کامپوزیت آرامید:
معایب
نسبت بسیار زیاد استحکام به وزن
شکننده بودن
نسبت بالای مدول کششی به وزن
هادی الکتریکی
استحکام بالای خستگی
کرنش کم در شکست
ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین
قیمت بالا
مقاومت بالا در مقابل خوردگی
سازه های نما کامپوزیتی
الیاف آرامید:
مزایا :
– نسبت استحکام و مدول به وزن بسیار عالی
– مقاومت ضربه عالی
– مقاومت در برابر شکست ناشی از خزش
– مقاومت خستگی خوب
– عدم حساسیت به شکاف یا ترک
– مقاومت بالا در مقابل اسیدها و بازها
– خواص خوب اتلاف انرژی ارتعاشی
– خواص دی الکتریک عالی نسبت به شیشه
– خواص خود خاموش کنی با نشر دود کم
– امکان استفاده مداوم تا دمای حدود ۱۸۰ درجه سانتی گراد
– جرم مخصوص پایین
– مدول کششی بالا
– استحکام کششی بالا
– مقاومت ضربه بالا
– کاهنده دامنه نوسان در ارتعاشات
محدودیت ها :
– مقاومت فشاری پایین
– محدودیت در برشکاری
– حساس به نور خورشید
اشکال موجود الیاف آرامید:
الیاف بلند :
۱- نخی (Yarn)
۲- رشته ای (Roving)
۳- پارچه ای
۴- ترکیبی با الیاف کربن و شیشه (جهت پوشش محدودیت های موجود)
الیاف کوتاه :
اندازه ۱ میلیمتر تا ۲۵ میلیمتر جهت قالبگیری
رزین ها و نقش آنها در کامپوزیت ها:
انواع مختلف رزینها:
۱- رزینهای پلی استر
۲- رزینهای وینیل استر
۳- رزینهای اپوکسی
۴- رزینهای فنلی
وظایف رزین ها در کامپوزیت ها :
– نگهداری الیاف در کنار هم
– انتقال تنش به الیاف
– محافظت از الیاف در مقابل عوامل محیطی
– حفاظت سطح الیاف از سایش
تاثیر بر خواص کامپوزیت :
– استحکام و مدول عرضی موثر
– خواص فشاری ( موثر)
– استحکام برشی ( موثر)
– استحکام برشی صفحه ای ( موثر )
– خواص کششی ( کم اثر ).
فرایند پذیری یک کامپوزیت به خصوصیات فیزیکی رزین ها مانند گرانروی، نقطه ذوب و دمای پخت رزین بستگی دارد.
انواع رزین های پلیمری :
الف : پلیمر های گرما سخت
۱- رزین های پلی استر غیر اشباع
۲- رزین های اپوکسی
۳- رزین های فنولیک
۴- رزین اپوکسی نووالانس
۵- رزین پلی ایماید
۶- رزین اوره و ملامین فرمالدئید
ب : پلیمر های گرما نرم
۱- نایلون ۶ و ۶۶
۲- پلی استر ها
۳- پلی کربنات
۴- پلی استال ها – پلی سولفون ها
۵- پلی اتراکتون PEEK
۶- PAI , PEI
کامپوزیت
مقایسه خواص پلیمرهای گرمانرم و گرما سخت در کامپوزیت ها:
خواص
گرما سخت
گرما نرم
مدول یانگ (Gpa)
۶- ۱٫۳
۴٫۸ – ۱
استحکام کششی (Mpa)
۱۸۰ – ۲۰
۱۹۰ – ۴۰
چقرمگی شکست (Fraturetroughness)
M pam2 kic
Kg/m2 Gic
۰٫۵ – ۱
۰٫۲ – ۰٫۰۲
۱٫۵ – ۶
۰٫۷ – ۶٫۵
حداکثر دمای سرویس دهی
۴۵۰ – ۵۰
۲۳۰ – ۲۵
رزینهای پلی‌استر:
از واکنش یک یا چند اسید و باز یک یا چند عامله تهیه می شوند.
این رزینها در یک حلال مانند استایرن حل می شوند تا ویسکوزیته آنها
کاهش یابد و همچنین شبکه های سه بعدی تشکیل می دهند.
