صفحه 1:
INTRODUC @ COMPOSITE ۰6

صفحه 2:
منابع Fiber Reinforced Composites, Materials, Manufacturing, and Design-P.K. Mallick-CRC press, 2008. Composite Materials Design and Applications-D. Gay, S.V. Hoa, S.W. Tsai-CRC Press-2003. Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells-Theory and Analysis-J.N. Reddy, CRC Press-2004. Material Science and Engineering - W.D. Callister, D.G. Rethwisch- John Wiley-2011. ©

صفحه 3:
تقسیم بندی مواد 0 مواد به ۴ دسته عمده تقسیم میشوند: ‎٩‏ فلزات-سرامیکها-پلیمرها-کامپوزیتها ‏0 فلزات دارای مزیتهای صلبیت. استحکام و شکل پذیری بالا اما عیب چگالی بالا میباشند. ‎٩‏ سرامیکها دارای صلبیت و استحکام بالا ولی عدم شکل پذیری مناسب ‏© پلیمرها دارای چگللی کم. شکل پذیری خوب ولی استحکام و صلبیت پایین ‎٩‏ کامپوزیتها دارای ویژگیهای صلبیت و استحکام و شکل پذیری خوب در حد = فلزات ودرعين جكالى يايين در حد يليمرها ميباشند.

صفحه 4:
,| = ۱ — ۳ | اسم 0 1 ‎a‏ ‏= هم اد 1

صفحه 5:
مقدمه ‎٩‏ ورود کامپوزیت به عنوان دسته جدیدی از مواد از اماسط قرن بیشتم با طراحی و ساخت کامپوزیتهای چندفازی مثل کامپوزیتهای پلیمری تقویت شده با الباف شیشه (فایبر گلاس) آغاز گشت. ‎٩‏ البته کاربرد مواد چند فازی نظیر چوب. کاه گل (لیاف کاه گل را تقویت می کنند)» و حتی برخی آلیاژها فولادی به عنوان نمونه هایی از کامپوزیت هستند که قبل از این ايام بكار ميرفتند. ‎ ‎Figure 1 Henry Ford and his composite car

صفحه 6:
‎٩‏ اما کامپوزیت به مفهوم امروزی ّن که از ترکسب فيزيكى_جند نوع مواد ناهمگون میتوان به ماده ای جدیدی رسید که با دسته بندی قبلی مواد (فلزات. سرامیکهاء پلیمرها) متفاوت است و خواص لن نسبت به خواص اجزای سازنده بهبود يافته ست" از اوایل قرن بیستم آغاز گشت. ‎٩‏ اکنون می دانیم بوسیله ترکیب فازهای مختلف مواد میتوان به تنوع بسیار زیادی از مواد با خواص مختلف دست یافت که توسط هیچ یک از مواد موتولیتیک نمی تون یه آن دنت ‎scaly‏ ‏0 تعریف مونولیتیک ۱0۳0۱[]۳016: به موادی که دارای ریزساختا یکنواخت و پیوسته هستند و از یک نوع ماده تشکیل شده اند. ‎O‏ در مقلبل. کامپوزیتها هستند که دارای ریزساختار غیریکنواخت. ناپیوسته و چندفازی هستند.

صفحه 7:
کابرد کامپوز پتها ‎٩‏ تلفیق گوناگون مواد مختلف برای دستیابی به خواص جدید. تنوع بسیاری در ‎Las!‏ طراحان قرار میدهد. لذا علاقه به استفاده از کامپوزیت روزافزون است. ‎٩‏ این خواص توسط هیچ یک از سه دسته دیگر قابل دسترسی نيستند. ‎٩‏ مواد کامپوزیتی دارای خواص ویژه و نامعمول هستند. لذا برای کاربردهای ویئه با تکنولوئی بالا_کاربرد دارند. به عنوان مثال در صنایع هولیی به دنبال مواد جا استحكام يلأ جكللى :يانين:: متستحكم صلب «مقاوم در برابر شرب و سائيدكى هستيم. ‏9 در هيج ماده مونوليتيكى تمامى اين خواص جمع نيست. مواد مستحكم معمولا جكللى بالايى دارند و افزايش استحكام و صلبيت با كاهش جقرمكى ‎Bashelyen‏ ‏© لذا برای دستیابی به تمامی این خواص در یک ماده باید از ترکیب مواد و خواص آنها برای بهبود خواص ترکیب بهره برد ‎

صفحه 8:
کار برد در صنصت خودرو © بدنه خودروها و اتوبوسها- دیسک ترمز- شاسی-سیستم تعلیق- میل گاردان-

صفحه 9:
کاربرد در صنایع هو © بدنه هواپيماهاء بدنه و نازل موتور موشک. سپر حرارتی شاتلهای فضایی 08 121: ‏منم وتات طلسم‎ hak: the ‘casbun ‘Shere tn the ‏ما ای‎

صفحه 10:
کابرد در ورزش و عمرآن اسکیها و بدنه دوچرخه هاء موتورها و ماشینهای مسابقه ای پلها و نماهای کامپوزیتی» ترمیم بتون بوسیله کامپوزیت

صفحه 11:
تعر یف کامپوز بت ‎٩‏ منظور از کامپوزیت هر ماده چند فازی است که تعمدا بصورت مصنوعی از ‏موادی که بصورت شیمیایی با هم همخولنی ندارند و توسط مرزهای مجزا از هم جدا شده انده طراحی و ساخته شده است. ‎٩‏ کامپوزیت یک ترکیب فیزیکی است نه یک ترکیب شیمیایی. در ترکیب ‏فیزیکی مواد در کنار یکدیگر در کنار یکدیگر قرار می گيرند. ‎٩‏ برخی از کامپوزیتها بصورت طبیعی وجود دارند. مثل چوب و استخوان ‎٩‏ در طراحی کامپوزیتها عمدتا فلزات. سرامیکها و پلیمرها با یکدیگر ترکیب میشوند تا خواص مکانیکی مثل صلبیت. چقرمگی و استحکام حتی در دماهای بالا بهبود یابد. ‏© فلذا کامپوزیتها دسته وسیعی از مواد را شامل ميشوند. ‎

صفحه 12:
دسته بندی کامپو ‎٩‏ بسیاری از کامپوزیتها متشکل از دو فاز هستند: + فاز ماتریس (۳3112) یا تقویت شونده که فاز پیوسته بوده و فاز دیگر را احاطه کرده است. ‏۲ فاز پراکنده ‎L dispersed phase)‏ ناپیوسته یا تقویت کننده ‎ceinforcement)‏ ‎۲ nso ‏خواص فازهای آسن. درصد ی‎ CD BAP GP ‏ار‎ 5 oS ‏پراکنده میباشد.‎ ‏عم‎ Kae ‏منظور از هندسه فاز پراکنده‎ ‏توزیع‎ LS pls hs ‏شکل‎ ‏© جهت آنها میباشد.

صفحه 13:
دسته بندی کامپوز یت ‎٩‏ بر مبنای فاز پراکنده یا تقویت کننده کامپوزیتها مطلبق شکل زیر دسته بندی میشوند: ‏سه دسته اصلی کامپوزیتها. تقوبت کننده ذرات-تقویت کننده الیاف و کامپوزیتهای سازه ای_میباشند. ‎Composites ° ‎° ‎Particle-reinforced Fiber-reinforced Structural ‎Large- Dispersion- Continuous Discontinuous Laminates Sandwich particle strengthened (aligned) (short) panels ‎Aligned Randomly © oriented ‎

صفحه 14:
کامیوز بتهای تقو یت کننده ذرات PRC-(gl 0 کامپوزیتهای ذرات به دو دسته تقسیم می شوند: ۱- ذرات بزرگ (0۵۲[616 2۲96)) dispersion strengthened) S51, c2si5 -¥ © تفاوت لین دو دسته در اندازه ذرات تقویت کننده و در نتیجه مکانیزم تقویت كنندكى كاميوزيت مى باشد. ‎٩‏ در کامپوزیت ذرات بزرگ. واه بزرگ به لین دلیل انتخاب شده تا نشان دهد ‏اتمها و مولکولها نیست. ‏تقویت کننده معمولا سخت تر و صلب تر از ‏كه تركيب ذرات و ماتريس د, ‎٩‏ در ‎ ‎ ‏کامپوزیت ذرات بزرگ ذرا ماتریس هستند و از حرکت فاز ماتریس در نزدیکی ذرات جلوگیری به عمل می آورند. ‎٩‏ ماتریس نیز مقداری از تنشهای اعمالی رابه ذرات منتقل می کند و در نتیجه کسری از بار به عهده ذرات است.

صفحه 15:
کامیوز یتهای تقو بت کننده ذرات (ذره اى)- 250 2 درجه تقویت شوندگی کامپوزیت وابسته به میزان استحکام چسبندگی ذرات به ماتریس است (وجه مشترک ذرات و ماتریس). © در کامپوزیت تقویت پراکندگی, ذرات دارای قطر بسیار کم در حد ‎1١.0١‏ ‎wa. Um (10-100 nm)‏ ‎٩‏ در این کامپوزيتها. عمل و عکس العمل ذرات و ماتریس در محدوده قطر اتمها و مولکولها میباشد. ‎٩‏ مکانیزم تقویت شوندگی در اين کامپوزیت شبیه رسوب سختی در آلیاژها است. عمده بار توسط ماتریس تحمل میشود و ذرات پراکنده ریز از حرک- نابجاییها جلوگیری میکنند. لذا از تغییر شکل پلاستیک جلوگیری به عمل آمده و استحکام تسلیم. نهایی و سختی بهبود می یابد. ‎

صفحه 16:
کامپوز یتهای ذرات بزرگ ‎٩‏ یک از مثالهای معروف کامپوزیت ذرات بزرگ بتون و آسفالت میباشد. در بتن ماتریس سیمان و ذرات. شن و ماسه هستند. در آسفالت. ماتريس قير و ذرات» شن و ماسه هستند. ‏ات دارای هندسه های مختلفی هستند. ولی باید ابعادشان در جهتهای مختلف تقریبا بسکان باشد. براى تقويت موثر ذرات بليد ريز و بطور یکنواخت داخل ماتریس شده باشند. ‏= کسر حجمی دو فاز تاصیر بسزایی در خواص مکانیکی کامپوزیت دارد. برای تعیین مدول الاستیک کامپوزیت دو رابطه اساسی وجود دارد که توسط آنها میتوان محدود بالا و پایینی برای مدول الاستیک ترکیب را بدست آورد. ‏© به این قوانین. قاعده ترکیب ۲۳1۲6 0۴ ۲۱۸16 گویند. ‎ ‎

صفحه 17:
قاعده یا قانون تر کیب 2 محدوه بالا برای برای مدول الاستیک کامپوزیت به قرار است: ‎E,(u) =E,V,,+ EV,‏ 0 محدوده پایینی برای مدول الاستیک از رابطه زیر بدست می آید: 7 1 ملآ ابد و ‎E,(u) E,,‏ که در آن م۲ ,م] مدول الاستیک ماتریس و ذرات» م۷ ,م۷ کسر حجمی ماتریس و ذرات است. 0 توجه شود که 100%= و/آ+ با

صفحه 18:
Mocilis of elasticity (GPa) Tungsten concentration (vol%) ‎٩‏ کامپوزیت تنگستن - مس که در آن تنگستن فاز ذره و مس فاز ماتریس است. ‎٩‏ کامپوزیت ذرات بزرگ در هر سه نوع ماده فلزی سرامیکی و پلیمری بکار گرفته ميشود. ‎٩9‏ سرمتها 66۲۳65 کامپوزیتهای سرامیکی-فلزی هستند که در آنها ذرات بسیار سخت سرامیکی مثل کربید تیتانیوم (۲162) یا کربید تنگستن (۷۷6) در ماتریس فلزاتی مثل کبالت و نیکل قرار می گيرند. ‎ ‎

صفحه 19:
سرمتها- 6۴0/2۲5 "7" ‏اين کامپوزیتها برای برش فولادهای سخت بکار میروند.‎ ٩ © ذرات كربيد سخت سطح برنده را تشکیل می دهند. ولی عیب آنها ترد بودن بسیار بالای آنها و شکستن در برابر تنشهای برشی میباشد. ‎٩‏ لذا چقرمگی آنها را با افزودن به ماتریس شکل پذیر فلزی افزایش می دهند. این ماتریس ذرات کربید را از یکدیگر جدا کرده و ملنع انتشار ترک از ذره ای به ذره دیگر ميشود. ‏© هيج ماده ای به تنهایی خواص سرمتها ندارد. ‎٩‏ در سرمتها کسر حجمی بالایی از ذرات (در حدود بالای ۸۴۰) بکار میرود. مثل سنگ برشها

صفحه 20:
استیکها-25 8۱۱55 © مواد پلیمری نظیر الاستومترها و پلاستیکها به وقور به عنوان ماتریس در کامپوزیت به کار می روند. Carbon ‏بسیاری از لاستیکها ۲۷۵۵6۲ توسط ذرات کربن سیاه‎ ٩ ‏تقویت شده اند. کربن سیاه شامل ذرات بسیار ریز کروی (قطری در‎ 61 ‏حدود ۵۰-۲۰ 1۱۲۳۳) است که توسط احتراق گاز طبیعی یا نفت در هوا تولید‎ ‏ميشود.‎ ‎٩‏ وقتی لین ماده ارزان به لاستیک اضافه شود. باعث افزایش استحکام نهایی. چقرمگی. مقاومت در برابر خوردگی و پارگی ميشود. ‏۵ تاير ماشینها دارای 1۳۰-۱۵ کسر حجمی [ ‏کربن سياه است. ‎

صفحه 21:
CONCRETE - gai Sas ‏بتون از انواع کامپوزیت ذرات بزرگ است که هر دو فاز ماتریس و‎ ٩ ‏کننده از جنس سرامیکها هستند.‎ 0 گاها اشتباها به آن سیمان 6۲۳6۱1 گویند. ‎٩‏ بتون شامل تجمعی از ذرات شن و ماسه است که توسط يك محیط چسبنده جامد (سیمان) به یکدیگر متصل شده اند. ‏9 برای آنکه میزان سیمان مصرفی (دارای هزینه بالا) کاهش یابد. از ذرات درشت ماسه در بتون استفاده ميشود. ‎٩‏ برای آنکه فضای خللی بین ذرات ماسه پر شود و تماس بین ذرات بخوبی صورت پذیرد» از ذرات شن نیز استفاده ميشود. ‏© معمولا بین 1۸۰-۶۰ کسر حجمی بتون را ذرات ریز و درشت شن وماسه و ‏© مابقی را سیمان تشکیل میدهد. ‎ ‎

صفحه 22:
‎٩‏ اضافه کردن درست مقدار آب و تلفیق خوب سیمان و ب و ماسه و شن در کیفیت بتون و استحکام مرز مشترک چسبنده بین سیمان و ذرات شن و ‎dase‏ موفز است. ‎٩‏ وجود خاک در شظن ماسه باعث میشود که سیمان بخوبی به ذرات شن و ماسه نچسبد و استحکام بتون کاهش یابد. ‎٩‏ مزایای بتون: در محل مورد نیاز براحتی ريخته_شده و در دمای اتاق سخت ميشود. حتی در زیر آب نیز سخت ميشود. ‏0 معایب: بسیار ترد است. استحکام کششی لن ۱/۱۰-۱/۱۵ استحکام فشاری آن است. سازه های بزرگ بتونی دچار انبساط و انقباض حرارتی قلبل توجه میشوند. آب در سطح آن ایجاد حفره کرده و باعث نفوذ لب و یخ زدن آن در ‏© هوای سرد ميشود.

صفحه 23:
REINFORCED CONCRETE- asi tid 93 ‏بقون‎ 0 استحکام بتون را بوسیله تقویت کننده هایی از جنس میله یا شبکه های فولادی میتوان افزایش داد. بدین ترتیب سازه تحمل بارهای کششی. فشاری و برشی بیشتری خواهد داشت. ‎٩‏ تقویت کننده از گسترش ترک داخل بتون جلوگیری میکنند. ‏د تقویت کننده خوبی برای بتون است. زیرا ضریب انبساط حرارتی ن با ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‏بتون سريعا زنك نميزند. ‎٩‏ چسبندگی بین فولاد و سیمان نسبتا خوب است. این چسبندگی بوسیله ایجاد زائده روی میله افزایش میدهند. © افزودن الیاف شیشه. نایلون. پولی اتیلر ‏نيز باعث افزايش استحكام بتون است.

