کامپوزیت و موارد مصرف آن

در دنیای مدرن امروزی استفاده از سیستم های ترکیبی کامپوزیت روبه افزایش است، چراکه بشر به وسعت کاربرد این ترکیبات پی برده و لزوم استفاده از آنها را درک نموده است. آشناترین مثال برای نمایش کاربرد کامپوزیت، دیوار کاه گلی است به این معنا که در گذشته بشر کاه و گل را با هم ترکیب کرد و ماده ای ساخت که از لحاظ خواص فیزیکی با هردوی آنها متفاوت بود. در این ترکیب فیزیکی مواد با هم آلیاژ نشده اند بلکه فقط در کنار هم قرار گرفته اند. بشر در دوران اولیه به این ماده دسترسی پیدا کرد؛ اما حالا آن را جایگزین کرده ایم آن هم با چیزی که امروز آن را با نام کامپوزیت یا مواد مهندسی شده می شناسیم. کامپوزیت در واقع، ترکیبی است از مواد مختلف در سه زیر شاخه پایه پلیمر،‌ پایه سرامیک و پایه فلزی که شرکت آب صنعت تهران در شاخه کامپوزیت صنعتی یکی از برترین برندهای مطرح ایرانی به شمار می آید.

خوب است بدانید که در پایه پلیمر به جای گل از رزین استفاده می شود که پلاستیک است. پلاستیک زنگ نمی زند، سبک است، به راحتی شکل می گیرد،‌ ریخته گری می شود، می توان آن را ذوب کرد و قابل بازیافت است. ولی یکی از معایب آن عدم استحکام است؛ بنابراین برای استحکام بخشیدن به آن از ترکیب دیگری استفاده می کنیم. در این مثال به جای کاه از نوعی الیاف مثل الیاف شیشه استفاده می شود. (کلمه فایبر گلاس که به کامپوزیت اطلاق می شود، ‌اصطلاحی غلط است، زیرا الیاف شیشه تنها یکی از الیافی است که در این ترکیب مورد استفاده قرار می گیرد.) الیاف کربن، کولار و پلی پروپیلن نیز در این صنعت کاربرد دارند. در نهایت تمام این الیاف با رزین ترکیب می شوند.

مواد کامپوزیتی در سه رده تکنولوژی در صنعت مصرف دارند. در رده های پایین در ساختن وان حمام و وسایل بهداشتی، وسایل بازی در پارک ها، دکه های گل فروشی و غیره به کار می روند؛ در رده متوسط در صنعت خودرو، انتقال آب و نفت و نیرو و ... مورد استفاده قرار می گیرند و در رده تکنولوژی بالا در صنایع هوا و فضا استفاده می شوند که در ادامه بیشتر به آنها می پردازیم.

کاربرد کامپوزیت در ساختمان

مواد کامپوزیت در ساختمان کاربرد وسیعی دارند. این مواد به صورت لوازم بهداشتی داخل ساختمان مثل وان، دستشویی، در و پنجره و ... برای جلوگیری از انتقال حرارت کار گذاشته می شوند. مواد کامپوزیت ترک نمی خورند و در مقابل ضربه و خوردگی و خمش مقاوم هستند.
در حالت دیگر این مواد در سازه ساختمان مورد استفاده قرار می گیرند؛ به‌طوریکه می توان از آنها به جای تیرآهن یا میلگرد داخل بتن استفاده کرد. تقویت خارجی و داخلی سازه های بتنی هم اکنون یک تجارت بسیار مهم در جهان امروز است.

