کامپوزیت ها و برخی کاربردهای آن

لیست مطالب داخل این پاورپوینت:

• مقدمه:
• فصل 1: تعریف کامپوزیت و مختصری در مورد آن   
• 1- 1-تعریف کامپوزیت
• 2-1- تقسیم بندی مواد کامپوزیت
• 3-1-نقاط قوت کامپوزیتها
• 4-1-مهمترین موارد کاربرد کامپوزیت
• 5-1-مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور
• 6-1-آشنایی با چند پروژه کامپوزیتی درایران
• فصل2- آشنایی با تکنولوژی پالتروژن وبرخی از مهمترین الیاف وکامپوزیت ها :
• 1-2- پالتروژن-یکی از سریع‌ترین و مهمترین روش‌های تولید محصولات کامپوزیتی
• 2-2-الیاف شیشه(فایبرگلاس ها):
• 3-2-الیاف کربن
• 5-2-کامپوزیت FRP
• فصل 3- معرفی کاربردهای کامپوزیت در صنایع ساختمانی و ریلی
• 1-3-کاربرد کامپوزیت ها در صنعت حمل ونقل ریلی
• 2-3- رواج کاربرد کامپوزیت در پل سازی
• 3-3-کاربرد کامپوزیت در صنعت ساختمان
• منابع ومآخذ

نمونه ای از مطالب قرار گرفته در داخل این پاورپوینت :

کامپوزیتها (مواد چند سازه ای یا کاهگل های عصر جدید )رده ای از مواد پیشرفته هستند که در آنها از ترکیب موادساده به منظور ایجاد موادی جدید با خواص مکانیکی و فیزیکی برتر استفاده شده است.اجزای تشکیل دهنده ویژگی خود را حفظ کرده در یکدیگر حل نشده و با هم ممزوج نمی شوند.استفاده از این مواد در طول تاریخ نیز مرسوم بوده است .از اولین کامپوزیت‌ها یا همان چندسازه‌های ساخت بشر می‌توان به کاه گل وآجرهای گلی که در ساخت آنها از تقویت کننده کاه استفاده می شده است اشاره کرد..هنگامی که این دو باهم مخلوط بشوند در نهایت آجرپخته بدست می آید که بسیار ماندگار تر و مقاوم تر از هر دو ماده اولیه یعنی گل و کاه است.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،نیز 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.

• تعریف کامپوزیت :

معمولا یک ماده کامپوزیت را به صورت یک مخلوط فیزیکی در مقیاس ماکروسکوپیک ازدو یا چند ماده مختلف تعریف میکنند که این مواد خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خودرا حفظ کرده و مرز مشخصی را با یکدیگر تشکیل میدهند.این مخلوط در مجموع و با توجه به برخی معیارها خواص بهتری از هریک از اجزای تشکیل دهنده خودرا دارا میباشد.در کامپوزیت عموما دو ناحیه متمایز وجود دارد.

1- فاز پیوسته (ماتریس)

2-فاز ناپیوسته(تقویت کننده)

در یک کامپوزیت به طور کلی الیاف،عضو بار پذیر اصلی سازه هستند در حالیکه ماتریس آنها رادر محل وآرایش مطلوب نگاهداشته وبعنوان یک محیط منتقل کننده بار بین الیاف عمل میکند،به علاوه آنهارااز صدمات محیطی دراثربالارفتن دما ورطوبت حفظ میکند.

• مهمترین موارد کاربرد کامپوزیت :

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.

مواد کامپوزیت تقویت شده با الیاف ،ترکیبی از مقاومت کششی ومدول بهتر نسبت به مواد فلزی را دارند وبعلت پایین بودن وزن مخصوص نسبت به وزن (مقاومت کششی ویژه) نسبت مدول به وزن (مدول ویژه)، مواد کامپوزیت به طور مشخص بهتراز موادفلزی هستند ودر بسیاری از کاربردهایی که کاهش وزن سازه از اهمیت برخوردار است میتواندد جایگزین فلزات شوند.