صفحه 24:
بتون دارای پیش بار- 28۴5۲8۴55۴0 CONCRETE ‎٩‏ روش دیگر افزایش استحکام بتون. ایجاد تنشهای پسماند فشاری در آن است. ‎٩‏ روش اول: سیمهای با استحکام بالا داخل قالب خالی قرار داده شده و تحت کشش قرار ‏میگیرند. بعد از ریختن بتون و سخت شدن آن؛ نیروی کششی روی سیمها برداشته شده و بتون تحت فشار قرار میگیرد. ‎° ‏روش دوم: سوراخهایی را بوسیله تعبیه لوله ‏توخاا | تون ايجا « از توخالی در سراسر بتون ایجاد کرده. بعد از سم ‏سخت شده بتون از این سوراخها سیمهای فولادی رد کرده و تحت کشش قرار میدهند. لذا بتون تحت فشار قرار ميكيرد. ‎ ‎ ‎sydd ‎1 ‏لي || # ‎dey ‎sydd ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 25:
کامپوز بتهای تقویت بر اکندگی (ذر ات ریز)- ‎DISPERSION STRENGTHENED‏ ‎٩‏ آلیاژهای فلزی و فلزات میتنوانند توسط پخش ذرات بسیار ریز بسیار سخت (مثل ذرات سرامیکی مثل اکسید آلومینیوم) مستحکم و تقویت شوند. ‎٩‏ مکانيزک تقویت کنندگی شامل جلوگیری از حرکت ابجاییها توسط ذرات تقویت کننده است. این روش در دمای بالا قابل بکارگیری است. ‏© ذرات بايد بگونه ای انتخاب شوند که با ماتریس واکنشی صورت ندهند. ‏بر لین حللت کم و در حد چند در ‎ ‏از جمله این کامپوزیتها میتوان به آلومینیوم-اکسید آلومینیوم اشاره داشت. ذرات پودر اکسید آلومینوم بسیار سخت بوده و به ماتریس نرم آلومینیوم اضافه میشوند. ‎

صفحه 26:
کامپوز یتهای تقوبت کننده الیاف- ۲8 ‎٩‏ مهمترین نوع کامپوزیت. کامپوزیتهای با فاز تقویت کننده الیاف ميباشند. ‏© دراين نوع كاميوزيتهاء بار توسط ماتريس بين الياف توزیع شده و توسط آنها تحمل ميشود. ‎٩‏ هدف از ساخت کامپوزیتهای تقویت شده الیافی. رسیدن به استحكام و صلبيت بالا فز عین سبکی اه ‎٩‏ برای بیان این خواص از استحکام ویژه و مدول ویژه استفاده میشود: ‏استحكام ويزه (5]16109111 6151© 50): نسبت استحكام كششى به وزن ‏مدول ویژه (5لا|لا ۳۵۵ 5061۴16): نسبت مدول الاستیک به وزن ‏0 کامپوزیتهای الیافی بر مبنای طول الیاف دسته بندی ميشوند: الباف بسوسته و خرد ‏© در الياف كوتاه. طول الیاف بسیار کوتاهتر از آن است که بتوانند تاثیر بسزایی در ‏© افزایش استحکام کامپوزیت داشته باشند. ‎

صفحه 27:
تاثير طول الياف ‎٩‏ خواص مکانیکی کامپوزیتهای الیافی, نه تنها به ویژگیهای الياف بكار رفته. بلکه به درجه انتقال بار یه الیاف توسط ماتریس بستگی دارد. ‎٩‏ درجه انتقال بار به الیاف توسط ماتریس وابسته به استحکام و میزان چسبندگی الیاف به ماتریس در وجه مشترک بین آن دو میباشد. ‎٩‏ اتصال الیاف و ماتریس در انتهای الیاف پایان می یلبد و الگوی تغییر شکل ماتریس در حللت بارگذاری. مطلبق شکل است. یعنی انتقال ابر در انتهای الیاف کاهش یافته و پایان میپذیرد. ‎

صفحه 28:
طول بحرانی الباف- ۲۱8۶5 08۱۲۱6۵۱ ‎LENGTH‏ ‎٩‏ طول بحرلنی: حداقل طول مورد نیاز برای آنکه استحکام بخشی الیاف بصورت موثر باشد. ‏0 طول بحرلنی | تابعی از قطر الیاف 0. استحکام نهلیی الیاف" و استحکام وجه مشترک الیاف-ماتریس (یا استحکام برشی تسلیم ماتریس» هرکدام کوچکتر است)۰" است: ‎90 ‎2r, ‎3 ‏© در اغلب کامپوزیتهای الیاف شيشه و کربن. طول بحرانی در حدود ۱ ۲۱۲0 است که تقریبا ۱۵۰-۲۰ برابر قطر الیاف است. ‎ ‎L=

صفحه 29:
طول بحرانی الیاف © توزيع تدش در الیاف با طول برابر طول بحرلنی. کوچکتر و بزرگتر از آن در حالیکه تتش اعمللی به کامپوزیت برابر استحکام نهایی الیاف است. مطابق شکل است. 9 در طول بحرانی» تنها در وسط الیاف به حداکثر تحمل بار میتوان دست یافت. ‎٩‏ اگر طول الیاف کمتر از طول بحرانی باشد. از حداکثر ظرفیت باربرداری الیاف ‏استفاده نشده است. ‎۰ ۳۹ ‏سول‎ re ‎Position Peston Poston ‎ ‎9 a — Ff ‏وسسسست‎ # # ١ | ‎ ‎

صفحه 30:
تاثیر زاو یه الیاف و فدظت الیافت © زوایه الیاف و غلطت الیاف تاثیر بسزایی در خواص و استحکام کامپوزیت دارد. با توجه به زاویه الیاف دو حالت امکان وقوع دارد: مان موازی و هیزانتتای قباس الیاف درريك جهة ۲ جهتگیری نامنظم و تصادفی الیاف نسبت به 4 9 الیاف پیوسته معمولا همراستا = هستند. در حالیکه الیاف خرد ممکن است همراستا و یا با جهت ات | ۳ تصادفی باشند. توزیع الیاف معمولا یکنواخت است. ۰ را 3 6 discontinuous discontinuous and ‘and aligned randomly oriented. Leegtudinal ‘rection ‘rection ۱۱۱ ee continuous and aligned

صفحه 31:
کامیو ز یتهای الیاف پیوسته همر استا پاسخ مکانیکی این نوع کامپوزیتها به سه عامل اساسی بستگی دارد: رفتار تتش-کرنش فاز ماتریس و فاز الیاف 7 کسر حجمی الیاف و ماتریس © جهت اعمال بار © كاميوزيتهاى با الياف همراستاء خواص ناهمسانكرد (3150610216) دارند. ‎٩‏ نمودار تنش-کرنش برای فاز الیاف. فاز ماتریس و کامپوزیت در حالت بارگذاری طولی در شکل نشان داده شده است. ‎٩‏ فرض شده که الیاف»کاملا تد و ماتریس+ شکل پذیر است. ‎Oe SG ee Sem

صفحه 32:
Strain 1 4 4 ; » 1 3 5

صفحه 33:
رفتار تنش-کرنش در بارگداری کشش طولی ‎٩‏ دو مرحله در رفتار کامپوزیت مشاهده میشود: ‏مرحله اول: هردوی الیاف و ماتریس بصورت الاستیک تغییر شکل میدهند. در ‎ale yo on!‏ معمولا نمودار کامپوزیت بصورت خطی است. ‏مرحله دوم: بعد از مرحله اول و در کرنشها بزركتر از«د“كه ماتريس بصورت پلاستیک تغییر شکل میدهد. در حالیکه الیاف هنوز در منطقه رفتار الاستیک خطی هستند. در مرحله دوم رفتار شبیه خطی است. ولی با این تفاوت که شیب آن کاهش یافته است. ‎٩‏ با عبور از مرحله اول و ورودبه مرحله دوم. مقدار باری که به دوش الیاف می افتد. افزایش می یابد. ‎٩‏ شروع تخریب کامپوزیت زملنی است که الیاف شروع به شکست میکنند یعنی در کرنش تقریبی م۶

صفحه 34:
‎٩‏ تخریب کامپوزیت از جنس شکستهای ناگهانی نیست. به دو علت: همه الیاف در یک زمان دچار شکست نمیشوند. زیرا استحکام آنها دقیقا یکی ‏* بعد از شکست ‎GU‏ ماتریس هنوز دچار تخریب نشده است. لذا الیاف شکسته شده هنوز داخل ماتریسی قرار دارند که تغییر شکل پلاستیم میدهد. فلذا میتوانند قسمتی از بار را هنوز تحمل کنند. ‏0 البته تخریب کامپوزیت از نوع شکستهای ناگهانی (31351۳001016)) نیست. این امر به دو علت است: همه الیاف در یک زمان دچار شکست نميشوند. زیرا استحکام نهلیی آنها دقيقا یک له ليست ‏۲ بعد از شکست الیاف؛ ماتریس هنوز دچار تخریب نشده است( ). بنابراین لیاف شکسته شده در داخل ماتریس با تفییر شکل پلاستیک هستودیو جوز میتوانند بارتحمل کنند.

صفحه 35:
رفتار الاستیک-بار گذاری طولی ‎٩‏ حال توجه خود را به رفتار لاستیک (منطقه اول) کامپوزیتهای الیاف با بارگذاری در راستای طولی معطوف میکنیم. ‎٩‏ فرض میشود که اتصال ماتریس و الیاف کاملا چسبنده است. لذا جابجلیی آنها در راستای طولی در وجه مشترک یکسان است (فرض هم کرنشی). ‎5 ‏کل باری که توسط کامپوزیت تحمل ميشود ۳ يح‎ ٩ ‏برابر است با مجموع بارهای تحمل شده توسط الیاف ‏۴ و توسطماتریس۴]۳. ‏لذا با توجه به مفهوم تنش داریم: ‎EE‏ ‎=F Robt E, ‎ ‎oe 0,A, =0,A +0,,A,, ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 36:
‎٩‏ با تقسیم طرفین رابطه بر سطح مقطع کل ‎۸٩6‏ داریم: ‎Ay An =o, +0,V,,‏ ‎0 =0,— +o, ‎A OTA, ‏تنشی که در الیاف و یا ماتریس توزیع ميشود وابسته به کسر حجمی ‎ ‎ ‏آنهاست. ‎٩‏ از طرفی در هم 25,5( ‎us dsostrainy‏ طولی الیاف» ماتریس و کامپوزیت یکسان است. لذا با تقسیم طرفین بر کرنش کامپوزیت داریم: ‎ ‎E,=EV +EVn ۶01 ‏در واقع کامپوزیت بصورت یک ماده همگن با مدول الاستیک طولی‎ ٩ ‏نت و شده آسنت:‎ E, =E,V +E,(1-V,) ‏بصورت زیر فرض‎ ‎٩‏ چگالی متوسط کامپوزیت نیز از رابطه مشایه بدست می آید: و۵ + ‎Po =PM‏

صفحه 37:
نسبت بار الیاف به بار ماتر یس ‎٩‏ با استفاده از رولبط قبلی نسبت باری بر دوش الیاف افتاده نسبت به ماتریس بصورت زیر بدست می آید: ‎ ‎ ‎ ‎ory, ‎Fi 9 ‏م4‎ 0 Ve 8" EW FE, ‏اه ورف قرت‎ EVin Vn

صفحه 38:
مثال ‎٩‏ یک کامپوزیت الیاف پیوسته حاوی ۸۴۰ کسر حجمی الیاف شيشه و 1۶۰ کسر حجمی رزیین پولی استر میباشد. مدول الاستیسیته الیاف شيشه ‎٩‏ 6803 و يولى استر بعد از آنکه سخت شد. ۳.۴ 6303 است. موارد زیر را حساب کنید: ‏الف) مدول الاستیسیته کامپوزیت در جهت طولی ‏ب) اگر سطح مقطع کامپوزیت ۲۵۰ ۲۳۲۲۱2 باشد و تدش در راستای طولی ۰ 102 به کامپوزیت اعمال شود. مقدار باری که توسط هر یک از فازها تحمل ميشود. ‏ج) كرنش هر فاز را محاسبه نماييد. ‏حل: ‎=3.4x0.6+ 69x0.4 =30 GPa‏ ,£

صفحه 39:
منال FE, 34x06 =0,A, =50%250=12500 N 7 _ 09۳04 ‏دووو-‎ F =135F, 7 +F, =V.5F, =125= F, =860 N, F =11640 N E, E E ‏محاسبه کرنش هر فاز‎ هوج و ‎_50E6‏ 9۰ - fo ‏ر‎ 30E9 A,, =V,,A, =0.6x250=150 mm? Ap =V A, =0.4X250=100 mn?

صفحه 40:
رفتار الاستیک-بار گذاری عرضی ‎٩‏ در حالتی که کامپوزیت با الیاف پیوسته همراستا در جهت عرضی بارگذاری شود. تنش در کامپوزیت با تنش در هر یک از فازهای ماتریس و الیاف برابر ‏است (هم تنشی): ‎O, =O, =O, =O ‎٩‏ تغيير شكل یا کرنش عرضی کل کامپوزیت از رابطه زیر تبعیت میکند: ‎Eo =EMV + ‏ولآررء‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 41:
9 افاته ‎AB, =AB, +AB,,> Be, =By€ + Br€m‏ B, B, a? ms a ‎HEM FEW in‏ رع “+ رع كاد رع د ‎B,‏ 2 ‏0 در منطقه یک. رفتار کامپوزیت الاستیک خطی است. لذا داریم: ‎Vn‏ ات رگد 9 ‎E,‏ 3 بط ‎E, E, E,‏ ‎٩‏ لذا مدول الاستیک عرضی کامپوزیت از رابطه بدست می آید. © رولبط بدست آمده یرای مدول الاستیک جانبی و طولی را برای کامپوزیتهای ذره ای (ذرات درشت) نیز میتوان بکار برد که در آن 0<۳۱<]۴۲] که ‏© در قبل به عنوان روابط حد بالا و حد پایین بیان شدند.

صفحه 42:
منال ‎٩‏ مثال قبلی را برای برای حالت بارگذاری جانبی حل کنید. ‎ _ 9‏ مق بر 4 ۷ ‎7 ‎=5.5 GPa ‎٩‏ مدول الاستیک عرضی مقدار کمی بزرگتر از مدول الاستیک ماتریس است و در حدود ۱/۵ مدول الاستیک طولی کامپوزیت است. ‎۱ ۴0۱26 5 GPa ‎۶01230 GPa ‏مک‎ ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 43:
استحکام نهایی طولی ‎٩‏ استحکام نهایی برابر حداکثر تنشی است که کامپوزیت میتواند تحمل کند (حداکثر تنش در نمودار تنش-کرنش) و مترادف است با نقطه شکست الیاف. ‎٩‏ مد تخریب در کامپوزیتها مقداری پیچیده و وابسته به خواص ماتریس, اليافه و وجه مشترک الیاف با ماتریس است. ‏© معمولا م6 > 6 لذا لیاف زودتر از ماتریس دچار شکست شده و بارى آنها به دوش ماتريس مى افتد. ‏© استجكام نهايى از رابطه زير: ‎0, =0',,(1- Vz) t0°V, ‏ماتریس در کرنش ‎ ‎ ‎

صفحه 44:
استحکام نهایی عر ضی ‎٩‏ استحکام نهایبی کامپوزیتهای با الیاف پیوسته و تک جهته (۱۳۱01۲6110۳0۱) ناممسانگرد است. این نوع کامپوزیتها معمولا برای تحمل بار در راستای طولی طراحی ميشوند. ‏5 لنایه هر حال باگذاریهای عرضی هرچند کم. همواره موجودند. در این بارگذاریها: احتمال تخریب زودرس کامپوزیت وجود دارد. زیرا استحکام عرضی این نوع کامپوزیتها بسیار پایین است. ‏0 استحکام طولی بیشتر تحت تاثیر استحکام الیاف است. اما در استحکام عرضی خواص تابعی از سه عامل است: خواص الیاف و ماتریس ‏+ استحکام وجه مشترک الیاف و ماتریس ‏* وجود حباب (010/) © © اغلب براى بهبود استحكام عرضى كامبوزيت. خواص ماتريس را بهبود ميدهند.

صفحه 45:
60 شاهده ميشود استحكام عرضى بسيار استحكام طولى كاميوزيت و بعضا حتى كمتر از استحكام ماتريس است. در اينحالت كاميوزيت بجاى تقویت, تضعیف شده است. Longitudinal Transverse Tensile Tensile Material Strength (MPa) Strength (MPa) Glass-polyester 700 20 Carbon (high modulus)-epoxy 1000 35 Kevlar-epoxy 1200 20

صفحه 46:
سوال © مشخصات ؟ كاميوزيت فرضى إداده شده است. آنها را بر أساس استحكام رده بندى نماييد. Fiber Ave. Fiber Critical Fiber Vo Fraction Strength Length Length Composite ‏ما‎ Fibers (MPa) (mm) (mm) A glass 0.20 35x 10 8 0.70 B glass 0.35 35x 10 12 075 c carbon 0.40 55x10 8 0.40 D carbon 0.30 55x10) 8 0.50 ‎٩‏ بر اساس معیار طول بحرلنی ایلاف. کامپوزیت ۸۸ جزء کامپوزیتهای الیاف خرد بوده و مابقی کامپوزیت با الیاف پیوسته هستند. ‎٩‏ با توجه به کسر حجمی و استحکام بیشتر الیاف کربن نسبت به الیاف شیشه, رده بندی بصورت ۸۸ ,2,8 بن) است. ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 47:
کامپوز یتهای الیاف ناپیوسته همر 9 اگرچه تقویت کنندگی الیاف ناپیوسته کمتر از الیاف پیوسته است. اما استفاده از در حال گسترش است. الیاف خرد شیشه (106۲] ۱0۵۴060-9155)) در به وفور استفاده ميشود. ‎٩‏ الیاف خورد کرین و آرامید نیز در برخی موارد کاربرد دارد. ‎٩‏ کامپوزیتهای الیاف کوتاه در صورت ساخت صحیح. میتوانند مدول الاستیسیته برابر ‎۸٩۰‏ و استحکام برابر ۸۵۰ کامپوزیتهای الیاف پیوسته همتای خود داشته باشند. ‏صنعت کا ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 48:
‎٩‏ استحکام این نوع کامپوزیتها با توجه به طول الیاف در دو حالت محاسبه میشود: طول الیاف ناپیوسته همراستا (1516 >۱>1). استحکام نهایی طولی: ‎+o',(1- V;,)‏ ۷ 0< ره ‎ ‎fact ‎al ‎ ‏۰ طول الیاف ناپیوسته همراستا (16>). استحکام نهایی طولی: ‎Oey: alg +o',(1- V;) ‏که در آن 6 قطر الیاف. ۲6 استحکام وجه مشترک الیاف با ماتریس (یا استحکام © تسلیم برشی ماتریس هر کدام کوچکتر است) میباشند.

صفحه 49:
کامیوز یتهای الیاف ناپیوسته با جهتهای تصادنی 0 چنانچه جهت الیاف تصادفی باشد. ازالیاف خرد استفاده ميشود. در اين حالت فى خر = بر این ‎a‏ ترکیب ‎rule of mixture)‏ براى مدول الاستيسيته بصورت زیر ‏است: ‎E,, =KEV +EV,‏ ‎ ‎ ‎fiber efficiency)sllc seo pall. KO‏ لستکه به مقدار آنولبسته ‎col BFE Mes 5 VEEL ome pa 5‏ ‎٩‏ مقدار ‏ کوچکتر از یک و مابین 6<۰۱.> ا...- ‎20007 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 50:
© در جدول زیر اثر تقویت کنندگی الیاف خرد بر پلی کربنات بررسی شده است. Fiber Reinforcement (vol%) Property Unreinjoreed 20 30 00 Specific gravity 119-122 135 143 132 ‘Tensile strength 59-62 110 131 159 [MPa (ksi)] (8.5-9.0) (16) (19) 3) Modulus of elasticity 224-2345 393 802 ne {GPa (10 py] (25-0340) (036) (125) (1.68) Elongation (%) 9015 ‏مه‎ a 35 Impact strength, 1216 20 20 25 notched Izod (Ibyin.) ‎٩‏ ملاحظه ميشود که با وجود آنکه چگللی ماده خیلی عوض نشده است. استحکام نهایی آن حدودا ۳ برابر و مدول الاستیسیته حدودا ۵ برابر شده است. همچنین پلیکرنبات شکل پذیر بسیار تردتر شده است. ‏© © با افزایش کسر حجمی الیاف خرد» تقویت کنندگی آن افزایش می یابد. ‎ ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 51:
‎٩‏ مطالب بالا در مورد تقویت کنندگی الایف در جدول ذیل خلاصه شده است. ‏© کامپوزیتهای با الیاف همراستا به شدت ناهمسانگرد هستند. در اين کامپوزیتها حداکثر استحکام و تقویت کنندگی در جهت الیاف است و در جهت عرضی عملا هیچ تقویت کنندگی صورت نمیگیرد (شکست کامپوزیتها معمولا در این راستا صورت میگیرد). ‎Reinforcement ‎Fiber Orientation Stress Direction Efficiency All fibers parallel Parallel to fibers 1 Perpendicular to fibers 0 Fibers randomly and uniformly Any direction in the plane 1 distributed within a specific plane ‘of the fibers Fibers randomly and uniformly Any direction + ‎distributed within three dimensions in space ‎ ‎ ‎

صفحه 52:
اعمال بار گداری در جهتهای مختلف ‎٩‏ اگر یک کامپوزت در معرض تنشهای چند محوره قرار گیرد. از دو روش برای تحمل بار میتوان استفاده نمود: استفاده از چند صفحه کامپوزیتهای همراستا که در جهتهای مختلف به هم چسبانده شده اند که به آنها کامپوزیتهای چندلایه (8۳1]03۲) گویند. ‏۲ استفاده از الیاف خرد با جهات مختلف و رندوم ‎٩‏ مطلیق جدول قبلی ملاحظه میشود که روش دوم بین ۸۳۷-۲۰ باعث تقویت کامپوزیت ميشود. ولی خواص مکانیکی کامپوزیت در آن همسانگرد است. ‎٩‏ انتخاب نوع الیاف مور استفاده در کامپوزیت (طول و جهت) وابسته به طبیعت و بزرگی بارگذاری و هزینه ساخت است. در کامپوزیتهای الیاف ناپیوسته نسبت به الیاف پیوسته نرخ تولید و توان تولید شکلهای پیچیده تر بسیار بیشتر و هزینه ‏0 ساخت بسیار کمتر است.

