ساخت پل کامپوزیتی به روش ساندویج پل - جلسه سوم

حتما شما هم تا به حال با واژه‌هایی مانند فایبر‌گلاس یا کامپوزیت مواجه شده‌اید. این مواد امروزه کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف پیدا کرده‌اند. برای شروع بد نیست بدانید که فایبرگلاس نوعی بسیار متداول از کامپوزیت است.

1- کامپوزیت چیست؟
رشد فزاینده تکنولوژی در سال‌های اخیر باعث شد تا دیگر موادی که در دسترس بشر بود برای پوشاندن جامه حقیقت بر رویاهای مدرن کافی نباشد و از این رو تلاش برای رسیدن به مواد جدید آغاز شد؛ مثلاً در بیشتر کاربردهای مهندسی، اغلب به تلفیق خواص مواد نیاز داریم. مواد که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک باشند، مقاومت سایشی و UV  خوبی داشته باشند. اما از آنجا که نمی‌توان ماده‌ای یافت که همه خواص مورد نظر را دارا باشد، باید به دنبال چاره‌ای دیگر بود: ترکیب چند ماده با یکدیگر و ساخت و استفاده از کامپوزیت‌ها.

* چینی‌ها و مصریان قدیم برای اولین بار از مخلوط کاه‌گل و شن برای بناسازی استفاده کرده‌اند تا استحکام گل افزایش پیدا کند.

* مصریان با چسباندن لایه‌های نازک چوب و پارچه به یکدیگر و با استفاده از طناب، قایق‌های خود را در برابر متورم شدن دراثر نفوذ آب تقویت می‌کرده‌اند. اما استفاده از کامپوزیت‌های پیشرفته، از حدود نیمه دوم قرن بیستم آغاز شد.

اگر مواد مهندسی را به سه دسته اصلی فلز، پلیمر و سرامیک طبقه‌بندی کنیم، کامپوزیت دسته چهارمی است که در واقع ترکیبی از ۳ دسته دیگر است. موادی چند جزئی که خواص آن­ها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است. ضمن آن­که اجزای مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می‌بخشند. کامپوزیت شامل یک فاز زمینه (ماتریکس) و یک یا چند فاز تقویت‌کننده (پرکننده یا فیلر) است.

 2- انواع کامپوزیت­ ها
کامپوزیت‌ها را می‌توان به ۳ دسته­ ی کامپوزیت‌های با زمینه ی سرامیکی (CMC)، کامپوزیت‌های با زمینه پلیمری (PMC) و کامپوزیت‌های با زمینه فلزی (MMC) تقسیم‌بندی کرد. به عنوان مثال فایبرگلاس که یکی از پرکاربردترین کامپوزیت‌هاست، یک کامپوزیت با زمینه پلیمری است که توسط فیبرهای شیشه تقویت شده‌است.
پس به طور خلاصه یک قطعه کامپوزیتی از دو بخش اصلی زیر تشکیل شده است:
.  بخش سازه­ای: الیاف و یا ذرات
بخش زمینه: سرامیک، پلیمر (انواع رزین ها) و یا فلز که برای ساخت پل کامپوزیتی از رزین اپوکسی و الیاف استفاده خواهیم کرد. در ادامه به بررسی هر کدام از اجزا تشکیل دهنده­ی یک سازه کامپوزیتی خواهیم پرداخت.
3- وظایف الیاف:
·  تحمل بار ، ۷۰ تا ۹۰ درصد بار وارده به یک جسم کامپوزیتی را الیاف تحمل می‌کنند
·  تامین مقاومت، سفتی و پایداری حرارتی
·  تامین رسانایی و یا عایق بودن الکتریکی بر حسب این که چه نوع الیافی را بکار برده شود.
. الیاف چند جنس مختلف دارد، که از جمله­ ی آن­ها به الیاف شیشه و الیاف کربن اشاره کرد.
4- وظایف رزین:
· رزین الیاف را در کنار هم نگه می­ دارد و بار را پخش و به الیاف منتقل می‌کند. همچنین سختی و شکل کامپوزیت را تشکیل می­ دهد.
· رزین، الیاف را از هم جدا می‌کند و باعث می‌شود که الیاف مستقل عمل کنند. در نتیجه رشد ترک در کامپوزیت متوقف و یا آرام خواهد شد.
· رزین سطحی مطلوب به کامپوزیت داده و از الیاف در برابر مواد شیمیایی محافظت می‌کند.
در تصاویر زیر ساختار یک سازه­ی کامپوزیتی را که در زیر میکروسکوپ قرار داده شده، مشاهده خواهیم کرد.     
5- مزایای یک سازه کامپوزیتی
از مهم­ترین خواص کامپوزیت ­ها این است که می­ توانیم با توجه به خواص مدنظر و حتی خواص در هر بخش، آن خواص را ایجاد کرده و استفاده کرد.
                                                               ساخت هواپیمای رادار گریز با کامپوزیت
به طور کلی مواد کامپوزیتی دارای مزایای زیر هستند:
·  نسبت به وزن خود مقاومت مکانیکی بالایی دارند.
· مقاومت در برابر خوردگی آن‌ها بالاست.
· نسبت به فلزات خصوصیات مکانیکی بهتری دارند.
· به عنوان یک عایق حرارتی، خواص خوبی دارند.
· مجموعه این خصوصیات است که باعث کاربردهای گسترده کامپوزیت‌ها در صنایع نوین می‌شود.

 کامپوزیت ها، کاربرد مختلفی در صنایع خودروسازی، حمل و نقل، هوافضا، نظامی، صنایع دریایی، تجهیزات پزشکی، ساختمان سازی و پل سازی دارند.

مجموعه­ آموزشی پژوهشی سای بوم

مطالب مرتبط:
ساخت پل کامپوزیتی به روش ساندویج پل - جلسه اول
ساخت پل کامپوزیتی به روش ساندویج پل - جلسه دوم
ساخت پل کامپوزیتی به روش ساندویج پل - جلسه سوم
ساخت پل کامپوزیتی به روش ساندویج پل - جلسه چهارم

بخش پژوهش های دانش آموزی سایت تبیان