مواد کامپوزیت : مزایا و نوآوری ها

استفاده از مواد کامپوزیت در زمینه های صنعتی و غیرصنعتی طی چند دهه اخیر اهمیت قابل توجهی به خود اختصاص داده است. در بعضی از بخش ها به دلیل خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بسیار بالایی که در زمینه های مختلف امکان استفاده از سازه را فراهم می آورد ، کاملاً جایگزین مواد فلزی ، پلاستیکی و چوبی می شوند.
آخرین نسل کامپوزیت ها،امکان استفاده از الیاف طبیعی و ماتریس های زیستی را فراهم می کند تا سازگاری با محیط زیست هر چه بیشتر باشد.

مواد کامپوزیت: چیستی و چگونگی استفاده از آن

مواد کامپوزیت موادی هستند که از یک ماتریس اتصال و تقویت کننده تشکیل شده اند. آنها در حقیقت با انسجام نزدیک حداقل دو مؤلفه بدست می آیند ، که خصوصیات جسمی و شیمیایی آنها به گونه ای است که باعث می شود آنها از یکدیگر متمایز و نامحلول باشند و بنابراین از یکدیگر جدا شوند. این عناصر ، فیبر (یا پارچه تقویتی) و ماتریس نامیده می شوند.
ماتریس "چسب" ای است که تقویت کننده را در کنار هم نگه می دارد و از آن در برابر اثرات محیط محافظت می کند ، همچنین می تواند بارهای خارجی را در داخل مواد و تقویت کننده توزیع کند. تقویت کننده یک اصطلاح عمومی برای الیاف، پوسته ها یا ذرات پراکنده در ماتریس است.
مواد کامپوزیت امکان ساخت سازه های سبک ، مقاوم و با انرژی را فراهم می کند که می توانند در طیف گسترده ای از کاربردها مورد استفاده قرار گیرند. بطور کلی آنها برای استفاده در توده های یک سازه یا در عین حال حفظ یکپارچگی ساختاری بالا و همچنین امکان تحقق ابعاد بسیار یکپارچه و کوچک، مورد استفاده قرار می گیرند. سبکی کامپوزیت ها و امکان ایجاد اشکال پیچیده آیرودینامیکی باعث می شود تا در وزن و اندازه صرفه جویی شود ، با سایر فناوری های موجود قابل دستیابی نیست.
به همین دلیل است که استفاده از مواد کامپوزیتی در بسیاری از کاربردها رو به رشد است. بخش های هوانوردی و هوا فضا نمایانگر این مساله هستند و در صدر استفاده از مواد کامپوزیتی قرار دارند. در صنعت خودروسازی از آنها برای افزایش بهره وری انرژی استفاده می شود. در بعضی از زمینه ها کامپوزیت ها تقریباً جایگزین مواد سنتی شده اند ، مانند تجهیزات ورزشی برای مسابقات اتومبیلرانی و توربین های بادی. همچنین در صنایع دریایی از مقادیر قابل توجهی مواد کامپوزیت استفاده می شود.

مراحل تولید

استفاده از مواد کامپوزیتی نیاز به ارزیابی های فنی و اقتصادی متفاوتی دارد، در واقع برخلاف فلزات یا سایر مواد سنتی، آنها نیاز به استفاده از فرایندها و روش هایی دارند که حتی اگر در مقیاس صنعتی و تولیدی مورد استفاده قرار گیرند، از زمان و هزینه مناسب برخوردار هستند. روشهای مختلفی برای تولید مواد کامپوزیتی وجود دارد.
یكی از اصلی ترین و همچنین مواردی كه در زمینه هوانوردی مورد استفاده قرار می گیرد ، فرآیند اتوكلاو است ، زیرا بهترین ویژگی های مکانیکی را بر روی محصول نهایی تضمین می كند.
این پردازش معمولاً برای ایجاد الیاف کربن یا kevlar استفاده می شود. ابتدا، لایه های الیاف در طول مورد نظر بریده می شوند. سپس روی هم قرار گرفته و چسبانده می شوند. این بلوک ها سپس در یک اتوکلاو قرار می گیرند، جایی که در معرض برنامه های دما و فشار قرار می گیرند و در انتها لمینت سخت شده حاصل می شود. در این فرآیند استفاده از Prereg (الیاف آغشته به رزین) بسیار متداول است که همگن ساختاری کامپوزیت را تضمین می کنند.

انواع مواد کامپوزیت

کامپوزیت ها انواع مختلفی دارند که تفاوت عمده شان در ماتریس و الیافشان است. به طور کلی کامپوزیت ها به دو دسته کلی طبیعی و مصنوعی میتوان تقسیم کرد.
مشهور ترین الیاف های مصنوعی الیاف آرامید، کربن و شیشه هستند. در کنار اینها ، ماتریس های مصنوعی دیگری نیز وجود دارد: ترموپلیمرها، ترموپلاستیک ها،اپوکسی و پلی اتیلن از این دست هستند.
کامپوزیت های طبیعی ، که حداقل توسط یک عنصر مشتق طبیعی تشکیل شده است ، در حال حاضر از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. امروز ، در واقع ، منابع جایگزین در دسترس هستند. برای مثال ، تقویت کننده های به اصطلاح "سبز" ، مانند الیاف کنف ، کتان یا بامبو است.

مزایا

استفاده از مواد کامپوزیتی امکان ایجاد محصولاتی را با ویژگی هایی که قبلاً غیرممکن بوده یا به سادگی امکانپزیر نبود را فراهم می آورد.
مزایای حاصل از کاربرد آنها بیشمار است، از جمله:

مقاومت مکانیکی
مقاومت شیمیایی
ثبات شکل
روشنایی
تغییرپذیری
قابلیت ارتجاعی
دوام بالا

علاوه بر بهره وری ساختاری ، مواد کامپوزیتی همچنین می توانند هوشمند تر، کاربردی تر و متنوع تر از مواد سنتی باشند. ترکیب ویژگی های جدید در کامپوزیت ها به طور قابل توجهی آسان تر از فلزات است و تنها مانع، مرزهای تخیل است.
مواد کامپوزیت دنیای فردا را به مکانی متفاوت و جدید برای زندگی تبدیل می کند!