت آنها بسته به نیاز و ضخامت قطعه قابل تغییر است.
تکنولوژی الیاف طبیعی
در دهة اخیر استفاده از کامپوزیت¬های الیاف طبیعی مورد توجه بخش¬های مختلفی در هند قرار گرفته است. الیاف طبیعی¬ای که مورد استفاده قرار گرفته¬اند شامل انواع کنف، کتان، موز و نارگیل می¬باشند که در مقایسه با الیاف شیشه سبک¬تر و ارزان¬تر بوده و با توجه به قابلیت بازگشت این مواد به طبیعت، ضرر زیست¬محیطی ناچیزی دارند. این الیاف در بعضی از زمینه¬ها توانسته¬اند جانشین ارزان¬قیمتی برای چوب باشند. در جاهایی که نیاز به استحکام زیاد نداشته باشیم به کارگیری الیاف طبیعی نسبت به الیاف شیشه، فلز و چوب به¬صرفه¬تر می¬باشد.
کامپوزیت¬های الیاف طبیعی با زمینة پلیمر(NFC) می¬توانند به شکل صفحات و تخته¬ها و یا پروفیل¬های پالتروژنی، قالب¬گیری و ساخته شوند. این محصولات در ساخت انواع دیواره¬ها و سقف¬های کاذب، پنجره¬ها و نرده¬ها، کفپوش و نمای ساختمان¬ها و ساخت آجرهای مصنوعی کاربرد فراوانی دارند. در زیر مقایسه¬ای بین چارچوب-های چوبی متداول و چارچوب ساخته شده از الیاف طبیعی طی فرایند پالتروژن انجام گرفته است:
الیاف طبیعی علاوه بر موارد یاد شده در ساخت درب¬ها و همچنین ساخت پانل¬های پوشش سقف به کار گرفته شده است. الیاف نارگیل به کمک یک زمینة رزین مایع با اعمال حرارت، قالب¬گیری شده و به شکل درب به بازار عرضه می¬گردد. این درب¬ها جذب رطوبت بسیار پایینی داشته و به راحتی می¬توان آنها را تحت عملیات نجاری قرار داد. با قالب¬گیری فشاری الیاف مذکور در زمینة سیمانی، می¬توان به یک بتن الیافی مقاوم دست یافت. این بتن، در ساخت پانل¬های به ضخامت 6 الی 8 سانتیمتر جهت پوشاندن سقف¬ها کاربرد دارد.
مهمترین دلیل استفاده از کامپوزیت ها در صنعت ساختمان مقاومت بالای آنها در برابر خوردگی است . به کارگیری پروفیل ها و آرماتورهای کامپوزیتی تولید شده به روش پالتروژن باعث افزایش عمر و کاهش هزینه های ساخت وساز و نگهداری در محیط های خورنده ی ساحلی و دریایی گردیده است ؛ کاربرد کامپوزیت ها در شرایط خورنده ی آب های شور و سواحل دریایی قابل توجه می باشد .آمارهای موجود در سطح جهان نشانگر آن است که سالیانه در جهان دو میلیارد دلار صرف جبران خسارت خوردگی در سازه های ساحلی)نظامی و غیر نظامی(در حاشیه دریا می شود . نیاز به کاهش هزینه ی تعمیر و نگهداری سازه های عظیم و متعدد ساحلی وفراساحلی ، مهندسان و کارشناسان این امر را به سمت بهره گیری و استفاده از مواد نوینی که داری مزیت های نسبی ، نسبت به موارد مشابه الاستفاده ) بتن ، فولاد ، چوب( دارا می باشد ، سوق داده است .در این مقاله سعی گردیده است مزایای کامپوزیت و کارکرد آن را به عنوان یک راهکار جدید در ساخت سازه های ساحلی و دریایی که تاکنون بوسیله بتن ، فولاد و چوب ساخته می شدند، مطرح گردد
کاربرد کامپوزیت ها در راه?آهن
به¬خاطر ویژگی¬های خاص مواد کامپوزیتی، روز به روز استفاده از این مواد در صنایع مختلف گسترش بیشتری می¬یابد. در ذیل به کاربرد جدیدی از این مواد در راه آهن اشاره شده است:
شرکت تای¬تک واقع در هوستون در ایالت تگزاس، یک واحد تابعه از گروه تکنولوژی¬های آمریکای شمالی است. این شرکت بیش از شش سال است که در زمینة توسعه و آزمایش تراورس¬ها (چوبهای عرضی که در زیر ریل راه آهن قرار می‌گیرند) کار می-کند. تای¬تک با استفاده از پلاستیک بازیافتی و مواد دور¬ریختنی که با افزودنی¬ها و پر کننده¬های ویژه¬ای مخلوط شده¬اند، یک نوع تراورس ساخته است. تراورس¬های تای¬تک هم¬اندازة تراورس¬های چوبی هستند و می¬توانند همانند چوب میخ¬کوبی شوند. برخلاف چوب این تراورس¬ها نمی¬شکنند و ترک برنمی¬دارند، همچنین مستعد پوسیدگی نیستند، حشرات نمی¬توانند به آنها آسیبی بزنند و خواص خود را نیز به مدت طولانی¬تری حفظ می¬کنند
هشتاد درصد محتوای این تراورس¬ها را ضایعات بازیافتی کم¬قیمت، مثل ضایعات رزینی آسیاب شده، لاستیک خرد شده از تایرهای بازیافتی و ضایعات فیلم¬های پلی¬اتیلنی با دانسیته بالا(HDPE) تشکیل می¬دهند. به این مواد اصلی، پرکننده¬ها و تقویت¬کننده¬ها نیز افزوده می¬شوند. سپس تراورس¬ها، قالبگیری شده و درون قالب، سرد می-شوند تا شکل و ابعاد مناسب خود را حفظ کنند. قیمت نهایی تراورس¬های کامپوزیتی برابر با قیمت یک تراورس چوبی با کیفیت بالا خواهد بود؛ یعنی بین 30 تا40 دلار در آمریکا و حدود 50 دلار در اروپا.
اخیراً شرکت تای¬تک قراردادی دو ساله به ارزش 10 میلیون دلار برای تامین تراورس¬های کامپوزیتی راه¬آهن یونیون به پاسفیک منعقد ساخته است. تای¬تک امیدوار است که بیش از پنج درصد بازار تراورس¬های عرضی جهان را در اختیار بگیرد. به این ترتیب سالانه بیش از سه میلیون تراورس تولید خواهد کرد.
مروری بر الیاف و کامپوزیت های تقویت شده با آن ها
الیاف کوارتزالیاف کوارتز (سیلیس فیوز شده ی خالص) تا دمای ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد و در زمانهای کوتاه تا ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد قابل استفاده اند . حال آنکه الیاف شیشه تا ۷۶۰ درجه سانتیگراد کاربرد دارند . کوارتز در برابر رادار نسبت به شیشه شفاف تر است و شفافیت آن در بسامدهای بالا نیز افزایش می یابد . در ضمن چگالی کمتری از شیشه دارد .
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 20 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود با لینک مستقیم
دانلود مقاله آشنایی با مواد کامپوزیت ومروری بر کاربردهای آن در صنعت 