ترجمه:حبيب الله عليخاني
منبع : راسخون
کامپوزيت ها (coposites ):
در جوامع پشرفته نياز به مواد کامپوزيتي ديده مي شود .فايبرگلاس ( fiber glass)،که در اواخر دهه ي 1940 توليد شد اولين کامپوزيت مدرن است.و هم اکنون نيز متداولترين کامپوزيت مصرفي در کشورهاي مختلف جهان است .امروزه فايبرگلاس تقريباً 65 درصد از کامپوزيت هاي مصرفي در کشورهاي مختلف جهان را تشکيل مي دهد .اين کامپوزيت در بدنه هاي قايق (boot hulls)، تخته هاي موج سواري (surf boards)، وسايل ورزشي ( sporting goods) ، لاينينگ استخرهاي شنا(swimming poll lining)، پانل هاي ساختماني (building panels)و بدنه هاي ماشين (car bodies)کاربرد دارد .و اين امکان وجود دارد که شما از اين کامپوزيت استفاده کرده باشيد درحالي که نمي دانستيد که جنس آن را از فايبر گلاس است .
چه چيز از يک ماده ي کامپوزيت مي سازد ؟
مواد کامپوزيتي ازترکيب دو يا چند ماده با خواص متفاوت به وجود مي آيند . مواد مختلف با يکديگر مخلوط گشته تا خواصي بي همتا به ماده ي کامپوزيتي بدهد .اما ازلحاظ ساختار داخلي به آساني قابل تشخيص هستند .يعني مواد ترکيب شده در يک ماده ي کامپوزيتي به آساني قابل ديدن هستند .و در هم حل نشده اند و با هم پيوند نداده اند .
کامپوزيت ها درطبيعت نيزيافت مي شوند .يک تکه چوب کامپوزيتي ازالياف بلند سلولز (حالتي بسيار پيچيده از نشاسته )که با مواد بسيار ضعيف تري که ليگنين (lignin)ناميده مي شوند به هم اتصال پيدا کرده اند .سلولز همچنين در پنبه (linen)و کتان (cotton)نيز وجود دارد ، اما قدرت پيوند ليگنين است که باعث شده يک تکه چوب از يک تکه پنبه محکم تر باشد .
کامپوزيت ها مواد جديدي نيستند :
انسان ها از مواد کامپوزيتي به مدت هزاران سال استفاده مي کردند .مثلاً آجرهاي گلي که يک بيسکويت (تکه )از گل خشک شده است به آساني با يک خم کردن مي شکند .
که علت آن ايجاد يک نيروي کششي دريک سمت آن است .اما همين آجر يک ديوار خوب را مي سازد و علت اين امراين است که کليه ي نيروهاي وارده بر آجر از نوع فشاري است به عبارت ديگر يک تکه حصير ،مقاومت کششي خوبي دارد .اما اگر آن را مچاله کنيد (يعني آن را فشاردهيم )به آساني دفورمه مي شود .اما اگريک تکه از حصير را در يک آجر گلي تعبيه کنيد . و اجازه دهيد قطعه خشک شود .نتيجه ي کار آجري است که هم در برابر کشش و هم دربرابرگسيختگي مقاومت مي کند .و يک ماده ي ساختماني مناسب است .اگربخواهيم فني تر نگاه کنيم ، اين آجر داراي حصير هم مقاومت کششي (tenside shrongh)هم مقاومت فشاري (compressive strengh)خوبي دارد .
کامپوزيت معروف ديگر بتون است که از مصالح سنگي (سنگ و ماسه هاي ريز و درشت )تشکيل شده که به وسيله ي سيمان به هم ديگر متصل شده اند .بتون مقاومت خوبي در برابر فشار دادن و اين ماده را مي توان به وسيله ي افزودن ميله هاي فلزي (metallic rods)، سيم ها (wires)،توري (mesh)يا کابل ها (cables) کامپوزيت کرد تا در برابر کشيدگي نيزبتواند رفتار خوبي داشته باشد .( بنابراي بتون تقويت شده حاصل مي شود ).
ساختن يک کامپوزيت (making a composite):
بيشتر کامپوزيت ها فقط از دو نوع ماده ساخته شده اند .يک ماده [ ماتريکس (martix)يا اتصال دهنده ]دراطراف قرار گرفته و موجب اتصال کلوخه ها ، الياف يا خرده هاي ماده ي سخت تر [تقويت کننده (reinforcement)مي گردد .]
