این مقاله، به شرح جدیدترین کاربرد صنعتی کامپوزت های الیاف طبیعی تقویت شده میپردازد.
افزایش نگرانیها در محیط زیست مجدداً باعث جرقه ایی در رشد کامپوزیت های الیاف طبیعی تقویت شده (Natural- Fiber Composites) در محیط زیست شده است، که می توانند جایگزین مناسبی برای پلاستک های تقویت شده توسط الیاف دیگر باشند و محیط سالمی را به وجود آورند. مزایای کامپوزیتهای ساخته شده با الیاف طبیعی شامل خواص مکانیکی و حرارتی خوب، عایق الکتریکی و صوتی، کاهش تراکم، کاهش سایش، قابلیت شکل دهی عالی، ایمن در مقابل ضربه است. این مواد غیر سمی بوده و دوستار محیط زیست هستند و به راحتی با هزینه اندک در دسترس میباشند که در نهایت سبب ارتقای سلامتی و ایمنی در محیط کار نیز می شوند.
در نتیجه الیاف طبیعی (NF) می توانند جایگزین مناسبی برای الیاف شیشه باشند و با هزینه کم مورد استفاده قرار گیرند. با توجه به اینکه این امکان وجود دارد که استفاده از همان مراحل، ابزارها، کارها، تجهیزات، کنترل و روش کار، با جایگزینی آسان و هزینه مناسب تر همراه خواهد بود.
تاریخچه کامپوزیت های الیاف طبیعی:
کامپوزیت های الیاف طبیعی به هیچ وجه با مواد جدید ساخته نشده اند. در این قسمت تعدادی از نمونه های مهم وجود دارد که مربوط به قرن بیستم می باشد:
از سال 1999 تا 2005 در صنعت اتومبیل سازی آلمان استفاده از الیاف طبیعی (به اسنثناء چوب و کتان) از 9،600 تن به 19،000 تن افزایش یافته است. این افزایش سریع به وضوح مزایا و ماهیت کامپوزیت های زیستی را نشان می دهد.
شکل شماره 2 انواع کاربرد کامپوزیت های طبیعی را در اتومبیل مرسدس ایی کلاس (Mercedes E-Class) نشان می دهد.
همچنین الیاف طبیعی به کار رفته در عمران و شهرسازی مانند مواد کاشی های کف، پانل ها یا دیوار ها به دلیل هزینه کم، دسترسی آسان، کاهش زمان ساخت و کاهش انتشار آلاینده ها در کشورهای پیشرفته مورد توجه قرار گرفته و استفاده می شوند: حدود 50% از انتشار دی اکسید کربن در کشور انگلستان از ساخت و ساز عمران به وجود می آید.
رویکرد مرحله به مرحله در ساختار هوانوردی
از آنجایی که شرایط برای سازه های هوانوردی حساس است، لذا وضعیت اساساً به چندین دلیل متفاوت است.
در نتیجه، جایگزینی یک ماده جدید میتواند تاثیر زیادی بر روی قیمت و زمان مورد نیاز توسط این تأییدات صورت دهد. معمولا این مرحله به دلیل آزمایش و شبیه سازیهای بسیار، طولانی و پر هزینه می باشد.
به همین خاطر دانشکده مهندسی هوافضا Rome's Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale)) و دانشکده مهندسی شیمی و مواد دانشگاه روم ( Dipartimento di Ingegneria chimica e dei Materiali) تصمیم گرفتند به آرامی و مرحله به مرحله به معرفی کامپوزیت های الیاف طبیعی در سازه های هوانوردی به تحقیق خود ادامه دهند. محققان به منظور بهبود نتیجه به چهار مورد اصلی متمرکز می شوند:
در همین رابطه آزمون ها و آزمایش های گسترده ای در زمینه کشش، تراکم و خمش در مقابل ضربه انجام شد.
بدین منظور از نرم افزار تحلیلی (Structural Equation Molding) SEM برای بررسی مشخصات سازه در مقیاس میکروسکوپی استفاده گردید. آسیب های داخلی نمونه های آزمایش شده در بارهای مختلف به وسیله فن آوری های Ultrasound وAcoustic emission از روی انعکاس صوت مورد شناسائی قرار گرفت.
در این راستا تحقیقات بیشتری برای مباحث شناخت مواد اولیه مناسب و سازگاری فیزیکی و شیمیایی میان الیاف و ماتریس برای بهبود میزان چسبندگی الیاف و ماتریس، نیاز است.