کاتالیزور آنها پراکسیدهای آلی است.
انواع رزین های پلی استر:
رزین های پلی استر به دو نوع کلی تقسیم بندی می شوند:
رزین های ایزو،رزین های اورتو
افزایش دما، قرار گرفتن در مقابل نور، عمر آنها را کاهش می دهند.
پخت رزینهای پلی استر همراه کاتالیزور(پراکسیدهای آلی یا هیدروپراکسیدها) به میزان ۲% نامحسوس است در نتیجه به آنها تسریع کننده می افزایند که مهمترین آنها محلول ۴۲/۰% کبالت در استایرن می باشد.
رزین های اپوکسی:
خواص رزینهای اپوکسی:
۱- خاصیت مکانیکی خوب
۲- خاصیت الکتریکی خوب
۳- مقاومت حرارتی عالی
۴- چسبندگی عالی به بسیاری از مواد مانند فلزات، چوب، بتن، شیشه و ..
۵- مقاومت ویژه خوب به ویژه در محیطهای قلیایی
۶- جمع شدگی کم پس از پخت
این رزین ها با خواص زیر مورد توجه قرار می گیرند :
۱- خواص مکانیکی خوب : مانند چقرمگی، سختی، مقاومت سایشی بالا
۴- چسبندگی عالی
روشهای مختلف شکل دهی کامپوزیتها:
۱- روش لایه گذاری دستی
۲- روش افشاندن (spray up)
۳- قالبگیری کیسه ای
۴- اتوکلاو
۵- رشته پیچی
۶- قالبگیری فشاری
۷- ترکیبات قالبگیری
۸- قالبگیری انتقال رزین
۹- پالتروژن
سازه نما کامپوزیتی
مقایسه پارامترهای فرآیندی در روش های شکل دهی
مقایسه عوامل هزینه‌ای در فرآیندهای مختلف
۱٫پالتروژن(از سریع ترین و مهم ترین روشهای تولید محصولات کامپوزیتی):
پالتروژن فرآیند پیوستهای برای تولید انواع پروفیلهای کامپوزیتی است. در این فرآیند، الیاف تقویت کننده را از یک حمام عبور میدهند تا به رزین آغشته شود. سپس الیاف آغشته شده را وارد یک قالب گرم مینمایند و نمونه پخت شده را توسط یک دستگاه کشش بیرون میکشند. بعد از این مرحله امکان برش محصول در اندازههای دلخواه وجود دارد. این فرایند تا حدودی مشابه فرایند اکستروژن پلاستیکها و تولید پروفیلهای پلاستیکی است.
از جمله مزایای این روش که یکی از باصرفهترین روشهای تولید کامپوزیتهاست، این است که درصد الیاف در آن بالاست و چون الیاف بصورت طولی آرایش مییابند، محصول دارای استحکام کششی و فشاری بسیار بالایی است. همچنین سطح محصول نهایی کاملاً صاف است و نیازی به فرآیندهای تکمیلی نیست.
مراحل فرآیند:
ورودی الیاف: الیاف تقویت کننده به شکلی هستند که بطور پیوسته فرآیند امکان پذیر باشد. قفسه الیاف پیوسته، اولین قسمت خط فرآیند می‌باشد. بعد از قفسه الیاف، قفسه نمد الیاف شیشه یه پارچه‌ها سطح قرار دارد. حرکت الیاف از ناحیه آغشته سازی میبایست کنترل شود تا از هرگونه پیچش و گره و آسیب محفوظ بماند. اینکار میتواند توسط راهنماهای فلزی، سرامیکی و یا تفلونی انجام شود.
حمام آغشتهسازی: آغشتهسازی الیاف تقویت کننده، از اصول فرآیند پالتروژن می‌باشد. غوطهوری در حمام یک راه برای این کار است. در این روش الیاف از رو و زیر میلههای آغشتهسازی عبور داده میشوند تا از هم باز، و به رزین آغشته گردند. معمولاً در ساخت پروفیلهای پیچیده، بعد از حمام و قبل از قالب، از صفحاتی برای شکل دادن به الیاف آغشته به رزین، استفاده میکنند. پوشش این صفحات باید از جنسی مناسب باشد تا از وارد ساختن هرگونه تنش به الیاف آغشته ضعیف شده، جلوگیری به عمل آید. معمولاً این قطعات از جنس تفلون، پلی اتیلن با جرم مولکولی بسیار بالا ، فولاد با پوشش کرم و یا آلیاژهای مناسب فولادی میباشند.
