انواع و کاربردهای کامپوزیت پلیمری چیست؟
کامپوزیت به معنای موادی مرکب و چند جزئی است. در واقع هنگامی که چند عنصر یا ماده با یکدیگر ترکیب می‌شوند؛ منجر به ایجاد سازه‌ای شده که می‌توان از آن در ساخت و ساز و بسیاری از صنایع دیگر استفاده کرد. کامپوزیت‌ها انواع مختلفی داشته که کامپوزیت پلیمری از پرکاربردترین و رایج‌ترین آنها به شمار می‌آید. برای آشنایی بیشتر با این نوع کامپوزیت، کاربردهای آن و انواع مختلفی که دارد تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.
کامپوزیت پلیمری و بررسی موارد کاربرد آن
در ساخت این کامپوزیت‌ها از پلیمر و یک ماده دیگر به عنوان تقویت کننده استفاده می‌شود. بر همین اساس از ویژگی‌ها و خواص متفاوتی در مقایسه با سایر پلیمرها برخوردار هستند.
از این نوع کامپوزیت در صنایع مختلفی از جمله ساختمان سازی، تابلوسازی، خودروسازی، ساخت تجهیزات پزشکی، تولید لوازم الکترونیکی و خانگی، ساخت هواپیما، ساخت ابزارهای نظامی و… استفاده می‌شود. به عنوان مثال برای تولید پره های هواپیما، ماهواره های فضایی، جت، هلیکوپتر و نیروگاه بادی از کامپوزیت پلیمری بهره گرفته می‌شود. کامپوزیت های پلیمری با توجه به حجم و وزن کمی که دارند؛ به صورت گسترده‌ای در صنعت هوافضا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
همچنین این نوع کامپوزیت‌ها جهت ساخت بدنه دوچرخه، قایق، پارو و بدنه ماشین‌های مسابقه کاربرد دارند.
انواع کامپوزیت‌های پلیمری بر اساس الیاف
کامپوزیت‌های پلیمری بر اساس نحوه تقویت شدن به ۳ دسته کربنی، شیشه‌ای و آرامید تقسیم‌بندی می‌شوند که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت.
کامپوزیت پلیمری بر اساس الیاف شیشه
کامپوزیت‌های پلیمری با الیاف شیشه‌ای از رشته‌های شیشه‌ای ناپیوسته و پیوسته تشکیل شده‌اند. الیاف شیشه‌ای با استفاده از روش‌های مختلفی ساخته می‌شوند که عبارت‌اند از:
- ابتدا مواد اولیه آن در دمای بالای ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد ذوب شده و سپس از نازل‌های یک محفظه عبور داده می‌شود.
- مواد در دمای پایین‌تر از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد تحت فرایند سل ژل قرار گرفته و سپس از نازل‌ها عبور داده شده و تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند.
کامپوزیت پلیمری براساس الیاف کربنی
الیاف کربنی متشکل از صفحات بسیاری بوده که از ساختار حلقه‌های شش ضلعی برخوردار هستند. داخل سطح این صفحات سفتی و استحکام فوق العاده‌ای وجود دارد، اما بخش عمود بر صفحات از استحکام نسبتا پایینی برخوردار است. همانند لایه‌های پیاز که می‌توان به آسانی آنها را از یکدیگر جدا کرد.
کامپوزیت‌های پلیمری با الیاف کربنی با توجه به وزن سبک و استحکام بالایشان دارای کاربردهای گسترده‌ای هستند. به عنوان مثال در چرخ‌ها، درها و بال‌های هواپیما، پل‌های حمل شونده، پره‌های هلیکوپتر، سپر گرمایی راکت‌ها و موشک‌ها، صنایع هسته‌ای، مخازن حمل مواد شیمیایی، مفاصل مصنوعی دست و پای مصنوعی، قطعات دریچه قلب، پره‌های کمپرسور و تجهیزات پرتو ایکس کاربرد دارند.
کامپوزیت پلیمری براساس الیاف آرامید
آرامید جزو الیاف آلی محسوب شده و ساخته دست انسان است.
از مهم‌ترین ویژگی‌های الیاف آرامید می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- با توجه به استحکام کششی بالایی که دارند استفاده از آنها به تنهایی در ساخت طناب یا کابل امکان‌پذیر است.
- از خاصیت پلاستیکی بالایی برخوردار هستند.
- چگالی بسیار کمی داشته و بر همین اساس استحکام و سختی الیاف آرامید با توجه به وزن آنها بسیار بالا است.
