اخبار و مطالب روز نساجی

کامپوزیت‌های نساجی

Textile Composites

کامپوزیت‌های نساجی شامل مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف هستند. انواع پارچه‌ها و یا الیافی که به‌عنوان تقویت‌کننده در کامپوزیت‌ها استفاده می‌شوند، شامل منسوجات تاری پودی، بی بافت و حلقوی هستند. مواد کامپوزیتی تقویت شده با منسوجات  بخشی از کلاس مواد مهندسی به نام مواد کامپوزیتی هستند. کامپوزیت‌ها شامل دو بخش اصلی بوده که عبارت‌اند از:

1) ماتریس: ماتریس نیروهای تقویت‌کننده را به‌صورت یک الگوی مرتب در خود نگه می‌دارد.
2) تقویت‌کننده: تقویت‌کننده برای افزایش استحکام و بهبود خواص کامپوزیت استفاده می‌شود.
در ماتریس‌ها دو یا چند تقویت‌کننده که از نظر شیمیایی دارای خواص متفاوتی هستند و در صورت ترکیب خواص بهتری را نسبت به هر کدام از مواد تقویت‌کننده ایجاد می‌کنند، قرار می‌گیرند. در این مورد می‌توان به ترکیب مواد چوب، بامبو و آجر اشاره کرد.

1-  طبقه‌بندی مواد کامپوزیتی
الف) مواد ماتریس
ماتریس‌های مورداستفاده در تهیه کامپوزیت‌ها شامل سه دسته هستند که عبارت‌اند از:
1) ماتریس پلیمری: مانند اپوکسی، پلی‌استر و نایلون
2) ماتریس سرامیکی: مانند کاربید سیلیکون (SiC)، سرامیک‌های شیشه‌ای و غیره
3)  ماتریس فلزی: مانند آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای منیزیم و تیتانیوم

ب) مواد تقویت‌کننده
مواد تقویت‌کننده مورداستفاده در تهیه کامپوزیت‌ها شامل سه دسته هستند که عبارت‌اند از:
1) الیاف: مانند الیاف کوتاه یا بلند (الیاف شیشه نوع S، الیاف شیشه نوع R، الیاف کربن).
2) نخ
3)  منسوجات بافته شده (تاری پودی، بی بافت، حلقوی)
ماتریس‌های پلیمری بر اساس نوع رزین به دودسته ترموپلاستیک  و ترموست  طبقه‌بندی می‌شوند. در کامپوزیت‌های ترموپلاستیک، ماتریس پلیمری می‌تواند از رزین پلی‌استر، HDPE و غیره باشد. در کامپوزیت‌های ترموست نیز از رزین‌های اپوکسی، پلی‌استر غیراشباع و وینیل استر  به‌عنوان ماتریس پلیمری در تهیه کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود.

2- مزایای ماتریس ترموپلاستیک
الف) ماتریس‌های ترموپلاستیک دارای مزایایی متنوع و گوناگونی هستند که عبارت‌اند از:
•امکان نگهداری نامحدود در دمای اتاق
•سهولت پردازش و کارکردن آسان با آن ماده پلیمری
• قابل بازشکل شدن
• جذب انرژی بالا ضربه
• مقاومت عالی در برابر شکست

ب) ماتریس‌های ترموست دارای مزایایی متنوع و گوناگونی هستند که عبارت‌انداز:
• پایداری حرارتی
•  مقاومت شیمیایی بالا
•  خزش کم و کاهش تنش
• ویسکوزیته پایین
•   وجود داده‌های بیشتر نسبت به رزین‌ها ترموپلاستیک

5- کاربرد کامپوزیت‌ها
کامپوزیت‌های پلیمری در صنایع مختلفی نظیر اتومبیل‌سازی، دریایی، هوافضا و غیره استفاده می‌شوند.


