مهندسی نساجی گیلان:. گیل تکس

سایت تخصصی نساجی و پوشاک

مهندسی نساجی گیلان:. گیل تکس

سایت تخصصی نساجی و پوشاک

الیاف و کامپوزیت های تقویت شده با آن ها

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 . کوارتز از نظر شیمیائی پایدارتر است و مقاومت الکتریکی بالای آن باعث می شود که برای کاربردهای استتاری (صنایع نظامی) ایده آل باشد . از کاربردهای الیاف کوارتز به موارد زیر می توان اشاره کرد : عایق حرارتی ، لوازم ورزشی ، ساینده ها ، محافظ رادار و کابل های ضد آتش ، بهای الیاف کوارتز تقریباً بین ۱۲۰ تا ۳۰۰ دلار بر کیلوگرم است . در کاربردهائی چون محافظ رادار هواپیما ـ که در معرض برخورد ذرات تگرگ و غیره هستند ـ الیاف کوارتز را به خاطر مقاومت به ضربه ی بالا به کار می برند و این امر مایه ی کاهش شدید هزینه های جایگزینی می شود .الیاف بازالت الیاف پیوسته بازالت در دهه ۸۰ میلادی در شوروی سابق گسترش یافته اما تا کنون کاربرد آنها به صنایع نظامی محدود شده است . در مقایسه با الیاف شیشه ، این الیاف دمای کابری بیشتری برابر با ۱۰۱۰ درجه سانتی گراد ، سفتی بالاتر ، مقاومت بهتر در برابر قلیائی ها و استحکامی شبیه به S_glass از خود نشـان می دهند . به خاطر مقاومت بـازالت در برابر قلیائی ها ، امکان تقویت بتن با آن مد نظر قرار گرفته است .روش تولید الیاف بازالت همانند الیاف شیشه است ولی ماده اولیه آن سنگ های بازالتی است . هم اکنون بهای آن حدود ۶ تا ۱۰ دلار بر کیلوگرم است .الیاف کربــنالیاف کربن عمومی ترین الیاف در کامپوزیت های با کارآئی بالا هستند .