یکی از مزایای استفاده از کامپوزیت عدم دور ریز آن است،‌ به صورتی که به عنوان مثال قطعات دور ریز مواد کامپوزیتی در یک کارخانه خودروسازی را می توان آسیاب کرده و به عنوان پر کننده و تقویت کننده بتن استفاده نمود. این مواد حتی در ساخت خانه های تمام کامپوزیتی نیز کاربرد دارند. در اروپا خانه های کامپوزیتی دو طبقه ساخته می شود که به راحتی با جرثقیل قابل حمل و جابجایی هستند. به‌طور اخص در ساخت پلها و پل های عابر پیاده به‌کار می روند. هم اکنون نمونه های زیادی از پل های تمام کامپوزیتی در سراسر جهان موجود است.
یکی دیگر از موارد استفاده کامپوزیت در صنعت ساختمان کاربرد آن در زیباسازی شهرها، ساخت مجسمه ها و مرمت ساختمان های قدیمی و بناهای باستانی است، بدون اینکه معلوم شود بخش ترمیمی از جنس ماده اصلی نیست، با همان رنگ و همان شکل.

مواد کامپوزیتی در ابرسازه ها نیز کاربردهای متنوعی دارند. در ساخت سقف مساجد و برج‌های مسکونی و تجاری و تیر برق مقادیر بالایی از این مواد استفاده می شود و این کاربرد، بدون کاهش مقاومت سازه، وزن آن را کاهش می دهد. تاکنون در آمریکا حدود 130 هزار پل تمام کامپوزیتی یا تقویت شده توسط کامپوزیت ساخته شده است. در ژاپن به دلیل بالا بودن پتانسیل زلزله، مواد کامپوزیتی در تعداد زیادی از ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند. در مالزی یک شرکت سالانه 400 هزار تن مواد کامپوزیتی تولید می کند که از آن بیشتر در ساخت گنبد مسجد استفاده می کنند.

متاسفانه در کشور ایران به دلیل عدم شناخت کامل خصوصیات این ترکیبات که خود ضعف در طراحی، تولید و مصرف را به دنبال دارد، میزان استفاده این مواد به نسبت کشورهای دیگر بسیار ناچیز است. ولی شاید بتوان با برنامه ریزی‌های درازمدت و سرمایه گذاری در جهت شناساندن هرچه بیشتر این مواد به شرکتها و موسسات صنعتی کشور این ضعف ها را تا حد زیادی جبران نمود.

چرا مصالح ساختمانی کامپوزیتی پرطرفدار شدند؟

کامپوزیت در ساختمان سازی مزایای متعددی را ایجاد نمود که نگاهی به آنها خواهیم داشت:
وزن کامپوزیت به نسبت بتن یا مصالح همنظیر کمتر بوده و سبب کاهش قیمت تمام شده پروژه می گردد و علت آن است که حمل و نقل و نصب با سهولت انجام می گردد.
کامپوزیت ایمنی بیشتری را حین و پس از اتمام کار به ارمغان می آورد.
هزینه تمام شده برای نصب و تعمیر احتمالی قطعات کامپوزیتی مثل اتاق شیر و تاسیسات کامپوزیتی کمتر است.
مقاومت محصولات با متریال کامپوزیتی در برابر خوردگی و رطوبت بسیار مناسب بوده و دچار زنگ زدگی نمی شود.
علاوه بر کاهش وزن در محصولات کامپوزیتی، تحمل فشار در کامپوزیت ها بسیار بالاست.
کامپوزیت ها به راحتی و با هزینه کم شکل می گیرند به همین خاطر شاهد تولید انواع مصالح و محصولات کامپوزیتی همچون دریچه کامپوزیت، تصفیه خانه کامپوزیتی، هندهول کامپوزیتی و... هستیم. در قسمت منوی وب سایت پیش رو می توانید انواع محصولات کامپوزیتی را مشاهده نمایید.