درمورد آجرهاي گلي اين دو وظيفه به وسيله ي حصير و گل انجام مي شود ، در بتون به وسيله ي سيمان و کلوخه هاي ماسه اي و دريک تکه چوب به وسيله ي سلولز و ليگنين انجام مي شود .درفايبرگلاس ، تقويت کننده الياف نازکي از شيشه است که عموماً مانند پارچه بافته مي شود .و زمينه ( matrix)ازماده ي پلاستيکي تشکيل شده است .
الياف رشته اي و نازک شيشه در فايبرگلاس در برابر کشش مقاومت بسيار بيشتري نسبت به فشار ازخود نشان مي دهند .اما اين الياف بسيار شکننده اند و اگر به تندي خم شوند از هم گسيخته مي شوند .ماتريکس نه تنها الياف را در کنار هم نگه مي دارد .بلکه مي تواند با توزيع تنش ها در کل ماده از کامپوزيت محافظت کند .
ماتريکس (زمينه )به حدي نرم است که مي توان با ابزار آلات آن را شکل دهي کرد .يا با حلال هاي مناسب آن را نرم کنيم و در صورت نيازآن را ترميم کنيم .هرتغييرشکل يک صفحه ي فايبرگلاس ، نياز به کشيده شدن مقداري از الياف شيشه را دارد .
و اين الياف در برابر آن مقاومت مي کنند ، بنابراين حتي يک صفحه ي نازک از فايبرگلاس بسيار محکم است .رنگ اين ماده همچنين مي تواند بسيار روشن باشد ، که خود يک مزيت دربسياري از کاربردهاست .
در دهه هاي اخير ،بسياري از کامپوزيت هاي جديد توليد شده است ، که بعضي از آنها خواص با ارزشي دارند .با دقت در انتخاب تقويت کننده ، زمينه پروسه ي ترکيب اين دو ماده درهم ، يک مهندس مي تواند خواص مختلف را ترکيب و به خاصيت هاي مد نظرش برسد .آنها مي توانند ، براي مثال يک صفحه ي کامپوزيتي بسيارمحکم در يک جهت بسازند (به وسيله ي موازي کردن الياف در يک جهت خاص که البته استحکام در جهت ديگر قطعه ممکن است بسيار کمتر از جهت هدايت شده ي ما باشد )که البته ايجاد استحکام در يک جهت از کارهايي است که مد نظر ماست و در بعضي از کاربردها به درد ما مي خورد .آنها همچنين مي توانند خواصي چون مقاومت در برابر گرما ، عوامل شيميايي و هوازدگي را به وسيله ي انتخاب زمينه ي مناسب در کامپوزيت ايجاد کنند .
مواد انتخابي براي زمينه (choosing materials for matrix):
براي زمينه ، در توليد بسياري از کامپوزيت هاي پيشرفته از پلاستيک هاي ترموست و ترموپلاست که زرين نيز ناميده مي شوند استفاده مي شود . پلاستيک ها، پليمرهايي هستند .که تقويت کننده ها را به هم چسبانده و کمک مي کند تا خواص محصول نهايي ايجاد شود .
پلاستيک ها گرمانرم (Thermosoftening plastics)همانگونه که از اسمشان پيداست در دماهاي پايين سخت اما هنگامي که به آنها گرما بدهيم نرم مي شوند .اگرچه اين مواد عموماً کمتر از پلاستيک هاي ترموست استفاده مي شوند.ولي مزايايي چون چقرمگي شکست بالاتر (fracture toughness)،دوام طولاني تر (longer shelflife)، قابليت بازيافت و محيط کاري ايمن تر و تميزتر (زيرا از حلال هاي آلي که براي پروسه ي سخت کردن است استفاده نمي شود )را داراست .
سراميک ها ، کربن و فلزات به عنوان زمينه براي برخي از اهداف خيلي خاص استفاده مي گردد .براي مثال :سراميک هنگامي استفاده مي شود که مواد با دماهاي بالا سر و کار دارند .[مثلاً مبدل هاي حرارتي (heat exchanging)].ازکربن نيز براي توليد محصولاتي که با سايش و پوسيدگي مواجه اند استفاده مي شود .[مثلاً يا طاقان ها (bearing)و گريبکس ها (gears)].