6- خواص کلی کامپوزیت‌ها
خواص کامپوزیت‌ها به عوامل مختلفی که در تهیه کامپوزیت نقش دارد، وابسته است که عبارت‌اند از:
• ویژگی‌ها و خواص الیاف تقویت‌کننده
• ویژگی‌ها و خواص ماتریس (رزین)
• نسبت الیاف (تقویت‌کننده) به رزین (ماتریس) در تهیه کامپوزیت (نسبت حجمی الیاف)
• هندسه و جهت‌گیری الیاف در کامپوزیت
روش‌های تولید کامپوزیت‌های نساجی به دلیل سرعت تولید بالا نسبت به کامپوزیت لایه‌ای یک‌طرفه معمولی، جذاب‌تر و متنوع هستند. چگونگی و میزان درهم‌آمیختگی نخ درون ماتریس که پایداری ساختاری و تحمل آسیب کامپوزیت را بهبود می‌بخشد، حائز اهمیت است. کامپوزیت‌های نساجی معمولاً به دلیل نسبت استحکام به وزن و نسبت سختی به وزن بالا استفاده می‌شوند. این خانواده از مواد، از نظر هزینه و عملکرد، فرصت‌های قابل‌توجهی را برای کاربردهای جدید کامپوزیت‌های پلیمری ارائه می‌دهند. کامپوزیت‌ها از پارچه‌های بافته شده از آرایش الیاف و ماتریس ساخته شده‌اند. مواد کامپوزیت به دلایلی که در ادامه بدان اشاره شده است، می‌توانند جایگزین مواد فلزی مدرن شوند که عبارت‌اند از:
• مقاومت بالا
• وزن کم
• عمر طولانی
• تولید به شکل نهایی (تولید مستقیم و بدون نیاز به عملیات پس‌پردازش)
• انعطاف‌پذیری در طراحی

1-6 خواص مکانیکی
Bishop و Curtis16 از اولین کسانی بودند که مزایای بالقوه منسوجات بافته شده را برای کاربردهای هوافضا نشان دادند. پارچه‌های بافته شده تقویت‌شده با شیشه به دلیل مدول بسیار پایین‌تر نسبت به الیاف کربن، به طور طبیعی کامپوزیت‌هایی با خواص مکانیکی پایین‌تر تولید می‌کنند. خواص مکانیکی کامپوزیت‌های تقویت شده با پارچه بافته شده بر اساس نوع الیاف (تقویت‌کننده) مورداستفاده تعیین می‌شود.


1-1-6 رفتار مکانیکی تقویت‌کننده‌های بافته شده (تاری پودی)
در برخی از کامپوزیت‌ها، اگر هدف تقویت خواص کامپوزیت در هر دو راستا طولی و عرض باشد، استفاده از منسوجات بافته شده (تاری پودی) پیشنهاد می‌شود. این کامپوزیت‌ها با کامپوزیت‌ها چندلایه (دارای چندلایه منسوج به‌عنوان ماده تقویت‌کننده) قابل‌مقایسه هستند. لازم به ذکر است که استحکام کامپوزیت‌های تقویت شده با چندلایه منسوج بیشتر از یک‌لایه منسوج تاری و پودی خواهد بود.

2-1-6 رفتار مکانیکی تقویت‌کننده‌های حلقوی
خواص کششی و فشاری تقویت‌کننده‌های از نوع منسوجات حلقوی ضعیف است، اما این منسوجات، به‌احتمال زیاد به دلیل قابلیت پردازش و ویژگی‌های جذب انرژی بالا قابل‌استفاده هستند.

7- الیاف تقویت‌کننده در کامپوزیت‌ها
1-7 انواع و مزایای الیاف تقویت‌کننده
• الیاف شیشه کلاس E و S: مقاومت بالا و هزینه کم
• الیاف آرامید: مقاومت بالا و چگالی کم
• الیاف کربن با استحکام بالا: مقاومت و سختی بالا
• الیاف کربن با مدول بسیار بالا: سختی بسیار بالا

2-7 انواع و معایب الیاف تقویت‌کننده
• الیاف شیشه کلاس E و S: سختی و خستگی کم
• آرامید: جذب رطوبت بالا
• الیاف کربن با استحکام بالا: هزینه بالا
• الیاف کربن با مدول بسیار بالا: مقاومت کم و هزینه بالا

8- فرایندهای تولید کامپوزیت
فرایندهای تولید کامپوزیت‌ها شامل روش‌های گوناگونی است که در ادامه به بررسی هر کدام پرداخته می‌شود.