کاربرد کامپوزیت در خودروسازی و صنعت هوافضا

کامپوزیت در دو صنعت خودروسازی و هوافضا نیز به کار گرفته می شود اما کامپوزیت هایی که به این منظور تولید می گردند زمینه فلزی هستند. کامپوزیت زمینه فلزیMMC یک ماده کامپوزیت با حداقل دو بخش تشکیل دهنده است، یکی الزاماً فلز است، ماده دیگر شاید یک فلز متفاوت یا ماده دیگری مانند یک ترکیب سرامیکی یا آلی باشد. هنگامی که دست کم سه ماده وجود داشته باشد، به آن کامپوزیت هیبریدی می گویند. کامپوزیت های زمینه فلزی برای استفاده در پیستون موتور دیزل، آستر سیلندر، درام ترمز و روتور ترمز توسعه داده شده اند (چاولا و چاولا، 2006). سایر کاربردهای بالقوه ای که MMC ها در آنها آزمایش شده اند میله های اتصال، پین های پیستون و محورهای محرک هستند و همه ساله بر کاربرد آنها افزوده می شود. کامپوزیت زمینه فلزی از عالی ترین متریال ها در ساخت خودرو و صنایع مرتبط با هوافضا هستند اما هزینه بالا مانع اصلی برای استفاده گسترده تر از آنها می باشد.
کامپوزیت های زمینه فلزی به چند روش مختلف تولید می شوند که مهمترین آنها عبارت اند از:

 

متالوژی پودر، آلیاژی مکانیکی و مایع

کاربرد کامپوزیت در علوم پزشکی

کامپوزیت های پایه پلیمری معمولاً در کاربردهای هوافضا، اتومبیل، نظامی و ورزشی استفاده می شوند و به طور فزاینده ای در پزشکی زیستی برای مهندسی بافت، پانسمان زخم، انتشار دارو، پزشکی احیا کننده، کامپوزیت های رزین دندان و عملیات جراحی استفاده می شوند. کامپوزیت های پزشکی عمدتاً در سیستم های تصویربرداری تشخیصی استفاده می شوند. این متریال برای میزهای تصویربرداری بیمار و لوازم جانبی مورد استفاده در سیستم تصویربرداری اشعه ایکس، PET، CT و MRI بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. توسعه مواد بیولوژیکی با استفاده از پلیمرهای مشتق شده زیستی به عنوان ماتریس یکی دیگر از کاربردهای پزشکی کامپوزیت های مبتنی بر پلیمر است. بسیاری از مطالعات اخیر بهبود خواص مواد خاص را با اختلاط نانوذرات زیست سازگار در پلیمرهای قابل جذب زیستی گزارش کرده‌اند. این مواد زیستی کامپوزیت نانوذرات/پلیمر برای استفاده در کاربردهای زیست پزشکی از جمله مهندسی بافت و بهبود زخم نویدبخش هستند، همچنین می‌توانند برای ساخت مواد کنتراست برای تصویربرداری پزشکی در تشخیص سرطان یا به عنوان هدف‌گیری استفاده شوند. به طور کلی کامپوزیت ها در زمینه های مختلف پزشکی از دندان پزشکی تا وسایل جراحی های پیشرفته به کار گرفته می شوند و پیشبینی می شود که استفاده از آنها افزایش یابد.

