سلام، مهمان
07-17-2017، 01:29 AM
دانلود فهرست مطالب:
فهرست مطالب.doc (اندازه: 60 KB / تعداد دفعات دریافت: 4)
دانلود چکیده :
چكيده.doc (اندازه: 26.5 KB / تعداد دفعات دریافت: 2)
– کامپوزیت چیست؟
کامپوزیت به موادی اطلاق می شود که در ساختار آن بیش از یک جز ماده استفاده شده باشد. در این مواد اجزاء مختلف خواص فیزیکی و شیمیایی خود را حفظ کرده و در نهایت ماده ای حاصل می شود که دارای خواص بهینه ای می باشد. این خواص در تک تک مواد شرکت کننده به صورت مجزاء و در همه حالت ها وجود ندارد.
تعریف جامع کامپوزیت را به صورت زیر می توان ارائه داد.
دو ماده غیر یکسان که در صورت ترکیب، ماده‌حاصله از تک تک مواد قوی‌تر باشد.
کامپوزیتها همه بصورت طبیعی و همه به صورت مصنوعی ساخته می شوند.
چوب مثال خوبی از یک کامپوزیت طبیعی است. چون ترکیبی از الیاف سلولزی[1]و لیگنین می باشد. الیاف سلولزی استحکام را ایجاد می کند و لیگنین چسبی است که الیاف را به هم می چسباند و پایدار می کند.
بامبو[2] یا نی خیز ران، یک سازه کامپوزیتی چوبی بسیار کارآمد می باشد. اجزاء بامبو همان سلولز و لیگنین می باشد با این تفاوت که بامبو توخالی است و این امر باعث می شود سازه سفت و سبک حاصل شود. چوبهای بلند ماهیگیری کامپوزیتی و چوبهای گلف، کپی شده از این طرح طبیعی هستند.
از جمله مواد کامپوزیت مصنوعی که به دست انسان ساخته شده می توان موارد زیر را نام برد.
آجرهای خشتی که اولین بار توسط مصریان بکار رفت و ترکیبی از گل و کاه می‌باشد.
تخته چندتایی که ترکیبی از ورقهای نازک چوب و چسب می باشد.
بتن مسلح که ترکیبی از فولاد و بتن می باشد. فولاد به لحاظ ساختار مکانیکی در مقابل کشش قوی بوده و بتن ماده ای است که دارای استحکام فشاری بالا می باشد. با ترکیب این دو ماده، سازه ای بوجود می آید که در مقابل کشش و فشار قابلیت بالایی از تحمل را از خود نشان می دهد.
تایر اتومبیل ترکیبی است از مخلوط لاستیک و تقویت کننده هایی نظیر فولاد، نایلون، آرامید یا دیگر الیاف. لاستیک به عنوان ماتریس عمل می کند و تقویت کننده را در جای خود نگه می دارد. ماتریس چسبی است که الیاف را در جای خود نگه می دارد.
با توجه به آنچه بیان گردید و با توجه به مثالهای بالا شاید تعریف کامپوزیتها در عین کامل بودن بسیار عمومی به نظر رسد.
تعریف پیشرفته مواد کامپوزیت که در این پروژه نیز بکار می رود به صورت زیر می باشد. ترکیبی از الیاف تقویت کننده و یک ماتریس پلیمری به عنوان رزین. به عنوان مثال می توان رزین پلی استر[3] والیاف تقویت کننده فایبر گلاس[4] را نام برد.
در ادامه در مورد الیاف و ماتریسها به صورت جداگانه صحبت خواهد شد.
1-2- مزایای کامپوزیتها
استفاده روز افزون کامپوزیتها در ذهن هر خواننده ای این مساله را تداعی می کند که چرا این مواد با این سرعت در حال رشد و تکامل هستند. آنچه مسلم است این مواد نسبت به سایر مواد مهندسی مرسوم (عموماً فلزها) دارای مزایای قابل توجه ای هستند که در ذیل تعدادی از آنها نام برده شده است.
– استحکام ویژه بالا :
استحکام ویژه، عبارتی است که به نسبت استحکام به وزن اطلاق می شود. کامپوزیتها از استحکام ویژه بالاتری نسبت به بسیاری از مواد دیگر برخوردار هستند. مواد کامپوزیت برای نیازهای استحکامی خاص در یک کاربرد می توانند طراحی شوند. توانایی استفاده کردن از انواع رزین ها و الیاف و همچنین نحوه قالبگیری و ترکیب آنها باعث فراهم شدن رنج بالا و متنوعی از استحکام برای این مواد شده است.
– وزن مخصوص کم:
کامپوزیتها موادی را ارائه می دهند که می توانند برای استحکام بالا و هم وزن طراحی پایین مورد استفاده قرار گیرند.
