کامپوزيت به موادي اطلاق مي شود که در ساختار آن بيش از يک جزء استفاده شده باشد که در اين مواد اجزاء مختلف خواص فيزيکي و شيميايي خود در ترکيب حفظ کرده و در نهايت ماده اي حاصل مي شود که داراي خواص بهينه اي مي باشد . که در تک تک مواد مشارکت کننده به صورت مجزاء در همه حالت ها وجود ندارد.

يک کامپوزيت از دو فاز عمده تشکيل شده است.

الف) فاز پيوسته يا ماتريس

ب)فاز ناپيوسته

در کامپوزيت هاي پليمري فاز پيوسته يا زمينه اصلي از جنس پليمر مي باشد که اتصال دو فاز به يکديگر از طريق سطح مشترک صورت مي پذيرد.

در عين حال کامپوزيت هاي پليمري به دو دسته کلي طبقه بندي مي شوند

1-کامپوزيت تقويت شده با الياف ( Fiber Reinforced Composites) که اين کامپوزيت ها به کامپوزيت هاي ليفي نيز مشهور هستند ( Fibous Composites ) در ا ين نوع کامپوزيت الياف فاز تقويت کننده مي باشند.

اين دسته از کامپوزيت ها ( FRC) در کاربردهاي سازه اي استفاده فراواني دارند.

2-کامپوزيت هاي ذره اي ( Particulate Composite).

در اين نوع از کامپوزيت ها فاز تقويت کننده از ذرات تشکيل شده است. اين دسته از کامپوزيت ها در قطعات با اصطکاک زياد مورد کاربرد قرار مي گيرند. در مجموع بايد اشاره کرد که کامپوزيت هاي ليفي ذره اي بطور گسترده در صنايع نظامي، خودرو سازي، صنايع هوايي، دريايي و راه آهن  مورد استفاده قرار مي گيرند.

· ويژگي هاي اصلي کامپوزيت ها:

1-وزن مخصوص کم

2-پايداري حرارتي خوب

3-توانايي بالا در جذب انرژي ها

4-ظرفيت دمپينگ بالا

5-سهولت در  توليد

6-مقاومت خستگي خوب

با توجه به مجموعه شرايط مذکور کامپوزيت هاي پليمري رفته رفته نقش گسترده اي را در صنايع مختلف به عنوان جايگزين فلزات پيدا کرده اند.

نقش الياف در ساختار مواد کامپوزيتي ( مواد مرکب ليفي)

الياف اصلي ترين المان در مواد مرکب ليفي هستند که بالاترين کسر حجمي را در ساختار کامپوزيت دارند. انتخاب صحيح نوع، مقدار و جهت بسيار مهم بوده و تاثير زيادي در خصوصيات :

-جرم مخصوص

-استحکام کششي

-مدول کششي

-استحکام فشار

-استحکام خستگي

-قيمت

-خواص حرارتي و الکتريکي دارند:

اصلي ترين الياف در کامپوزيت ها به صورت زير هستند:

طبيعي
 

پُر sic
 

کربن گرافيت آراميد
 

شيشه آزبست
 
                فلز               معدني                  عالي            طبيعي

 

 

 

الياف شيشه ( Glass Fibre )

اين الياف بالاترين حجم مصرف را دارا هستند و عمومي ترين نوع الياف مصرفي را در ساختارهاي مواد مرکب دارند.

مزايا :

1-قيمت نسبتا پايين

2-استحکام کششي بالا

3-مقاومت شيمياي بالا

4-خواص عايقي حرارتي و الکتريکي بالا

معايب :

1-شکنندگي پايين

2-مقاومت خستگي نسبتا پايين

3-مدل نسبتا پايين در مقايسه با ديگر الياف

4-مقاومت کم سايشي

الياف بلند:

1-منحني ( Yarn)

2-رشته اي ( Roving)

3-پارچه اي

4-سوزني و نمدي

5-نواري

6-سه بعدي ( ترکيب سوزني، پارچه زاويه دار در رشته اي)

الياف کوتاه:

ساختار الياف شيشه از سه قسمت موج اصلي ساخته مي شود:

موج ساده تا موج اريب، موج اطلسي. ساير حالات موج الياف از اين سه ساختار نشأت مي گيرند.