قالب: قالب پالتروژن، قالب این فرایند محسوب میشود. چرا که دما، کنترل کننده سرعت واکنش پخت، محل پخت رزین در قالب و شدت گرمای حاصل از پخت رزین می‌باشد. قطعهای که کامل پخت نشده باشد، خواص فیزیکی و مکانیکی ضعیفی از خود نشان می‌دهد. همچنین اگر گرمای اضافی در قالب وجود داشته باشد، نقص و ترک حرارتی، موجب افت خواص الکتریکی، شیمیایی و مکانیکی قطعه میشود.
گیره و کشش: حداقل ۳ متر فاصله بین خروجی قالب و محل کشش میبایس تعبیه شود تا قطعه فرصت سرد شدن پیدا کند و در برابر فشار گیره کشش تغییر شکل ندهد. سه روش برای کشش مرسوم است؛ کشش رفت وبرگشتی متناوب، کشش رفت و برگشتی پیوسته و کشش توسط سیستم تسمه نقالهای.
برش: هر خط پیوسته پالتروژن احتیاج به یک سیستم برش دارد تا طولهای مناسب از قطعه تحویل شود. هردو روش برش خشک و تر قابل استفاده میباشند. ولی در هر حال تیغه برش میبایست الماسه باشد. در صورتیکه سرعت خط بالا باشد، تیغه برش همراه پروفیل حرکت میکند.
مواد:
با توجه به خواص مورد نظر، میتوان از الیاف و رزینهای مختلفی استفاده نمود. الیاف تأمین کننده خواصی چون استحکام کششی و ضربه، سفتی و مانند آن میباشند ولی رزین تأمین کننده خواص فیزیکی مانند آتشگیری، مقاومت در برابر شرایط جوی، هدایت حرارتی و مقاومت شیمیایی میباشند. برای بهبود خواص نیز از انواع افزودنیها استفاده میشود.
مزایای پالتروژن:
پالتروژن یکی از اقتصادیترین روشهای تولید پروفیلهای کامپوزیتی مورد مصرف در صنایع ساختمان است.
از این فرآیند در ساخت قطعات سبک مقاوم در برابر خورندگی، سیستمهای عایق الکتریکی، سازه‌های ساحلی و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده میشود. ویژگیها و مزایای قطعات حاصل از این روش، در جدول زیر خلاصه شده است:
لایه های تشکیل دهنده کامپوزیت
پالتروژن در ایران:
از میان انواع فناوری‌های شکل‌دهی کامپوزیت‌های پلیمری، تکنولوژی پالتروژن در کشور ما نسبت به بقیه مهجورتر مانده است. علی‌رغم نیاز بالقوه‌ای که در کشور به تولید محصولات پالتروژنی وجود دارد تلاش چندانی در جهت دستیابی به این فناوری صورت نگرفته است.
اما در حال حاضر تعداد مراکزی که به سمت فن‌آوری پالتروژن روی آورده‌اند از یکی دو مرکز تجاوز نمی‌کند. به این ترتیب با هدف پاسخگویی به این خلأ، پروژه ساخت دستگاه پالتروژن در گروه کامپوزیت پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران آغاز گردید و پس از گذر حدود ۲ سال موفق به تولید محصول صنعتی شدیم. در حال حاضر نیز تحقیقات بر روی فرآیند پالتروژن در قالب پروژه ملی تولید میلگرد آجدار برای استفاده در سازه‌های بتن آرمه ادامه دارد.
دستگاه پالتروژن ساخته شده در پژوهشگاه پلیمر نیز با هزینه بسیار پایین و صرف تنها چند میلیون تومان تجهیز گردیده است. این در حالی است که نمونه خارجی دستگاه، گاهی تا چند صد هزار دلار قیمت دارد. تولید دستگاه در داخل کشور علاوه بر آنکه موجب دستیابی به تکنولوژی پالتروژن در کشور می‌گردد تا حد بسیار زیادی هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.