در نیم قرن گذشته، کامپوزیت های تقویت شده با الیاف به دلیل خواص عالی آنها به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند و نقش مهم کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بدیهی است. از زمان پیدایش مواد کامپوزیتی، الیاف تقویتشده از الیاف طبیعی به الیاف مصنوعی تبدیل شدهاند.
در حال حاضر رایج ترین الیاف تقویت کننده شامل الیاف شیشه، الیاف آرامید، الیاف کربن و ... می باشد که در این مقاله ابتدا به معرفی اجمالی انواع الیاف تقویت کننده متداول می پردازیم.
در مواد کامپوزیتی، نقش اصلی ماتریس رزین، اتصال الیاف به یکدیگر و انتقال بارهای خارجی از یک الیاف به فیبر دیگر است. اکثر الیاف تقویت شده خمیده و فلاپی هستند و در صورت اعمال کشش به آنها از استحکام کششی و سفتی کافی برخوردار خواهند بود.
الیاف تقویتی معمولاً به صورت دستهای هستند و الیاف جداگانه معمولاً بسیار ظریف هستند، مانند الیاف شیشه و الیاف کربن با محدوده قطر معمولی 5 تا 25 میکرون. برای مقایسه، قطر موی انسان معمولاً بین 50 تا 200 میکرون است. تمام "ساختارهای" تقویت شده با الیاف را می توان از الیاف رشته ای، از جمله بکسل، نخ، الیاف خرد شده، الیاف آسیاب شده و غیره مشتق کرد.
الیاف تقویت کننده رایج شامل الیاف شیشه و فیبر کربن است.
1. الیاف شیشه
انواع مختلفی از فایبرگلاس وجود دارد، اما برای کامپوزیت ها، دو مورد رایج ترین هستند. الیاف E-glass تقریباً در تمام محصولات تقویت شده با فایبر گلاس نوع استاندارد است، در حالی که الیاف S-glass (همچنین به عنوان الیاف R-glass یا T-glass شناخته می شود) استحکام کششی قابل توجهی بهتری دارد.
فیبر S-glass معمولا کوچکتر از الیاف E-glass است، چسبندگی بهتری در ماتریس رزین دارد و عملکرد ضربه بهبود می یابد. اما هزینه آن بسیار بیشتر است. الیاف شیشه S{2}} یک الیاف S-glass تجاری با استحکام بالاتر است که دو برابر الیاف E-glass معمولی استحکام کششی دارد و همچنین حدود 10-20 درصد سفتی بالاتری دارد. اما تقریباً برای همه کاربردها، فیبر E-glass کافی است.
فایبرگلاس با اکسترود کردن محصولات معدنی مذاب (1700 درجه) (سیلیس، آلومینیوم و اکسید کلسیم و غیره) از طریق سوراخ هایی با قطر کوچک ساخته می شود. به طور معمول، الیاف E-glass حدود 10-25 میکرون قطر دارند، که آنها را بزرگتر از الیاف کربن می کند.
2. فیبر کربن
الیاف کربن انواع مختلفی دارند، با خواص مکانیکی و هزینه های متفاوت. فیبر کربن مستقیماً از مواد مذاب اکسترود نمی شود، بلکه با عملیات حرارتی فیبر پیش ساز، از جمله پیش اکسیداسیون در اتمسفر هوا و کربنیزاسیون در اتمسفر بی اثر، ساخته می شود. تحت کشش، ساختار کربن درون الیاف هم تراز می شود و به حداکثر کردن استحکام کششی و سفتی کمک می کند.
رایج ترین پیش ماده مورد استفاده برای فیبر کربن، فیبر پلی اکریلونیتریل (PAN) است. در حال حاضر رایج ترین فیبر کربن استاندارد و مدول متوسط بر پایه پیش ساز PAN است. مدول فیبر کربن تهیه شده توسط سیستم پیش ساز آسفالت معمولاً بیشتر است. بسته به خواص پیش ساز، قطر الیاف و جزئیات فرآیند عملیات حرارتی (اکسیداسیون، کربن سازی، گرافیت شدن)، فیبر کربن حاصل دارای طیف وسیعی از خواص مکانیکی است.
یک فیبر کربن منفرد معمولاً کوچکتر از فیبر شیشه ای است و فقط 5 میکرون قطر دارد. مدول مدول مدول فیبر کربن اغلب با مدول استاندارد و مدول متوسط، به ویژه با مدول طبقه بندی می شود. IM)، مدول بالا (HM) و فیبر کربن با مدول فوق العاده بالا.
