مقدمه
قواعد مهندسی بیانگر این نکته است که سفتی هر صفحه ای (یا پانلی) متناسب است با توان سوم (مکعب) ضخامت آن صفحه (یا پانل). بنابراین هدف استفاده از مغزی ها در قطعات چند سازه ای عملا افزایش سفتی به وسیله "ضخیم کردن" آنها توسط مواد مغزی با وزن مخصوص کم، می باشد. این موضوع می تواند افزایش فوق العاده در سفتی را با افزایش وزنی خیلی کم برای سازه فراهم کند.
شکل 55 چند لایی مغزی داری را تحت اعمال نیروی خمشی نشان میدهد. اینجا چند لایی ساندویچی شبیه تیرهایI شکل عمل میکنند که پوسته های (بالایی و پایینی) چند لایی نقش لبه های نقش بالا و پایین تیر I را ایفا نموده و مغزی ها عهده دار نقش دیواره برشی وسط تیر I شکل هستند. در این روش از اعمال نیرو، همان گونه که مشاهده میگردد پوسته بالایی تحت فشار، پوسته پایینی تحت تنش و مغزی وسط در معرض برش قرار گرفته اند. بنابراین استحکام برشی و سفتی از مهمترین خواص مغزی ها خواهد بود.
به علاوه خصوصا در هنگام اسبفاده از پوسته های چند لایی نازک و سبک وزن، مغزی باید ظرفیت تحمل نیرو فشاری اعمال شده را بدون آنکه دچار خرابی زود هنگام بشود را داشته باشد. ارائه این قابلیت کمک بسیاری به جلوگیری از چروک خوردن پوسته های نازک و خراب شدنشان در حین خم شدن خواهد کرد.
انواع مغزی ها
مغزی های اسفنجی
اسفنج ها یکی از پر مصرف ترین اشکال مواد مغزی هستند که از پلیمرهای مصنوعی متنوعی نظیر پلی وینیل کلراید (PVC) پلی استایرن (PS) پلی اورتان (PU) پلی متیل متاکریل آمید (acrylic)، پلی اترایمید (PEI) و استایرن اکریلونیتریل (SAN) ساخته میشوند. مواد فوق در دامنه ای از وزن های حجمی متفاوت (کمتر از 30 و بیشتر از 300کیلوگرم بر متر مکعب) ارائه می گردند، اگرچه بیشترین وزن حجمی مصرف شده در چند سازه ها 200- 40 کیلو گرم بر متر مکعب می باشد. مغزی های اسفنجی در ضخامت های متفاوتی از 5 تا 50 میلی متر قابل دسترسی می باشند.
اسفنج های PVC
اسفنجهای پلی وینیل کلراید سلول بسته یکی از متداول ترین مواد مغزی در ساختار سازه های ساندوچی مرغوب می باشند. اگرچه آنها در عمل دورگه ای از PVC و پلی اورتان هستند اما غالبا به آنها اسفنج PVCخطاب می گردد.
این فوم ها ترکیب متعادلی از خواص استاتیکی و دینامیکی را در کنار مقاومت خوب در مقابل جذب آب ارائه میکنند. آنها همچنین امکان کاربری در دامنه وسیع دمایی 240- تا 80 درجه سانتیگراد و مقاومت در برابر بسیاری از مواد شیمیایی را نیز در اختیار دارند. اگرچه خود اسفنج PVC قابل اشتعال است ولی انواع کندکننده حریق آن نیز وجود دارند که در جایگاه های مصارف مورد نیاز مثل قطارها به کار میروند. وقتی که فوم های PVCدر ساز هاه های ساندویچی با پوسته های FRP مورد مصرف قرار میگیرند مقاومت قابل قبول آنها در برابر استایرن به معنی آن است که با ایمنی لازم می توانند با رزین پلی استر به کار گرفته شوند و به همین خاطر نیز در خیلی از صنایع مورد مصرف قرار میگیرند. این فوم ها معمولا به صورت ورق مسطح یا مشبک عرضه می شوند که نوع مشبک آن اجازه شکل دهی آسان آن را فراهم می نماید.
