دانشنامه کامپوزیت ها, مقالات

پارامتر های موثر الیاف بر خواص نهایی کامپوزیت:

پارامتر های موثر الیاف بر خواص نهایی کامپوزیت:

نقش الیاف در صنعت کامپوزیت:

وظیفه اصلی الیاف تحمل بار اعمال شده به کامپوزیت می باشد لذا کسر قابل توجهی (بین 20 تا 80 درصد وزنی)  از کامپوزیت را به خود اختصاص می دهد. انتخاب الیاف و بهینه کردن پارامتر های موثره ی آن از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا بر :

  1. استحکام و مدول کششی، فشاری و خمشی
  2. استحکام خستگی(Fatigue)
  3. ضرایب انتقال حرارت و الکتریسیته
  4. وزن مخصوص کامپوزیت
  5. قیمت

اثر می گذارد.

پارامتر های موثر در خواص نهایی:

1. نوع لیف:

هر یک از الیاف بسته به ساختار شیمیایی خواص متفاوتی از خود بروز می دهند، لذا می توان بسته به نوع کاربرد و خواص مدنظر نوع لیف را تغییر داد. به صورت کلی الیاف از نظر انواع به صورت زیر دسته بندی می شوند:

 

انواع الیاف: طبیعی(گیاهی/حیوانی/معدنی) و مصنوعی(آلی/غیرآلی)

2. مقدار لیف

غالبا هدف از افزودن الیاف افزایش خواص مکانیکی کامپوزیت است و برای دستیابی به خواص مد نظر باید از دو حجم آگاه باشیم:

  • حداقل حجم مصرفی لیف (Vmin):

در صورتیکه حجم لیف مصرفی در کامپوزیت کمتر از حداقل حجم باشد فقط الیاف تنش(بار) وارده را تحمل می کنند و با شکست الیاف کامپوزیت نیز می شکند

اما در صورتیکه از الیاف بیشتر از حداقل حجم در کامپوزیت استفاده شود بعد هر دو عضو ماتریس و لیف متحمل بار خواهند بود به نحوی که پس از شکست الیاف ماتریس بار را تحمل می کند و شکست الیاف به معنی شکست کامپوزیت نخواهد بود.

  • حجم بحرانی لیف (V critical) :

لزوما با افزودن هر مقداری از الیاف شاهد افزایش خواص مکانیکی نخواهیم بود و این هدف فقط در صورتی حاصل می گردد که مقدار لیف مصرفی از حجم بحرانی بیشتر باشد. اگر مقدار لیف مصرفی کمتر از حد بحرانی باشد الیاف نمی توانند به صورت یکنواخت تنش وارده را جذب و منتقل کنند، در نهایت منجر به تمرکز تنش و شکست کامپوزیت  می شود. در این حالت خواص مکانیکی کامپوزیت از خواص مکانیکی ماتریس کمتر خواهد شد.لذا جهت بهبود خواص مکانیکی و تنش تسلیم کامپوزیت باید از الیاف در مقادیری بیش از حجم بحرانی استفاده نمود.

 

از سوی دیگر در صنعت کامپوزیت مقدار الیاف مصرفی یک پارامتر حائز اهمیت و تاثیر گذار در پیش بینی خواص نهایی کامپوزیت (خصوصا خواص مکانیکی) است و به صورت کسر حجمی لیف گزارش می شود. کسر حجمی لیف از نسبت حجمی الیاف به حجم کل (کامپوزیت) محاسبه می گردد.

به عنوان یک مثال از تاثیر کسر حجمی لیف بر خواص مکانیکی می توان به فرمول محاسبه مدول الاستیک که معیاری از استحکام و مقاومت ماده در برابر تنش است اشاره کرد:

E=Em (1-Vf) + Vf Ef

که در آن Vf کسر حجمی لیف، Em,Ef به ترتیب به عنوان مدول لیف و مدول ماتریس شناخته می شوند.

مقالات و کتب کامپوزیت در محاسبه حداقل مقدار لیف مصرفی، پارامتر حجم بحرانی الیاف (V critical) را معرفی می کنند.

 

3. آرایش الیاف:

به صورتی کلی الیاف در سه آرایش زیر مصرف می شوند:

  • الیاف بلند پیوسته: (Long Continuous)

این الیاف به روش پالتروژن و رشته پیچی (Filament Winding) فرآیند می شوند و خواص مکانیکی بالاتری را نسبت به الیاف کوتاه و آسیاب شده ارائه می دهند. استفاده از این الیاف باعث افزایش خواص در جهت طول الیاف می شود اما باید توجه داشت خواص مکانیکی کامپوزیت حاصل در جهت طولی الیاف و جهت عمود بر الیاف یکسان نخواهد بود.

  • الیاف کوتاه و الیاف آسیاب شده: (Short Chopped/Milled)

این الیاف غالبا به روش فرآیندی قالب بسته و با استفاده از قالبگیری فشاری یا از طریق تزریق مورد مصرف قرار می گیرند و بر خلاف الیاف بلند پیوسته منجر به افزایش خواص مکانیکی isotropic میگردند؛ بدین معنی که خواص مکانیکی کامپوزیت نهایی در تمام جهات یکسان خواهد بود.

  • پارچه: (Mat)

در اصطلاح کامپوزیت پلیمری، پارچه به مجموعه ای از الیاف بلند کربن، آرامید یا شیشه یا ترکیبی از این الیاف برای تولید یک ورق صاف از یک یا چند لایه الیاف تعریف می شود. انواع پارچه  را می توان با جهات الیاف متفاوت و با روش های مختلف ساخت. چهار دسته اصلی جهت گیری الیاف عبارتند از: تک جهتی، 0/90 درجه، چند جهتی و تصادفی. توضیح کامل این موارد در مقاله “شکل های مختلف پارچه الیاف” آورده شده است شده است.

 

4. طول بحرانی الیاف:

هر یک از الیاف دارای یک طول بحرانی منحصر به فرد خود است و فقط در صورتیکه طول لیف بیشتر از طول بحرانی باشد تنش از ماتریس به لیف منتقل شده و الیاف نقش تقویت کنندگی را ایفا می کنند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *