کامپوزیتها یا چندسازههای مصنوعی
مقدمه
از اولین کامپوزیتها یا همان چندسازههای ساخت بشر میتوان به کاه گل
اشاره کرد. قایقهایی که سرخپوستها با قیر و بامبو میساختند و
تنورهایی که از گل ، پودر شیشه و پشم بز ساخته میشدند و در نواحی مختلف
کشورمان یافت شده است، از کامپوزیتهای نخستین هستند. بسیاری از نیازهای
صنعتی صنایعی مانند صنایع فضایی ، راکتورسازی ، الکترونیکی
و غیره نمیتواند با استفاده از مواد معمولی شناخته شده ، برآورده شود.
اما قسمتی از آن نیازها ، میتواند با استفاده از چندسازهها یا
کامپوزیتها برآورده گردد. چندسازهها به موادی گفته میشود که از مخلوطی
از دو یا چند عنصر ساخته شده باشند.
در حالیکه در چندسازهها ، نه فقط خواص هر یک از اجزاء آن برجا باقی
میماند، بلکه در نتیجه پیوستن آنها با یکدیگر ، خواص جدیدتر و بهتر هم
بدست میآید. مواد مختلط همیشه ناهمگن میباشد. بررسیها و تحقیقات برای
دست یافتن به مواد جدیدتر با خواص مکانیکی بهتر ، همواره انجام میگرفته و
هنوز هم همگام با پیشرفت صنایع دنبال میگردد. در این بررسیها ، اغلب این
هدف دنبال میشود که به موادی با نسبت مناسب از استحکام کششی به چگالی ،
استحکام حرارتی بالا و خواص ویژه سطح خارجی دست یابند.
انواع چندسازهها
انواع چندسازهها را میتوان به گروههای زیر طبقهبندی نمود.
- کامپوزیتهای پایه پلیمری : این مواد اهمیت صنعتی فراوانی دارد و هنوز هم تحقیقات در این زمینه ادامه دارد. مواد مصنوعی تقویت شده با الیاف شیشه (فایبرگلاسها) یکی از این مواد میباشد که تاکنون کاربرد صنعتی وسیعی پیدا کرده است.
- کامپوزیتهای پایه فلزی
- کامپوزیتهای پایه سرامیکی :کامپوزیتهای پایه پلیمری بیش از 90% کاربرد کامپوزیتها را به خود اختصاص دادهاند و از بقیه مهمتر هستند.
ساختمان فایبر گلاسها
ساختمان و اندازه این الیاف شیشهها بسیار متغیر است. کوچکترین آنها
بوسیله چشم غیر مسلح دیده نمیشود و بسیار ریز هستند. اندازههای کمی
بزرگتر از آن ذراتی هستند که در کارخانجات ساخت فرآوردههای الیاف شیشهها
به کمک هوا نقل و انتقال یافته و سبب شوزش پوست و بینی و گلو میشود.
الیاف شیشه متداولترین الیاف مصرفی کامپوزیتها در دنیا و ایران است که
متاسفانه در ایران ساخته نمیشود. انواع الیاف شیشه عبارتند از انواع E ، C
، S و کوارتز. ترکیب الیاف شیشه نوع E یا الکتریکی ، از جنس آلومینوبور و سیلیکات کلسیم بوده و دارای مقاومت ویژه الکتریکی بالایی است.
الیاف شیشه نوع S ، تقریباْْ 40 درصد استحکام بیشتری نسبت به الیاف شیشه
نوع E دارند. الیاف شیشه نوع C یا الیاف شیشه شیمیایی ، دارای ترکیب بور و سیلیکات کربنات دو سود
بوده و نسبت به دو مورد قبل پایداری شیمیایی بیشتری بخصوص در محیطهای
اسیدی دارد. الیاف شیشه کوارتز ، بیشتر در مواردی که خاصیت دیالکتریک
پایین نیاز باشد، مانند پوشش آنتنها و یا رادارهای هواپیما استفاده
میشوند.
سبکی ، سهولت شکلدهی ، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت آببندی ، از
ویژگیهای کامپوزیتهایی است که در صنعت ساختمان بکار میرود. فایبرگلاس یا
الیاف شیشه که پرکاربردترین کامپوزیتها هستند، فیبرها یا الیاف ساخت بشر
است که در آن ، ماده تشکیل دهنده فیبر ، شیشه
است. الیاف شیشهها ، موارد استفادههای فراوانی از جمله در ساخت بدنه
خودروها و قایقهای تندرو و مسابقهای ، کلاه ایمنی موتورسواران ، عایقکاری
ساختمانها و کورهها و یخچالها و … دارند.
کاربردهای کامپوزیتها
سابقه استفاده از کامپوزیتهای پیشرفته به دهه 1940 باز میگردد. در
آن زمان ارتشهای آمریکا و شوروی سابق در رقابتی تنگاتنگ با یکدیگر ، موفق
به ساخت کامپوزیت پایه پلیمری الیاف بور - رزین اپوکسی برای استفاده در صنعت هوا فضا
شدند. 20 تا 30 سال پس از آن ، کامپوزیتهای پایه پلیمری بطور گستردهای
به سوی صنایع شهری از جمله ساختمان و حمل و نقل روی آوردند. بطور مثال
امروزه خودروهایی ساخته میشود که تماماْْ کامپوزیتی هستند. استفاده از
کامپوزیتها در این کاربرد به علت ویژگیهایی چون وزن کمتر ، در نتیجه سوخت
کمتر و عمر طولانیتر آنهاست.
با توجه به پایداری بسیار زیاد کامپوزیتهای پایه پلیمری و مقاومت بسیار
خوب آنها در محیطهای خورنده، این کامپوزیتها، کاربردهای وسیعی در صنایع
دریایی پیدا کردهاند که از آن جمله میتوان به ساخت بدنه قایقها و کشتیها
و تاسیسات فراساحلی اشاره داشت. استفاده از کامپوزیتها در این صنعت،
حدود 60% صرفهجویی اقتصادی داشته است که علت اصلی آن مربوط به پایداری
این مواد است. صنعت ساختمان پرمصرفترین صنعت برای مواد کامپوزیتی است.
استخرهای شنا ، وان حمام ، سینک ظرفشویی و دستشویی ، کفپوش ، نماپوش ،
سقفپوش ، برجهای خنککننده و … همگی کامپوزیتهای پایه پلیمری هستند.