دو نوع اصلی اسفنج های PVC عبارتند از اسفنج های دارای پیوندهای عرضی و فاقد پیوندهای عرضی، که نوع دوم بعضی اوقات بعنون اسفنج های "خطی" نیز نامیده می شوند. اسفنج های فاقد پیوندهای عرضی چغرمه تر و انعطاف پذیر ترند و بوسیله گرما آسان تر بر سطوح منحنی شکل قرا ر میگیرند با همه این اوصاف آنهاخواص مکانیکی پایین تری از گروه PVC دارای پیوندهای عرضی با دانسیته مشابه داشته و مقاومت کمتری در مقابل استایرن و درجه حرارت های بالا از خود نشان میدهند. از طرف دیگر فوم های دارای پیوندهای عرضی، سخت تر ولی شکننده ترند و در ساخت صفحه های سفت استفاده میشوند و در آب و هوای گرم در برابر نرمی و خزش مقاوم می باشند.
امروزه یک نوع جدید سفت شده اسفنج های PVC فاقد پیوند عرضی ارائه گردیده که بعضی از خواص مکانیکی اساسی اسفنج های دارای پیوندها عرضی را با بعضی از خواص چغرمگی اسفنج خطی جایگزین نموده اند.
با درنظر گرفتن رابطه ساختمان شیمیایی پلی اورتان/ پلی وینیل کلراید در اسفنح های PVC که دارای پیوندهای عرضی میباشند ملاحظه میشود که این اسفنج ها برای حفظ ایمنی، قبل از اینکه با یک پیش آغشته قابل پخت در دمای پایین استفاده شوند بایستی حتما با یک رزین مناسب به طور کامل پوشش داده شده باشند. اگرچه عملیات پایداری حرارتی ویژه برای اسفنج ها موجود می باشد، لیکن چنین عملیاتی در وهله اول برای بهبود پایداری ابعادی اسفنج ها و سپس کاهش مقدار گازهای زایدی که طی فرایندهای در دمای بالا متصاعد میگردند، طراحی شده اند.
منبع: کتاب راهنمای صنعت کامپوزیت
گروه مولفان و مترجمان:
کیومرث اسفندیاری، رضا حجتی، ایرج علاقه بند، نغمه گلپریان، حمیدرضا هاشمی
قواعد مهندسی بیانگر این نکته است که سفتی هر صفحه ای (یا پانلی) متناسب است با توان سوم (مکعب) ضخامت آن صفحه (یا پانل). بنابراین هدف استفاده از مغزی ها در قطعات چند سازه ای عملا افزایش سفتی به وسیله "ضخیم کردن" آنها توسط مواد مغزی با وزن مخصوص کم، می باشد. این موضوع می تواند افزایش فوق العاده در سفتی را با افزایش وزنی خیلی کم برای سازه فراهم کند.
شکل 55 چند لایی مغزی داری را تحت اعمال نیروی خمشی نشان میدهد. اینجا چند لایی ساندویچی شبیه تیرهایI شکل عمل میکنند که پوسته های (بالایی و پایینی) چند لایی نقش لبه های نقش بالا و پایین تیر I را ایفا نموده و مغزی ها عهده دار نقش دیواره برشی وسط تیر I شکل هستند. در این روش از اعمال نیرو، همان گونه که مشاهده میگردد پوسته بالایی تحت فشار، پوسته پایینی تحت تنش و مغزی وسط در معرض برش قرار گرفته اند. بنابراین استحکام برشی و سفتی از مهمترین خواص مغزی ها خواهد بود.
به علاوه خصوصا در هنگام اسبفاده از پوسته های چند لایی نازک و سبک وزن، مغزی باید ظرفیت تحمل نیرو فشاری اعمال شده را بدون آنکه دچار خرابی زود هنگام بشود را داشته باشد. ارائه این قابلیت کمک بسیاری به جلوگیری از چروک خوردن پوسته های نازک و خراب شدنشان در حین خم شدن خواهد کرد.
