مقایسه خواص مکانیکی صفحات کامپوزیتی تقویت‌شده با الیاف کنف-شیشه و کنف-پلی استر ساخته شده به روش بافت پارچه هیبریدی و لایه‌ای تک جهته
تقاضای روزافزون برای بهبود عملکرد فرآورده‌ها به صورت خواسته‌های مختلف از قبیل وزن کمتر، استحکام بیشتر و هزینه‌های کمتر مطرح می‌شوند. تداوم خواسته‌ها برای بهبود ایفای نقش که ممکن است توسط معیارهای مختلف از جمله وزن کم مطرح شود، باعث شده است که مواد کنونی دیگر جوابگو نباشند. از این رو دانشمندان و صاحب نظران علم مواد همیشه در تکاپو هستند که یا خواص مواد موجود را بهبود بخشند و یا مواد جدیدتری تولید نمایند که به عنوان نمونه می‌توان به مواد مرکب اشاره کرد.
واژه کامپوزیت یا ماده مرکب، بیانگر ترکیب حداقل دو ماده متفاوت در مقیاس ماکروسکوپی جهت حصول ماده‌ای جدید است. مقیاس ماکروسکوپی بدین معنی است که هر کدام از مواد تشکیل دهنده ماده مرکب را پس از ترکیب می توان با چشم غیر مسلح مشاهده نمود. با همین دیدگاه، در تحقیق حاضر در جهت ساخت سازهای سبک که در عین حال چقرمگی شکست و استحکام بالایی نیز داشته باشد، تلاش شده است.
با در نظر گرفتن مسایل زیست محیطی و همچنین امکان بازیافت یا بازگشت مواد به چرخه طبیعی، سعی شده است که از مواد طبیعی و دوست دار محیط زیست در ساخت سازههای مرکب استفاده شود. به این منظور، می‌توان از مواد و الیاف طبیعی مانند کنف، خرما و نارگیل استفاده نمود.
برای محاسبه خواص مکانیکی مواد، بهتر است با در نظر گرفتن ماده مرکبی که در آن الیاف در یک جهت ردیف شدهاند (یعنی یک ماده مرکب یک جهتی) به عنوان مبنا، نسبت به اندازه‌گیری‌ها و آزمایشهای خواص مکانیکی اقدام کرد. نکته اساسی در مورد یک ماده مرکب با الیاف یک جهتی این است که سخت پایی و استحکام آن در جهات مختلف متفاوت است.
برای افزایش استحکام و مقاومت نمونه، از ترکیبی شامل الیاف طبیعی کنف و انواع دیگری از الیاف متداول در ساخت کامپوزیتهای زمینه پلیمری (الیاف شیشه و الیاف پلی استر) به صورت بافته شده به عنوان فاز مقاومساز استفاده گردید.
در این تحقیق، بافت هیبریدی کنف-شیشه و پارچه هیبریدی کنف-پلی استر که با استفاده از دستگاه بافندگی ابداعی محققین ساخته شدهاند، برای نخستین بار مورد استفاده قرار گرفتند که از این دیدگاه اقدامی نوآورانه به نظر میرسد. در ابتدا، تکرشتههای مورد استفاده به وسیله دستگاه‌های ریسندگی سنتی به صورت نخ (الیاف) ریسیده شده و از این نخها در بافت پارچه هیبریدی استفاده شد. پارچهها به شکل بافت عمودی ساده تار و پودی بافته شدهاند که برای این کار، الیاف کنف در چله دستگاه قرا گرفته و الیاف شیشه یا پلی استر نیز به وسیله ماکو در پود آن قرار داده شد.
بدین ترتیب، نمونه های مورد بررسی به صورت نمونه هایی به شکل تیر با فاز تقویت کننده پارچه هیبریدی (کنف-شیشه یا کنف-پلی استر) و یا الیاف تک جهته آنها در زمینهای از جنس رزین اپوکسی، ساخته شد.
خصوصیات مکانیکی نمونههای ساخته شده از قبیل مقاومت کششی و فشاری، بر اساس استاندارد ASTM مورد بررسی قرار گرفته و برای نمونههای مختلف با هم مقایسه شدهاند.
مقایسه دادههای حاصل از آزمایشهای خواص مکانیکی نشان میدهد که در نمونههای لایه‌ای با الیاف شیشه، نمونه تا قبل از شکست مقدار زیادی تغییر شکل پلاستیک خواهد داشت، حال آنکه در نمونههای لایه‌ای با الیاف پلی استر، شکست معمولا به صورت ترد رخ میدهد.