– مقاومت به خوردگی بالا:
مثالهای بیشماری از کامپوزیتها وجود دارد که دارای سرویسی به مدت چهل تا پنجاه سال بوده است. در سال 1947 گارد ساحلی آمریکا یک سری قایقهای گشتی 40 فوتی را با استفاده از رزین پلی استر و فایبرگلاس ساخت. این قایقها تا اوایل دهه 1970 استفاده شدند تا اینکه به دلیل منسوخ شدن طراحی، از سرویس خارج شدند. تستهای زیادی روی لایه ها بعد از خارج شدن از ماموریتهای آنها انجام شد و معلوم شد که فقط 2% تا 3% از استحکام اولیه بعد از 25 سال سرویس سخت افت کرده است.
تفاوتهای بیشمار دیگری از قایقها، ساختمانها و دیگر سازه های کامپوزیتی در سال 1950 وجود دارد که هنوز درحال سرویس دهی هستند.
بدنه اولیه اتومبیلهای کروت[5] در سال 1953 فایبرگلاس بوده اند و به استثناء تعمیرات تزئیناتی، تاامروز سالم و بی عیب مانده اند.
مواردی از مجاری و لوله های فایبرگلاس که در کارخانجات شیمیایی به مدت 25 سال به کار گرفته شده اند موجود هستند، که در شرایط محیطی بسیار سخت شیمیایی و به صورت 24 ساعته و هفت روز در هفته در حال کار بوده اند.
– انعطاف پذیری طراحی:
کامپوزیتها نسبت به دیگرمواد این مزیت را دارند که می توانند با شکلهای پیچیده نسبت به هزینه کم قالبگیری شوند. انعطاف پذیری در ایجاد شکلهای پیچیده، به طراحان آزادی عمل می دهد که نشانی از موفقیت کامپوزیتها است. قایقها نمونه ای از این توانایی شکل پذیری کامپوزیتها را نشان می دهند.
– سرمایه گذاری نسبتاً کم:
یک دلیل آنکه صنعت کامپوزیتها موفق بوده است سرمایه گذاری نسبتاً کم در تاسیس و ایجاد وسایل ساخت کامپوزیتها است. تعداد بسیاری از شرکتهای بزرگ و خلاق سازنده کامپوزیتها ریشه خود را در شرکتهای کوچک اولیه سازنده این مواد پیدا می کنند.
در فرایند قالبگیری ترموپلاستیکها هزینه های چند میلیون دلاری برای تجهیزات نیاز است. ولی این هزینه ها در قالبیگری باز به مراقب کمتر و با توجیه اقتصادی بیشتری همراه است. آنچه مسلم است ورود به بازار کامپوزیت با هزینه کمتری نسبت به سایر مواد امکان پذیر است.
از دیگر مزایای کامپوزیتها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
– پایداری حرارتی خوب
– توانایی بالا در جذب انرژی ها
– ظرفیت دمپینگ بالا
– مقاومت به خستگی بالا
– هزینه پرداخت کاری پائین
1-3- محدودیتهای کامپوزیتها
محدودیت کامپوزیتها را می توان در موارد ذیل جمع بندی کرد.
– با وجود آنکه قوانین ساده ای برای نمونه های کوچک وجود دارد. اما پیش بینی خواص نمونه های بزرگتر مسئله ساز بوده و از لحاظ ایمنی باعث وقوع زیانهای جدی می گردد.
– پیچیدگی کنترل کیفیت قطعات ساخته شده از مواد مرکب بویژه قطعات حساس و تحت تنشهای مکانیکی شدید نظیر قطعات هواپیما.
– طرح مهندسی ویژه کامپوزیتها، این محدودیت بیشتر در موارد عمومی صنعتی وجود دارد، نه در تا صنایع فضایی که در آن، طرح های غامض معمول می باشد.
– محدودیت تخصصی و آموزشی در تمام سطوح در عرصه طراحی، ساخت و مصرف کامپوزیتها.
1-4- تاریخچه صنعت کامپوزیتها
استفاده ازمواد کامپوزیت طبیعی، بخشی از تکنولوژی بشر از زمانی که اولین بناهای باستانی، کاه را برای تقویت کردن آجرهای گلی بکار بردند بوده است.
مغولهای قرن دوازدهم، کمانهای پیشرفته ای را که کوچکتر و قوی تر از دیگر وسایل مشابه بودند، ساختند. این کمانها سازه‌های کامپوزیتی بوده اند که بوسیله ترکیب زردپی احشام (تاندون)، شاخ، خیزران (بامبو) و ابریشم ساخته شده بودند و با کلوفون طبیعی پیچیده می شدند. این کمانها از نظر قدرت 80% کمانهای کامپوزیتی مدرن بودند.