صفحه 53:
‎٩‏ روشهای تولید کامپوزیتهای الیاف خرد همانند پلیمرها شامل پرسکاری (60۵۳۱0۳655/0۲). تزریق (10[666[0۳) و اکستروژن باشد که در روشهای ساغت مفضلا بحث خواهد شد: ‎Tee he 5“‏ موه ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎Bone! Noten paste Erste‏ سوم ‎Feed hopper‏ ‎Mod ‎cot ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 54:
فاز الباف © اغلب مواد بخصوص مواد ترد. بصورت نازک و الیاف بسیار مستحکم تر از حالت حجیمشان (الا0) هستند. این امر به علت کمتر شدن احتمال حضور ترکهای با طول بحرانی با کوچک شدن ابعاد ماده است. 0 از لین خاصیت در الیاف برای تقویت کنندگی استفاده میشود (معمولا استحکام الیاف از مرتبه ۱02" به مرتبه 302) ارتقاء یافته است). ضمن آنکه الیاف از مواد با استحكام بالا ساخته ميشوند. © بر مبناى قطر اليافء ماد به سه دسته تقسیم میشوند: Whisker .1 Fiber 2 Wire 2 0 قطر ۷۷۱/5166۲ بسیار نازک (در حد یک بلور) بوده و لذا تقریبا بدون ترک زیر (۲13۷0) میباشد. اين مواد جزء مستحكمترين مواد ميباشند.

صفحه 55:
2 با وجود استحکام بالای ۷۷۱156۲ از آنها برای ساخت کامپوزیت استفاده نميشود. زیرا اولا قیمت بسیار بالایی دارند و ثانبا تلفیق موثر ۷۷/۱/516۲ با ماتریس غیرعملی است. ‎٩‏ از مواد ۷۷15/6۲ میتوان گرافیت. کربید سیلیکون. نیترید سیلیکون و اکسید آلومینیوم را نام برد ‎٩‏ دسته دیگر مواد الیاف (۲106۲) شامل مواد با قطر کوچک در حد چند بلور میباشند. معمولا شامل مواد پلیمری و سرامیکی مثل شیشه. آرامید (پلیمری): کربن؛ بورون: اکسید آلومینیوم و کربید سیلسیوم میباشد. ‏0 دسته دیگر مواد سیمها (۷1۲6) دارای قطر بزرگ میباشند و میتوان به سیمهای فولادی و تنگشتن اشاره کرد. از سیمها برای تقویت در تایرهای ماشین. بدنه موشکها و مخازن تحت ‎dilament WOUMAING) jbsd‏ استفاده ميشود.

صفحه 56:
Specific Modalus (GPa) 318 109-118 ‏و‎ 15 % 9 106-407 281 156 ‏ققد‎ ‎m 266 us 21 Modulus of Elasticity [GPa (10° psi 700 (100) 350-380 (s0-s5) 700-1500 (106-200) 80 ay 29 9 13 9 225-704 (2-10) RS ‏همم‎ ‎40 ‎(6a) ‎0 ‎(sa) ‎117 ‎07 210 0 24 07 407 0 Specific Sirengts GPa) ‏و‎ ‎156-22 ‎25-50 625 038 25-285 070-2.70 1st 140 130 268 030 022 oas Temsite Strength [GPa (10° psi) Whiskers 20 1 7 070 020 a3 20 م ‎Fibers‏ ‏138 ‏)02( ‏36-41 ‏)0525-0,600 ‏13-48 ‏)022-070( ‏345 05) 35 os 39 (0.57) 26 ‏هدم‎ متا اسلا )2239 ود 22 ‎ox‏ ‏289 ‎(oa‏ Specific Grasity 22 32 40 32 كمد 4 178.243 258 ‏مد‎ ‎30 ‎on 19 102 193 Material Graphite Silicon nitride Aluminum oxide Silicon carbide Atuminum oxide ‘Aramid (Kevlar 49) Carbo E-glass Boron Silicon carbide UHMWPE (Spectr 900) High-strength stect ‘Molybdenum ‘Tungsten

صفحه 57:
فاز ماتریس 7 فاز ماتریس شامل موادی از دسته فلزات. سرامیکها و يليمرها ميباشد. ‎٩‏ اغلب ماتریسها از جنس پلیمری و یا فلزی میباشند. زیرا به مقداری شکل پذیری در ماتریس احتیاج است. در کامپوزیتهای زمینه سرامیکی. فاز تقویت کننده عمدتا برای برای بهبود چقرمگی شکست کامپوزیت. افزوده ميشود. ‎٩‏ در کامپوزیتهای الیافی. ماتریس چندین وظیفه به شرح زیر دارد: ار يكديكر نكه ميدارد. 7 تنشهاى اعمللى به سازه رابه الياف منتقل كرده و بين آنها توزيع مينمايد. بخش کوچکی از برگذاری توسط خود ماتریس تحمل ميشود: لذا ماتريش بايد از مواد شكل يذير باشد و مدول الاستيك الياف بسيار بيشتر از آن باشد. از سطح الياف در برابر سائيدكى مكانيكى و خوردكى شيميايى محافظت مينمايد. سائيذكى و غخوردكئ :باعتقا ايجاة ترك ريزادر:سطح:الياف-و ذر نتيجة تتكس © كامبوزيت در تنشهاى كم ميشود. ‎ ‏ماتريس الياف را در

صفحه 58:
ماتریس باعث جداکردن الیاف از یکدیگر و جلوگیری از رشد ترک ترد از لیفی به لیف دیگر ميشود. لذا ماتریس بلید از مواد نرم تشکیل شده باشد و به عنوان سدی در برابر رشد ترک عمل کند. به همین دلیل در کامپوز شکست ناگهانی روی نمیدهد. بسیار ضروری است که پیوند بین الیاف و ماتریس از استحکام بالایی برخوردار باشد. در واقع استحکام وجه مشترک الیاف با ماتریس عامل بسیار مهم در انتخاب ترکیب الیافماتریس است. استحکام ماتریس تا حد زیادی وابسته به میزان چسبندگی ماتریس به الیاف است. زیرا باعث انتقال موثر تتش از ماتریس ضعیف به الیاف قوی شود

صفحه 59:
کامیوز بتهای پایه پلیمری ‎POLYMER MATRIX‏ ‎COMPOSITE‏ ° کامپوزیتهای پایه پلیمری (۳/۸6) شامل یک رزین پلیمری (۲6510) به عنوان ماتریس به همراه تقویت کننده های الیافی است. بة علت:راحقي:ساخك» ‎pil‏ و« خوامن: مناست_ذر دمای اثانق اين نوغ کامپوزیتها در تنوع و تعداد فراوان تولید ميشوند. در بخشهای بعدی تعدادی از انواع کامپوزیتهای پایه پلیمری از جمله ۴ و 6۳۴ و ‎AFRP‏ بررسی ميشوند كه در آنها براى تقويت به ترتیب از الیاف شیشه. کربن و آرامید استفاده شده است. معمولا ۴۰-۳۰ کسر حجمی کامپوزیت را رزینها تشکیل میدهند.

صفحه 60:
° کامپوز یتهای با الیاف شیشه ‎GERP‏ فلیبرگلاس یک کامپوزیت شامل الیاف شيشه (پیوسته یا ناپیوسته) داخل ماتریس پلیمری می باشد. قطر الیاف شیشه معمولا ۲۰-۳ ۱۱ است. علت مقبولیت الیاف شیشه به دلایل زیر است: الیاف شیشه براحتی از کشش مذاب شيشه توليد ميشوند. به راحتی در دسترس است و در روشهای مختلف تولید کامپوزیت میتوانند بكار روند. استحکام ویژه بالایی در ماتريسهاى بلاستيكى توليد ميكنند. تلفيق الياف شيشه با ماتريس يلاستيكى توليد كاميوزيت مقاوم در برابر شرايط محيطى ميكند.

صفحه 61:
در ض هوا قرار گرفتن برای جلوگیری از موارد بالاه به سطح الياف در هنكام توليد آسترى ميزنند. ‎Coles‏ کامپوزیتهای الیاف شیشه: با وجود استحکام بالاه صلبیت و سفتی بالایی ندارند. ‎lass‏ کاری آد ‎ ‎ ‏بان وير 20076 ‏است. در دمای بالاتر پلیمرها شروع به 0( ترك خوردن ميكنند. ‎ ‏بق ‎ ‎$+ Water spray ‎=— Glass tibers ‏۵ سم ‎= Gathering shoe ‏©سطح الياف شيشه بايد عارى از هرگوته ترک ریز باشد (کاهش استحکام). اين ترکهای ریز سطحی ‎ay‏ راحتى بر اثر سایش با دیگر مواد سخت بوجود می آیند. طح الیاف. ‏بت کوتاه باعث ضعیف شدن سطح الیاف و در نتیجه ضعیف شدن استحکام وجه مشترک الیاف با ماتریس میشود. ‎Raw material ‎ ‎Serew feeder ‎ ‎ ‎Traversing device ‏تن‎ ‎ ‎ ‎ ‎]] 35 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 62:
انواع الباف شيشه © الياف شیشه در سه دسته عمده 5-9355 ,2-9855 ,۲-۵55 تولید میشوند. در مصارف عمومی از الیاف ع] استفاده ميشود. در مواردی که نیاز به مقاومت بیشتری در برابر آب و مواد شیمیایی خورنده است. ‎BUI jf‏ و در مصارف سازه ای برای استحکام بیشتر از الیاف 5 استفاده ميشود. Glass compositions ‘Types: ‏مس‎ Structural ‘Type C: Electrical ass, has high Type A Chemical sass, used in strength, high Common | glass, wed rmost general modulus, used for soda-lime | forcorresion | purpose composite | high-performance Constituent | glass (4) | resistance (%) | applications (%) | structures (%) Sid, 720 650 552 650 ALO, 25 4.0 48 25.0 20 5 50 23 ۳ MO ‏و‎ 30 33 100 60 90 140 187 = a0 125 85 03 ‏مه‎ ‎KO 15 = 02 - Fe,0, 95 os 03 — 5 = = 0.3 —

صفحه 63:
کامپوز یتهای با الیاف کربن 0۳۳۳ ‎٩‏ کربن جزء الیاف با عملکرد بالا میباشد که در کامپوزیتهای پیشرفته بکار میرود. 0 دلایل استفاده از الیاف کرین: ‎١‏ کربن بیشترین استحکام ویئه و مدول وییه را بین تمامی الیاف در کامپوزیتها ایجاد ميكند. ‏+ در دمای بالا استحکام و مدول بالای خود را حفظ میکند. البته زودتر اکسید ميشود. ‏7 در دمای اتاق» رطوبت و مواد خورنده در آن تاثیری ندارد. ‏با توجه به خواص مهندسی بسیار مطلوب آن قیمت نسبتا مناسبی دارد. ‏9 الياف كربن از سه دسته مواد مختلف توليد ميشوند: رايون (181/011) - پلی اکریلونیتریل (۳/۵۷) - مواد قیر مانند ‎(PITCH)‏ ‎٩ ©‏ قطر الیاف کربن معمولا ۱۰-۴ ‎LIM‏ است.

صفحه 64:
‎٩‏ بر اساس مدول کششی الیاف کربن به ۴ دسته تقسیم میشوند: استاندارد - متوسط (11) - بالا (۳۷/۷) - بسیار بالا (/۲۱0() ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎٩‏ لیاف کربن بصورت پیوسته و خورد تولید ميشوند. الیاف کربن توسط یک آنستری اپوکسین: پوششن داذه (نقش محافظتی و بهبود چسبندگی به ماتر یس , یلیمری) ‎Properties of carbon-based fibers PAN Pitch Property Mt BM? UHM? | Type P* Diameter (am) 3-9 7-10. | 7-10 10-11 Density (kg/m?) 1780-1820 | 1670-1960 | 1860 2020 | 1530-1660 Tensile modulus (GPa) 228-276 | 331-400 | 517 345 41-393 Tensile sength MPa) | 2410-2930 | 2070-2900 | 1720 | 1720 620-2200 Elongation (%) 10 ‏ومیه میم كه‎ | 15-25 Coef. of thesmal expan- ‏ارول‎ 0100 Fiber direction 0410-05} ‏اوه | مت | تمصع‎ — Perpendicular to fiber direction m2 72 = 78 = ‘Thermal conductivity ۳ 20 70-105 | 140 - 38 Specific heat ‏"ليان‎ 950 925 = = = ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎AIM = intermediate modulas. 2AM = high modulus. 3UHDM = wlta high modulus, ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 65:
کامیوز یتهای با الباف آرامید 9 الیاف آرامید مواد با استحکام و مدول ‎VL‏ هستند که در سال ۱۹۷۰ شناسایی شدند. 2 کامپوزیتهای ساخته شده از این الیاف به ویژه به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا مورد توجه هستند. © الیاف آرامید از مواد مختلف پلیمری ساخته میشوند که معروفترین آنها الیاف کولار (66۷۱8۲) و نامکس («0۳06ل۱) هستند. الیاف کولار. در درجه بندیهای مختلف (۲۹, ۴۹. ۱۴۹) تولید ميشود. ‎٩‏ الیاف کولار بیشترین استحکام و مدول کششی را بين انواع الياف يليمرى داراست. ولی کامپوزیتهای تقویت شده با اين الیاف در فشار ضعیف هستند. ‏© کامپوزیتهای الیاف کولار. دارای چقرمگی بالاه مقاومت در برابر ضربه. مقاومت در برابر خزش و خستگی بالایی برخوردارند. ‏0 در دماهای بالا خواص مکانیکی خود را حفظ میکنند (-۲>200*6<۲۰۰) و در برابر احتراق مقاوم هستند. ‎

صفحه 66:
0 الیاف کولار در برابر مواد شیمیایی مقاوم نیستند. ‎٩‏ لیاف آرامید اغلب در کامپوزیتهای پایه پلیمری به همراه ماتریسهای اپوکسی و پولی استر بکار میروند. ‎٩‏ کامپوزیتهای تقویت شده با این الیاف نسبتا انعطاف پذیر و نرم بوده و اغلب برای مصارف پرتلبه ای (ضد گلوله-ضد ضربه-زره» بدنه موشکهاء مخازن تحت فشار و جایگزین آزبست در صنایع خودروبی بکار میرند. ‎ ‎ ‎ ‎fib‏ »سرا ‎Fiber type‏ ‎Speetra 900‏ ‎Property Kevlar-29 | Kevlar-49 | (polyethylene) Diameter (um) 12 12 38 Density (kp/m’) 1440 1479 970 Tensile modulus (GPa) a 131 17 “Tensile strength (MPa) 2160 2800-3792 2580 Elongation (%) 3-4 22-28 ‏که‎ ‎Coeff. of thermal expansion (x10-PC) ‎Fiber directioa 2 2 3 ‏59 39 نا ‎‘Thermal conductivity (Wim/C) = 004-05‏ ‎Specific heat (Wkg/"K) = 1420‏ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 67:
| 2 در جدول زیر خواص مکانیکی کامپوزیتهای تقویت شده با الیاف گوناگون در جهت طولی و عرضی آنها نمایش داده شده است. کمترین چگالی- بیشترین مدول - بیشترین استحکام Glass Carbon Aramid Property (E-glass) (High Strength) (Kevlar 49) Specific gravity 21 16 14 “Tensile modulus Longitudinal [GPa (10° psi)] 45 (6.5) 145 (21) 76 (11) ‘Transverse [GPs (10? psi)] 12(18) 10 (15) 55 (08) ‘Tensile strength Longitudinal [MPa (ksi)] 1020 (150) 1240 (180) 1380 (200) ‘Transverse [MPa (ksi)] 40 (5.8) 41 (6) 30 (43) Ultimate tensile strain Longitudinal 23 09 18 ‘Transverse 04 04 95

صفحه 68:
تست کشش الباف برای بافتن خواص آنها

صفحه 69:
شكل الياف-تحقيق ‎٩‏ انواع محصولات یک شرکت داخلی و یک شرکت خارجی را يافته. دسته بندی نموده و بصورت یک گزارش ارائه نمایید. ‎٩‏ خواص آنها را در جدول مقایسه نمایید. ‏ماتریسهای مناسب با این الیاف را معرفی نمایید. ‎ ‎Chopped sande Chopped stad mat

صفحه 70:
طرح الیاف- ۸8۲۷۱۲۶6۲۱۴۲ ۴۱8۶86 0 طرح الیاف بیانگر نحوه چیدمان الیاف داخل کامپوزیت و در نتیجه تعیین ننده خواص کامپوزیت است. تی بر پارامترهای ساخت کامپوزیت نیز تاثیرگذار است. ‎٩‏ لیاف بصورت یک بعدی, دو بعدی و سه بعدی طراحی و بافته ميشوند. © در الیاف یک بعدی. تمامی رشته (51۲2۳05-3۲۳5) در یک جهت یباشند. لذا استحکام کامپوزیت در راستای الیاف بسایر خوب و درجهت عمود بر آن بسیار ضعیف است. ‎٩‏ برای جبران لین نقیصه از چند لایه الیاف تک جهته در زوایای مختلف استفاده میشود. ولی خواص ضعیف بین لایه ای در چندلایه ها بعلاوه تنشهای کششی و برشی بالای بوجود آمده در آن باعث تورق (2613۳010311010]) ميشود.