منبع: JEC Composites
ترجمه و ویرایش: مهدی مهدوی کیا- مهدیه تقی زاده
افزایش نگرانیها در محیط زیست مجدداً باعث جرقه ایی در رشد کامپوزیت های الیاف طبیعی تقویت شده (Natural- Fiber Composites) در محیط زیست شده است، که می توانند جایگزین مناسبی برای پلاستک های تقویت شده توسط الیاف دیگر باشند و محیط سالمی را به وجود آورند. مزایای کامپوزیتهای ساخته شده با الیاف طبیعی شامل خواص مکانیکی و حرارتی خوب، عایق الکتریکی و صوتی، کاهش تراکم، کاهش سایش، قابلیت شکل دهی عالی، ایمن در مقابل ضربه است. این مواد غیر سمی بوده و دوستار محیط زیست هستند و به راحتی با هزینه اندک در دسترس میباشند که در نهایت سبب ارتقای سلامتی و ایمنی در محیط کار نیز می شوند.
در نتیجه الیاف طبیعی (NF) می توانند جایگزین مناسبی برای الیاف شیشه باشند و با هزینه کم مورد استفاده قرار گیرند. با توجه به اینکه این امکان وجود دارد که استفاده از همان مراحل، ابزارها، کارها، تجهیزات، کنترل و روش کار، با جایگزینی آسان و هزینه مناسب تر همراه خواهد بود.
تاریخچه کامپوزیت های الیاف طبیعی:
کامپوزیت های الیاف طبیعی به هیچ وجه با مواد جدید ساخته نشده اند. در این قسمت تعدادی از نمونه های مهم وجود دارد که مربوط به قرن بیستم می باشد:
• در سالهای 45-1939 در کشور انگلستان به دلیل رویداد جنگ جهانی دوم و کمبود آلومینیوم استفاده از فرومالدئید فنل تقویت شده با الیاف کتان برای تولید بدنه هواپیماهای جنگنده رونق بسیاری یافت (پرواز سال 1942). این ماده گاردون آرولیت (Gordon- Aerolite) نام گرفت که همچون ماده پلاستیکی عمل می کرد و نسبت به فلز استحکام قابل مقایسه ایی داشت.
• در سال 1942 هنری فورد برای تولید نمونه اولیه اتومبیل از کامپوزیت الیاف کتان استفاده کرد اما هرگز به علت محدودیت های اقتصادی دست به تولید آن نزد.
• در سال 90-1950، به علت کمبود فولاد، تولید اولین اتومبیل توسط الیاف طبیعی صورت گرفت، امروزه نیز استفاده از این الیاف در صنعت اتومبیل سازی به طور موفقیت آمیزی استفاده می شود که این امر باعث کاهش 30% وزن اتومبیل شده است. معمولاً حدود 15-10 کیلوگروم از الیاف طبیعی در هر وسیله نقلیه استفاده می شوند. یکی از جدیدترین نمونه ها، اتومبیلElise Lotus Eco می باشد که در ماه جولای سال 2008 در نمایشگاه بین المللی موتور بریتانیا نشان داده شد. این اتومبیل با مواد پایدار (مانند سیسال، پشم، کنف) و با استفاده از فن آوری سبز و محلول رنگ پایه آب ساخته شده است. وزن این اتومبیل 32 کیلوگروم کمتر از وزن استاندارد شرکت تولیدی خود یعنی Elise می باشد.
• در سال 1942 هنری فورد برای تولید نمونه اولیه اتومبیل از کامپوزیت الیاف کتان استفاده کرد اما هرگز به علت محدودیت های اقتصادی دست به تولید آن نزد.
• در سال 90-1950، به علت کمبود فولاد، تولید اولین اتومبیل توسط الیاف طبیعی صورت گرفت، امروزه نیز استفاده از این الیاف در صنعت اتومبیل سازی به طور موفقیت آمیزی استفاده می شود که این امر باعث کاهش 30% وزن اتومبیل شده است. معمولاً حدود 15-10 کیلوگروم از الیاف طبیعی در هر وسیله نقلیه استفاده می شوند. یکی از جدیدترین نمونه ها، اتومبیلElise Lotus Eco می باشد که در ماه جولای سال 2008 در نمایشگاه بین المللی موتور بریتانیا نشان داده شد. این اتومبیل با مواد پایدار (مانند سیسال، پشم، کنف) و با استفاده از فن آوری سبز و محلول رنگ پایه آب ساخته شده است. وزن این اتومبیل 32 کیلوگروم کمتر از وزن استاندارد شرکت تولیدی خود یعنی Elise می باشد.