در اواخر دهه 1800 میلادی سازندگان قایقهای کانو، از چسباندن لایه های کاغذ محکم کرافت[6] با نوعی لاک به نام شلاک[7] اقدام به ساخت قایقهای سبک و یک نفره می کردند. با وجود اینکه تئوری حاکم کاملاً صحیح بود ولی به علت عدم وجود مواد مناسب برای ساخت کامپوزیتها این قایقها چندان موفق نبودند.
در سالهای بین 1870 تا 1890 انقلابی در شیمی بوقوع پیوست. اولین رزینهای مصنوعی ساخت بشر توصعه یافت. رزینهای امروزی که به رزینهای پلیمری معروف هستند، از حالت مایع به حالت جامد توسط پیوند متقاطع مولکولی تبدیل می شوند. رزینهای مصنوعی اولیه شامل، سلولوئید، ملامین، و باکلیت[8] بودند.
در اوایل دهه 1930 دو شرکت شیمیایی که روی توسعه رزینهای پلیمری فعالیت می کردند، عبارت بودند از “American Cyanamid” و “Dupont”. این دو شرکت در یک زمان به تکنولوژی ساخت پلی استر دست یافتند.
در همان زمان، شرکت شیشه “Owens-lllinois” شروع به ساخت الیاف شیشه به همان صورت بنیادی بافت پارچه نساجی نمود. در طی سالهای 1934، 1936 محققی به نام Ray Green در اوهایو این دو محصول جدید را ترکیب کرد و شروع به قالبگیری قایقهای کوچک نمود. بدین وسیله اولین کامپوزیت مدرن ساخته شد.
در طول جنگ جهانی دوم توسعه رادار به محفظه های غیر فلزی نیاز پیدا کرد و ارتش آمریکا با تعداد زیادی پروژه های تحقیقاتی، تکنولوژی نوپای کامپوزیتها را توسعه بخشید.
تکنولوژی صنعت کامپوزیتها در سالهای 1940 تا 1950 میلادی با استقبال و پیشرفت زیادی مواجه شد. اکثر روشهای قالبگیری و فرایند انجام کار روی کامپوزیتها در سال 1955 گسترش یافت.
کاربرد مواد کامپوزیت چنان گسترده و همه گیر شده است که شاید کمترین شاخه‌ای از علم از آن بی نصیب مانده باشد. ولی شاید بتوان صنایع هوا فضا، صنایع خودرو، صنایع نظامی، صنعت ساخت مخازن نگهداری مواد شیمیایی را از بزرگترین مصرف کننده های کامپوزیتها نامید. در مورد کاربرد کامپوزیتها به تفصیل در ادامه صحبت خواهد شد.
دانلود پایان نامه :
کاربر مهمان نمی‌تواند مطالب قیمت‌گذاری شده را خریداری کند. برای خرید مطالب قیمت‌گذاری شده، وارد شوید یا ثبت نام کنید .
فهرست مطالب.doc (اندازه: 60 KB / تعداد دفعات دریافت: 4)
دانلود چکیده :
چكيده.doc (اندازه: 26.5 KB / تعداد دفعات دریافت: 2)
– کامپوزیت چیست؟
کامپوزیت به موادی اطلاق می شود که در ساختار آن بیش از یک جز ماده استفاده شده باشد. در این مواد اجزاء مختلف خواص فیزیکی و شیمیایی خود را حفظ کرده و در نهایت ماده ای حاصل می شود که دارای خواص بهینه ای می باشد. این خواص در تک تک مواد شرکت کننده به صورت مجزاء و در همه حالت ها وجود ندارد.
تعریف جامع کامپوزیت را به صورت زیر می توان ارائه داد.
دو ماده غیر یکسان که در صورت ترکیب، ماده‌حاصله از تک تک مواد قوی‌تر باشد.
کامپوزیتها همه بصورت طبیعی و همه به صورت مصنوعی ساخته می شوند.
چوب مثال خوبی از یک کامپوزیت طبیعی است. چون ترکیبی از الیاف سلولزی[1]و لیگنین می باشد. الیاف سلولزی استحکام را ایجاد می کند و لیگنین چسبی است که الیاف را به هم می چسباند و پایدار می کند.
بامبو[2] یا نی خیز ران، یک سازه کامپوزیتی چوبی بسیار کارآمد می باشد. اجزاء بامبو همان سلولز و لیگنین می باشد با این تفاوت که بامبو توخالی است و این امر باعث می شود سازه سفت و سبک حاصل شود. چوبهای بلند ماهیگیری کامپوزیتی و چوبهای گلف، کپی شده از این طرح طبیعی هستند.
از جمله مواد کامپوزیت مصنوعی که به دست انسان ساخته شده می توان موارد زیر را نام برد.