صفحه 71:
‎٩‏ در الیاف دوبعدی, الیاف پیوسته بصورت دو جهته و چند جهته برای تقویت خواص در جهتهای مختلف بافته ميشوند. الیاف دو بعدی دارای الگوهای ‏الیاف دوبهدی میتوانند دارای جهتهای تصادفی بصورت الیاف خرد یا پیوسته ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‏نيز باشئد کیت تس ‎Toit 44‏ رد ‎SUEZ‏ 2 1 ‎ae ae‏ اب 1 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎‘Continuous fiber mat (CFM) Chopped strand mat (CSM) ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 72:
0 در الایف سه بعدی. علاوه بر تقویت کامپوزیت در دو جهت (۷,» در جهت 2 نیز کامپوزیت تقویت ميشود. feces OD

صفحه 73:
الیاف دیگر © الياف شيشه. كربن و آراميد معمولترین الیاف مورد استفاده در کامپوزیتهای زمینه پلیمری هستند. © الياف ديكرى به غير از الياف بالا وجود دارند كه كمتر مورد استفاده قرار ميكيرند. از جمله الايف بور يا بورون» كربيد سيليكون؛ اكسيد آلومينيوم ‎٩‏ كاميوزيت با الياف بور معمولا در هواييماهاى نظامى و تيغه هليكويتر بكار ميرود. ‏7 كاميوزيتهاى الياف كربيد سيليكون و اكسيد آلومينيوم در راکتهای تنیس: بوزدهاى الكتريكى. زره هاى نظامى و دماغه هاى راكتها كاريزد دارد. ‎Tensile Specific Modulus Specific Strengih|GPal Strength(GPa) of Elasticits| GPa| Modulus Material Speeifie Gravity (GPa) Aluminum oxide 395 138 035 7 36 Aramid (Kevlar 49) Las 26-41 25-285 BI 9 178215 ‏مر‎ 070-270 28-14 106-407 258 345 fen 25 281 257 36 140 400 136 ‎ ‎30 39 130 400 133 ‎ ‎

صفحه 74:
مواد ماتر یسهای پلیمری ‎٩‏ معمولا دمای کاری کامپوزیتها زمینه پلیمری توسط ماتریس مشخص ميشود. زیرا دمای ذوب یا تجزیه ماتریسهای پلیمری بسیار پایین تر از دمای الیاف است. ‎٩‏ دمای گذار ‎Galo (glass transition temp) az.‏ كه با عبور از آن رفتار پلیمر از حللت نرم لاستیکی به حللت صلب شيشه ای تغییر میکند. رفتار صلب شیشه ای در زیر دمای گذار شيشه برای مواد پلیمری رخ میدهد. ‎٩‏ رفتار صلب شيشه ای برای ماتریسهای پلیمری در کامپوزیت مناسب تر است. زیرا ماتریس بهتر میتواند بار را به الیاف منتقل کند و از کمانش الیاف جلوگیری کند. ‎٩‏ دمای گذار شيشه. محدود کننده دمای عملکرد کامپوزیت است. ‏9 رطوبیت باعث میشود تا دمای گذار ماتریس کاهش یابد و این خطرناک است.

صفحه 75:
ماتر بس ترموست و تر موپلاستیک ‎٩‏ رزینها به دو دسته گرماسخت (ترموست) (۱6۲0۳056) و گرمانرم (ترموپلاستیک) (۲۱6۲۳۱0۵۱851[6) تقسیم ميشوند. ‎٩‏ ترموستها رزینهایی هستند که بر اثر حرارت واکنش شیمیایی ‎ie:‏ ناپذیر انجام میدهند که اصطلاحا به تن پخت شدن (۱119») گوین شدن. ترموستها لینکهای عرضی (6۳۵55-110166) در ساختار ‎ae‏ ایجاد ‎ ‏© رزینهای ترموست بعد از پخت شدن. اگر دوباره حرارت ببینند. ذوب نمیشوند و ‎JSS‏ خود را حفظ میکنند. تا جاییکه شروع به تجزیه کنند. 2 رزینهای ترموپلاستیک. بعد از نجماد, جنانجه حرارت ببينند. دوباره ذوب شده ‏و میتوان دوباره آنها را شکل داد. لذا کامپوزي دارند. ‎ ‎ ‎

صفحه 76:
ینهای پلیمری ارزان و پرکاربرد میتوان به پهلی استر و وینیل استر اشاره که در کامپوزیتهای الیاف شيشه بکار میروند. ‎٩‏ اپوکسی ماتریس پلیمری نسبتا گرانتری نسبت به دو رزین دیگر است و در کاربردهای صنعتی بخصوص هوافضا به وفور استفاده ميشود. ‏7 اپوکسی دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به پولی استر و وینیل استر بوده و در برابر رطوبت مقاومتر است. ‎ly ©‏ کاربردهای در دمای بالاتر معمولا از رزین پولی ایمید استفاده میشود. از این پلیمر بطور پیوسته تا دمای "230 میتوان استفاده نمود. ‎٩‏ رزینهای ترموپلاستیک همانند |۴۶ و ۳۳۴5 و ۶۱ را در دماهای بالاتر در مصارف هوافضایی میتوان بکار گرفت. ‏7 خواص مکانیکی انواع رزینها در کتاب 1۵۱۱11 , & ‎(geen) Callister‏ موجود است. ‎ ‎ ‎

صفحه 77:
Polymeric ‘Thermoset polymers Epoxies: principally used in aerospace and aircraft appl Polyesters, vinyl esters: commonly used in automotive, marine, chemical, and electrical applications Phenolics: used in bulk molding compounds Polyimides, polybenzimidazoles (PBI), polyphenylquinoxaline (PPQ): for high-temperature aerospace applications (temperature range: 250°C-400°C) Cyanate ester ‘Thermoplastic polymers Nylons (such as nylon 6, nylon 6,6), thermoplastic polyesters (such as PET, PBT), polycarbonate (PC), polyacetals: used with discontinuous fibers in injection-molded articles Polyamide-imide (PAI), polyether ether ketone (PEEK), polysulfone (PSUL), polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide (PEL): suitable for moderately high temperature applications with continuous fibers tions

صفحه 78:
منال 00-70 ‏یک لوله از جنس کامپوزیت با الایفل پیوسته به قطر خارجی‎ ٩ ‏و قطر داخلی ۲۳ 01250 و طول ۱ ۲۳ احتیاج است. مهمترین‎ 0 ‏معیار طراحی مدول الاستیسیته طولی لوله است. بگونه ای که در آزمایش‎ ‏خمش سه نقطه. تحت بار ۱۰۰۰ لا خیز آن از ۰۰۳۵ ۲۲۱۲0 بیشتر نشود.‎ 0 اگر فقط از الیاف در راستای طولی استفاده شود و مجاز باشیم که از یکی از الیاف شيشه. کربن با مدولهای استاندارد. متوسط و بالا با حداکشر کسر حجمی ۰۶ استفاده نماییم. کدام الایف مناسب است؟ 9 هزینه کدام الیاف به صرفه تر است؟ 10m ۰

صفحه 79:
Density Cost (g/em) (SUS/kg) 258 210 1.80 60,00 1.80 95.00 180 250,00 114 6.00 Elastic Modulus (GPa), 25 230 285, 400 24 ۵ از آزمایش سه نقطه تیر با مقطع دایروی داریم: Material Glass fibers Carbon fibers (standard modulus) Carbon fibers (intermediate modulus) Carbon fibers (high modulus) ره 2 و د (00 -0) 7-7 رت موم ۹7 ۱ 0 2 9 vos ‏,رات 2 ,1000۷ جر ممصم‎ bn ‏وق‎ ny =035 mm, ۱ d, =70 mm,d, =50 mm yo ۱ = FE =69.3 Gpa cru on By

صفحه 80:
حال از قانون ترکیبها استفاده میکنیم: ‎E, =E,,(1- V,) +E V;‏ در جدول زیر کسر حجمی الیاف مورد نیاز برای تامین مدول الاستیک مورد : Fiber Type 7 ٠. .تسا ‏کامپوزیت محاسبه شده‎ Glass 0.954 1046 ‏مشاهده میشود که از الیاف شیشه‎ Carbon 0.293 0.707 7 Re 7 (standard modulus) ‏ان استفاده نمود.‎ Carbon 0237 0763 = or (intermediate modulus) Carbon 0.168 0.832 (high modulus) براى محاسبه هزينه. از روى كسر حجمى؛ حجم هر يك از فازهاء سپس جرم و بعد هزينه ها محاسبه ميشود. حجم کامپوزیت برابر است با:

صفحه 81:
محاسبات صورت گرفته در جدول زیر خلاصه شده است. Fiber Fiber Fiber Matrix Matrix Matrix Total Volume Mass Cost Volume — Mass Cost Cost Fiber Type (cm) (kg) (SUS) (em) __(kg)__(SUS)_(SUS) Carbon. 552 099 59.61) 1333 1.520 9.10 68.70 (standard modulus) Carbon 447 0.805 0 1438 1.639 9.80 86.30 (intermediate modulus) Carbon 317 0571 142.80 1568 1.788 10.70 153.50, (high modulus) 1 الیاف کربن با مدول استاندارد از لحاظ هزینه مناسب جرم کل لوله کامپوزیتی برابر ۲۵۱۴ 60! ميشود. همین لوله از جنس آلومینیوم با مدول الاستیسیته ۷۰ 703) و چگالی ۲۷۰ 3 برابر است با ۵.۰۹۰ 6۵ و قیمت 0/5۷ برابر 5۳۵۶ است.

صفحه 82:
کامبوز یتهای بایه فلزی- ۲ © در لين كاميوزيتهاء ماتریس فلز نرم و شکل پذیر است. مزیت لين نوع كاميوزيتها نسبت به کامپوزیتهای پایه پلیمری. شامل دمای کاری بالات غیر قابل اشتعال بودن و مقاومت در برابر کاهش خواص مواد در برابر رطوبت است. ‎٩‏ کامپوزیتهای پایه فلزی بسیار گرانتر از پایه پلیمری هستند و لذا بکارگیری آنها بسیار محدودتر است. ‏؟ برای ماتریس فلزی معمولا از فلزات آلومینیوم. منیزیوم. تیتانیوم و مس استفاده ميشود. ‏7 فاز تقویت کننده بصورت ذرات. الیاف خرد و پیوسته با کرسر حجمی ۶۰-۱۰ استفاده ميشود. ‏الیاف پیوسته اغلب از جنس کرین. کربید سیلیکون. بور و اکسید آلومینیوم و ‏فلزات دیرگداز است. از ویسکرزهای کربید سیلیکون, الیاف خرد اکسید آلومینیوم 0 و کرین؛ و ذرات کربید سیلیکون و اکسید آلومینیوم نیز استفاده ميشود. ‎

صفحه 83:
Longieudinal Tensile Strength (MPa) 620 1515 1480 340 510 1270 Longitudinal Tensile Modulus (GPa) 320 207 230 120 300. 20 Density (elem!) ‏مد‎ 293 183 3.68 Fiber Content (eo!) 41 48 50 24 38 45 ‎٩‏ روش تولید کامپوزیتهای پایه فلزی شامل دو بخش اصلی ا ۱- ترکیب کردن و در کنار هم قرار دادن فاز تقویت کننده و ماتریس ۲- شکل دهی ‏کامپوزیت. ‎ ‎Mauris ‎6061 AL 6051 AL 6051 AL 380.0 Al AZ31 Mg, 3 ‎Fiber ‎Carbon ‎Boron ‎sic ‎‘Alumina ‎Carbon ‎Borsic ‎٩‏ کاربرد کامپوزیتهای پایه فلزی در صنایع رو به گسترش است. در خودروسازی ‏برخی قسمتهای موتور شامل ماتریس ‏اکسید آلومینیوم است. ‎٩‏ در صنایع هوافضلیی از ماتریس ‏در بدنه شاتلها و تلسکوپ هابل استاده شده و ميشود. ‏آلومینیوم تقویت شده با الیاف کربن و ‏آلومینیوم با تقویت کننده الیاف بورون و یا کربن ‎ ‎

صفحه 84:
کامپوز یتهای بابه سر امیکی - ‎CMC‏ ‎٩‏ سرامیکها جزء مواد مقاوم در برابر خوردگی و در دماهای بالا هستند. ولی مقدار چقرمگی شکست بسیار کم و در حدود ۵-۱ 03.۲73 ۷آمیباشند. بیشتر فلزات دارای چقرمگی شکست ۵۰-۱۵ 03.۲۳5 ۷1آمیباشد. ‎٩‏ لذا از کامپوزیتهای پایه سرامیکی با تقویت کننده ذرات. الیاف و ویسکرز برای افزایش چقرمگی ت استفاده ميشود. در کامپوزیتهای پایه سرامیکی, ‏قرمگی شکست به ۲۰-۶ ۷103.۲۳۳0:3 ارتقاء می يابد. ‏چقرمگی شکست به دلیل اندرکنش فاز تقویت کننده با ترک می ‎Sb‏ ‏رشد ترک معمولا در ماتریس صورت می پذیرد. ولی فاز تقوبت کننده مانع رشد ترک می شود. ‎٩‏ مکانیزمهای متفاوتی برای جلوگیری از رشد ترک توسط فاز تقویت کننده وجود دارد. ‎ ‎ ‎ ‎

صفحه 85:
0 مثلا افزايش ویسکرزهای سرامیکی از جنس 513114 ,510 به ماتريسهاى سرامیکی مطلبق جدول باعث افزایش استحکام شکست و چقرمگی شکست ميشود. به دلایل زیر: ۱ کاهش تیزی نوک ترک 7 ایجاد پلهایی بر روی سطوح ترک 7 جذب انرژی در حین بیرون آمدن ویسکرز از ماتریس هنگام رشد ترک در کامپوزیتهای پایه سرامیکی عمر خزش و مقاومت در برابر بارگذاری حرارتی ناگهانی نیز افزایش می یابد. Table 16.10 Room Temperature Fracture Strengths and Fracture Toughnesses for Various SiC Whisker Contents in Al,O;, Whisker Fracture Fracture Toughness Content (vol%) Strength (MPa) (Pam) 0 ۳ 45 10 455 + 55 71 20 695 + 135 15-90 40 850 + 130 60

صفحه 86:
کامپوز یتهای هیبر بدی - ‎HYBRID‏ ‎COMPOSITE‏ ‎٩‏ در لین نوع کامپوزیتهای الیافی. به جای استفاده از يك نوع الياف. از جند نوع الیاف بصورت همزمان به عنوان تقویت کننده استفاده ميشود. ‏© يك از متداول ترین آنها استفاده. کامپوزیتهای پایه پلیمری با الیاف کربن و شیشه است. الیاف کربن به تنهایی هزینه را بالا می برد. برای حفظ قیمت و در حين حال داشتن کامپوزیت با استحکام و صلبيت بالاء از الياف شيشه و كربن استفاده ميشود. ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎٩‏ دو صورت کامپوزیتهای هیبریدی: + در كنار هم قرار گرفتن الیاف متفاوت در یک لاید © داشتن لايه هاى متفاوت از الياف متفاوت 1 ‎

صفحه 87:
فر آیندهای ساخت کامپوز ‎٩‏ دو دسته روش کلی ساخت وجود دارد: ‏+ الیاف و ماتريس در هنكام ساخت در كنار يكديكر قرار ميكيرند. ‏+ الياف و ماتريس قبلا مخلوط شده و در هنكام ساخت استفاذه ميشوند. ‏۲ روشهای متداول ساخت کامپوزیتهای الایف پیوسته بصورت زير است: ‎٩‏ پالتروزن-5100لا۳21]۲: لين روش برای ساخت قطعات طویل و سطح مقطع یکنواخت (لوله-تیر-پروفل) مناسب است. ‏الیاف آغشته به رزین ابتدا به داخل قللب فلزی برای شکل دهی اولیه و سپس به داخل قالب یخت ‎ISS ly‏ گیری نها, و بخت میروند. ‎ ‎

صفحه 88:
‎٩‏ کامپوزیتهای نیم یخت-۳۲6(0۲60: ‏پری پرگ (0۲61۲00۲690۵]60) یک واه صنعتی که به کامپوزیتهای الیاف پیوسته داخل رزین پلیمری گویند که بطور کامل پخت و سفت نشده اند. ‏لین کامپوزیتها به فرم نوار به سازنده های کامپوزیت تحویل داده ميشود. سازنده آنرا مستقیما داخل قالب قرار داده و پخت مینماید. ‏این نواره ها در پهنا ۱۵۲۵-۱۵ ۲۱۲0 و در ضخامتهای ۰۰۲۵-۰۰۰۸ ۳۱۲0 تهیه میشوند. کسر ح ‏- صفحه 6۵۲۲6۲ ‏- صفحه ۲6۱6۵56 ‏- غلطکهای اتوکشی ‎(calender) ‎

صفحه 89:
ميشوند. 5 & بلى استر و وينيل استر استفاده ميشود و كمتر از اپوکسی استفاده ميشود.

صفحه 90:
ورقهاى 51/10 به سه دسته كلى تقسيم ميشوند: \AR YT NS) NOW| | Mase XI} [PLAS Pavan VII SEA ANE MAA) Le SMC-R, SMC-CR, XMC هروسه توليد اين ورقها دز شگل قساتیگ ری تقبان داده شده است: ‎Chopper‏ Continuous strand Resin paste Carrier film roll Compaction rollers ‘Chopped fibers Take-up roll Carrior film roll

صفحه 91:
۳۱2۳060۲ ۷۷/۱8۵۱09( ‏الباف پیچی‎ ٩ این روش الیاف بطور پیوسته بدور نمونه الگویی که باید ساخته شود پیچیده ميشوند. الیاف بصورت تکی یا دسته ای ابتدابه داخل حمام رزین رفته و سپس بصورت پیوسته بدور یک مرغک (/۲۱۵۲۱0۲6) پیچیده ميشوند. > 2 بعد از پیچیدن به تعداد دور کافی, در دمای اتاق یا کوره پخت شده و مرغک از آن جدا ميشود. از نوارهای 0۲60۳69 نیز گاها بجای الیاف استفاده میشود. الگوهای متفاوتی برای پیجیدن الیاف بدور مرغک برای تامین خواص مکانیکی مورد نیز وجود دارد. . چم محیطی-مارپیچ-قطبی ‎٩‏ در این روش به توزیع یکنواخت و منظم بسیار بالایی از الیاف میتوان © دست يافت.