منبع : راسخون
کامپوزيت ها (coposites ):
در جوامع پشرفته نياز به مواد کامپوزيتي ديده مي شود .فايبرگلاس ( fiber glass)،که در اواخر دهه ي 1940 توليد شد اولين کامپوزيت مدرن است.و هم اکنون نيز متداولترين کامپوزيت مصرفي در کشورهاي مختلف جهان است .امروزه فايبرگلاس تقريباً 65 درصد از کامپوزيت هاي مصرفي در کشورهاي مختلف جهان را تشکيل مي دهد .اين کامپوزيت در بدنه هاي قايق (boot hulls)، تخته هاي موج سواري (surf boards)، وسايل ورزشي ( sporting goods) ، لاينينگ استخرهاي شنا(swimming poll lining)، پانل هاي ساختماني (building panels)و بدنه هاي ماشين (car bodies)کاربرد دارد .و اين امکان وجود دارد که شما از اين کامپوزيت استفاده کرده باشيد درحالي که نمي دانستيد که جنس آن را از فايبر گلاس است .
چه چيز از يک ماده ي کامپوزيت مي سازد ؟
مواد کامپوزيتي ازترکيب دو يا چند ماده با خواص متفاوت به وجود مي آيند . مواد مختلف با يکديگر مخلوط گشته تا خواصي بي همتا به ماده ي کامپوزيتي بدهد .اما ازلحاظ ساختار داخلي به آساني قابل تشخيص هستند .يعني مواد ترکيب شده در يک ماده ي کامپوزيتي به آساني قابل ديدن هستند .و در هم حل نشده اند و با هم پيوند نداده اند .
کامپوزيت ها درطبيعت نيزيافت مي شوند .يک تکه چوب کامپوزيتي ازالياف بلند سلولز (حالتي بسيار پيچيده از نشاسته )که با مواد بسيار ضعيف تري که ليگنين (lignin)ناميده مي شوند به هم اتصال پيدا کرده اند .سلولز همچنين در پنبه (linen)و کتان (cotton)نيز وجود دارد ، اما قدرت پيوند ليگنين است که باعث شده يک تکه چوب از يک تکه پنبه محکم تر باشد .
کامپوزيت ها مواد جديدي نيستند :
انسان ها از مواد کامپوزيتي به مدت هزاران سال استفاده مي کردند .مثلاً آجرهاي گلي که يک بيسکويت (تکه )از گل خشک شده است به آساني با يک خم کردن مي شکند .
که علت آن ايجاد يک نيروي کششي دريک سمت آن است .اما همين آجر يک ديوار خوب را مي سازد و علت اين امراين است که کليه ي نيروهاي وارده بر آجر از نوع فشاري است به عبارت ديگر يک تکه حصير ،مقاومت کششي خوبي دارد .اما اگر آن را مچاله کنيد (يعني آن را فشاردهيم )به آساني دفورمه مي شود .اما اگريک تکه از حصير را در يک آجر گلي تعبيه کنيد . و اجازه دهيد قطعه خشک شود .نتيجه ي کار آجري است که هم در برابر کشش و هم دربرابرگسيختگي مقاومت مي کند .و يک ماده ي ساختماني مناسب است .اگربخواهيم فني تر نگاه کنيم ، اين آجر داراي حصير هم مقاومت کششي (tenside shrongh)هم مقاومت فشاري (compressive strengh)خوبي دارد .
کامپوزيت معروف ديگر بتون است که از مصالح سنگي (سنگ و ماسه هاي ريز و درشت )تشکيل شده که به وسيله ي سيمان به هم ديگر متصل شده اند .بتون مقاومت خوبي در برابر فشار دادن و اين ماده را مي توان به وسيله ي افزودن ميله هاي فلزي (metallic rods)، سيم ها (wires)،توري (mesh)يا کابل ها (cables) کامپوزيت کرد تا در برابر کشيدگي نيزبتواند رفتار خوبي داشته باشد .( بنابراي بتون تقويت شده حاصل مي شود ).
ساختن يک کامپوزيت (making a composite):
بيشتر کامپوزيت ها فقط از دو نوع ماده ساخته شده اند .يک ماده [ ماتريکس (martix)يا اتصال دهنده ]دراطراف قرار گرفته و موجب اتصال کلوخه ها ، الياف يا خرده هاي ماده ي سخت تر [تقويت کننده (reinforcement)مي گردد .]
