آشنایی با انواع کامپوزیت و خواص آن
دسترسی سریع به محتوای این مطلب
کامپوزیت یکی از موادی است که امروزه در صنایع مختلف نقش ویژه‌ای دارد. یکی از اصلی‌ترین مزایای کامپوزیت این است که دورریز ندارد. کامپوزیت از چند ماده مختلف با خاصیت‌های شیمیایی و فیزیکی متفاوت تولید می‌شود؛ همین امر باعث شده استحکام و درخشش بالایی داشته باشد. کامپوزیت‌ها انواع مختلفی مانند فلزی، کربنی، سرامیکی و پلیمری دارند. در ادامه این مطلب سعی داریم به معرفی انواع کامپوزیت بپردازیم. با ما همراه باشید.
فایل صوتی
فایل ویدئویی
تاریخچه کامپوزیت
نسل بشر هزاران سال است که از کامپوزیت‌ها استفاده میکند. این محصول برای اولین بار به شکل سنتی در 3400 سال قبل از میلاد مسیح توسط ساکنان بین‌النهرین به‌کار گرفته شد. مردم آن زمان با چسباندن نوارهای چوبی روی هم تخته سه لایه ایجاد می‌کردند. سپس ۲۱۸۰ سال قبل از میلاد مسیح، مصری‌ها پاپیروس آغشته به گچ را ساختند. اما پیشرفت اصلی کامپوزیت از دهه ۳۰ میلادی شروع شد. الیاف شیشه توسط شخصی به نام Owens Corning برای اولین بار معرفی شد. امروزه از الیاف شیشه در تولید میلگرد کامپوزیتی (GFRP / GRP) استفاده می‌شود.
کامپوزیت چیست؟
برای تولید کامپوزیت از دو یا چند ماده استفاده می‌شود که هرکدام از آنها خواص منحصربه‌فردی دارد. انسان هزاران سال است که برای تولید تجهیزات خود از کامپوزیت‌ها کمک می‌گیرد. امروزه این محصولات را در آزمایشگاه‌های پیشرفته از مواد مصنوعی می‌سازند؛ درحالیکه در گذشته آنها را از مواد طبیعی مانند کاه و گِل می‌ساختند. دلیل استفاده از کامپوزیت نسبت به دیگر مواد، ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن است. همچنین از آنها میتوان در شرایط متفاوتی استفاده کرد.
تفاوت انواع کامپوزیت و آلیاژ
آلیاژ و کامپوزیت شباهت‌ها و تفاوت‌های زیادی با یکدیگر دارند. اما با پیشرفت تکنولوژي، امروزه کامپوزیت محبوبیت بیشتری نسبت به آلیاژ پیدا کرده است. در ادامه برخی از ویژگی‌ها و تفاوت‌های این محصولات را شرح می‌دهیم:
- در آلیاژها تنها از فلزات استفاده می‌شود؛ درصورتی‌که در ساخت کامپوزیت از عناصر غیر فلزی نیز میتوان بهره برد.
- برای جدا کردن مصالح کامپوزیت میتوان روش فیزیکی را به‌کار گرفت. در حالی که برای جداکردن آلیاژ باید از روش شیمیایی استفاده کنیم.
- کامپوزیت‌ها در دسته محصولات ناهمگن قرار می‌گیرند.
- به‌طورمعمول کامپوزیت‌ها رسانا نیستند؛ اما در برخی موارد قدرت رسانایی کمی دارند. در حالی که آلیاژها رساناهای بسیار قوی الکتریسیته و گرما هستند.
- آلیاژها دمای ذوب مختلفی دارند؛ درحالی که کامپوزیت‌ها در نقاط معینی به جوش آمده یا ذوب میشوند.
اجزای تشکیل دهنده کامپوزیت چیست؟
در بخش قبلی درباره تاریخچه کامپوزیت و کاربردهای این محصول صحبت کردیم. کامپوزیت‌ها تفاوت های بسیاری با فلزات و آلیاژها دارند که ناشی از مواد تشکیل‌دهنده آنهاست. از جمله این مواد میتوان به تقویت‌کننده‌ها، زمینه و فاز میانی اشاره کرد.
تقویت کننده
انواع مختلف تقویت‌کننده با کاربردهای متفات وجود دارند که رایجترین نوع آنها تقویت‌کننده‌های الیاف هستند. این محصولات بر ویژگی‌های مکانیکی مواد کامپوزیتی تاثیر می‌گذارند؛ دلیل این اثرگذاری، نسبت بالای طول به قطر الیاف است. این نسبت باعث ایجاد تنش برشی موثر شده و قابلیت پردازش و ساخت قطعات کامپوزیت را ارتقا می‌دهد. شیشه، کربن و آرامید از اصلی‌ترین انواع الیاف کامپوزیتی به شمار می‌روند.
زمینه
ماتریس، زمینه یا به عبارت دیگر فاز پیوسته، متصل‌کننده برای تقویت‌کننده‌ها به‌شمار می‌رود. تقویت‌کننده‌ها، مانع حرکت الیاف میشوند و کامپوزیت‌ها را در برابر آسیب‌های مختلف مقاوم می‌سازند. در این حالت ماتریس‌ها در موقعیت یکسانی قرار می‌گیرند و تقویت‌کننده‌ها را ثابت نگه می‌دارند.
فاز میانی
فاز میانی لایه‌ای فشرده‌شده از ماتریس است که در سطوح تقویت‌کننده تشکیل می‌شود. در واقع فاز میانی، رابطی میان تقویت‌کننده و ماتریس است.