درصد الياف در روش SMC بسته به نيازهاي کاربردي قطعه متفاوت است و اين درصد در حد 50 تا 70 درصد وزني براي کاربردهاي با استحکام و مدول بالا به کار مي رود و در آميزه هاي که ميزان درصد وزني الياف آنها بالاتر از 60 درصد است پرکننده بکار برده نمي شود.

آميزه هاي SMC را بر مبناي شکل الياف بکار رفته به سه گروه زير تقسيم مي کنند.

-SMC-R

-SMC-CR

-XMC

 SMC-R که به معناي آرايش اتفاقي الياف کوتاه در ورقه است.

SMC-CR که C به معناي الياف موازي و پيوسته در يک طرف از ورقه و R به معناي الياف کوتاه اتفاقي در دو طرف ديگر ورقه مي باشد.

و XMC که X به معناي الياف پيوسته با ارايش ضربدري در ورقه مي باشد.

 

الياف کربن و گرافيت در کامپوزيت ها

مزايا :                                           محدوديت ها:

-استحکام کششي بالا                   -مقاومت ضربه پايين (شکننده)

-مدول کششي بالا                               -هدايت الکتريکي بالا

-وزن مخصوص پايين                 -کرنش در شکست (پايين)

-ضريب انبساط حرارتي پايين         -قيمت بالا

-استحکام خستگي بالا

روش هاي توليد

الياف کربن

1-نساجي-پلي اکريلونيترويل (PAN)

2-روش (Pitch) ايزوتروپيک

انواع الياف کربن

-نخي (Yarn)
 
                          -اندازه يک الي 25 ميليمتر جهت

ترکيب و قالبگيري پلاستيک هاي

                          گرما نرم و گرماسخت

-رشته اي (Roving) –پودر در اندازه 0.3 با 

-پارچه اي ساده  -پودر در اندازه 0.3 mm با     

-نمدي

-نواري

الياف آراميد در کامپوزيت ها

مزايا :                                   محدوديت ها:

-جرم مخصوص پايين

-مدول کششي بالا                               -مقاومت فشاري پايين

-استحکام کششي بالا                   -محدوديت در برشکاري

-مقاومت ضربه بالا                            -حساس به نور خورشيد

-کاهنده دامنه نوسان در ارتعاشات    

اشکال موجود الياف آراميد

الياف بلند:

1-نخي(Yarn )

2-رشته اي(Roving )

3-پارچه اي

4-ترکيبي با الياف کربن و شيشه ( جهت پوشش محدوديت هاي موجود)

الياف کوتاه:

اندازه mm 1 تا mm 25 جهت قالبگيري

الياف پلي اتيلن با زنجيره کشيده شده

(UHMWPE ) Ultra High Molecuar Weight PE

مزايا :

-بالاترين استحکام کششي نسبت به ساير الياف

-مدول کششي بالا

-پايين ترين جذب رطوبت را دارد ( کمتر از 1 درصد)

-جرم مخصوص پايين

-مقاومت سايشي بالا

-ضريب انبساط حرارتي پايين

-مقاومت شيميايي بالا

محدوديت ها:

-دماي کاربردي پايين

-خزش پايين

-دماي فرايند پذيري در محدوده

-چسبندگي پايين به پليمرها

از انواع تجاري موجود آن Dyneema-Spectra مي باشد

کاربردهاي آن: توري، ملزومات ورزشي و ... مي باشد.

رزين ها (ماتريس ها) و نقش آنها در کامپوزيت ها

1-وظايف رزين ها درکامپوزيت ها

-نگهداري الياف در کنار هم

-انتقال تنش به الياف

-محافظت از الياف در مقابل عوامل محيطي

-حفاظت سطح الياف از سايش

تاثير بر  خواص کامپوزيت

1-استحکام و مدول عرضي (موثر)

2-خواص فشاري (موثر)

3-استحکام برشي (موثر)

4-استحکام برشي صفحه اي (موثر)

5-خواص کششي (کم اثر)

فرايندي پذيري يک کامپوزيت به خصوصيات فيزيکي رزين ها مانند گرانروي، نقطه ذوب و دماي پخت رزين دارد.