استفاده از کامپوزیت در ورزش

مواد کامپوزیت در انواع فعالیت های ورزشی کاربرد دارد. چگونه؟ در بسیاری از برنامه های ورزشی، کاهش وزن دلیل اصلی حرکت به سمت کامپوزیت ها است. یکی از نخستین رشته های ورزشی که در آن از کامپوزیت ها استفاده شد، فرمول یک بود. به لطف جذب انرژی بالا و وزن بسیار کم، کامپوزیت ها به طور گسترده ای در تمام قطعات حفاظت کننده در برابر فشار تصادفات در اتومبیل های مسابقه فرمول یک استفاده می شوند. تمامی خودروهای مسابقه فرمول یک دارای ساختار مونوکوک فیبر کربنی هستند که از راننده برای تمامی تصادفات محافظت می کند. این سازه ها با شبیه سازی های کامپیوتری پیشرفته مانند مونوکوک برای تیم مسابقه فرمول یک میناردی یا شاسی مونوکوک فیبر کربن خودروی مسابقه ای پورشه RS Spyder طراحی شده اند. استون مارتین در سال 2005 با خودروی مسابقه ای DBR9 با پنل فیبر کربن به صحنه مسابقات اتومبیل رانی بین المللی بازگشت.
یکی دیگر از شناخته شده ترین کاربردهای کامپوزیت در ورزش دوچرخه کربنی است. این قاب از اپوکسی تقویت‌شده با فیبر کربن تشکیل شده است که قاب را بسیار سفت و سبک می‌کند. دوچرخه های فیبر کربنی نیز توسط تیم دوچرخه سواری بریتانیا در المپیک آتن استفاده شد (یونان، 2004). این دوچرخه ها توسط گروه کامپوزیت های پیشرفته ACG طراحی و ساخته شده اند.
در سایر ورزش های تفریحی نیز کامپوزیت ها را می توان یافت. عملکرد دارت را می توان با استفاده از فیبر کربن برای محور دارت به طور قابل توجهی بهبود بخشید یا دیوار سنگ نوردی متحرک ساخته شده از کامپوزیت بسیار پرطرفدار است. خوب است ذکر شود که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و دوام عالی، کامپوزیت ها اغلب برای ساخت بدنه، عرشه، دکل و بوم قایق های بادبانی، کاتاماران و تریماران (کشتی سه بدنه) استفاده می شوند.

 

ویژگی کامپوزیت

 

برای آن که کاربرد صحیح کامپوزیت را بهتر توضیح داده باشیم، توجه شما را به ویژگی های کامپوزیت جلب می کنیم:

چگالی یا وزن کامپوزیت

چگالی ترکیب کامپوزیت در حدود ۱٫۸۵ گرم بر سانتی متر مربع است. این ویژگی موجب صرفه جویی در حمل و نصب و بارگیری می شود.

مقاومت کامپوزیت در برابر خوردگی

مواد تشکیل دهنده کامپوزیت مقاومت بالایی در برابر مواد شیمیایی، صنعتی و محیط خورنده دارند؛ همچنین این مواد مقاوم در برابر آب، رطوبت و تابش مستقیم نور خورشید هستند.

مقاومت مکانیکی کامپوزیت

روش تولید، چینش الیاف و نوع رزین و الیاف بکار رفته در تولید قطعات کامپوزیت نقشی اساسی در افزایش یا کاهش مقاومت مکانیکی و سازه ای آن ایفا می کند به گونه ای که این ویژگی ها را در مقایسه با سخت ترین فلزات مستحکم تر می نماید. این در حالی است که فلزات در تمام جهات و شرایط به یک میزان مستحکم هستند اما کامپوزیت ها می توانند به گونه ای مهندسی و طراحی شوند که در یک جهت ویژه استحکام بالاتری داشته باشند.

مقاومت الکتریکی کامپوزیت

مقاومت الکتریکی کامپوزیت ارتباطی مستقیم با مقاومت الکتریکی مواد به‌کار رفته در تولید آن دارد به عنوان مثال کامپوزیت با الیاف شیشه عایق الکتریکی و با الیاف کربن هادی الکتریکی می گردد.

هدایت حرارتی محصولات کامپوزیتی

رسانایی حرارتی مواد کامپوزیت بسیار پایین بوده و این ویژگی باعث استفاده از آن به عنوان عایق حرارتی شده است.

قیمت کامپوزیت

نوع کامپوزیت و موارد تشکیل دهده آن همچنین شرکت سازنده کامپوزیت ها تاثیری مستقیم بر قیمت کامپوزیت دارند. اگر برای کسب اطلاعات دقیق در رابطه با قیمات کامپوزیت به این صفحه راهنمایی شدید لطفا با شماره های مندرج در وب سایت پیش رو تماس بگیرید تا ضمن برخورداری از مشاوره رایگان از قیمت های به روز محصولات کامپوزیتی باخبر شوید.