- انرژی مکانیکی را جذب کرده و نسبت به شکستگی مقاومت بالایی دارند.
- عایق مناسبی در برابر حرارت و الکتریسیته بوده و از خاصیت کشسانی در سطح متوسطی برخوردار هستند.
- با توجه به تدریجی بودن شکست این مواد می‌توان گفت که از تحمل بالایی در برابر تغییر شکل‌های مداوم برخوردار هستند.
الیاف آرامید همچنین دارای معایبی نیز هستند که عبارت‌اند از:
- در مقایسه با الیاف شیشه بسیار گران هستند.
- چسبندگی الیاف فوق به زمینه پلیمر، نسبت به الیاف کربن و شیشه چندان مطلوب نیست؛ بنابراین برای ایجاد پیوند قوی استفاده از این الیاف امکان پذیر نخواهد بود.
- از خاصیت نمگیر برخوردار بوده و هرگونه رطوبت و آب را جذب می‌کنند.
- این الیاف و همچنین کامپوزیت پلیمری بدست آمده از آنها از لحاظ فشاری استحکام نسبتا کمی دارد.
الیاف ارامید با توجه به ویژگی‌ها و مشخصاتشان در صنایع بسیاری از جمله ساخت جلیقه‌های ضد گلوله، هواپیماهای نظامی، تانک‌های زره دار و… کاربرد دارند.
انواع کامپوزیت‌های پلیمری بر اساس بستر
کامپوزیت‌های پلیمری با توجه به بستری که دارند؛ به دو نوع گرماسخت و گرمانرم تقسیم‌بندی می‌شوند.
رزین‌های گرماسخت از متداول‌ترین رزین‌ها برای ساخت کامپوزیت‌های پلیمری به شمار می‌آیند. به طور کلی هرچه میزان بستر سخت‌تر باشد؛ از انعطاف پذیری کمتری برخوردار خواهد بود. بر همین اساس در شرایط فیزیکی و محیطی نامساعد بسیار مقاوم عمل کرده و تغییر شکل نمی‌دهد. مهم‌ترین موادی که در تولید کامپوزیت‌های پلیمری با بستر گرماسخت به کار برده می‌شوند عبارت‌اند از:
- رزین پلی استر
- رزین اپوکسی
- پلی اورتان
- فنولیک
- رزین وینیل استر
- سیانات استر
- پلی ایمید
برای ایجاد بستر گرمانرم نیز از موادی مانند پروپیلن، PEEK و نایلون استفاده می‌گردد. از بستر فوق اغلب برای ساخت لوازم پزشکی خانگی و ساختمان‌سازی بهره گرفته می‌شود.
مهم‌ترین مزایای کامپوزیت‌های پلیمری
- کامپوزیت‌های پلیمری دارای انعطاف پذیری بسیار بالایی هستند.
- کامپوزیت‌های پلیمری سبک، کم‌حجم و کم‌وزن هستند.
- قیمت کامپوزیت پلیمری به نسبت سایر کامپوزیت‌ها ارزان و مقرون به صرفه است.
- این نوع کامپوزیت‌ها از پایداری حرارتی بالایی برخوردار هستند.
- کامپوزیت‌های پلیمری خاصیت الکتریکی مناسبی دارند.
- اغلب سازه‌های پلیمری در شرایط جوی نامساعد بسیار مقاوم هستند.
- کامپوزیت‌های پلیمری در مقابل زنگ زدگی و خوردگی دارای مقاومت بالایی هستند.
- سازه‌های تولید شده از کامپوزیت‌های پلیمری دارای استحکام کششی مناسبی هستند.
- این نوع کامپوزیت‌ها در مقابل شکستگی نیز از مقاومت بالایی برخوردار هستند.
- کامپوزیت‌های پلیمری به عنوان عایق حرارتی و صوتی نقش مهمی در ساخت و ساز دارند.
جمع‌بندی در مورد کامپوزیت پلیمری
با پیشرفت تکنولوژی شاهد تولید شکل‌های جدیدی از کامپوزیت از جمله کامپوزیت‌های پلیمری هستیم که در بسیاری از صنایع تابلوسازی، ساختمان‌سازی، کشتی‌سازی، هواپیماسازی، تجهیزات نظامی و… کاربرد دارند. در این مقاله تیم مجرب پرمیوم باند درباره کامپوزیت پلیمری، انواع آن و کاربردهایی که دارد توضیحات کاملی ارائه کرد.