الیاف کربن از پیرولیز یک ماده آلی ساخته می شوند ، بدین ترتیب ۹۲ درصد یا بیشتر از ماده آلی تبدیل به کربن خواهد شد . سپس عملیات حرارتی با دمای بسیار بالائی روی الیاف صورت می گیرد تا الیاف بسیار قوی و سفتی تولید شود . از مواد اولیه آلی ، پلی اکریلو نیتریل (PAN) ، قیر (Pitch) و رایون (Rayon) را می توان نام برد . رایون جزو قابل دسترس ترین مواد اولیه الیاف کربن است ، اما به عملیات حرارتی با دمای بسیار بالائی نیاز دارد که بهای تمام شده محصول نهائی را افزایش می دهد . امروزه پلی اکریلو نیتریل و قیر جایگزین رایون شده اند . محصول بدست آمده از این مواد ، با نام الیاف گرافیتی (در آمریکا) یا الیاف کربنی (در اروپا) شناخته می شوند . استحکام و سفتی الیاف کربن بسیار بالاست . اختلاف در ویژگی های الیاف ، از شرائط عملیات حرارتی و نوع ماده اولیه ناشی می شود . استحکام الیاف حاصل از PAN در محدوده ی خوب تا عالی (۶۸۹۴/۷Mpa) با سفتی تـا (Mpa ۶۲۰۵۲۸/۲) تغییر می کنند . الیاف حاصل از قیر ممکن است سفتی تا (Mpa ۹۶۵۲۶۶) داشته باشند . مدول کششی (سفتی) الیاف کربن معمولا" به صورت کم (۳۳-۳۵ Msi) ، متوسط (۴۰-۵۰ Msi) ، بالا (۵۰-۷۰ Msi) یا بسیار زیاد (۷۰-۱۷۰ Msi) بیان می شود .الیاف با سفتی بالا در جهت طولی ضرایب انبساط حرارتی کم یا منفی دارند . با وجود این ، الیاف با سفتی خیلی بالا به عملیات حرارتی دما بالا (۲۷۶۰ درجه سانتی گراد) نیاز دارند و بنابراین بسیار گران هستند . اما به خاطر برخی از ویژگی های منحصر به فرد ، کاربردهای روزافزونی در کامپوزیت های با کارآئی بالا پیــدا کرده اند . مقاومت به خستگی آن ها همانند مقاومت شیمیائی شانفوق العــاده است .ویژگی های فشاری خوبـی دارند و هم چنین ویژگی های آن ها در جهاتی غیر از جهت اصلی الیاف مناسب است . هدایت حرارتی بالائی دارند و انباسط حرارتی آن ها به گونه ای است که اجازه طراحی
۱۹
سازه هائی را با انبساط کم و یا حتی انبساط صفر می دهد . هم چنین ویژگی های اصطکاکی (سایشی) عالی دارند . با وجود این که الیاف کربن به طور قابل توجهی گران تر از الیاف شیشه اند ، در بیشتر کاربردها، ترکیب مناسبی از ویژگی های مورد نظر را با بهائی قابل قبول تامین می کنند .با وجود این ، الیاف کربن مقاومت به ضربه و چقرمگی کمتری نسبت به الیاف شیشه و آرامید دارند . در حالی که این الیاف ، خودشان در برابر خوردگی مقاوم هستند ، خوردگی الکترو شیمیائی فلزات را گسترش می دهند . در مورد کامپوزیت های با کارآئی بالا، باید واقع بین بود . بها، فاکتوری مهم در گزینش نوع الیاف است . روش هائی برای کاهش هزینه الیاف ، بدون تغییر کامل نوع الیاف انتخابی وجود دارد . برای مثال ، الیاف کربن معمولی از نوع فضائی آن (برای کاربردهای هوا فضائی) بسیار ارزان تر است . یکی از الیاف معمولی کم بها ، الیاف با بافت درشت با تعداد بیشینه ی ۳۲۰,۰۰۰ تار است . این الیاف به خاطر ساخت سریع آنها ، به گونه ی قابل توجهی ارزان تر هستند . هم چنین قطر تارهای درون الیاف نیز می تواند تاثیر مهمی بر بهای آن داشته باشد . بیشتر تارهای کربنی حاصل از PAN ، قطری در حدود ۷ میکرون دارند ، اما الیاف با قطر کمتر ( برای مثال 5 میکرون) کارآئی بهتری دارند . ولی معمولاً گران تر و شکننده تر هستند و بنابراین استفاده از آنها مشکل تر است . جنبه های اقتصادی نیز روی بهای الیاف کربن و دیگر الیاف تاثیر مهمی دارد . چنانچه حجم تولید افزایش یابد ، بها کاهش خواهد یافت و چنانچه ، الیاف کربن در کاربردهای معمول بیشتر به کار رود ، انتظار می رود قیمت ها کاهش یابند .با معرفی الیاف آرامید در دهه ی ۷۰ میلادی توجه بازار به الیاف کربنی کاهش پیدا کرد . با وجود این در اوائل دهه ی ۸۰ میلادی ، تولید کنندگان الیاف کربنی تولید الیاف با استحکام و سفتی بالا و مقاوم در برابر ضربه را ـ تقریباً با همان بهای پیشین ـ آغاز کردند . بدین ترتیب حتی سهم بیشتری از بازار را به خود اختصاص دادند . با طراحی مناسب ، کامپوزیت های الیاف کربنی می توانند ده برابر مستحکم تر و پنج برابر سفت تر از فولاد با دست کم یک پنجم وزن فولاد باشند . هیچ نوع الیاف دیگری نمی تواند سفتی کربن را به همراه استحکام زیاد و با بهای معقول تامین کند . کاربردهای الیاف کربن عبارتند از : لوازم ورزشی (کفش های دو میدانی ، راکت تنیس و غیره ) ، اندام مصنوعی ، بدنه هواپیما ، سازه های ماهواره ای ، تجهیزات حفاری در دریا ، بدنه موتور موشک ، درهای شاتل فضائی و غیره . کامپوزیت های الیاف کربنی در بیشتر هواپیماهای نظامی و هواپیماهای نوین یافت می شوند . هم چنین به کارگیری این کامپوزیت ها در کاربردهای زیربنائی هم چون تقویت سازه ای یا بازسازی در برابر زلزله مرسوم است . بهای نوع معمول الیـاف کربن حدود ۱۴ دلار بر کیلوگرم است . حال آنکه بهای ارزان ترین نوع فضائی آن حدود ۴۴ دلار بر کیلوگرم است . با وجود این ، الیاف کربن ویژه که بهائی بالاتر از ۲۰۰۰ دلار بر کیلوگرم دارند ، نیز موجود هستند و گاهی مصرف می شوند

منبع:مجله ی دانشجویی پلیمر

مدیر سایت چهارشنبه 15 دی‌ماه سال 1389 ساعت 12:09 ب.ظ
نظرات 0 + ارسال نظر
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
ایمیل شما بعد از ثبت نمایش داده نخواهد شد