صفحه 92:
«Molding Process) i (clive ‏روشهای تولید بر‎ ٩ ‏روشهای تولید بر مبنای قالب بسیار متنوع است که در زیر به برخی از آنها‎ ‏میپردازیم:‎ سس =“ Contact Molding — Hand Lay-up Vacuum Molding Lh, ecm Mai ‏لا‎ Feleese agent + mold ‏و‎ ‘Compression Molding Doc Porn Resin Transfer Moulding (RTM)

صفحه 93:
Fibre 5 cet “ae ‏سیم‎ hee ‏سم‎ Spray Lay -up

صفحه 94:
تخمین چگالی و کسر حجمی حباب داخل کامپوز بت © تخمين خواص کامپوزیت ساخته شده با توجه به خواص اجزای سازنده لازمه طراحی و ساخت اصولی کامپوزیت است. در آزمایشگاه کارکردن با کسر وزنی بسیار راحت تر از کسر حجمی است. اما اي ‎lubes‏ 35 لسك رام 5 ‎es‏ ری کسر حجمی راه تبدیل که وزنی بصورت زیر است: ۷ ‏اا 1 _ گر‎ 1 W,/ Wry ‏برعلا‎ Wa Pr Pm Pr Pm 9 کسر وزنی الیاف در کامپوزیت ساخته شده را توسط دو آزمایش استاندارد میتوان تعیین نمود: روش سوزاندن ماتریس (02854 71 ۵5: در دمای 600*6۵۰۰ + روش حل کردن ماتریس (23171] ۲1 5/): در اسید نیتریک

صفحه 95:
‎٩‏ در طی فرایند ساخت معمولا حبابهایی داخل کامپوزیت شکل میگیرد که باعث کاهش خواص مکانیکی کامپوزیت (از جمله خستگی) ميشود. درصد حباب موجود در اکمپوزیت بیش از ۸۳ باشد. کامپوزیت کیفیت مطلوبی نخواهد داشت. درصد کسر حجمی حباب از رابطه زیر محاسبه میشود: ‎۷ afb 8 ‎° ‎ ‏© كه در آن ‎OMAP Vm‏ يم جكال تتورى و () جكالى اندازه كيرى شده اسست. © مثال: مطلوب است محاسبه حداکثر کسر حجمی تئوری 2 سس ۱ ‏الیاف در کامپوزیت با ساختار سلول واحد نشان داده شده. در هر سلول ۲-۱+۱/۴#۴ الیاف کامل وجود دارد. ‏_ ,۷ اه ‎Le ‎9 ‎ ‎ ‏"سح 7 كم 3 5 5 كسر حجمى در صورتى حداكثر است كه فاصله بين الياف 8] روى قطر سلول صفر شود: ‏90-- 5- ۷ م0- از - 7 4 2 ‏جح 14 ‎

صفحه 96:
کامپوز بتهای سازه ای - 5۲8۱10۲1158۵۱ ‎COMPOSITE‏ کامپوزیتهای سازه ای متشکل از مواد همگن و کامپوزیتی بوده و خواص آنها علاوه بر خواص ‎alge‏ سازنده, وابنته به هندسه سنازه نیز میباشد. 0 دو دسته کامپوزیت سازه ای: 7 ‏پنلهاء‎ - daminar composite) ls «Yaz (panels LLL io ندلایه: این نوع کامپوزيتها مشکا چسبیده است. این لايه ها داراى خواص برجسته 0 لین لایه ها در جهات مختلف روی هم چسبانده هر لایه دارای خواص جهت دار است که در ز میشوند. © 0 چند لایه میتوانند از ورقهای کامپوزیتی. کاغذ. چ ‎٩‏ به تلفیق ورقهای فلزی و کامپوزیت ۳۱۷1 كويند

صفحه 97:
پندهای ساندویچی- ۲۵۸۱۱۴۱5 5۸۱۱۵۷۷۱۵۲ 0 لین سازه ها دارای صلبیت و استحکام در عین سبکی میباشند. پنل ساندویچی متشکل از دو ‎a af facesheet) ass,‏ لایه ضخیمتر وسط به نام هسته (60۲6) چسبیده است. © رویه ها از مواد مستحکم و صلب مثل آلومینیوم. فولاد. کامپوزیت الیاف و چوب ساخته ميشوند. رویه ها بلید تحمل نیروهای کششی و فشاری صفحه ای زیادی داشته باشند.

صفحه 98:
0 وظیفه هسته به شرح زیر است: ور پپوسجه تکیه کآمی برآی روبه باشد. دارای استحکام برشی مناسب برای تحمل تنشهای برشی جانبی باشد. * به اندازه کافی ضخیم باشد تا صلبیت برشی و خمشی بالایی ایجاد نماید. © در هسته تنشهای صفحه ای بسیار کمتر از تنشهای صفحه ای داخل رویه ها بوده و قابل صرف نظر کردن است. ‎٩‏ هسته لانه زنبوری معمولا از جنس آلومینیوم و آرامید ساخته شده ميشود. ‎٩‏ استحکام و صلبیت هسته های لانه زنبوری تابعی از ابعاد سلول و ضخامت دیواره ‎ ‎