انواع مغزی ها
مغزی های اسفنجی
اسفنج ها یکی از پر مصرف ترین اشکال مواد مغزی هستند که از پلیمرهای مصنوعی متنوعی نظیر پلی وینیل کلراید (PVC) پلی استایرن (PS) پلی اورتان (PU) پلی متیل متاکریل آمید (acrylic)، پلی اترایمید (PEI) و استایرن اکریلونیتریل (SAN) ساخته میشوند. مواد فوق در دامنه ای از وزن های حجمی متفاوت (کمتر از 30 و بیشتر از 300کیلوگرم بر متر مکعب) ارائه می گردند، اگرچه بیشترین وزن حجمی مصرف شده در چند سازه ها 200- 40 کیلو گرم بر متر مکعب می باشد. مغزی های اسفنجی در ضخامت های متفاوتی از 5 تا 50 میلی متر قابل دسترسی می باشند.
اسفنج های PVC
اسفنجهای پلی وینیل کلراید سلول بسته یکی از متداول ترین مواد مغزی در ساختار سازه های ساندوچی مرغوب می باشند. اگرچه آنها در عمل دورگه ای از PVC و پلی اورتان هستند اما غالبا به آنها اسفنج PVCخطاب می گردد.
این فوم ها ترکیب متعادلی از خواص استاتیکی و دینامیکی را در کنار مقاومت خوب در مقابل جذب آب ارائه میکنند. آنها همچنین امکان کاربری در دامنه وسیع دمایی 240- تا 80 درجه سانتیگراد و مقاومت در برابر بسیاری از مواد شیمیایی را نیز در اختیار دارند. اگرچه خود اسفنج PVC قابل اشتعال است ولی انواع کندکننده حریق آن نیز وجود دارند که در جایگاه های مصارف مورد نیاز مثل قطارها به کار میروند. وقتی که فوم های PVCدر ساز هاه های ساندویچی با پوسته های FRP مورد مصرف قرار میگیرند مقاومت قابل قبول آنها در برابر استایرن به معنی آن است که با ایمنی لازم می توانند با رزین پلی استر به کار گرفته شوند و به همین خاطر نیز در خیلی از صنایع مورد مصرف قرار میگیرند. این فوم ها معمولا به صورت ورق مسطح یا مشبک عرضه می شوند که نوع مشبک آن اجازه شکل دهی آسان آن را فراهم می نماید.
دو نوع اصلی اسفنج های PVC عبارتند از اسفنج های دارای پیوندهای عرضی و فاقد پیوندهای عرضی، که نوع دوم بعضی اوقات بعنون اسفنج های "خطی" نیز نامیده می شوند. اسفنج های فاقد پیوندهای عرضی چغرمه تر و انعطاف پذیر ترند و بوسیله گرما آسان تر بر سطوح منحنی شکل قرا ر میگیرند با همه این اوصاف آنهاخواص مکانیکی پایین تری از گروه PVC دارای پیوندهای عرضی با دانسیته مشابه داشته و مقاومت کمتری در مقابل استایرن و درجه حرارت های بالا از خود نشان میدهند. از طرف دیگر فوم های دارای پیوندهای عرضی، سخت تر ولی شکننده ترند و در ساخت صفحه های سفت استفاده میشوند و در آب و هوای گرم در برابر نرمی و خزش مقاوم می باشند.
امروزه یک نوع جدید سفت شده اسفنج های PVC فاقد پیوند عرضی ارائه گردیده که بعضی از خواص مکانیکی اساسی اسفنج های دارای پیوندها عرضی را با بعضی از خواص چغرمگی اسفنج خطی جایگزین نموده اند.
با درنظر گرفتن رابطه ساختمان شیمیایی پلی اورتان/ پلی وینیل کلراید در اسفنح های PVC که دارای پیوندهای عرضی میباشند ملاحظه میشود که این اسفنج ها برای حفظ ایمنی، قبل از اینکه با یک پیش آغشته قابل پخت در دمای پایین استفاده شوند بایستی حتما با یک رزین مناسب به طور کامل پوشش داده شده باشند. اگرچه عملیات پایداری حرارتی ویژه برای اسفنج ها موجود می باشد، لیکن چنین عملیاتی در وهله اول برای بهبود پایداری ابعادی اسفنج ها و سپس کاهش مقدار گازهای زایدی که طی فرایندهای در دمای بالا متصاعد میگردند، طراحی شده اند.
منبع: کتاب راهنمای صنعت کامپوزیت
گروه مولفان و مترجمان:
کیومرث اسفندیاری، رضا حجتی، ایرج علاقه بند، نغمه گلپریان، حمیدرضا هاشمی