انواع مختلف کامپوزیت
کامپوزیت‌ها با توجه به نوع ماتریس در ۴ گروه کلی جای می‌گیرند:
- کامپوزیت با زمینه سرامیکی
این نوع سرامیک‌ها در مقایسه با انواع معمولی از مقاومت بیشتری در برابر شوک‌های حرارتی و شکستگی برخوردار هستند.
- کامپوزیت‌های با زمینه فلزی
کامپوزیت‌های با زمینه فلزی مقاومت بیشتری نسبت به سایرین دارند؛ چرا که در این محصولات از فلزاتی مانند آلومینیوم و الیافی مانند کاربید، کربن، سیلیکون و… استفاده شده‌است.
- کامپوزیت چوب پلاستیک
این نوع کامپوزیت از الیاف چوب، ترموپلاستیک‌های بازیافتی و پس‌مانده‌های کشاورزی استفاده میکند؛ بنابراین با محیط‌زیست سازگارتر است. از ویژگی‌های دیگر این محصول میتوان به وزن کم و استحکام بالا اشاره کرد.
- کامپوزیت‌های زمینه پلیمری
کامپوزیت با زمینه پلیمری محبوبیت بیشتری نسبت به انواع دیگر این محصول دارد. دلیل این امر نیز خواص مکانیکی این ماده است. کامپوزیت‌های زمینه پلیمری از تقویت‌کننده‌هایی با جنس کربن، بور و گرافیت استفاده می‌کنند. زمینه آنها نیز از مواد گرمانرم، اپوکسی و مواد گرماسخت است.
- کامپوزیت‌های کربن–کربن
مقاوم‌ترین کامپوزیت‌ها در برابر حرارت کامپوزیت‌های کربن-کربن است. تقویت‌کننده‌های کامپوزیت کربنی، فیبرهای سه‌بعدی کربن هستند؛ همین امر باعث شده این محصول در برابر دمای زیاد و شوک حرارتی مقاومت زیادی داشته باشد. از این نوع کامپوزیت در صنایع نظامی و موشکی استفاده می‌شود.
- کامپوزیت‌های درشت ذره
در کامپوزیت‌های درشت ذره، فعل و انفعالات بین ذره و ماتریس در مقیاس مولکولی یا اتمی رخ نم‌یدهند. همچنین فاز تقویت‌کننده نیز سفت‌تر از زمینه است. به‌طوری‌که این ذرات، باعث توقف حرکت فاز زمینه در مجاورت خود میشوند.
- کامپوزیت‌های سبز
تقویت‌کننده و ماتریس این کامپوزیت‌ها از موادی هستند که از نظر زیستی تجزیه‌پذیر هستند؛ از این رو محیط‌زیست را تخریب نمی‌کنند. در این نوع کامپوزیت موادی مانند پلیمرهای سنتزی قابل جذب بیولوژیکی، به‌عنوان فاز زمینه و الیاف گیاهی به‌عنوان تقویت‌کننده به‌کار می‌روند.
خواص الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی انواع کامپوزیت‌ها
برای پوشش ضعف‌های کامپوزیت‌ها از مواد مختلفی در تولید آنها استفاده می‌شود. همچنین با تغییر این مواد میتوان نقاط قوت این محصولات را تقویت کرد. برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های آنها در زیر آورده شده‌اند:
- مقاومت در برابر خوردگی
- مقاومت مکانیکی
- مقاومت الکتریکی
- هدایت حرارتی بسیار کم
- مقاومت ویژه بالا
- مقاومت بالا در برابر خستگی
- مقاومت در برابر شکستگی
- میرایی خوب
- چگالی پایین
- سهولت در تولید
- آسان بودن مونتاژ
- ضریب انبساط حرارتی پایین
- بهبود اتصالات و تولید یکپارچه
- جذب انرژی مناسب
کامپوزیت‌های تولید شده از مواد مختلف، خواص مکانیکی و شیمیایی متفاوتی دارند. از ویژگی‌های اصلی آنها میتوان به استحکام و مقاومت بالا در کنار وزن کم اشاره کرد. از جمله انواع آنها میتوان به کامپوزیت‌های زمینه پلیمری، کربنی، فلزی یا سرامیکی اشاره کرد. تفاوت اصلی انواع کامپوزیت‌ها با آلیاژها این است که در تولید آلیاژها تنها از مواد فلزی استفاده می‌شود؛ در حالی که در کامپوزیت‌ها از هر نوع موادی میتوان استفاده کرد. امیدواریم از این مطلب کاربردی استفاده کرده باشید. لطفا نظرات و پیشنهادات خود را در بخش کامنت ها با ما در میان بگذارید.
کامپوزیت چیست؟
کامپوزیت از ترکیب دو یا چند ماده مختلف مانند کربن، الیاف و… تولید میشوند. هرکدام از این مواد خواص شیمیایی و فیزیکی خود را به کامپوزیت اضافه می‌کنند.
تفاوت آلیاژ و کامپوزیت چیست؟
آلیاژها تنها با ترکیب مواد فلزی ساخته میشوند و رسانا هستند. در صورتی که اکثر کامپوزیت‌ها رسانا نیستند و یا رسانایی پایینی دارند.
البته به نظر اولین کامپوزیتی که ساخته شده کاه و گل باشه ما خیلی متمدن تریم 🙂