INTRODUCTION TO COMPOSITE 1 منابع 1. 2. 3. 4. Fiber Reinforced Composites, Materials, Manufacturing, and Design-P.K. Mallick-CRC press, 2008. Composite Materials_Design and Applications-D. Gay, S.V. Hoa, S.W. Tsai-CRC Press-2003. Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells-Theory and Analysis-J.N. Reddy, CRC Press-2004. Material Science and Engineering - W.D. Callister, D.G. Rethwisch- John Wiley-2011. 2 تقسیم بندی مواد مواد به 4دسته عمده تقسیم میشوند: فلزات-سرامیکها-پلیمرها-کامپوزیتها 3 فلزات دارای مزیتهای ص+لبیت ،اس+تحکام و شک+ل پذیری باال ام+ا عی+ب چگالی باال میباشند. س+رامیکها دارای ص+لبیت و اس+تحکام باال ول+ی عدم شک+ل پذیری مناسب میباشند. پلیمره+ا دارای چگال+ی ک+م ،شک+ل پذیری خوب ول+ی اس+تحکام و ص+لبیت پایین میباشند. کامپوزیته+ا دارای ویژگیهای ص+لبیت و اس+تحکام و شک+ل پذیری خوب در حد فلزات و در عین چگالی پایین در حد پلیمرها میباشند. 4 مقدمه ورود کامپوزی+ت ب+ه عنوان دس+ته جدیدی از مواد از اواس+ط قرن بیشت+م با طراح+ی و س+اخت کامپوزیتهای چندفازی مث+ل کامپوزیتهای پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه (فایبر گالس) آغاز گشت. البت+ه کاربرد مواد چن+د فازی نظیر چوب ،کاه گ+ل (الیاف کاه گل را تقوی+ت م+ی کنن+د) ،و حت+ی برخی آلیاژه+ا فوالدی ب+ه عنوان نمون+ه هایی از کامپوزی+ت هس+تند ک+ه قب+ل از این ایام بکار میرفتند. 5 ام+ا کامپوزی+ت ب+ه مفهوم امروزی آ+ن ک+ه ”از ترکی+ب فیزیک+ی چند نوع مواد ناهمگون میتوان ب+ه ماده ای جدیدی رس+ید ک+ه ب+ا دس+ته بندی قبلی مواد (فلزات ،س+رامیکها ،پلیمره+ا) متفاوت اس+ت و خواص آ+ن نس+بت به خواص اجزای سازنده بهبود یافته است“ ،از اوایل قرن بیستم آغاز گشت. اکنون م+ی دانی+م بوس+یله ترکی+ب فازهای مختل+ف مواد میتوان ب+ه تنوع بسیار زیادی از مواد ب+ا خواص مختل+ف دس+ت یاف+ت ک+ه توس+ط هی+چ یک از مواد مونولیتیک نمی توان به آن دست یافت. 6 تعری+ف مونولیتی+ک :monolithicب+ه موادی ک+ه دارای ریزساختار یکنواخت و پیوسته هستند و از یک نوع ماده تشکیل شده اند. در مقاب+ل ،کامپوزیته+ا هس+تند ک+ه دارای ریزس+اختار غیریکنواخ+ت ،ناپیوسته و چندفازی هستند. کابرد کامپوزیتها 7 تلفی+ق گوناگون مواد مختل+ف برای دس+تیابی ب+ه خواص جدی+د ،تنوع بسیاری در اختیار طراحان قرار میدهد .لذا عالقه به استفاده از کامپوزیت روزافزون است. این خواص توسط هیچ یک از سه دسته دیگ+ر قابل دسترسی نیستند. مواد کامپوزیت+ی دارای خواص ویژ+ه و نامعمول هستند .لذا برای کاربردهای ویژ+ه ب+ا تکنولوژ+ی باال کاربرد دارند .ب+ه عنوان مثال در ص+نایع هوای+ی به دنبال مواد ب+ا اس+تحکام باال ،چگال+ی پایی+ن ،مس+تحکم ،ص+لب ،مقاوم در برابر ضربه و سائیدگی هستیم. در هی+چ ماده مونولیتیک+ی تمام+ی ای+ن خواص جم+ع نیس+ت .مواد مستحکم معموال چگال+ی باالی+ی دارن+د و افزای+ش اس+تحکام و ص+لبیت ب+ا کاه+ش چقرمگی همراه است. لذا برای دس+تیابی ب+ه تمام+ی ای+ن خواص در ی+ک ماده بای+د از ترکیب مواد و خواص آنها برای بهبود خواص ترکیب بهره برد. کاربرد در صنعت خودرو بدن+ه خودروه+ا و اتوبوس+ها -دیس+ک ترم+ز -شاس+ی-سیستم تعلی+ق -میل گاردان- مخزن بنزین و ... 8 کاربرد در صنایع هوافضا بدنه هواپیماها ،بدنه و نازل موتور موشک ،سپر حرارتی شاتلهای فضایی 9 کابرد در ورزش و عمران اسکیها و بدنه دوچرخه ها ،موتورها و ماشینهای مسابقه ای پلها و نماهای کامپوزیتی ،ترمیم بتون بوسیله کامپوزیت 10 تعریف کامپوزیت منظور از کامپوزی+ت ه+ر ماده چن+د فازی اس+ت ک+ه تعمدا بص+ورت مصنوعی از موادی ک+ه بص+ورت شیمیای+ی ب+ا ه+م همخوان+ی ندارن+د و توسط مرزهای مجزا از هم جدا شده اند ،طراحی و ساخته شده است. کامپوزی+ت ی+ک ترکی+ب فیزیک+ی اس+ت ن+ه ی+ک ترکی+ب شیمیایی .در ترکیب فیزیکی مواد در کنار یکدیگر در کنار یکدیگر قرار می گیرند. 11 برخی از کامپوزیتها بصورت طبیعی وجود دارند .مثل چوب و استخوان در طراح+ی کامپوزیته+ا عمدت+ا فلزات ،س+رامیکها و پلیمره+ا ب+ا یکدیگ+ر ترکیب میشون+د ت+ا خواص مکانیک+ی مث+ل ص+لبیت ،چقرمگ+ی و اس+تحکام حتی در دماهای باال بهبود یابد. فلذا کامپوزیتها دسته وسیعی از مواد را شامل میشوند. دسته بندی کامپوزیت بسیاری از کامپوزیتها متشکل از دو فاز هستند: .1فاز ماتری+س ( )Matrixی+ا تقوی+ت شونده ک+ه فاز پیوس+ته بوده و فاز دیگر را احاطه کرده است. .2فاز پراکنده ( )dispersed phaseی+ا ناپیوس+ته ی+ا تقویت کننده ()reinforcement 12 ‏oخواص کامپوزی+ت تابعی از خواص فازهای آ++ن ،درصد مشارک+ت ه+ر ی+ک و هندسه فاز پراکنده میباشد. ‏oمنظور از هندسه فاز پراکنده شک+ل ذرات ،س+ایز ذرات ،توزیع و جهت آنها میباشد. دسته بندی کامپوزیت بر مبنای فاز پراکنده ی+ا تقوی+ت کننده کامپوزیته+ا مطاب+ق شک+ل زی+ر دسته بندی میشوند: س+ه دس+ته اص+لی کامپوزیته+ا ،تقوی+ت کننده ذرات-تقویت کننده الیاف و کامپوزیتهای سازه ای میباشند. در کامپوزی+ت ب+ا تقوی+ت کننده ذرات ،فاز پراکنده ی+ا تقوی+ت کننده ،ذرات با ابعاد تقریبا مساوی در هر جهت می باشند. در کامپوزی+ت تقوی+ت کننده الیاف ،فاز پراکنده بص+ورت الیاف اس+ت (نسبت طول به قطر زیاد) کامپوزیتهای سازه ای تلفیقی از کامپوزیتها و مواد همگن می باشد. 13 کامپوزیتهای تقویت کننده ذرات (ذره ای)PRC- 14 کامپوزیتهای ذرات به دو دسته تقسیم می شوند: -1ذرات بزرگ ()large particle -2تقویت پراکندگی ()dispersion strengthened تفاوت ای+ن دو دس+ته در اندازه ذرات تقوی+ت کننده و در نتیج+ه مکانیزم تقویت کنندگی کامپوزیت می باشد. در کامپوزی+ت ذرات بزرگ ،واژ+ه بزرگ ب+ه ای+ن دلی+ل انتخاب شده ت+ا نشان دهد که ترکیب ذرات و ماتریس در اندازه اتمها و مولکولها نیست. در کامپوزی+ت ذرات بزرگ ،ذرات تقوی+ت کننده معموال س+خت ت+ر و ص+لب تر از ماتری+س هس+تند و از حرک+ت فاز ماتری+س در نزدیک+ی ذرات جلوگیری ب+ه عمل می آورند. ماتریس نیز مقداری از تنشهای اعمالی را ب+ه ذرات منتقل می کن+د و در نتیجه کسری از بار به عهده ذرات است. کامپوزیتهای تقویت کننده ذرات (ذره ای)PRC- درج+ه تقوی+ت شوندگ+ی کامپوزی+ت وابس+ته ب+ه میزان اس+تحکام چسبندگی ذرات به ماتریس است (وجه مشترک ذرات و ماتریس). در کامپوزی+ت تقوی+ت پراکندگ+ی ،ذرات دارای قط+ر بس+یار ک+م در حد 0.1-0.01 ) µm (10-100 nmهستند. در ای+ن کامپوزیته+ا ،عم+ل و عک+س العم+ل ذرات و ماتری+س در محدوده قطر اتمها و مولکولها میباشد. مکانیزم تقوی+ت شوندگ+ی در ای+ن کامپوزی+ت شبی+ه رس+وب س+ختی در آلیاژها اس+ت .عمده بار توس+ط ماتری+س تحم+ل میشود و ذرات پراکنده ری+ز از حرکت نابجاییه+ا جلوگیری میکنند .لذا از تغیی+ر شک+ل پالس+تیک جلوگیری ب+ه عمل آمده و استحکام تسلیم ،نهایی و سختی بهبود می یابد. 15 کامپوزیتهای ذرات بزرگ ی+ک از مثالهای معروف کامپوزی+ت ذرات بزرگ ،بتون و آسفالت میباشد .در بت+ن ماتری+س س+یمان و ذرات ،ش+ن و ماس+ه هس+تند .در آس+فالت ،ماتری+س قیر و ذرات ،شن و ماسه هستند. ذرات دارای هندس+ه های مختلف+ی هس+تند .ول+ی باید ابعادشان در جهتهای مختل+ف تقریب+ا یس+کان باشد .برای تقوی+ت موث+ر ذرات بای+د ری+ز و بطور یکنواخت داخل ماتریس توزیع شده باشند. کس+ر حجم+ی دو فاز تاص+یر بس+زایی در خواص مکانیک+ی کامپوزیت دارد .برای تعیی+ن مدول االس+تیک کامپوزی+ت دو رابط+ه اس+اسی وجود دارد ک+ه توس+ط آنها میتوان محدود باال و پایینی برای مدول االستیک ترکیب را بدست آورد. به این قوانین ،قاعده ترکیب rule of mixtureگویند. 16 قاعده یا قانون ترکیب محدوه باال برای برای مدول االستیک کامپوزیت به قرار است: ‏EC  u  EmV m  E pV p ‏ محدوده پایینی برای مدول االستیک از رابطه زیر بدست می آید: 1 ‏Vm V p ‏ ‏ ‏EC  u  Em E p ک+ه در آ+ن Em, Epمدول االس+تیک ماتری+س و ذرات Vm, Vp ،کس+ر حجمی ماتریس و ذرات است. توجه شود که V m V p 100% 17 18 کامپوزیت تنگستن – مس که در آن تنگستن فاز ذره و مس فاز ماتریس است. کامپوزیت ذرات بزرگ در هر س+ه نوع ماده فلزی ،سرامیکی و پلیمری بکار گرفته میشود. س+رمتها cermetsکامپوزیتهای س+رامیکی-فلزی هس+تند ک+ه در آنها ذرات بسیار سخت سرامیکی مثل کربید تیتانیوم ( )TiCیا کربید تنگستن ( )WCدر ماتریس فلزاتی مثل کبالت و نیکل قرار می گیرند. سرمتهاCERMETS - این کامپوزیتها برای برش فوالدهای سخت بکار میروند. ذرات کربی+د س+خت س+طح برنده را تشکی+ل م+ی دهن+د ،ول+ی عی+ب آنها ترد بودن بسیار باالی آنها و شکستن در برابر تنشهای برشی میباشد. لذا چقرمگی آنها را با افزودن به ماتریس شکل پذیر فلزی افزایش می دهند .این ماتریس ذرات کربی+د را از یکدیگ+ر جدا کرده و مان+ع انتشار ترک از ذره ای به ذره دیگر میشود. هیچ ماده ای به تنهایی خواص سرمتها ندارد. در س+رمتها کس+ر حجم+ی باالی+ی از ذرات (در حدود باالی )%40بکار میرود .مثل سنگ برشها 19 الستیکهاRUBBER- مواد پلیمری نظی+ر االس+تومترها و پالس+تیکها ب+ه وقور ب+ه عنوان ماتریس در کامپوزیت به کار می روند. بس+یاری از الس+تیکها rubberتوس+ط ذرات کرب+ن سیاه carbon blackتقوی+ت شده اند .کرب+ن س+یاه شام+ل ذرات بس+یار ریز کروی (قطری در حدود )nm 50-20اس+ت ک+ه توس+ط احتراق گاز طبیع+ی ی+ا نف+ت در هوا تولید میشود. وقت+ی ای+ن ماده ارزان ب+ه الس+تیک اضاف+ه شود ،باع+ث افزای+ش اس+تحکام نهایی، چقرمگی ،مقاومت در برابر خوردگی و پارگی میشود. تایر ماشینها دارای %30-15کسر حجمی کربن سیاه است. 20 بتون CONCRETE - 21 بتون از انواع کامپوزی+ت ذرات بزرگ اس+ت ک+ه ه+ر دو فاز ماتری+س و تقویت کننده از جنس سرامیکها هستند. گاها اشتباها به آن سیمان Cementگویند. بتون شام+ل تجمع+ی از ذرات ش+ن و ماس+ه اس+ت ک+ه توس+ط ی+ک محی+ط چسبنده جامد (سیمان) به یکدیگر متصل شده اند. برای آنک+ه میزان س+یمان مص+رفی (دارای هزین+ه باال) کاه+ش یابد ،از ذرات درشت ماسه در بتون استفاده میشود. برای آنک+ه فضای خال+ی بی+ن ذرات ماس+ه پ+ر شود و تماس بی+ن ذرات بخوبی صورت پذیرد ،از ذرات شن نیز استفاده میشود. معموال بی+ن %80-60کس+ر حجم+ی بتون را ذرات ری+ز و درش+ت ش+ن وماسه و مابقی را سیمان تشکیل میدهد. 22 اضاف+ه کردن درس+ت مقدار آ+ب و تلفی+ق خوب س+یمان و آ+ب و ماس+ه و شن در کیفی+ت بتون و اس+تحکام مرز مشترک چس+بنده بی+ن س+یمان و ذرات شن و ماسه موثر است. وجود خاک در شظ+ن ماس+ه باع+ث میشود ک+ه س+یمان بخوب+ی ب+ه ذرات شن و ماسه نچسبد و استحکام بتون کاهش یابد. مزایای بتون :در مح+ل مورد نیاز براحت+ی ریخت+ه شده و در دمای اتاق سخت میشود .حتی در زیر آب نیز سخت میشود. معای+ب :بس+یار ترد اس+ت .اس+تحکام کشش+ی آ+ن 1/10-1/15استحکام فشاری آ+ن اس+ت .س+ازه های بزرگ بتون+ی دچار انبس+اط و انقباض حرارت+ی قاب+ل توجه میشوند .آ+ب در س+طح آ+ن ایجاد حفره کرده و باع+ث نفوذ آ+ب و ی+خ زدن آن در هوای سرد میشود. بتون تقویت شدهREINFORCED CONCRETE- 23 اس+تحکام بتون را بوس+یله تقوی+ت کننده های+ی از جن+س میل+ه ی+ا شبکه های فوالدی میتوان افزای+ش داد .بدی+ن ترتی+ب س+ازه تحم+ل بارهای کششی ،فشاری و برشی بیشتری خواهد داشت. تقویت کننده از گسترش ترک داخل بتون جلوگیری میکنند. فوالد تقوی+ت کننده خوب+ی برای بتون اس+ت .زیرا ضری+ب انبس+اط حرارت+ی آ+ن با بتون تقریبا یکی است .همچنین داخل بتون سریعا زنگ نمیزند. چسبندگی بین فوالد و سیمان نسبتا خوب است .این چسبندگی بوسیله ایجاد زائده روی میله افزایش میدهند. افزودن الیاف شیشه ،نایلون ،پولی اتیلن نیز باعث افزایش استحکام بتون است. بتون دارای پیش بارPRESTRESSED - ‏CONCRETE 24 روش دیگ++ر افزای++ش استحکام بتون ،ایجاد تنشهای پسماند فشاری در آن است. روش اول :س+یمهای ب+ا اس+تحکام باال داخ+ل قالب خال+ی قرار داده شده و تح+ت کشش قرار میگیرند .بع+د از ریخت+ن بتون و س+خت شدن آن، نیروی کشش+ی روی س+یمها برداشته شده و بتون تحت فشار قرار میگیرد. روش دوم :س+وراخهایی را بوس+یله تعبی+ه لوله توخال+ی در س+راسر بتون ایجاد کرده ،بعد از س+خت شده بتون از ای+ن س+وراخها سیمهای فوالدی رد کرده و تح+ت کشش قرار میدهند .لذا بتون تحت فشار قرار میگیرد. کامپوزیتهای تقویت پراکندگی (ذرات ریز)- ‏DISPERSION STRENGTHENED آلیاژهای فلزی و فلزات میتنوانن+د توس+ط پخ+ش ذرات بس+یار ری+ز بس+یار سخت (مثل ذرات سرامیکی مثل اکسید آلومینیوم) مستحکم و تقویت شوند. مکانیزک تقوی+ت کنندگ+ی شام+ل جلوگیری از حرک+ت نابجاییه+ا توسط ذرات تقویت کننده است .این روش در دمای باال قابل بکارگیری است. ذرات باید بگونه ای انتخاب شوند که با ماتریس واکنشی صورت ندهند. مقدار کس+ر حجم+ی ذرات تقوی+ت کنندهدر ای+ن حال+ت ک+م و در ح+د چن+د درصد است. از جمل+ه ای+ن کامپوزیته+ا میتوان ب+ه آلومینیوم-اکسید آلومینیوم اشاره داشت. ذرات پودر اکس+ید آلومینوم بس+یار س+خت بوده و ب+ه ماتری+س نرم آلومینیوم اضافه میشوند. 25 کامپوزیتهای تقویت کننده الیافFRC - 26 مهمترین نوع کامپوزیت ،کامپوزیتهای با فاز تقویت کننده الیاف میباشند. در این نوع کامپوزیته+ا ،بار توسط ماتریس بین الیاف توزیع شده و توسط آنه+ا تحمل میشود. هدف از س+اخت کامپوزیتهای تقوی+ت شده الیاف+ی ،رس+یدن ب+ه اس+تحکام و صلبیت باال در عین سبکی است. برای بیان این خواص از استحکام ویژه و مدول ویژه استفاده میشود: استحکام ویژه ( :)specific strengthنسبت استحکام کششی به وزن مدول ویژه ( :)specific modulusنسبت مدول االستیک به وزن کامپوزیتهای الیافی بر مبنای طول الیاف دسته بندی میشوند :الیاف پیوسته و خرد در الیاف کوتاه ،طول الیاف بس+یار کوتاهت+ر از آ+ن اس+ت ک+ه بتوانن+د تاثی+ر بسزایی در افزایش استحکام کامپوزیت داشته باشند. تاثیر طول الیاف خواص مکانیک+ی کامپوزیتهای الیاف+ی ،ن+ه تنه+ا ب+ه ویژگیهای الیاف بکار رفته، بلکه به درجه انتقال بار به الیاف توسط ماتریس بستگی دارد. درج+ه انتقال بار ب+ه الیاف توس+ط ماتری+س وابس+ته ب+ه استحکام و میزان چسبندگی الیاف به ماتریس در وجه مشترک بین آن دو میباشد. اتص+ال الیاف و ماتری+س در انتهای الیاف پایان م+ی یاب+د و الگوی تغیی+ر شکل ماتری+س در حال+ت بارگذاری ،مطاب+ق شک+ل اس+ت .یعنی انتقال ابر در انتهای الیاف کاهش یافته و پایان میپذیرد. 27 طول بحرانی الیافCRITICAL FIBER - ‏LENGTH طول بحران+ی :حداق+ل طول مورد نیاز برای آنک+ه اس+تحکام بخش+ی الیاف بصورت موثر باشد. * ‏ ‏f طول بحران+ی Lcتابع+ی از قط+ر الیاف ،dاس+تحکام نهای+ی الیاف و استحکام وج+ه مشترک الیاف-ماتری+س (ی+ا اس+تحکام برش+ی تس+لیم ماتریس ،هرکدام * ‏ کوچکتر است) cاست: ‏ f* d ‏lc  2 c در اغل+ب کامپوزیتهای الیاف شیش+ه و کرب+ن ،طول بحرانی در حدود mm 1 است که تقریبا 150-20برابر قطر الیاف است. 28 طول بحرانی الیاف توزی+ع تن+ش در الیاف ب+ا طول برابر طول بحران+ی ،کوچکت+ر و بزرگت+ر از آن در حالیک+ه تن+ش اعمال+ی ب+ه کامپوزی+ت برابر اس+تحکام نهای+ی الیاف اس+ت ،مطابق شکل است. در طول بحرانی ،تنها در وسط الیاف به حداکثر تحمل بار میتوان دست یافت. اگ+ر طول الیاف کمت+ر از طول بحران+ی باش+د ،از حداکث+ر ظرفیت باربرداری الیاف استفاده نشده است. ب+ه کامپوزیتهای+ی ک+ه در آ+ن طول الیاف L>>Lcباشد (معموال ،)L>15Lc کامپوزیت ب+ا الیاف پیوس+ته ( )Continuousگویند .در غی+ر اینص+ورت ب+ه آن کامپوزیت با الیاف خرد یا کوتاه ( )shortگویند. 29 تاثیر زاویه الیاف و غلظت الیاف زوایه الیاف و غلظت الیاف تاثیر بسزایی در خواص و استحکام کامپوزیت دارد. با توجه به زاویه الیاف دو حالت امکان وقوع دارد: .1چیدمان موازی و همراستای تمامی الیاف در یک جهت .2جهتگیری نامنظم و تصادفی الیاف نسبت به یکدیگر الیاف پیوسته معموال همراستا هستند .در حالیکه الیاف خرد ممکن است همراستا و یا با جهت تصادفی باشند. توزیع الیاف معموال یکنواخت است. 30 کامپوزیتهای الیاف پیوسته همراستا رفتار تنش-کرنش در بارگذاری کشش طولی پاسخ مکانیکی این نوع کامپوزیتها به سه عامل اساسی بستگی دارد: .1رفتار تنش-کرنش فاز ماتریس و فاز الیاف .2کسر حجمی الیاف و ماتریس .3جهت اعمال بار کامپوزیتهای ب+ا الیاف همراس+تا ،خواص ناهمسانگرد ()anisotropic دارند. نمودار تنش-کرن+ش برای فاز الیاف ،فاز ماتری+س و کامپوزی+ت در حالت بارگذاری طولی در شکل نشان داده شده است. ‏ پذیر است. ترد و ماتریس* شکل * فرض شده که الیاف*کامال * 31 ‏f  m , f  m رفتار تنش-کرنش در بارگذاری کشش طولی 32 رفتار تنش-کرنش در بارگذاری کشش طولی 33 دو مرحله در رفتار کامپوزیت مشاهده میشود: مرحل+ه اول :هردوی الیاف و ماتری+س بص+ورت االس+تیک تغیی+ر شکل میدهند .