تقویت کننده‌های کامپوزیت

تقویت کننده های کامپوزیت های زمینه پلیمری به سه دسته تقسیم می شوند:
۱ -پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP)
۲ -پلیمرهای تقویت شده با با الیاف کربن (CFRP)
۳ -پلیمرهای تقویت شده با الیاف آرامید

۱)‌ تقویت کننده های فایبرگلاس (GFRP)

فایبرگلاس یک نام معمولی از کامپوزیت های زمینه پلیمری است که توسط الیاف ریز شیشه تقویت شده است. الیاف شیشه به دو شکل فاز پیوسته و ناپیوسته در زمینه این نوع کامپوزیت ها استفاده میشود. به طور کلی % ۹۰ کامپوزیتهای زمینه پلیمری با الیاف شیشه تقویت می‌شوند. شیشه به طور وسیعی به عنوان الیاف تقویت کننده به علت ایجاد خواص زیر در این نوع کامپوزیت ها استفاده می شود.

  • دسترسی آسان و سریع و مواد ارزان
  • تکنولوژی ساده و ارزان تهیه الیاف پیوسته از شیشه مذاب
  • مقاومت به خوردگی بالا
  • استحکام کششی بالا
  • از نظر شیمیایی بی اثر در پلاستیک‌ها

انواع شیشه های مورد استفاده در فایبر گلاس عبارتند از:

A-glass

این نوع به دلیل داشتن ترکیبات قلیایی در برابر اسید مقاومت خوبی دارد.

E-glass

مقاومت مکانیکی، قیمت مناسب و عایق الکتریسیته بودن باعث شده که این نوع الیاف شیشه پرکاربرد ترین نوع آن ها باشد.

C-glass

به علت مقاومت شیمیایی بیشتر به صورت لایه ای در پوشش لوله ها و مخازن در مجاورت مواد شیمیایی

S-glass

این نوع از الیاف به دلیل وزن کم، مقاومت مکانیکی بالا و تحمل دمای زیاد بیشتر در صنایع هوافضا کاربرد دارند.

R-glass

این نوع از الیاف علاوه بر مقاومت مکانیکی بسیار بالا، مقاومت خوبی نسبت به محیط اسیدی نشان می­دهند.

روش های تهیه الیاف شیشه
۱ – روش کشش مذاب
۲ – روش سل-ژل

روش کشش از مذاب مهمترین روش برای تهیه الیاف شیشه است. در تهیه الیاف شیشه نکته مهم آن است که تنش اعمالی به الیاف، متناسب با سرعت کرنش در ویسکوزیته مذاب است. شکل زیر روش تهیه الیاف شیشه ای را از مذاب شیشه نشان می دهد.ابتدا مواد اولیه که بیشتر از ماسه سیلیس است و قسمت اصلی هرنوع الیاف شیشه را تشکیل گفته می شود. سپس آن را در کوره به batch میدهد، آماده سازی شده و با یکدیگر مخلوط می شوند. به این توده شکل شیشه در می آورند. شیشه مذاب روی سینی های پلاتینی مقاوم به حرارت جریان پیدا می کنند. در این سینی ها هزاران روزنه وجود دارد که بوشینگ نامیده می شود جریان شیشه مذاب از درون بوشینگ ها بیرون کشیده می شود و تا قطرمعین نازک می شوند سپس توسط آب یا هوا خنک می شوند تا الیاف تشکیل شوند. الیاف مو مانند با یک مخلوط نامیده می شوند پوشش داده می شوند. پوشش دادن به منظور محفوظ ماندن الیاف از سایش sizing شیمیایی مایع که به یکدیگر در طی فرآیند ساخت و حصول اطمینان از چسبندگی الیاف به رزین انجام میگیرد.

دسته ای از الیاف شیشه ای که کاربرد زیادی هم دارند الیاف شیشه ای با سیلیس بالا هستند و این الیاف را با اسیدشوییتولید میکنند. الیاف شیشه ای به دست آمده را در اسید داغ قرار می دهند که در اثر آن ترکیب درصد وزنی SiO۲ آن‌ها تا % ۹۵ افزایش می یابد. الیاف کوارتز به دست آمده از این روش بسیار گرانتر از الیاف شیشه هستند و پایداری حرارتی خوبی را از خود نشان می دهند و تا دمای ℃ ۱۶۰۰ را می توانند تحمل کنند. ضریب انبساط حرارتی این دسته از الیاف کم است و بنابراین بسیار شوک پذیر هستند. در بهترین حالت اختلاف دمای ℃ ۱۱۰۰ را می توانند تحمل کنند مزیت دیگر الیاف کوارتز آن است که استحکام خود را در دمای بالا بهتر حفظ میکنند و میزان طویل شوندگی و افزایش طول آنها حدود یک درصد است و از خود حد تسلیم نشان می دهند. الیاف در برابر خوردگی اسیدها مقاوم است ولی با مواد قلیایی واکنش میدهند. در برابر رطوبت مقاوم بوده و عایق الکتریکی هستند.

معمولی ترین ماده زمینه برای ساخت فایبرگلاس گرماسخت ها مثل پلی استر غیراشباع و اپوکسی و گرمانرم ها مثل پلی آمید ویلی کربنات و پلی استیرن و پلی وینیل کلراید هستند. مواد فایبرگلاس معمولا ساختار لایه ای با الیاف تقویت کننده شیشه با جهات مختلف دارند. جهات مختلف الیاف شیشه خواص ایزوتروپی در صفحات موازی با لایه ها ایجاد میکنند. غلظت الیاف شیشه در فایبرگلاس معمولا حدود ۴۰ تا ۷۰ درصد است. کامپوزیت زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه توسط فرآیندهای قالب گیری باز، قالب گیری بسته و روش پالتروژن تولید می شوند.