درمورد آجرهاي گلي اين دو وظيفه به وسيله ي حصير و گل انجام مي شود ، در بتون به وسيله ي سيمان و کلوخه هاي ماسه اي و دريک تکه چوب به وسيله ي سلولز و ليگنين انجام مي شود .درفايبرگلاس ، تقويت کننده الياف نازکي از شيشه است که عموماً مانند پارچه بافته مي شود .و زمينه ( matrix)ازماده ي پلاستيکي تشکيل شده است .
الياف رشته اي و نازک شيشه در فايبرگلاس در برابر کشش مقاومت بسيار بيشتري نسبت به فشار ازخود نشان مي دهند .اما اين الياف بسيار شکننده اند و اگر به تندي خم شوند از هم گسيخته مي شوند .ماتريکس نه تنها الياف را در کنار هم نگه مي دارد .بلکه مي تواند با توزيع تنش ها در کل ماده از کامپوزيت محافظت کند .
ماتريکس (زمينه )به حدي نرم است که مي توان با ابزار آلات آن را شکل دهي کرد .يا با حلال هاي مناسب آن را نرم کنيم و در صورت نيازآن را ترميم کنيم .هرتغييرشکل يک صفحه ي فايبرگلاس ، نياز به کشيده شدن مقداري از الياف شيشه را دارد .
و اين الياف در برابر آن مقاومت مي کنند ، بنابراين حتي يک صفحه ي نازک از فايبرگلاس بسيار محکم است .رنگ اين ماده همچنين مي تواند بسيار روشن باشد ، که خود يک مزيت دربسياري از کاربردهاست .
در دهه هاي اخير ،بسياري از کامپوزيت هاي جديد توليد شده است ، که بعضي از آنها خواص با ارزشي دارند .با دقت در انتخاب تقويت کننده ، زمينه پروسه ي ترکيب اين دو ماده درهم ، يک مهندس مي تواند خواص مختلف را ترکيب و به خاصيت هاي مد نظرش برسد .آنها مي توانند ، براي مثال يک صفحه ي کامپوزيتي بسيارمحکم در يک جهت بسازند (به وسيله ي موازي کردن الياف در يک جهت خاص که البته استحکام در جهت ديگر قطعه ممکن است بسيار کمتر از جهت هدايت شده ي ما باشد )که البته ايجاد استحکام در يک جهت از کارهايي است که مد نظر ماست و در بعضي از کاربردها به درد ما مي خورد .آنها همچنين مي توانند خواصي چون مقاومت در برابر گرما ، عوامل شيميايي و هوازدگي را به وسيله ي انتخاب زمينه ي مناسب در کامپوزيت ايجاد کنند .
مواد انتخابي براي زمينه (choosing materials for matrix):
براي زمينه ، در توليد بسياري از کامپوزيت هاي پيشرفته از پلاستيک هاي ترموست و ترموپلاست که زرين نيز ناميده مي شوند استفاده مي شود . پلاستيک ها، پليمرهايي هستند .که تقويت کننده ها را به هم چسبانده و کمک مي کند تا خواص محصول نهايي ايجاد شود .
پلاستيک ها گرمانرم (Thermosoftening plastics)همانگونه که از اسمشان پيداست در دماهاي پايين سخت اما هنگامي که به آنها گرما بدهيم نرم مي شوند .اگرچه اين مواد عموماً کمتر از پلاستيک هاي ترموست استفاده مي شوند.ولي مزايايي چون چقرمگي شکست بالاتر (fracture toughness)،دوام طولاني تر (longer shelflife)، قابليت بازيافت و محيط کاري ايمن تر و تميزتر (زيرا از حلال هاي آلي که براي پروسه ي سخت کردن است استفاده نمي شود )را داراست .
سراميک ها ، کربن و فلزات به عنوان زمينه براي برخي از اهداف خيلي خاص استفاده مي گردد .براي مثال :سراميک هنگامي استفاده مي شود که مواد با دماهاي بالا سر و کار دارند .[مثلاً مبدل هاي حرارتي (heat exchanging)].ازکربن نيز براي توليد محصولاتي که با سايش و پوسيدگي مواجه اند استفاده مي شود .[مثلاً يا طاقان ها (bearing)و گريبکس ها (gears)].
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