در این مرحله معموال نمودار کامپوزیت بصورت خطی است. مرحل+ه دوم :بع+د از مرحل+ه اول و در کرنشه+ا بزرگت+ر از  ymک+ه ماتری+س بصورت پالس+تیک تغیی+ر شک+ل میدهد .در حالیک+ه الیاف هنوز در منطقه رفتار االس+تیک خط+ی هس+تند .در مرحل+ه دوم رفتار شبی+ه خط+ی اس+ت ،ول+ی ب+ا این تفاوت که شیب آن کاهش یافته است. ب+ا عبور از مرحل+ه اول و ورود ب+ه مرحل+ه دوم ،مقدار باری ک+ه ب+ه دوش الیاف می افتد ،افزایش می یابد. شروع تخری+ب کامپوزیت زمان+ی اس+ت ک+ه الیاف شروع ب+ه شکست میکنن+د یعنی در کرنش تقریبی * f 34 تخریب کامپوزیت از جنس شکستهای ناگهانی نیست .به دو علت: .1هم+ه الیاف در ی+ک زمان دچار شکس+ت نمیشوند .زیرا اس+تحکام آنه+ا دقیق+ا یکی نیست. .2بع+د از شکس+ت الیاف ،ماتری+س هنوز دچار تخری+ب نشده اس+ت .لذا الیاف شکسته شده هنوز داخ+ل ماتریس+ی قرار دارن+د ک+ه تغیی+ر شک+ل پالس+تیم میدهد .فلذا میتوانند قسمتی از بار را هنوز تحمل کنند. البت+ه تخری+ب کامپوزی+ت از نوع شکس+تهای ناگهان+ی ( )catastrophicنیست. این امر به دو علت است: .1هم+ه الیاف در ی+ک زمان دچار شکس+ت نمیشوند .زیرا اس+تحکام نهای+ی آنه+ا دقیق+ا یک عدد نیست. ) .بنابراین .2بع+د از شکس+ت الیاف ،ماتری+س هنوز دچار تخری+ب نشده اس+ت( هنوز هستندو * f الیاف شکس+ته شده در داخ+ل ماتری+س ب+ا تغیی+ر شک+ل پالس+تیک * m میتوانند بارتحمل کنند. رفتار االستیک-بارگذاری طولی حال توج+ه خود را ب+ه رفتار االس+تیک (منطق+ه اول) کامپوزیتهای الیاف با بارگذاری در راستای طولی معطوف میکنیم. فرض میشود ک+ه اتص+ال ماتری+س و الیاف کامال چس+بنده اس+ت .لذا جابجای+ی آنها در راستای طولی در وجه مشترک یکسان است (فرض هم کرنشی). کل باری که توسط کامپوزیت تحمل میشود Fc برابر است با مجموع بارهای تحمل شده توسط الیاف Ffو ت++وس+ط م+اتری+س.Fm ‏Fc Ff  Fm لذا با توجه به مفهوم تنش داریم: 35 ‏ c Ac  ff A   mAm با تقسیم طرفین رابطه بر سطح مقطع کل Acداریم: ‏Af ‏Am ‏ c  f ‏ m ‏ ffV   mV m ‏Ac ‏Ac بنابرای+ن تنش+ی ک+ه در الیاف و ی+ا ماتری+س توزی+ع میشود وابس+ته ب+ه کس+ر حجمی آنهاست. از طرف+ی در ه+م کرنش+ی ( )isostrainکرن+ش طول+ی الیاف ،ماتریس و کامپوزیت یکسان است .لذا با تقسیم طرفین بر کرنش کامپوزیت داریم: ‏Ec EffV  EmV m در واق+ع کامپوزی+ت بص+ورت ی+ک ماده همگ+ن ب+ا مدول االس+تیک طولی Ecl بصورت زیر فرض شده است: ‏Ecl EffV  Em  1 V f  36 چگالی متوسط کامپوزیت نیز از رابطه مشابه بدست می آید: ‏c  ffV   mV m نسبت بار الیاف به بار ماتریس ب+ا اس+تفاده از رواب+ط قبل+ی نس+بت باری بر دوش الیاف افتاده نس+بت ب+ه ماتریس بصورت زیر بدست می آید: ‏f ‏Vf ‏Fff  Aff  V ff ‏ ‏EV ‏ ‏ ‏ ‏ ff ‏Fm  mAm  mV m  m V ‏EmV m ‏m m 37 مثال یک کامپوزیت الیاف پیوسته حاوی %40کسر حجمی الیاف شیشه و %60کسر حجم++ی رزی++ن پول++ی اس++تر میباشد .مدول االس++تیسیته الیاف شیش++ه Gpa 69و پول+ی اس+تر بع+د از آنک+ه س+خت ش+د Gpa 3.4 ،اس+ت .موارد زیر را حساب کنید: الف) مدول االستیسیته کامپوزیت در جهت طولی ب) اگ+ر س+طح مقط+ع کامپوزی+ت mm2 250باش+د و تن+ش در راس+تای طول+ی Mpa 50ب+ه کامپوزی+ت اعمال شود ،مقدار باری ک+ه توس+ط ه+ر ی+ک از فازها تحمل میشود. ج) کرنش هر فاز را محاسبه نمایید. حل: 38 ‏Ecl 3.40.6 690.4 30 GPa Ff 690.4  13.5  Ff 13.5Fm Fm 3.40.6 Fc  c Ac 50250 12500 N Ff  Fm 14.5Fm 12.5 Fm 860 N , Ff 11640 N  c 50E 6 c   1.67E  3 Ecl 30E 9 مثال محاسبه کرنش هر فاز Am V mAc 0.6250 150 mm2 Aff V Ac 0.4250 100 mm2 Fm 860 Ff 11640 m   5.73 MPa ,  f   116.4 MPa Am 150 Af 100    m  m 1.68E  3 ,  f  f 1.68E  3 Em Ef 39 رفتار االستیک-بارگذاری عرضی در حالت+ی ک+ه کامپوزی+ت ب+ا الیاف پیوس+ته همراس+تا در جه+ت عرضی بارگذاری شود ،تن+ش در کامپوزی+ت ب+ا تن+ش در ه+ر ی+ک از فازهای ماتریس و الیاف برابر است (هم تنشی): ‏ c  f  m  ‏ تغییر شکل یا کرنش عرضی کل کامپوزیت از رابطه زیر تبعیت میکند: ‏ c  ffV   mV m 40 اثبات: ‏Bc Bf  Bm  Bc c Bff  Bm m ‏Bf ‏Bm ‏ c   f  ‏ m  ffV   mV m ‏Bc ‏Bc در منطقه یک ،رفتار کامپوزیت االستیک خطی است .لذا داریم: ‏c  f ‏ 1 Vf Vm ‏ Vf  m Vm  ‏ ‏ ‏Ec Ef ‏Em ‏Ect Ef Em 41 لذا مدول االستیک عرضی کامپوزیت از رابطه بدست می آید. رواب+ط بدس+ت آمده برای مدول االس+تیک جانب+ی و طولی را برای کامپوزیتهای ذره ای (ذرات درش+ت) نی+ز میتوان بکار برد ک+ه در آ+ن Ec=Ecl=Ectکه در قبل به عنوان روابط حد باال و حد پایین بیان شدند. مثال مثال قبلی را برای برای حالت بارگذاری جانبی حل کنید. ‏Ef Em 3.469 ‏Ect  ‏ ‏5.5 GPa ‏V mEff V Em 0.669 0.43.4 مدول االس+تیک عرض+ی مقدار کم+ی بزرگت+ر از مدول االس+تیک ماتری+س است و در حدود 1/5مدول االستیک طولی کامپوزیت است. 42 استحکام نهایی طولی اس+تحکام نهای+ی برابر حداکث+ر تنش+ی اس+ت ک+ه کامپوزی+ت میتوان+د تحم+ل کند (حداکثر تنش در نمودار تنش-کرنش) و مترادف است با نقطه شکست الیاف. م+د تخری+ب در کامپوزیته+ا مقداری پیچیده و وابس+ته ب+ه خواص ماتریس ،الیاف ،و وجه مشترک الیاف با ماتریس است. * * ‏ ‏ ‏ fلذا الیاف زودت+ر از ماتری+س دچار شکس+ت شده و باری آنه+ا به معموال m دوش ماتریس می افتد. استجکام نهایی از رابطه زیر: ‏ cl*  'm  1 V ff    *V f 43  'm تنش ماتریس در کرنش * ‏ fاست. استحکام نهایی عرضی 44 اس++تحکام نهای++ی کامپوزیتهای ب++ا الیاف پیوس++ته و ت++ک جهته ( )unidirectionalناهمس+انگرد اس+ت .ای+ن نوع کامپوزیتها معموال برای تحمل بار در راستای طولی طراحی میشوند. ان+ا ب+ه ه+ر حال باگذاریهای عرض+ی هرچن+د ک+م ،همواره موجودند .در این بارگذاریها، احتمال تخری+ب زودرس کامپوزی+ت وجود دارد .زیرا اس+تحکام عرض+ی این نوع کامپوزیتها بسیار پایین است. اس+تحکام طول+ی بیشت+ر تح+ت تاثی+ر اس+تحکام الیاف اس+ت .ام+ا در اس+تحکام عرضی خواص تابعی از سه عامل است: .1خواص الیاف و ماتریس .2استحکام وجه مشترک الیاف و ماتریس .3وجود حباب ()void اغلب برای بهبود استحکام عرضی کامپوزیت ،خواص ماتریس را بهبود میدهند. مشاهده میشود اس+تحکام عرض+ی بس+یار کمت+ر از اس+تحکام طول+ی کامپوزیت و بعض+ا حت+ی کمت+ر از اس+تحکام ماتری+س اس+ت .در اینحال+ت کامپوزیت بجای تقویت ،تضعیف شده است. 45 سوال مشخص+ات 4کامپوزی+ت فرض+ی داده شده اس+ت .آنه+ا را بر اس+اس استحکام رده بندی نمایید. بر اس+اس معیار طول بحران+ی ایالف ،کامپوزیت Aجزء کامپوزیتهای الیاف خرد بوده و مابقی کامپوزیت با الیاف پیوسته هستند. ب+ا توج+ه ب+ه کس+ر حجم+ی و اس+تحکام بیشت+ر الیاف کرب+ن نس+بت ب+ه الیاف شیشه، رده بندی بصورت C, D,B, Aاست. 46 کامپوزیتهای الیاف ناپیوسته همراستا اگرچ+ه تقوی+ت کنندگ+ی الیاف ناپیوس+ته کمت+ر از الیاف پیوس+ته اس+ت ،ام+ا استفاده از در حال گس+ترش اس+ت .الیاف خرد شیشه ( )chopped-glass fiberدر صنعت کامپوزیت به وفور استفاده میشود. الیاف خورد کربن و آرامید نیز در برخی موارد کاربرد دارد. کامپوزیتهای الیاف کوتاه در ص+ورت س+اخت ص+حیح ،میتوانن+د مدول االستیسیته برابر %90و اس+تحکام برابر %50کامپوزیتهای الیاف پیوس+ته همتای خود داشته باشند. 47 اس+تحکام ای+ن نوع کامپوزیته+ا ب+ا توج+ه ب+ه طول الیاف در دو حال+ت محاسبه میشود: .1طول الیاف ناپیوسته همراستا ( .)lc<l<15lcاستحکام نهایی طولی: ‏ .2 ‏l  ‏ * ‏ cd ‏ ff*V  1 c    'm  1 V f ‏ 2l  طول الیاف ناپیوسته همراستا ( .)l<lcاستحکام نهایی طولی: ‏ 48 ‏l * ‏ cd ‏ ‏ c   'm  1 V f ' ‏d ک+ه در آ+ن dقط+ر الیاف c ،اس+تحکام وج+ه مشترک الیاف ب+ا ماتری+س (ی+ا استحکام تسلیم برشی ماتریس هر کدام کوچکتر است) میباشند. کامپوزیتهای الیاف ناپیوسته با جهتهای تصادفی چنانچ+ه جه+ت الیاف تص+ادفی باش+د ،ازالیاف خرد اس+تفاده میشود .در ای+ن حالت قانون ترکی+ب ( )rule of mixtureبرای مدول االس+تیسیته بص+ورت زیر است: ‏Ecd KEffV  EmV m K پ++ارا+م+تر م+وثریا++لیاف( )fiber efficiencyا+س+تک++ه ب++ه م+قدار آ+نوا+ب+سته +ت ب++ه ک++سر ح+جمیا++لیاف Vfو ن++سبت Ef/Emا+س . مقدار Kکوچکتر از یک و مابین K<0.6<0.1است. 49  50 در جدول زیر اثر تقویت کنندگی الیاف خرد بر پلی کربنات بررسی شده است. مالحظ+ه میشود ک+ه ب+ا وجود آنک+ه چگال+ی ماده خیل+ی عوض نشده اس+ت ،استحکام نهای+ی آ+ن حدودا 3برابر و مدول االس+تیسیته حدودا 5برابر شده اس+ت .همچنین پلیکرنبات شکل پذیر بسیار تردتر شده است. با افزایش کسر حجمی الیاف خرد ،تقویت کنندگی آن افزایش می یابد. مطالب باال در مورد تقویت کنندگی االیف در جدول ذیل خالصه شده است. کامپوزیتهای ب+ا الیاف همراس+تا ب+ه شدت ناهمس+انگ+رد هس+تند .در این کامپوزیته+ا حداکث+ر اس+تحکام و تقوی+ت کنندگ+ی در جه+ت الیاف است و در جه+ت عرض+ی عمال هی+چ تقوی+ت کنندگ+ی ص+ورت نمیگیرد (شکس+ت کامپوزیتها معموال در این راستا صورت میگیرد). 51 اعمال بارگذاری در جهتهای مختلف 52 اگ+ر ی+ک کامپوزت در معرض تنشهای چند محوره قرار گیرد ،از دو روش برای تحمل بار میتوان استفاده نمود: .1اس+تفاده از چن+د ص+فحه کامپوزیتهای همراس+تا ک+ه در جهتهای مختل+ف ب+ه هم چسبانده شده اند که به آنها کامپوزیتهای چندالیه ( )laminarگویند. .2استفاده از الیاف خرد با جهات مختلف و رندوم مطاب+ق جدول قبل+ی مالحظ+ه میشود ک+ه روش دوم بی+ن %37-20باع+ث تقویت کامپوزیت میشود .ولی خواص مکانیکی کامپوزیت در آن همسانگرد است. انتخاب نوع الیاف مور اس+تفاده در کامپوزی+ت (طول و جه+ت) وابس+ته ب+ه طبیعت و بزرگ+ی بارگذاری و هزین+ه س+اخت اس+ت .در کامپوزیتهای الیاف ناپیوس+ته نس+بت به الیاف پیوس+ته نرخ تولی+د و توان تولی+د شکلهای پیچیده ت+ر ،بس+یار بیشت+ر و هزینه ساخت بسیار کمتر است. روشهای تولی+د کامپوزیتهای الیاف خرد همانن+د پلیمره+ا شام+ل پرسکاری ( ،)compressionتزری+ق ( )injectionو اکس+تروژن باش+د که در روشهای ساخت مفصال بحث خواهد شد. 53 فاز الیاف 54 اغل+ب مواد بخص+وص مواد ترد ،بص+ورت نازک و الیاف بس+یار مس+تحکم ت+ر از حالت حجیمشان ( )bulkهس+تند .ای+ن ام+ر ب+ه عل+ت کمتر شدن احتمال حضور ترکهای با طول بحرانی با کوچک شدن ابعاد ماده است. از ای+ن خاص+یت در الیاف برای تقوی+ت کنندگ+ی اس+تفاده میشود (معموال استحکام الیاف از مرتب+ه Mpaب+ه مرتب+ه Gpaارتقاء یافت+ه اس+ت) .ضم+ن آنکه الیاف از مواد با استحکام باال ساخته میشوند. بر مبنای قطر الیاف ،ماد به سه دسته تقسیم میشوند: ‏Whisker .1 ‏Fiber .2 ‏Wire .3 قطر whiskerبسیار نازک (در حد یک بلور) بوده و لذا تقریبا بدون ترک زیر ( )flawمیباشد .این مواد جزء مستحکمترین مواد میباشند. ب+ا وجود اس+تحکام باالی whiskerاز آنه+ا برای س+اخت کامپوزی+ت استفاده نمیشود .زیرا اوال قیم+ت بس+یار باالی+ی دارن+د و ثانب+ا تلفی+ق موث+ر whiskerبا ماتریس غیرعملی است. از مواد whiskerمیتوان گرافی+ت ،کربی+د س+یلیکون ،نیتری+د سیلیکون و اکسید آلومینیوم را نام برد. دس+ته دیگ+ر مواد الیاف ( )fiberشام+ل مواد ب+ا قط+ر کوچ+ک در ح+د چند بلور میباشند .معموال شام+ل مواد پلیمری و س+رامیکی مث+ل شیش+ه ،آرامید (پلیمری) ،کربن ،بورون ،اکسید آلومینیوم و کربید سیلسیوم میباشد. دس+ته دیگ+ر مواد س+یمها ( )wireدارای قط+ر بزرگ میباشن+د و میتوان به س+یمهای فوالدی و تنگشت+ن اشاره کرد .از س+یمها برای تقویت در تایرهای ماشی+ن ،بدن+ه موشکه+ا و مخازن تحت فشار ()filament woumding استفاده میشود. 55 56 فاز ماتریس ‏ فاز ماتریس شامل موادی از دسته فلزات ،سرامیکها و پلیمرها میباشد. اغل+ب ماتریس+ها از جن+س پلیمری و ی+ا فلزی میباشند .زیرا ب+ه مقداری شکل پذیری در ماتری+س احتیاج اس+ت .در کامپوزیتهای زمین+ه س+رامیکی ،فاز تقوی+ت کننده عمدتا برای برای بهبود چقرمگی شکست کامپوزیت ،افزوده میشود. ‏ در کامپوزیتهای الیافی ،ماتریس چندین وظیفه به شرح زیر دارد: ماتریس الیاف را در کنار یکدیگر نگه میدارد. تنشه+ای اعمال+ی ب+ه س+ازه را ب+ه الیاف منتق+ل کرده و بی+ن آنه+ا توزی+ع مینماید .بخش کوچک+ی از بارگذاری توس+ط خود ماتری+س تحم+ل میشود .لذا ماتری+س باید از مواد شکل پذیر باشد و مدول االستیک الیاف بسیار بیشتر از آن باشد. از س+طح الیاف در برابر س+ائیدگی مکانیک+ی و خوردگ+ی شیمیای+ی محافظت مینماید. س+ائیدگی و خوردگ+ی باع+ث ایجاد ترک ری+ز در س+طح الیاف و در نتیج+ه شکست کامپوزیت در تنشهای کم میشود. ‏ .1 .2 .3 57 .4 ماتری+س باع+ث جداکردن الیاف از یکدیگ+ر و جلوگیری از رشد ترک ترد از لیف+ی ب+ه لی+ف دیگ+ر میشود .لذا ماتری+س بای+د از مواد نرم تشکی+ل شده باشد و ب+ه عنوان س+دی در برابر رش+د ترک عم+ل کند .ب+ه همی+ن دلی+ل در کامپوزیتها شکست ناگهانی روی نمیدهد. ‏ بس+یار ضروری اس+ت ک+ه پیون+د بی+ن الیاف و ماتری+س از اس+تحکام باالیی برخوردار باشد .در واق+ع اس+تحکام وجه مشترک الیاف ب+ا ماتریس عام+ل بسیار مهم در انتخاب ترکیب الیاف-ماتریس است. اس+تحکام ماتری+س ت+ا ح+د زیادی وابس+ته ب+ه میزان چس+بندگی ماتری+س به الیاف اس+ت .زیرا باع+ث انتقال موث+ر تن+ش از ماتری+س ضعی+ف به الیاف قوی میشود. ‏ 58 کامپوزیتهای پایه پلیمری ‏POLYMER MATRIX ‏COMPOSITE ‏ ‏ ‏ ‏ 59 کامپوزیتهای پای+ه پلیمری ( )PMCشام+ل ی+ک رزی+ن پلیمری ( )resinبه عنوان ماتریس به همراه تقویت کننده های الیافی است. ب+ه عل+ت راحت+ی س+اخت ،ارزان+ی و خواص مناس+ب در دمای اتاق این نوع کامپوزیتها در تنوع و تعداد فراوان تولید میشوند. در بخشهای بعدی تعدادی از انواع کامپوزیتهای پای+ه پلیمری از جمله GFRPو CFRPو AFRPبررس+ی میشون+د ک+ه در آنه+ا برای تقوی+ت به ترتیب از الیاف شیشه ،کربن و آرامید استفاده شده است. معموال %40-30کسر حجمی کامپوزیت را رزینها تشکیل میدهند. کامپوزیتهای با الیاف شیشه GFRP ‏ ‏ ‏ .1 .2 .3 .4 60 فای+برگالس ی+ک کامپوزی+ت شام+ل الیاف شیش+ه (پیوس+ته ی+ا ناپیوس+ته) داخل ماتریس پلیمری می باشد. قطر الیاف شیشه معموال m 20-3است. علت مقبولیت الیاف شیشه به دالیل زیر است: الیاف شیشه براحتی از کشش مذاب شیشه تولید میشوند. ب+ه راحت+ی در دس+ترس اس+ت و در روشهای مختل+ف تولی+د کامپوزی+ت میتوانند بکار روند. استحکام ویژه باالیی در ماتریسهای پالستیکی تولید میکنند. تلفی+ق الیاف شیش+ه ب+ا ماتری+س پالس+تیکی تولی+د کامپوزیت مقاوم در برابر شرایط محیطی میکند. 61 ‏س+طح الیاف شیش+ه بای+د عاری از هرگون+ه ترک ری+ز باش+د (کاه+ش اس+تحکام) .این ترکهای ریز سطحی به راحتی بر اثر سایش با دیگر مواد سخت بوجود می آیند. ‏در معرض هوا قرار گرفت+ن س+طح الیاف ،حت+ی ب+ه مدت کوتاه باع+ث ضعیف شدن س+طح الیاف و در نتیج+ه ضعی+ف شدن اس+تحکام وج+ه مشترک الیاف ب+ا ماتریس میشود. برای جلوگیری از موارد باال ،به سطح الیاف در هنگام تولید آستری میزنند. معایب کامپوزیتهای الیاف شیشه: .1با وجود استحکام باال ،صلبیت و سفتی باالیی ندارند. .2دمای کاری آن پایین و زیر 200c است .در دمای باالتر پلیمرها شروع به ترک خوردن میکنند. انواع الیاف شیشه الیاف شیش+ه در س+ه دس+ته عمده E-glass, C-glass, S-glassتولید میشوند .در مص+ارف عموم+ی از الیاف Eاس+تفاده میشود .در مواردی ک+ه نیاز به مقاوم+ت بیشتری در برابر آ+ب و مواد شیمیای+ی خورنده است ،از الیاف Cو در مصارف سازه ای برای استحکام بیشتر از الیاف Sاستفاده میشود. 62 کامپوزیتهای با الیاف کربن CFRP ‏ 63 کربن جزء الیاف با عملکرد باال میباشد که در کامپوزیتهای پیشرفته بکار میرود. دالیل استفاده از الیاف کربن: .1کرب+ن بیشتری+ن اس+تحکام ویژ+ه و مدول ویژ+ه را بی+ن تمام+ی الیاف در کامپوزیتها ایجاد میکند. .2در دمای باال اس+تحکام و مدول باالی خود را حف+ظ میکند .البت+ه زودت+ر اکسید میشود. .3در دمای اتاق ،رطوبت و مواد خورنده در آن تاثیری ندارد. .4با توجه به خواص مهندسی بسیار مطلوب آن قیمت نسبتا مناسبی دارد. الیاف کرب+ن از س+ه دس+ته مواد مختل+ف تولی+د میشون+د :رایون ( – )rayonپلی اکریلونیتریل ( – )PANمواد قیر مانند ()pitch قطر الیاف کربن معموال m 10-4است. بر اساس مدول کششی الیاف کربن به 4دسته تقسیم میشوند: استاندارد – متوسط ( – )IMباال ( – )HMبسیار باال ()UHM الیاف کرب+ن بص+ورت پیوس+ته و خورد تولی+د میشوند .الیاف کرب+ن توس+ط یک آس+تری اپوکس+ی پوش+ش داده میشون+د (نق+ش محافظت+ی و بهبود چس+بندگی به ماتریس پلیمری) 64 کامپوزیتهای با الیاف آرامید ‏ ‏ ‏ ‏ ‏ 65 ‏ الیاف آرامی+د مواد ب+ا اس+تحکام و مدول باالی+ی هس+تند ک+ه در س+ال 1970شناسایی شدند. کامپوزیتهای ساخته شده از این الیاف به ویژه به دلیل نسبت استحکام به وزن باال مورد توجه هستند. الیاف آرامی+د از مواد مختل+ف پلیمری س+اخته میشون+د ک+ه معروفتری+ن آنها الیاف کوالر ( )Kevlarو نامک+س ( )Nomexهس+تند .