همچنین مشخص شد که نمونههایی با جنس هیبریدی کنف-شیشه استحکام خمشی و کششی بیشتری نسبت به نمونههایی با جنس هیبریدی کنف-پلی استر نشان میدهند.
کامپوزیتهای زمینه پلیمری با تقویت‌کننده الیافی، به علت خصوصیات کششی مناسب و نسبت استحکام به وزن بالا (در جهات خاص) بسیار مورد توجه قرار دارند. امکان قالب‌گیری ساده و آسان، مقاومت شیمیایی، خواص جهت‌دار، اتصال مناسب زمینه به الیاف و همچنین امکان استفاده در محدوده وسیعی از کاربردها، این گروه از کامپوزیت‌ها را به عنوان گروهی رایج مطرح ساخته است. با این وجود، مشخص شدن برخی خطرات زیست محیطی ناشی از استفاده از الیاف معدنی در کامپوزیت‌ها (که در گذشته به عنوان رایج‌ترین نوع الیاف مورد استفاده در ساخت کامپوزیتهای زمینه پلیمری مطرح بودند)، محققان را بر آن داشته تا امکان استفاده از انواع الیاف طبیعی و تجدیدپذیر را در ساخت کامپوزیتهای زمینه پلیمری و همچنین تاثیرات استفاده از این الیاف بر خواص مکانیکی را مورد بررسی قرار دهند.
در این تحقیق، خصوصیات کامپوزیتهای زمینه پلیمری مقاوم شده با الیاف کنف به همراه الیاف شیشه و پلی‌استر، مورد بررسی قرار گرفت. فاز تقویت‌کننده به دو صورت پارچه هیبریدی و همچنین لایه‌ای تک‌جهته درون زمینه پلیمری قرار داده شد و در نهایت برای بررسی خصوصیات مکانیکی نمونه‌ها، آزمایشهای کشش و خمش بر روی آنها انجام گرفت.
نتایج نشان داد که نمونه با مقاومساز الیافی کنف-شیشه که به صورت لایه‌ای تک‌جهته در زمینه قرار داده شده، بهترین خصوصیات مکانیکی را از خود بروز میدهد. همچنین مشخص شد در شرایط یکسان، استحکام الیاف مورد استفاده نسبت به نحوه قرارگیری آنها در زمینه، نقش پررنگ‌تری در تعیین خواص مکانیکی کامپوزیت دارد.
فهرست مطالب صفحات کامپوزیتی تقویت‌شده :
- فصل ۱: کلیات
- مروری بر منابع
- انواع الیاف مورد استفاده در کامپوزیتهای زمینه پلیمری
- الیاف شیشه
- الیاف کربن
- الیاف آرامید
- ساختار شیمیایی الیاف کولار
- الیاف طبیعی
- سایر الیاف مورد استفاده در ساخت کامپوزیتهای زمینه پلیمری
- الیاف آلومینا
- الیاف بور
- انواع رزینهای مورد استفاده در ساخت کامپوزیتهای زمینه پلیمری
- رزین‌پلی‌استر
- رزینهای اپوکسی
- رزینهای وینیل‌استر
- رزینهای فنولیک
- پلی ایمیدها
- پلی اتر اتر کتون
- رزینهای طبیعی
- کامپوزیتهای زمینه پلیمری با الیاف طبیعی
- مزایا و محدودیتهای استفاده از الیاف طبیعی در کامپوزیتهای زمینه پلیمری
- ناسازگاری الیاف طبیعی و پلیمر
- ساخت و آماده‌سازی الیاف و نمونههای کامپوزیت
- نتایج و تحلیل
- اندازه‌گیری چگالی
- نتایج آزمایش کشش
- نمونه کامپوزیت با مقاومساز بافت پارچه هیبریدی کنف-پلی استر (نمونه A)
- نمونه کامپوزیت با مقاوم‌سازهای لایه‌ای تک‌جهته کنف و شیشه (نمونه C)
- نمونه کامپوزیت با مقاوم‌سازهای لایه‌ای تک‌جهته کنف و پلی‌استر (نمونه D)
- مقایسه و تحلیل نتایج تست کشش
- آزمایش خمش و نتایج آن
- نمونه کامپوزیت با مقاومساز پارچه هیبریدی کنف و پلی‌استر (نمونه A)
- نمونه کامپوزیت با مقاومساز پارچه هیبریدی کنف و شیشه (نمونه B)
- نمونه کامپوزیت با مقاومساز لایه‌ای کنف و شیشه (نمونه C)
- نمونه کامپوزیت با مقاومساز لایه‌ای کنف و پلی‌استر (نمونه D)
- مقایسه و تحلیل نتایج آزمایش خمش