از سال 1999 تا 2005 در صنعت اتومبیل سازی آلمان استفاده از الیاف طبیعی (به اسنثناء چوب و کتان) از 9،600 تن به 19،000 تن افزایش یافته است. این افزایش سریع به وضوح مزایا و ماهیت کامپوزیت های زیستی را نشان می دهد.
شکل شماره 2 انواع کاربرد کامپوزیت های طبیعی را در اتومبیل مرسدس ایی کلاس (Mercedes E-Class) نشان می دهد.
رویکرد مرحله به مرحله در ساختار هوانوردی
از آنجایی که شرایط برای سازه های هوانوردی حساس است، لذا وضعیت اساساً به چندین دلیل متفاوت است.
• فشار بالا در سطوح.
• خستگی از لحاظ مکانیکی، حرارتی، صوتی.
• تاثیر تغییرات محیطی و افزایش دوام، ایمنی، و حفظ وضعیت.
• نیاز به تولید مجدد مشخصات مکانیکی و اطمینان بیشتر در اجرای مواد.
• نیاز به گواهی نامه (جز برای هواپیمای فوق العاده سبک).
• خستگی از لحاظ مکانیکی، حرارتی، صوتی.
• تاثیر تغییرات محیطی و افزایش دوام، ایمنی، و حفظ وضعیت.
• نیاز به تولید مجدد مشخصات مکانیکی و اطمینان بیشتر در اجرای مواد.
• نیاز به گواهی نامه (جز برای هواپیمای فوق العاده سبک).
در نتیجه، جایگزینی یک ماده جدید میتواند تاثیر زیادی بر روی قیمت و زمان مورد نیاز توسط این تأییدات صورت دهد. معمولا این مرحله به دلیل آزمایش و شبیه سازیهای بسیار، طولانی و پر هزینه می باشد.
به همین خاطر دانشکده مهندسی هوافضا Rome's Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale)) و دانشکده مهندسی شیمی و مواد دانشگاه روم ( Dipartimento di Ingegneria chimica e dei Materiali) تصمیم گرفتند به آرامی و مرحله به مرحله به معرفی کامپوزیت های الیاف طبیعی در سازه های هوانوردی به تحقیق خود ادامه دهند. محققان به منظور بهبود نتیجه به چهار مورد اصلی متمرکز می شوند:
• کیفیت مراحل.
• مشخصات مکانیکی و توانایی تولید مجدد آنها.
• استحکام در مقابل ضربه.
• ارزیابی طول عمر (LCA) و تاثیرات محیطی.
در ابتدا مطالعات دقیقی بر روی کنفهای هندی صورت گرفت، در ادامه بر روی کنف ها با استفاده از مواد تروموپلاستیک و تروموست پردازشهائی صورت گرفت. هدف از این مطالعات دستیابی به خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی مناسب و تمرکز بر روی تفاوت ها و قابلیت ایجاد مجدد خواص مکانیکی در میان تولیدات مختلف است. • مشخصات مکانیکی و توانایی تولید مجدد آنها.
• استحکام در مقابل ضربه.
• ارزیابی طول عمر (LCA) و تاثیرات محیطی.
در همین رابطه آزمون ها و آزمایش های گسترده ای در زمینه کشش، تراکم و خمش در مقابل ضربه انجام شد.
بدین منظور از نرم افزار تحلیلی (Structural Equation Molding) SEM برای بررسی مشخصات سازه در مقیاس میکروسکوپی استفاده گردید. آسیب های داخلی نمونه های آزمایش شده در بارهای مختلف به وسیله فن آوری های Ultrasound وAcoustic emission از روی انعکاس صوت مورد شناسائی قرار گرفت.
در این راستا تحقیقات بیشتری برای مباحث شناخت مواد اولیه مناسب و سازگاری فیزیکی و شیمیایی میان الیاف و ماتریس برای بهبود میزان چسبندگی الیاف و ماتریس، نیاز است.
منبع: JEC Composites
ترجمه و ویرایش: مهدی مهدوی کیا- مهدیه تقی زاده