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 وصنایع مرتبط باآن پرمصرف‌ترین صنعت برای مواد کامپوزیتی است که در فصل 3 با برخی از آنها بیشتر آشنا میشویم. ساخت بدنه هواپیما.ساخت پره های توربین بادی و پره های هلی کوپتر وپوشش رادار هواپیمااز کاربردهای کامپوزیت در صنعت هوافضا است.این مواددرصنعت نفت وگاز نیز به منظور ترمیم  وتقویت  سازه های فرسوده و ترمیم لوله های فرسوده  نفت و گاز . عایق توربین به کار میروند..(کامپوزیت ها با توجه به ساختار شبکه ای و طولی ای که دارند گرما را فقط در جهت طولی منتقل می کنند و نه عرضی بنا بر این به عنوان عایق گرما برای دیواره  توربین ها  مناسب می باشند. – نقل قول  از دکتر مظاهری رئیس گروه آیرودینامیک وپیشرانش دانشکده هوا-فضای شریف.)

• مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور :

مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور یک دهم سرانه مصرف در کشورهای پیشرفته است و  سالانه بیش از6 میلیون تن مواد کامپوزیتی به ارزش 145 میلیارد دلار در صنایع مختلف جهان مصرف می‌شود. به گفته دکتر مهرداد  شکریه ، رئیس موسسه کامپوزیت ایران و عضو هیات علمی دانشگاه علم و صنعت:“ سرانه مصرفکامپوزیت  در کشورهای  پیشرفته  جهان 3کیلوگرم  است در حالی که این سرانه در کشور ماتنها 3/0کیلوگرم  است ولی درعین حال ایران از نظر سرانه مصرف مواد کامپوزیتی، همرده کشورهای آسیایی قرار دارد. علت پایین بودن سرانه مصرف مواد کامپوزیتی در این قاره وسعت این قاره و نیز وجود  کشورهای فقیردر این منطقه است،در عین حال کشور ژاپن با سرانه 5/4 کیلوگرم در سال به عنوان  نمونه‌ای از یک کشورآسیایی پیشرفته با مصرف سرانه مواد کامپوزیتی است“

• رواج کاربرد کامپوزیت در پل سازی :
  

پروفیل‌های کامپوزیتی که به روش پالتروژن تهیه می‌شوند، کاربرد فراوانی در ساخت پل‌ها دارند. پل‌های کامپوزیتی حاصل، در مقایسه با پل­های مشابه از جنس بتن و فولاد، از سبکی، طول عمر و سرعت نصب بیشتری برخوردارند و هزینه نصب کمتری دارند.

یکی از وسیع­‌ترین کاربردهای محصولات پالتروژنی در ساختمان، تولید سازه‌های باربر است. ساخت پل­ها و زیرسازه‌ها با پروفیل‌های پالتروژنی به­شدت مورد توجه مهندسین آمریکایی و اروپایی قرار گرفته است. عمر مفید بالا و کاهش هزینه‌های نگهداری پل در طول دوره کاری، دلیل استقبال از کامپوزیت‌ها در ساخت پل­ها می‌باشد. سازه‌های بزرگی که توسط تیرهای فولادی ساخته شده‌اند در طول عمرشان چندین بار رنگ‌آمیزی می‌شوند. تعمیر و نگهداری و رنگ‌آمیزی این تیرهای فولادی به­ویژه در پل­های قدیمی بلند که دسترسی به آنها مشکل است، بسیار پرهزینه می‌باشد.

سطوح پل­های کامپوزیتی نیز از پانل‌های کامپوزیتی ساخته می‌شوند. استفاده از پانل­های کامپوزیتی روشی مناسب برای کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری این سازه‌هاست. این پانل­ها از روش­هایی همچون لایه­چینی دستی و پالتروژن ساخته می‌شوند و با طول عمر بالا و استحکام بیشتر، جایگزین ایده‌آلی برای مشابه فولادی خود هستند. سطوح پل‌های کامپوزیتی بصورت طول‌های پیوسته توسط فرآیند پالتروژن طراحی و تولید می‌گردند.

این قطعات متناسب با احتیاج مصرف­کننده می‌تواند در سایزهای مختلفی بریده شود تا با ابعاد پل موردنظر سازگار باشند. پل‌های کامپوزیتی اکنون به­عنوان پل‌های دایمی برای راه­های اصلی بسیاری از کشورهای پیشرفته بکار گرفته می‌شوند. این پل­ها به­میزان قابل قبولی اهداف موردنظر طراحان را برآورده ساخته­اند.

نخستین نمونه این پل‌ها در ایالات متحده آمریکا طراحی و تست شدند و اولین نمونه آن در روستایی در ویرجینیای غربی نصب شد. نصب پل­ها در ویرجینیای غربی ثابت کردند که کامپوزیت‌ها بطور عملی برای ساخت پل­های هوایی بسیار مفید هستند. این یک مرحله مهم در توسعه پل‌هایی بود که با کامپوزیت‌ها ساخته شده‌اند.

