کامپوزیت‌های نساجی

Textile Composites

1- کامپوزیت‌ها
کامپوزیت را می‌توان به‌عنوان ماده‌ای تعریف کرد که شامل ترکیبی از چند ماده تقویت‌کننده بوده و می‌تواند  ترکیبی از خواص را ارائه کند که هر کدام از آن تقویت‌کننده‌ها، به طور جداگانه قادر به ارائه چنین خواصی نیستند. یک کامپوزیت از دو جز به نام‌های ماده تقویت‌کننده و ماتریس تشکیل شده است. به‌عنوان‌مثال، بدن انسان را در نظر بگیرید که در آن استخوان‌ها به‌عنوان تقویت‌کننده و گوشت به‌عنوان ماتریس عمل می‌کند. کامپوزیت‌ها شامل انواع مختلفی مانند فلز - فلز، فلز - سرامیک، فلز - پلیمر، پلیمر - پلیمر و غیره هستند.

2- کامپوزیت‌های نساجی
کامپوزیت‌های نساجی از ساختار تقویت‌کننده و ماتریس ساخته شده‌اند. سازه‌های تقویتی شامل الیاف، نخ یا پارچه (می‌توانند بافته شده، بی بافت یا حلقوی باشند) به‌عنوان مواد تقویت‌کننده نساجی هستند و می‌توانند در اشکال و اندازه‌های مختلف در ماتریس استفاده شوند. مواد ماتریس نیز می‌تواند ترموست یا ترموپلاستیک، پلیمر، فلز یا سرامیک باشد. همچنین کامپوزیت‌های نساجی می‌توانند انعطاف‌پذیر یا سفت باشند.

1-2  انواع کامپوزیت‌های نساجی
کامپوزیت‌های نساجی به طور گسترده به دودسته کامپوزیت‌های بافته شده انعطاف‌پذیر و کامپوزیت‌های بافته شده سخت تقسیم می‌شوند. کامپوزیت‌های بافته شده انعطاف‌پذیر شامل نوارهای نقاله، لاستیک‌های خودرویی و پارچه‌های روکش‌دار می‌شوند. ویژگی‌های اصلی کامپوزیت‌های سخت شامل استحکام بالا، سختی بالا، چگالی کم، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر دماهای بالا است.

2-2  مزایای کامپوزیت‌های نساجی
کامپوزیت‌های نساجی می‌توانند جزو مواد انیزوتروپ  باشند. ماده انیزوتروپ به موادی گفته می‌شود که خواص مختلفی را در جهات مختلف نشان می‌دهند و این مورد به جهت‌گیری الیاف، نخ‌ها یا پارچه‌ها در یک کامپوزیت بستگی دارد. همچنین این مواد دارای نسبت استحکام به وزن بالاتری نسبت به کامپوزیت‌های فلزی هستند. خواص ویژه درون کامپوزیت‌ها، این اجازه را به این مواد می‌دهد که تولیدشان نزدیک به شکل نهایی و با همان هدف موردنظر طراحی شود که هزینه و هدررفت مواد را به طور قابل‌توجهی کاهش یابد

3-2  کاربردهای کامپوزیت نساجی
کامپوزیت‌های نساجی که دارای تقویت‌کننده‌هایی مانند نخ، الیاف و یا پارچه هستند، در صنایع مختلفی کاربرد دارند که عبارت‌اند از:
• جایگزین کامپوزیت‌ها فلزی و آلیاژهای فلزی در صنایع خودروسازی
• مورداستفاده در صنایع هوافضا مانند بخش‌هایی از هواپیماهای تجاری
• صنایع نظامی مانند هواپیماها، اجزاء موشک‌ها، موشک‌ها و غیره
• تجهیزات الکترونیکی مانند تابلوهای الکترونیکی
• کالا و تجهیزات ورزشی

3- ماتریس کامپوزیت‌ها
اصلی‌ترین عملکرد ماتریس در کامپوزیت‌ها، اتصال مواد تقویت‌کننده با یکدیگر و نگه‌داشتن آن‌ها در موقعیت خاص است تا بتواند استحکام سازه را به طور دقیق و کافی فراهم کند؛ بنابراین ماتریس به ساختار کامپوزیت استحکام بخشیده و سبب نگه‌داشتن اجزای آن در محل خود می‌شود. همچنین ماتریس از مواد تقویت‌کننده در برابر عوامل خارجی و محیطی محافظت می‌کند. یکی دیگر از وظایف مهم ماتریس در کامپوزیت‌ها، انتقال نیروها و تنش‌های وارد شده به تقویت‌کننده می‌باشد.