۲) تقویت کننده الیاف کربن (CFRP)

کامپوزیت های زمینه پلیمری که با الیاف کربن تقویت شده اند CFRP نام دارند. الیاف کربن یکی از قوی‌ترین الیاف هستند، شامل کربن های غیر گرافیتی (حدود% ۹۰ ) که به وسیله کربونیزاسیون الیاف طبیعی یا مصنوعی پلیمری در دمای بالاتر از ℃ ۲۷۰۰ و یا از تاب خوردن مواد آلی مانند قیر و رزین به وجود می آیند. اگر عمل کربونیزاسیون به صورت کامل انجام شود به مدول یانگی در حدود ۵ برابر فولاد دست می یابیم. فاز تقویت کننده ی الیاف پیوسته و ناپیوسته کربن با قطر ۰/۰۰۰۴ است. الیاف کربن خیلی گران هستند.این الیاف محدوده وسیعی ار خواص را ایجاد میکنند بنابراین به مهندسین اجازه می دهند که کامپوزیت های بهتری را طراحی کنند. وقتی الیاف کربن در یک زمینه پلیمری به عنوان تقویت کننده استفاده می شوند خواص زیر را ایجاد می کنند:

  • مدول کشسانی بالا در حد فولاد
  • استحکام کششی بالا حدود ۷ گیگا پاسکال
  • چگالی پایین
  • خنثی بودن از نظر شیمیایی
    از معایب اصلی الیاف کربن این است که این الیاف شکننده هستند

دسته‌بندی الیاف کربن:

  • دسته‌بندی بر اساس تعداد فیلامنت

توو (TOW) سبک یا کوچک : دسته الیاف کمتر از ۲۴۰۰۰ فیلامنت

توو (TOW) سنگین یا بزرگ : دسته الیاف بیشتر از ۲۴۰۰۰ فیلامنت

  • دسته‌بندی بر اساس خصوصیات فیزیکی

الیاف کربن با مدول یانگ بسیار بالا، بیشتر از ۴۵۰ گیگاپاسکال

الیاف کربن با مدول یانگ بالا، بین ۳۵۰ تا۴۵۰ گیگاپاسکال

الیاف کربن با مدول یانگ متوسط، بین ۲۵۰ تا ۳۵۰ گیگاپاسکال

  • دسته‌بندی بر اساس نوع پیش‌زمینه

الیاف کربن با پیش‌زمینه پلی اکریلونیتریل (PAN)

الیاف کربن با پیش‌زمینه قیر صنعتی

دسته‌بندی بر اساس دمای نهایی عملیات حرارتی

۳) آرامید

دو نام تجاری الیاف آرامید، کولار (Kevlar) و نومکس (Nomex) است. این الیاف ابتدا به عنوان جایگزین فولاد در لاستیک توسعه یافتند و بعد کاربرد های دیگری پیدا کردند.این الیاف نسبت استحکام به وزن خیلی بالا نشان میدهند.مدول کششی در آنها خیلی بزرگتر از مدول فشاری آنهاست. مقاومت به ضربه آنها در نتیجه ی بالا بودن مدول کششی خیلی زیاد است.

خواص آرامیدها:

استحکام کششی بالا -مدول کشسانی بالا – درصد ازدیا طول خیلی پایین تا نقطه شکست-وزن کم-ضریب انبساط گرمایی خیلی کم – چقرمگی شکست بالا(مقاومت به ضربه عالی)-مقاومت برشی بالا -مقاوم به شعله

معایب آرامید:

توانایی جذب رطوبت – مشکلات برش -استحکام فشاری پایین

آرامید الیاف کربن را حمایت می کند و خواص آنها را بهبود می بخشد الیاف ترکیبی (آرامید + الیاف کربن ) استحکام کششی خیلی بالا با مقاومت به سایش و ضربه را به هم پیوند میدهد. عمومی ترین ماده زمینه برای ساخت پلیمرهای تقویت شده با آرامید، ترموست ها مانند اپوکسی و وینیل استروفنولیک هستند. پلیمرهای تقویت شده با الیاف آرامید توسط پروسه های قالب گیری باز، بسته و پالتروژن انجام می گیرد.
می توان الیاف آرامید را به همراه الیاف شیشه و کربن در ساخت کامپوزیت های هیبرید به کار برد و از خواص انحصاری هر دو نوع الیاف بهره برد. با به کار بردن ترکیبی از الیاف در یک کامپوزیت می توان به نتایج مطلوب از نظر خواص و مسایل اقتصادی دست یافت که این نوع کامپوزیت ها را هیبرید می نامند.

منبع

جهت خرید و فروش محصولات مامیتوانید با ما در ارتباط باشید:

راه های ارتباطی:

مهندس علیرضا بیات 09120179639

مهندس فرشته راد 09033229935الی36

کانال تلگرام Resins_kahar

پست الکترونیکی resinpoli@gmail.com

اینستاگرام Resins_kahar

آدرس شرکت خیابان ولیعصر بالاترازپارک ساعی پلاک 2404 کدپستی 1434764111طبقه سوم شرکت صنایع شیمیایی بوشهر