کامپوزیت چیست؟
به مواد متشکل از دو یا چند عضو که اجزاء آن از نظر شیمیایی یا فیزیکی تفاوت دارند و در ابعاد ماکرو به نحوی کنار یکدیگر قرار می گیرند که می توان با مرز مشخصی آنها را از یکدیگر تفکیک کرد؛ کامپوزیت گفته می شود. در این مخلوط غالبا درصد حجمی مواد مخلوط شونده بیشتر از 10 درصد و خاصیت مطلوب یکی از مواد تشکیل دهنده بسیار (حداقل 5 برابر) بیشتر از مواد دیگر است.
- مثال تمایز فیزیکی: کامپوزیت دو نوع پلی اتیلن (یک ساختار شیمیایی) با جرم مولکولی و بلورینگی متفاوت که به عنوان ماده ضد گلوله مورد مصرف قرار می گیرد.
- مثال تمایز شیمیایی: کامپوزیت رزین اپوکسی و الیاف شیشه که کاملا از لحاظ ساختار شیمیایی متفاوت هستند.
به صورت کلی کامپوزیت ها شامل دو جزء هستند:
1. فاز پیوسته
فاز پیوسته، که با اصطلاحات زمینه یا ماتریس (matrix) هم نام برده می شود.
امروزه بخاطر تنوع خواص در پلیمر ها از این مواد به عنوان فاز پیوسته در صنعت کامپوزیت استفاده می گردد. خوب است بدانید در خانواده بزرگ پلیمر ها گروه رزین ها به عنوان یکی از پر مصرفترین مواد مورد استفاده در ماتریس های کامپوزیتی شناخته شده است.
وظایف ماتریس:
- انتقال تنش های وارده بر فاز تقویت کننده
- جلوگیری از کمانش لیف (Buckling) در مواقع اعمال بارهای فشاری
- مقاومت در برابر تاثیرات شرایط محیطی، آسیب های شیمیایی و مکانیکی
- تاثیر در استحکام ماده در برابر بار خمشی(Bending) و بار پیچشی(Torsional)
- شکل دهی به ساختار کامپوزیت و نگه داشتن فاز تقویت کننده (الیاف) در آرایش و محل مورد نظر طراح
- به عنوان ماده ی جدا کننده ی فاز تقویت کننده نقش مهمی در توقف یا کاهش سرعت رشد ترک(crack)ها دارد.
2. فاز ناپیوسته
و وظیفه ی اصلی این فاز افزایش خواص مکانیکی و بار پذیری کامپوزیت نسبت به ماتریس خالی است و در نام گذاری به آن فاز متفرق تقیاویت کننده(Reinforcement) نیز می گویند. میزان تقویت این خواص به عواملی چون: شکل، نسبت سطح به حجم (aspect ratio)، پخش و توزیع فاز تقویت کننده بستگی دارد.
انواع تقویت کننده از لحاظ شکل:
- ذرات (particles)
- پولکی شکل (platelets)
- الیاف (fibers)
- الیاف کوتاه تک کریستال (wisker)
در بررسی نسبت سطح به حجم می توان اشاره کرد هرچه این مقدار افزایش بیابد سطح بار پذیری فاز متفرق و در نهایت تحمل بار در کامپوزیت افزایش می یابد. این مقدار در الیاف از نسبت طول به قطر لیف و در پولکها از نسبت ضخامت به قطر پولک حاصل می شود.
انواع پخش و توزیع فاز تقویت کننده:
فاز تقویت کننده در محیط ماتریس به یکی از چهار حالت زیر پخش و توزیع می شود، مطلوبترین حالت برای دستیابی به بهترین خواص حالتی است که پخش و توزیع، هر دو به حد کافی خوب انجام شود. پخش نامناسب منجر به عدم دستیابی به خواص مکانیکی مد نظر و توزیع نامناسب منجر به عدم یکنواختی خواص در نواحی مختلف قطعه می شود.