1-3 مواد ماتریس برای کامپوزیت‌های نساجی
مواد ماتریسی که برای تهیه کامپوزیت‌های نساجی استفاده می‌شوند به دودسته رزین‌های ترموست  و ترموپلاستیک  طبقه‌بندی می‌شوند که در ادامه به بررسی هر کدام به همراه مزایا و معایب آن‌ها پرداخته می‌شود.

الف) رزین‌های ترموست
رزین‌های ترموست موادی هستند که پس از تغییر شکل و صلی شدن، دیگر نمی‌توانند به شکل اولیه خود بازگردند. به‌عبارت‌دیگر، پس از سفت‌شدن این مواد، حرارت بر روی تغییر شکل آن‌ها اثری نداشته و در شکل نهایی خود ثابت می‌مانند. این نوع از رزین‌ها برای تولید انواع قطعات سخت و مقاوم در برابر حرارت، ضربه و مواد شیمیایی مورداستفاده قرار می‌گیرند. رزین‌های ترموست شامل اپوکسی ، پلی‌استر  و پلی‌آمید  هستند. در این میان، پرکاربردترین رزین‌های ترموست اپوکسی و پلی‌استر هستند. از مزایای رزین‌های پلی‌استر می‌توان به هزینه کم، ویسکوزیته پایین و دمای پخت پایین اشاره کرد. همچنین معایب آن‌ها شامل استحکام ضعیف و عملکرد ضعیف در برابر ضربه ضعیف است. از مزایای رزین‌های اپوکسی نیز می‌توان به کاربردهای این مواد در دمای بالا و ایجاد طیف وسیعی از خواص فیزیکی و مکانیکی ایده‌آل برای کامپوزیت‌های نساجی تهیه شده، اشاره کرد.

ب‌)  رزین‌های ترموپلاستیک
رزین‌های ترموپلاستیک موادی هستند که بعد از تغییر شکل و صلی شدن، می‌توانند به شکل اولیه خود بازگردند و این فرایند را می‌توان دوباره تکرار کرد. این نوع از رزین‌ها با اعمال حرارت می‌توانند نرم شده و بدون ازدست‌دادن خواص مکانیکی خود به شکل‌های مختلفی تبدیل شوند. رزین‌های ترموپلاستیک برای تولید قطعاتی با خواص خاص مورداستفاده قرار می‌گیرند. از رزین‌های ترموپلاستیک می‌توان به پلی‌اتیلن ، پلی‌پروپیلن ، پلی‌وینیل‌کلراید  و پلی‌اتیلن‌ترفتالات  اشاره کرد. این رزین‌ها در دسته‌بندی کالاهای ترموپلاستیک و ترموپلاستیک مهندسی قرار می‌گیرند. رزین‌های ترموپلاستیک دارای مقاومت کمتری در برابر دمای بالا بوده درحالی‌که رزین‌های ترموپلاستیک‌های مهندسی شده، دارای خواص مقاومت در برابر دما و برتر از اپوکسی هستند به‌طوری‌که این مواد چقرمگی و مقاومت در برابر گرما یا رطوبت را بهبود می‌بخشند. از ترموپلاستیک‌های مهندسی شده می‌توان به پلی اتر اتر کتون  اشاره کرد.

4- مواد تقویت‌کننده در کامپوزیت‌ها
مواد تقویت‌کننده مورداستفاده در کامپوزیت‌ها شامل الیاف شیشه نوع S، الیاف شیشه نوع R، طیف وسیعی از الیاف کربن، الیاف سرامیکی و غیره هستند. همچنین اشکال مختلفی از مواد تقویت‌کننده مانند الیاف بلند یا پیوسته، الیاف کوتاه و غیره وجود دارد.