3. سایر الیاف تقویت کننده رایج
فیبر آرامید کولار:
یک الیاف آرامید مصنوعی که توسط DuPont ساخته شده است. سایر الیاف آرامید تجاری عبارتند از Twaron، Technora و Nomex. به عنوان یک الیاف تقویت کننده برای مواد کامپوزیتی، الیاف آرامید عمدتاً برای کاربردهایی با استحکام کششی بالا و مقاومت در برابر سوراخ، سایش و شکستگی استفاده می شود. الیاف آرامید اغلب به سختی پیوند، برش و دسته بندی می شوند و اغلب در ترکیب با فیبر کربن یا الیاف شیشه استفاده می شوند.
الیاف بازالت:
با استفاده از فرآیند ذوب و اکستروژن مشابه الیاف شیشه ساخته شده است. استحکام کششی و مدول آن کمی بالاتر از الیاف E-glass اما کمتر از فیبر کربن است. چگالی آن مشابه الیاف E-glass است. قیمت بین فیبر E-glass و فیبر کربن است. مقدار محدودی از بازالت با درجه کامپوزیت وجود دارد که معمولاً به رنگ قهوه ای است.
پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا:
هر دو Dyneema و Spectra الیافی هستند که از پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMWPE) یا پلی اتیلن با مدول بالا (HMPE) فیلامنت اکسترود شده ساخته شده اند. الیاف را می توان در کاربردهای کامپوزیت استفاده کرد، اغلب با فیبر کربن مخلوط می شود. تقویت هیبریدی Dyneema/فیبر کربن می تواند چقرمگی ورقه ها، جذب انرژی و مقاومت در برابر ضربه الیاف کربن را بهبود بخشد. پارچه های طیفی را می توان به صورت موضعی برای افزایش مقاومت در برابر سایش استفاده کرد.
پلی پروپیلن با وزن مولکولی بالا:
Innegra فیبری است که توسط Innegra Technologies از پلی پروپیلن با وزن مولکولی بالا (HMPP) ساخته شده است. اگرچه اینگرا به اندازه کولار یا داینما قوی نیست، اما در برابر ضربه و شکستگی با هزینه کمتر، سخت و مقاوم است. اغلب Innegra به عنوان یک جزء از مواد تقویت کننده هیبریدی، مخلوط با فیبر کربن یا الیاف شیشه برای افزایش چقرمگی لمینت استفاده می شود.
الیاف گیاهی:
در حالی که فایبرگلاس و فیبر کربن رایج ترین الیاف تقویت کننده هستند، قدیمی ترین الیاف تقویت کننده ساختاری الیاف چوب و گیاه هستند. در دهه گذشته، علاقه دوباره به الیاف گیاهی ورقه ورقه، به ویژه کتان و جوت، که خواص مکانیکی مفیدی را ارائه میدهند و پردازش مشابه با انواع الیاف استاندارد را ارائه میدهند، افزایش یافته است. یکی از چالش هایی که الیاف گیاهی با آن روبرو هستند، دامنه وسیع تری از خواص مکانیکی نسبت به مواد مهندسی شده سنتی است و به اندازه الیاف شیشه E معمولی قوی نیستند. جذب رطوبت یک مشکل برای همه مواد تقویت کننده کامپوزیت مبتنی بر زیست است که می تواند برای بسیاری از فرآیندهای کامپوزیت مشکلاتی ایجاد کند.
الیاف سرامیکی:
کامپوزیت های زمینه سرامیکی (CMC) خواص مکانیکی مشابهی با کامپوزیت های فیبر کربنی دارند اما مقاومت بسیار بالایی در دمای بالا دارند. بسته به ترکیب شیمیایی آنها معمولاً توسط الیاف اکسیدی و غیر اکسیدی تجزیه می شوند. از نظر غیر اکسیدی، بور یکی از شناخته شده ترین مواد تقویت کننده سرامیکی است که دارای مقاومت فشاری باورنکردنی است. الیاف کاربید سیلیکون (SiC) استحکام و سفتی بالایی دارند و بسیار سخت هستند. الیاف مبتنی بر اکسید دارای مقاومت اکسیداسیون بالاتر اما خواص مکانیکی کمتری است.
Xiamen LFT Composite Plastic Co., Ltd. یک شرکت با نام تجاری است که بر LFT&LFRT تمرکز دارد. سری الیاف شیشه بلند (LGF) و سری فیبر کربن بلند (LCF). LFT ترموپلاستیک این شرکت برای قالب گیری تزریقی و اکستروژن LFT-G قابل استفاده است و همچنین می تواند برای قالب گیری LFT-D استفاده شود. می توان آن را با توجه به نیاز مشتری تولید کرد: طول 5 ~ 25 میلی متر. ترموپلاستیک های تقویت شده با نفوذ پیوسته فیبر بلند این شرکت گواهینامه سیستم ISO9001 و 16949 را دریافت کرده اند و محصولات دارای علائم تجاری و پتنت های ملی زیادی هستند.
تلفن:13950095727
Email:sale02@lfrtplatic.com