نمونه دیگری از پل‌های کامپوزیتی، یک پل در دانمارک است که  در آن از پروفیل­های پالتروژنی‌ استفاده شد. این پل با 40 متر طول و 3 متر عرض جهت عبور عابرین پیاده، دوچرخه‌ها و موتور سیکلت­ها طراحی شده و بر روی خط راه‌آهن احداث گردیده است. پل مذکور می‌تواند بارهای معادل   kg/m2_500 را تحمل کند و این استحکام بوسیله یک سطح کامپوزیتی که تنها 12 تن وزن دارد مهیا می‌شود. در حالی که سطوح پل­های بتونی و فولادی که بتوانند همین میزان استحکام را داشته باشند به­ترتیب دارای وزن­های 90 و 28 تن خواهند بود. ارتفاع این پل 18.5 متر است. تیرها و پانل‌هایی که در ساخت این پل بکارگرفته شده‌اند از پروفیل‌های پالتروژنی ساخته می‌شوند. برج­ها و بخش‌های دیگر بصورت پیش‌ساخته نهایی در محل پل نصب می‌شوند. به­دلیل سبکی وزن کامپوزیت­ها، نصب پل تنها 18ساعت طول ­کشید و مزاحمت و آشفتگی در ترافیک ریل­ها به کمترین حد ممکن رسید.

در فیلادفیای آمریکا با استفاده از کامپوزیت‌ها، نوعی پل‌ کابلی طراحی شده­ است که توانایی جمع شدن دارد. اجزای کامپوزیتی پل‌ها نسبت به مشابه فولادی خود، علاوه بر سبک‌تر بودن، از مشخصات مکانیکی بهتری نیز برخوردار است و به آسانی و بدون نیاز به تجهیزات سنگین یا کارکنان زیاد نصب می‌شوند. این پل‌ها در مکان‌هایی مانند پارک ملی ایسلند و یا  گلدن­گیت مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اکنون ساخت پل‌های عبور وسایل نقلیه به­شکل یک کار مرسوم تجاری در آمریکای شمالی و اروپا رونق گرفته است.

هم‌اکنون در ساخت بسیاری از پل­ها تماماً از کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود. یکی از موارد کاربرد کامپوزیت‌های سبک، در ساخت پل‌های رودخانه‌ها و مسیرهای آبی است که در انگلستان و سایر کشورهای اروپایی مورد استقبال فراوان واقع شده است. این پل­ها برای عبور قایق‌ها هستند و حمل ونقل و نصب آنها در نقاط دورافتاده و پست، بدون نیاز به تجهیزات بالابر سنگین ممکن می‌باشد.

سطح کامپوزیتی، 6 تا 7 برابر سطح بتون آرمه ظرفیت تحمل بار را دارد و این در حالی است که تنها 20 درصد وزن آنرا داراست. طول عمر آنها نسبت به مشابه فولادی و بتنی چندین برابر است. کامپوزیت­ها در طول دوره سرما منقبض نمی‌شوند و مانند آهن در محیط مرطوب زنگ نمی‌زنند و در محیط دریا دچار خوردگی نمی‌شوند. سطوح کامپوزیتی برای جایگزین کردن با سطوح قدیمی و سنتی در پل‌ها بسیار مورد استقبال قرار گرفته‌اند، چرا که دارای ساختار بهتر و بی­عیب‌تری می‌باشند. این جایگزینی می‌تواند در زمان کوتاهی انجام شود و کمترین مزاحمت را برای ترافیک و حمل­و­نقل ایجاد نماید.

توانایی استفاده از کامپوزیت‌ها در ساخت سازه‌های پیش‌ساخته و سبک‌وزن باعث می‌شود که هزینه بنای سازه بشدت کاهش یابد. سازه‌های کامپوزیتی سبک­وزن می‌توانند در چند ساعت نصب شوند. در عوض روزها و هفته‌ها وقت لازم است تا پل‌های متداول آهنی و بتنی به شکل سنتی مرسوم نصب گردند. وزن سبک سطوح کامپوزیتی، همچنین قابلیت تحمل بار بالاتر را برای پل فراهم می‌آورد. کامپوزیت‌ها می‌توانند با مقاومت بالایی که در برابر خوردگی و خستگی از خود نشان می‌دهند، هزینه‌های مربوط به تعمیر و نگهداری خود را به حداقل برسانند.