1) روش لایه‌گذاری دستی
هر نوع کامپوزیتی را می‌توان با روش لایه‌گذاری دستی تولید کرد، زیرا در این روش فقط باید پارچه تقویت‌کننده در قالب موردنظر قرارگیری و سپس رزین پلیمری (ماتریس) افزوده شود. از مزایای روش لایه‌گذاری دستی می‌توان به هزینه قالب‌سازی پایین و تولید کامپوزیتی با چند خاصیت اشاره کرد. همچنین از معایب این روش می‌توان به وجود چرخه‌های پخت طولانی‌مدت، زمان بر بورن فرایند، نیازمند به نیروی کار ماهر، عدم کنترل جهت‌گیری الیاف و غیره اشاره کرد.

2) روش اسپری
این روش تقریباً مشابه با روش لایه‌گذاری دستی است با این تفاوت که رزین (ماتریس) و الیاف (تقویت‌کننده) بر روی قالب اسپری می‌شوند. روند تولید کامپوزیت با استفاده از این روش به ترتیب شامل اسپری‌کردن الیاف خرد شده و رزین روی قالب، پخت و سپس خروج کامپوزیت از قالب است. از مزایای این روش می‌توان به استفاده از هر ماده‌ای به‌عنوان قالب، انجام فرایند به طور مستمر و امکان تصحیح خطاها با اسپری مجدد اشاره کرد. همچنین از معایب این روش می‌توان به غیردوستانه بودن برای محیط‌زیست، ناسازگاری در توزیع الیاف و رزین، سرعت پایین فرایند و ایجاد روکش صاف در یک طرف قالب اشاره کرد.

3)  روش خردکردن اسپری قالب باز
در این روش الیاف ابتدا خرد شده و سپس با مواد ماتریس مخلوط می‌شوند. اپراتور باید سرعت انتقال الیاف خرد شده و پاشش رزین را کنترل کند، زیرا کیفیت این فرایند بیشتر به مهارت و تجربه اپراتور وابسته است. در این مکانیزم تفنگی وجود دارد که الیاف خرد شده و رزین را جهت انتقال به قالب تغذیه می‌کند. پس از انتقال رزین، رزین اشباع شده روی قالب رسوب می‌کند و سپس قالب به‌صورت ورقه‌ورقه رول می‌شود تا الیاف تقویت‌کننده کاملاً با رزین اشباع شوند. پس از اتمام کار فرایند پخت و خروج کامپوزیت از قالب اتفاق می‌افتد.


4) روش تولید شیت مولدینگ
این روش نیز یکی دیگر از روش‌های تولید کامپوزیت‌های پلیمری بوده که از مزایا و معایب آن عبارت‌انداز:
الف) مزایا
1) ظرفیت تولید بالاتر
2) ارزان‌قیمت
3)  قابلیت اعتماد

ب) معایب
1)  نمی‌توان نسبت حجمی بالای ایجاد کرد.
2)  تنها امکان ساخت کامپوزیت‌های ساده وجود دارد.

♦ منابع مرتبط :

www.textileschool.com►

•Prof. Apurba Das, textile engineering ,IIT DELHI ( taken out from their nptel lectures

• Hand book of technical textile , edited by A R Horrocks and S C Anand, woodhead publishing limited.
• Image reference : https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/textile-composite

♦ لینک اشتراک گذاری :

https://B2n.ir/nassajyar1959►

♦ مطالب پیشنهادی :
- کاربردهای نانوکامپوزیت‌های سلولزی بر پایه پنبه

- احیای مجدد مجموعه سیستم های کامپوزیتی درنیر

- قابلیت پرسولیز در بازیافت کامپوزیت الیاف شیشه

- کامپوزیت های تقویت شده در نساجی برای کاربردهای پیشرفته

.

لطفاً ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.