الیاف کوالر ،در درجه بندیهای مختلف ( )149 ,49 ,29تولید میشود. الیاف کوالر بیشتری+ن اس+تحکام و مدول کشش+ی را بین انواع الیاف پلیمری داراست .ولی کامپوزیتهای تقویت شده با این الیاف در فشار ضعیف هستند. کامپوزیتهای الیاف کوالر ،دارای چقرمگ+ی باال ،مقاوم+ت در برابر ضرب+ه ،مقاومت در برابر خزش و خستگی باالیی برخوردارند. در دماهای باال خواص مکانیک+ی خود را حف+ظ میکنند ( )T<200c<200-و در برابر احتراق مقاوم هستند. الیاف کوالر در برابر مواد شیمیایی مقاوم نیستند. الیاف آرامی+د اغل+ب در کامپوزیتهای پای+ه پلیمری ب+ه همراه ماتریس+های اپوکسی و پولی استر بکار میروند. کامپوزیتهای تقوی+ت شده ب+ا ای+ن الیاف نس+بتا انعطاف پذی+ر و نرم بوده و اغلب برای مص+ارف پرتاب+ه ای (ض+د گلوله-ض+د ضربه-زره) ،بدن+ه موشکه+ا ،مخازن تحت فشار و جایگزین آزبست در صنایع خودرویی بکار میرند. 66 H.Biglari-Tabriz University 67 در جدول زی+ر خواص مکانیک+ی کامپوزیتهای تقوی+ت شده با الیاف گوناگون در جهت طولی و عرضی آنها نمایش داده شده است. کمترین چگ+الی -بیشترین مدول – بیشترین استحکام تست کشش الیاف برای یافتن خواص آنها 68 شکل الیاف-تحقیق انواع محص+والت ی+ک شرک+ت داخل+ی و ی+ک شرک+ت خارج+ی را یافت+ه ،دسته بندی نموده و بصورت یک گزارش ارائه نمایید. خواص آنها را در جدول مقایسه نمایید. ماتریسهای مناسب با این الیاف را معرفی نمایید. 69 طرح الیافFIBERS ARCHITECTURE - طرح الیاف بیانگ+ر نحوه چیدمان الیاف داخ+ل کامپوزی+ت و در نتیج+ه تعیین کننده خواص کامپوزی+ت اس+ت .حت+ی بر پارامترهای س+اخت کامپوزی+ت نیز تاثیرگذار است. الیاف بصورت یک بعدی ،دو بعدی و سه بعدی طراحی و بافته میشوند. در الیاف ی+ک بعدی ،تمام+ی رشت+ه ( )strands-yarnsدر ی+ک جهت میباشند .لذا اس+تحکام کامپوزی+ت در راس+تای الیاف بس+ایر خوب و درجهت عمود بر آن بسیار ضعیف است. برای ج+بران ای+ن نقیص+ه از چن+د الی+ه الیاف ت+ک جهت+ه در زوایای مختل+ف استفاده میشود .ول+ی خواص ضعی+ف بی+ن الی+ه ای در چندالی+ه ه+ا بعالوه تنشهای کششی و برشی باالی بوجود آمده در آن باعث تورق ( )Delaminationمیشود. 70 در الیاف دوبعدی ،الیاف پیوس+ته بص+ورت دو جهت+ه و چن+د جهت+ه برای تقویت خواص در جهتهای مختل+ف بافته میشوند .الیاف دو بعدی دارای الگوهای مختلفی میباشند. الیاف دوبهدی میتوانن+د دارای جهتهای تص+ادفی بص+ورت الیاف خرد ی+ا پیوسته نیز باشند. 71 در االی+ف س+ه بعدی ،عالوه بر تقوی+ت کامپوزی+ت در دو جه+ت ( ،)x,yدر جهت zنیز کامپوزیت تقویت میشود. 72 الیاف دیگر الیاف شیش+ه ،کرب+ن و آرامی+د معمولتری+ن الیاف مورد اس+تفاده در کامپوزیتهای زمینه پلیمری هستند. الیاف دیگری ب+ه غی+ر از الیاف باال وجود دارن+د ک+ه کمت+ر مورد استفاده قرار میگیرند. از جمله االیف بور یا بورون ،کربید سیلیکون ،اکسید آلومینیوم کامپوزیت با الیاف بور معموال در هواپیماهای نظامی و تیغه هلیکوپتر بکار میرود. کامپوزیتهای الیاف کربی+د س+یلیکون و اکس+ید آلومینیوم در راکتهای تنیس، بوردهای الکتریکی ،زره های نظامی و دماغه های راکتها کاربرد دارد. 73 مواد ماتریسهای پلیمری معموال دمای کاری کامپوزیتها زمینه پلیمری توسط ماتریس مشخص میشود .زیرا دمای ذوب یا تجزیه ماتریسهای پلیمری بسیار پایین تر از دمای الیاف است. دمای گذار شیش+ه ( :).glass transition tempدمای+ی ک+ه ب+ا عبور از آن رفتار پلیم+ر از حال+ت نرم الس+تیکی ب+ه حال+ت ص+لب شیش+ه ای تغییر میکند .رفتار صلب شیشه ای در زیر دمای گذار شیشه برای مواد پلیمری رخ میدهد. رفتار صلب شیش+ه ای برای ماتریس+های پلیمری در کامپوزیت مناس+ب تر است .زیرا ماتریس بهتر میتواند بار را به الیاف منتقل کند و از کمانش الیاف جلوگیری کند. دمای گذار شیشه ،محدود کننده دمای عملکرد کامپوزیت است. رطوبیت باعث میشود تا دمای گذار ماتریس کاهش یابد و این خطرناک است. 74 ماتریس ترموست و ترموپالستیک رزینه+ا ب+ه دو دس+ته گرماس+خت (ترموست) ( )theromsetو گرمانرم (ترموپالستیک) ( )thermoplasticتقسیم میشوند. ترموس+تها رزینهای+ی هس+تند ک+ه بر اث+ر حرارت واکن+ش شیمیای+ی برگش+ت ناپذیر انجام میدهن+د ک+ه اص+طالحا ب+ه آ+ن پخ+ت شدن ( )curingگویند .در پخت شدن ،ترموس+تها لینکهای عرض+ی ( )cross-linkedدر ساختار خود ایجاد میکنند. رزینهای ترموس+ت بع+د از پخ+ت شدن ،اگ+ر دوباره حرارت ببینن+د ،ذوب نمیشوند و شکل خود را حفظ میکنند ،تا جاییکه شروع به تجزیه کنند. رزینهای ترموپالس+تیک ،بع+د از انجماد ،چنانچ+ه حرارت ببینند ،دوباره ذوب شده و میتوان دوباره آنه+ا را شک+ل داد .لذا کامپوزیتهای ترموپالس+تیک قابلی+ت تعمیر دارند. 75 76 از رزینهای پلیمری ارزان و پرکاربرد میتوان ب+ه پول+ی اس+تر و وینی+ل استر اشاره داشت که در کامپوزیتهای الیاف شیشه بکار میروند. اپوکس+ی ماتری+س پلیمری نس+بتا گرانتری نس+بت ب+ه دو رزی+ن دیگ+ر است و در کاربردهای صنعتی بخصوص هوافضا به وفور استفاده میشود. اپوکسی دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به پولی استر و وینیل استر بوده و در برابر رطوبت مقاومتر است. برای کاربردهای در دمای باالتر معموال از رزی+ن پول+ی ایمی+د استفاده میشود .از این پلیمر بطور پیوسته تا دمای 230cمیتوان استفاده نمود. رزینهای ترموپالس+تیک همانن+د PEEKو PPSو PEIرا در دماهای باالتر در مصارف هوافضایی میتوان بکار گرفت. خواص مکانیکی انواع رزینها در کتاب Mallikو یا ( Callisterپیوستها) موجود است. 77 مثال ی+ک لول+ه از جن+س کامپوزی+ت ب+ا االیف+ل پیوس+ته ب+ه قط+ر خارجی do=70 mmو قط+ر داخل+ی di=50 mmو طول m 1احتیاج اس+ت .مهمترین معیار طراح+ی مدول االس+تیسیته طول+ی لول+ه اس+ت .بگون+ه ای ک+ه در آزمایش خمش سه نقطه ،تحت بار N 1000خیز آن از mm 0.35بیشتر نشود. اگ+ر فق+ط از الیاف در راس+تای طول+ی اس+تفاده شود و مجاز باشی+م ک+ه از یکی از الیاف شیش+ه ،کرب+ن ب+ا مدولهای اس+تاندارد ،متوس+ط و باال ب+ا حداکث+ر کسر حجمی 0.6استفاده نماییم ،کدام االیف مناسب است؟ هزینه کدام الیاف به صرفه تر است؟ 78 : سه نقطه تیر با مقطع دایروی داریم+ از آزمایش 3 FL3  4 FL y  , I   do4  di4   E  48EI 64 3y  do4  di4  F 1000N , L 1m, y 0.35 mm, do 70 mm,di 50 mm  E 69.3 Gpa 79 حال از قانون ترکیبها استفاده میکنیم: ‏Ec Em  1 V ff   E V f در جدول زی+ر کس+ر حجم+ی الیاف مورد نیاز برای تامی+ن مدول االستیک مورد نیاز کامپوزیت محاسبه شده است. مشاهده میشود که از الیاف شیشه نمیتوان استفاده نمود. 80 برای محاس+به هزین+ه ،از روی کس+ر حجم+ی ،حج+م ه+ر ی+ک از فازه+ا ،سپس جرم و بعد هزینه ها محاسبه میشود. حجم کامپوزیت برابر است با: ‏L 4 ‏Vc  ‏d0  di4  1885cm3 ‏ 4 محاسبات صورت گرفته در جدول زیر خالصه شده است. 81 الیاف کربن با مدول استاندارد از لحاظ هزینه مناسب تر است. جرم کل لوله کامپوزیتی برابر kg 2.514میشود. همی+ن لول+ه از جن+س آلومینیوم ب+ا مدول االس+تیسیته Gpa 70و چگالی 2.70 g/cm3برابر است با kg 5.090و قیمت kg/$7برابر $35.6است. کامپوزیتهای پایه فلزیMMC - 82 در ای+ن کامپوزیته+ا ،ماتری+س فل+ز نرم و شک+ل پذی+ر اس+ت .مزی+ت ای+ن نوع کامپوزیتها نس+بت ب+ه کامپوزیتهای پای+ه پلیمری ،شام+ل دمای کاری باالت+ر ،غی+ر قابل اشتعال بودن و مقاومت در برابر کاهش خواص مواد در برابر رطوبت است. کامپوزیتهای پای+ه فلزی بس+یار گرانت+ر از پای+ه پلیمری هس+تند و لذا بکارگیری آنها بسیار محدودتر است. برای ماتری+س فلزی معموال از فلزات آلومینیوم ،منیزیوم ،تیتانیوم و م+س استفاده میشود. فاز تقوی+ت کننده بص+ورت ذرات ،الیاف خرد و پیوس+ته ب+ا کرس+ر حجمی %60-10 استفاده میشود. الیاف پیوس+ته اغل+ب از جن+س کرب+ن ،کربی+د س+یلیکون ،بور و اکسید آلومینیوم و فلزات دیرگداز اس+ت .از ویس+کرزهای کربی+د س+یلیکون ،الیاف خرد اکسید آلومینیوم و کربن ،و ذرات کربید سیلیکون و اکسید آلومینیوم نیز استفاده میشود. روش تولید کامپوزیتهای پایه فلزی شامل دو بخش اصلی است: -1ترکی+ب کردن و در کنار هم قرار دادن فاز تقویت کننده و ماتریس -2شکل دهی کامپوزیت. کاربرد کامپوزیتهای پای+ه فلزی در ص+نایع رو ب+ه گس+ترش اس+ت .در خودروسازی برخ+ی قس+متهای موتور شام+ل ماتری+س آلومینیوم تقوی+ت شده ب+ا الیاف کربن و اکسید آلومینیوم است. در ص+نایع هوافضای+ی از ماتری+س آلومینیوم ب+ا تقوی+ت کننده الیاف بورون و ی+ا کربن در بدنه شاتلها و تلسکوپ هابل استاده شده و میشود. 83 کامپوزیتهای پایه سرامیکی CMC - س+رامیکها جزء مواد مقاوم در برابر خوردگ+ی و در دماهای باال هس+تند .ولی مقدار چقرمگ+ی شکس+ت بس+یار ک+م و در حدود Mpa.m-0.5 5-1میباشند .بیشتر فلزات دارای چقرمگی شکست Mpa.m-0.5 50-15میباشد. لذا از کامپوزیتهای پای+ه س+رامیکی ب+ا تقوی+ت کننده ذرات ،الیاف و ویسکرز برای افزای+ش چقرمگ+ی شکس+ت اس+تفاده میشود .در کامپوزیتهای پای+ه سرامیکی، چقرمگی شکست به Mpa.m-0.5 20-6ارتقاء می یابد. بهبود چقرمگ+ی شکس+ت ب+ه دلی+ل اندرکن+ش فاز تقوی+ت کننده ب+ا ترک می باشد. رشد ترک معموال در ماتریس ص+ورت می پذیرد .ولی فاز تقویت کننده مانع رشد ترک می شود. مکانیزمهای متفاوتی برای جلوگیری از رش+د ترک توس+ط فاز تقویت کننده وجود دارد. 84 مثال افزای+ش ویس+کرزهای س+رامیکی از جن+س SiC, Si3N4ب+ه ماتریسهای س+رامیکی مطاب+ق جدول باع+ث افزای+ش اس+تحکام شکس+ت و چقرمگ+ی شکست میشود .به دالیل زیر: .1کاهش تیزی نوک ترک .2ایجاد پلهایی بر روی سطوح ترک .3جذب انرژی در حین بیرون آمدن ویسکرز از ماتریس هنگام رشد ترک در کامپوزیتهای پای+ه س+رامیکی عم+ر خزش و مقاوم+ت در برابر بارگذاری حرارتی ناگهانی نیز افزایش می یابد. 85 کامپوزیتهای هیبریدی – HYBRID ‏COMPOSITE در ای+ن نوع کامپوزیتهای الیاف+ی ،ب+ه جای اس+تفاده از ی+ک نوع الیاف ،از چند نوع الیاف بصورت همزمان به عنوان تقویت کننده استفاده میشود. ی+ک از متداول تری+ن آنه+ا اس+تفاده ،کامپوزیتهای پای+ه پلیمری ب+ا الیاف کربن و شیشه است .الیاف کربن ب+ه تنهایی هزینه را باال می برد .برای حف+ظ قیمت و در حی+ن حال داشت+ن کامپوزی+ت ب+ا اس+تحکام و ص+لبیت باال ،از الیاف شیش+ه و کربن استفاده میشود. دو صورت کامپوزیتهای هیبریدی: .1در کنار هم قرار گرفتن الیاف متفاوت در یک الیه .2داشتن الیه های متفاوت از الیاف متفاوت 86 فرآیندهای ساخت کامپوزیت دو دسته روش کلی ساخت وجود دارد: .1الیاف و ماتریس در هنگام ساخت در کنار یکدیگر قرار میگیرند. .2الیاف و ماتریس قبال مخلوط شده و در هنگام ساخت استفاده میشوند. .3روشهای متداول ساخت کامپوزیتهای االیف پیوسته بصورت زیر است: پالتروژن :Paltrusion-ای+ن روش برای س+اخت قطعات طوی+ل و س+طح مقطع یکنواخت (لوله-تیر-پروفل) مناسب است. الیاف آغشت+ه ب+ه رزی+ن ابتدا ب+ه داخ+ل قال+ب فلزی برای شک+ل ده+ی اولی+ه و س+پس به داخل قالب پخت برای شکل گیری نهایی و پخت میروند. 87 88 کامپوزیتهای نیم پخت:Prepreg- پری پرگ ( )preimpregnatedی+ک واژ+ه ص+نعتی ک+ه به کامپوزیتهای الیاف پیوس+ته داخ+ل رزی+ن پلیمری گوین+د ک+ه بطور کام+ل پخ+ت و سفت نشده اند. ای+ن کامپوزیته+ا ب+ه فرم نوار ب+ه س+ازنده های کامپوزی+ت تحوی+ل داده میشود .سازنده آنرا مستقیما داخل قالب قرار داده و پخت مینماید. ای+ن نواره ه+ا در پهنا mm 1525-15و در ضخامتهای mm 0.25-0.08 تهیه میشوند .کسر حجمی رزین در آنها در حدود %45-35است. صفحه carrier صفحه release غلطکهای اتوکشی()calender نقش تیغه()doctor blade فیلم 89 در دمای اتاق ،رزینهای گرماس+خت شروع ب+ه پخت مینمایند .لذا نوارهای prepregبای+د در دمای زی+ر ص+فر درج+ه نگهداری شوند .بدی+ن صورت میتوان تا شش ماه آنها را نگهداری نمود. در هنگام ساخت باید مدت زمان محدودی در دمای اتاق قرار گیرند. برای اس+تفاده از آنه+ا ابتدا بای+د ورق carrierاز روی آنه+ا برداشت+ه شود .سپس به تعداد الزم روی قالب ،الیه چینی شده و پخت میشود. ورقهای ): SMC (Sheet Molding Compound همانن+د ورقهای prepregاس+ت .ب+ا ای+ن تفاوت ک+ه در آ+ن از الیاف خرد نیز استفاده میشود. این ورقها عمدتا برای تولید به روش قالب تهیه میشوند .لذا از رزینهای با زمان پخت پایین مثل پلی استر و وینیل استر استفاده میشود و کمتر از اپوکسی استفاده میشود. ورقهای SMCبه سه دسته کلی تقسیم میشوند: ‏SMC-R, SMC-CR, XMC پروسه تولید این ورقها در شکل شماتیک زیر نشان داده شده است. 90 91 الیاف پیچی (:)Filament Winding در ای+ن روش الیاف بطور پیوس+ته بدور نمون+ه الگوی+ی ک+ه بای+د ساخته شود ،پیچیده میشوند .الیاف بص+ورت تک+ی ی+ا دس+ته ای ابتدا ب+ه داخل حمام رزی+ن رفت+ه و سپس بصورت پیوسته بدور یک مرغک ( )mandrelپیچیده میشوند. بع+د از پیچیدن ب+ه تعداد دور کاف+ی ،در دمای اتاق ی+ا کوره پخ+ت شده و مرغ+ک از آن جدا میشود .از نوارهای prepregنیز گاها بجای الیاف استفاده میشود. الگوهای متفاوت+ی برای پیجیدن الیاف بدور مرغ+ک برای تامی+ن خواص مکانیکی مورد نیاز وجود دارد. محیطی-مارپیچ-قطبی در این روش به توزیع یکنواخت و منظم بسیار باالیی از الیاف میتوان دست یافت. روشهای تولید بر مبنای قالب (:)Molding Process روشهای تولی+د بر مبنای قال+ب بس+یار متنوع اس+ت ک+ه در زی+ر ب+ه برخ+ی از آنها میپردازیم: 92 فیلم 93 تخمین چگالی و کسر حجمی حباب داخل کامپوزیت تخمی+ن خواص کامپوزی+ت س+اخته شده ب+ا توج+ه ب+ه خواص اجزای س+ازنده الزمه طراحی و ساخت اصولی کامپوزیت است. در آزمایشگاه کارکردن ب+ا کس+ر وزن+ی بس+یار راح+ت ت+ر از کس+ر حجم+ی اس+ت .اما مبنای محاس+بات تئوری کس+ر حجمی اس+ت .راه تبدیل کس+ر حجم+ی و کسر وزنی ‏Wf بصورت زیر است: ‏m 94 1 ‏W ‏ m ‏f , c  ‏Wf ‏m ‏f ‏W ‏ m ‏f ‏Vf  ‏Wf کس+ر وزن+ی الیاف در کامپوزی+ت س+اخته شده را توس+ط دو آزمای+ش استاندارد میتوان تعیین نمود: .1روش سوزاندن ماتریس ( :)ASTM D2854در دمای 600C-500 .2روش حل کردن ماتریس ( :)ASTM D3171در اسید نیتریک  ‏ ‏ در ط+ی فراین+د س+اخت معموال حبابهای+ی داخ+ل کامپوزی+ت شک+ل میگیرد ک+ه باعث کاهش خواص مکانیکی کامپوزیت (از جمله خستگی) میشود. درص+د حباب موجود در اکمپوزی+ت بی+ش از %2باش+د ،کامپوزی+ت کیفی+ت مطلوبی نخواهد داشت .درصد کسر حجمی حباب از رابطه زیر محاسبه میشود: ‏c   ‏Vv  ‏c که در آن c=fVf+mVmچگالی تئوری و چگالی اندازه گیری شده است. مثال :مطلوب است محاسبه حداکثر کسر حجمی تئوری الیاف در کامپوزیت با ساختار سلول واحد نشان داده شده. در هر سلول 2=1+1/4*4الیاف کامل وجود دارد. 2 rf2 2 ‏V ff  2  a  ‏r ‏a ‏Vf 95 کسر حجمی در صورتی حداکثر است که فاصله بین الیاف Rروی قطر سلول صفر شود: ‏  ‏ ‏ ‏R rff  ‏ 2 0  V  78.5% 4 ‏ Vf ‏ کامپوزیتهای سازه ای – STRUCTURAL ‏COMPOSITE 96 کامپوزیتهای س+ازه ای متشک+ل از مواد همگ+ن و کامپوزیت+ی بوده و خواص آنها عالوه بر خواص مواد سازنده ,وابسته به هندسه سازه نیز میباشد. دو دسته کامپوزیت سازه ای: چندالیه ها ( – )laminar compositeپنلهای ساندویچی (sandwich )panels کامپوزیتهای چندالی+ه :ای+ن نوع کامپوزیته+ا مشک+ل از چن+د الی+ه دوبعدی ب+ه هم چسبیده است .این الیه ها دارای خواص برجسته در جهات خاص میباشند. ای+ن الی+ه ه+ا در جهات مختل+ف روی ه+م چس+بانده میشوند .مثال در تخت+ه س+ه الیه ه+ر الی+ه دارای خواص جه+ت دار اس+ت ک+ه در زوایای 0و 90روی هم چیده میشوند. چند الیه میتوانند از ورقهای کامپوزیتی ،کاغذ ،چ.ب و ...باشد. به تلفیق ورقهای فلزی و کامپوزیت FMLگویند. پنلهای ساندویچیSANDWICH PANELS - ای+ن س+ازه ه+ا دارای ص+لبیت و اس+تحکام در عی+ن س+بکی میباشند .پن+ل ساندویچی متشک+ل از دو روی+ه ( )facesheetک+ه ب+ه الی+ه ضخیمت+ر وس+ط ب+ه نام هسته ( )coreچسبیده است. روی+ه ه+ا از مواد مس+تحکم و ص+لب مث+ل آلومینیوم ،فوالد ،کامپوزیت الیاف و چوب س+اخته میشوند .روی+ه ه+ا بای+د تحم+ل نیروهای کشش+ی و فشاری صفحه ای زیادی داشته باشند. هس+ته از مواد س+بک و معموال ب+ا مدول االس+تیک پایی+ن س+اخته میشود .هسته معموال به سه صورت فومهای پلیمری ،چوب و النه زنبوری میباشد. 97 وظیفه هسته به شرح زیر است: .1بطور پیوسته تکیه گاهی برای رویه باشد. .2دارای استحکام برشی مناسب برای تحمل تنشهای برشی جانبی باشد. .3به اندازه کافی ضخیم باشد تا صلبیت برشی و خمشی باالیی ایجاد نماید. در هس+ته تنشهای ص+فحه ای بس+یار کمت+ر از تنشهای ص+فحه ای داخ+ل روی+ه ها بوده و قابل صرف نظر کردن است. هسته النه زنبوری معموال از جنس آلومینیوم و آرامید ساخته شده میشود. اس+تحکام و صلبیت هس+ته های الن+ه زنبوری تابع+ی از ابعاد س+لول و ضخامت دیواره و جنس سازنده آن است. 98
39,000 تومان