1-4 طبقه‌بندی مواد تقویت‌کننده نساجی
مواد مورداستفاده به‌عنوان تقویت‌کننده در کامپوزیت‌های نساجی بر اساس موارد زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
1) روش تولید (تاری پودی، بی بافت و یا حلقوی)
2) یکپارچگی ساختار (لایه‌ای مانند)
3) چگالی
4) پیوستگی الیاف (پیوسته یا ناپیوسته)
5) جهت تقویت‌کنندگی

2-4 پریفرم  (پیش آغشته شده‌ها)
پریفرم الیافی است که قبل از قراردادن در قالب شکل می‌گیرد، یعنی به آن‌ها شکلی از پیش داده می‌شود و شباهت زیادی به پیکربندی محصول نهایی دارد. پارچه‌های دوخته شده به‌صورت چندلایه عمل نمی‌کنند مگر اینکه به نزدیک‌ترین پیکربندی نهایی شکل داده شوند. آن‌ها با استفاده از فرایندهای ریسندگی و تاب دهی، از مواد تقویت‌کننده یک‌طرفه خرد شده یا بافته شده ساخته می‌شوند که با استفاده از ماتریس در جای خود نگه داشته می‌شوند. از موارد استفاده برای این نوع از مواد تقویت‌کننده، می‌توان به اتصالات گوشه و برای جایگزینی در قطعات فلزی اشاره کرد.

3-4 پریفرم‌های پروفایل
پریفرم‌های پروفایل الیافی هستند که مستقیماً در جهت ضخامت و عرض پارچه قرار دارند. این مواد تقویت‌کننده، اعضای سازه باربر را تقویت می‌کنند، سفتی مناسب را ایجاد کرده و به عناصر متصل می‌شوند. پریفرم‌های پروفیل شامل سه مجموعه نخ در جهت‌های عمود بر سه محور X وY و Z  هستند. از کاربردهای این مواد تقویت‌کننده می‌توان به کاربردهای هوافضا، خودرو، ساختمان، ساخت‌وساز و همچنین برخی محصولات پزشکی اشاره کرد.

4-4 پریپرگ‌ها  (پیش آماده‌شده‌ها)
پریپرگ‌ها موادی هستند که به طور معمول از الیاف محکم مانند کربن، شیشه‌ و یا آرامید ساخته می‌شوند. این الیاف به‌صورت یکپارچه درون یک ماتریس رزینی قرار داده می‌شوند که به هنگام اعمال حرارت و فشار، به‌صورت تقویت‌کننده در ماتریس عمل می‌کنند. پریپرگ‌ها همان مواد نساجی بوده که با رزین ماتریس پخته نشده، آغشته شده است؛ یعنی پیش آماده‌ای از یک کامپوزیت تهیه می‌شود. در واقع پریپرگ‌ یک نوار یک‌طرفه، چند جهته و یا پارچه بافته شده را تشکیل می‌دهد. الیاف مورداستفاده برای پریپرگ‌ها می‌تواند الیاف‌ گرافیت، شیشه و آرامید باشند. فرایند پوشش‌دهی داغ یا حلال برای پارچه‌های از پیش آماده شده و برای به‌دست‌آوردن ضخامت یکنواخت و چیدمان دستی و ماشینی مناسب الیاف تقویت‌کننده استفاده می‌شوند. پریپرگ‌ها به دلیل قابلیت ذخیره‌سازی و حمل آسان، دارای نقطه عطف مهمی در تولید قطعات کامپوزیتی با خواص مکانیکی بالا و بهره‌وری مناسب هستند. این مواد در صنایع هوافضا، خودروسازی، اسباب‌بازی‌سازی، کالاهای ورزشی و صنایع دیگر کاربرد دارند.


 

♦ منابع مرتبط :

www.textilesphere.com►

♦ لینک اشتراک گذاری :

https://B2n.ir/nasajyar1375►

♦ مطالب پیشنهادی :

- کامپوزیت‌های نساجی

- 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

- کاربرد مواد کامپوزیت نساجی در صنعت هوافضا

-کامپوزیت چیست

- خواص کامپوزیت نساجی

.

لطفاً ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.