آجرهای خشتی که اولین بار توسط مصریان بکار رفت و ترکیبی از گل و کاه می‌باشد.
تخته چندتایی که ترکیبی از ورقهای نازک چوب و چسب می باشد.
بتن مسلح که ترکیبی از فولاد و بتن می باشد. فولاد به لحاظ ساختار مکانیکی در مقابل کشش قوی بوده و بتن ماده ای است که دارای استحکام فشاری بالا می باشد. با ترکیب این دو ماده، سازه ای بوجود می آید که در مقابل کشش و فشار قابلیت بالایی از تحمل را از خود نشان می دهد.
تایر اتومبیل ترکیبی است از مخلوط لاستیک و تقویت کننده هایی نظیر فولاد، نایلون، آرامید یا دیگر الیاف. لاستیک به عنوان ماتریس عمل می کند و تقویت کننده را در جای خود نگه می دارد. ماتریس چسبی است که الیاف را در جای خود نگه می دارد.
با توجه به آنچه بیان گردید و با توجه به مثالهای بالا شاید تعریف کامپوزیتها در عین کامل بودن بسیار عمومی به نظر رسد.
تعریف پیشرفته مواد کامپوزیت که در این پروژه نیز بکار می رود به صورت زیر می باشد. ترکیبی از الیاف تقویت کننده و یک ماتریس پلیمری به عنوان رزین. به عنوان مثال می توان رزین پلی استر[3] والیاف تقویت کننده فایبر گلاس[4] را نام برد.
در ادامه در مورد الیاف و ماتریسها به صورت جداگانه صحبت خواهد شد.
1-2- مزایای کامپوزیتها
استفاده روز افزون کامپوزیتها در ذهن هر خواننده ای این مساله را تداعی می کند که چرا این مواد با این سرعت در حال رشد و تکامل هستند. آنچه مسلم است این مواد نسبت به سایر مواد مهندسی مرسوم (عموماً فلزها) دارای مزایای قابل توجه ای هستند که در ذیل تعدادی از آنها نام برده شده است.
– استحکام ویژه بالا :
استحکام ویژه، عبارتی است که به نسبت استحکام به وزن اطلاق می شود. کامپوزیتها از استحکام ویژه بالاتری نسبت به بسیاری از مواد دیگر برخوردار هستند. مواد کامپوزیت برای نیازهای استحکامی خاص در یک کاربرد می توانند طراحی شوند. توانایی استفاده کردن از انواع رزین ها و الیاف و همچنین نحوه قالبگیری و ترکیب آنها باعث فراهم شدن رنج بالا و متنوعی از استحکام برای این مواد شده است.
– وزن مخصوص کم:
کامپوزیتها موادی را ارائه می دهند که می توانند برای استحکام بالا و هم وزن طراحی پایین مورد استفاده قرار گیرند.
– مقاومت به خوردگی بالا:
مثالهای بیشماری از کامپوزیتها وجود دارد که دارای سرویسی به مدت چهل تا پنجاه سال بوده است. در سال 1947 گارد ساحلی آمریکا یک سری قایقهای گشتی 40 فوتی را با استفاده از رزین پلی استر و فایبرگلاس ساخت. این قایقها تا اوایل دهه 1970 استفاده شدند تا اینکه به دلیل منسوخ شدن طراحی، از سرویس خارج شدند. تستهای زیادی روی لایه ها بعد از خارج شدن از ماموریتهای آنها انجام شد و معلوم شد که فقط 2% تا 3% از استحکام اولیه بعد از 25 سال سرویس سخت افت کرده است.
تفاوتهای بیشمار دیگری از قایقها، ساختمانها و دیگر سازه های کامپوزیتی در سال 1950 وجود دارد که هنوز درحال سرویس دهی هستند.
بدنه اولیه اتومبیلهای کروت[5] در سال 1953 فایبرگلاس بوده اند و به استثناء تعمیرات تزئیناتی، تاامروز سالم و بی عیب مانده اند.
مواردی از مجاری و لوله های فایبرگلاس که در کارخانجات شیمیایی به مدت 25 سال به کار گرفته شده اند موجود هستند، که در شرایط محیطی بسیار سخت شیمیایی و به صورت 24 ساعته و هفت روز در هفته در حال کار بوده اند.
– انعطاف پذیری طراحی:
کامپوزیتها نسبت به دیگرمواد این مزیت را دارند که می توانند با شکلهای پیچیده نسبت به هزینه کم قالبگیری شوند. انعطاف پذیری در ایجاد شکلهای پیچیده، به طراحان آزادی عمل می دهد که نشانی از موفقیت کامپوزیتها است. قایقها نمونه ای از این توانایی شکل پذیری کامپوزیتها را نشان می دهند.
– سرمایه گذاری نسبتاً کم:
یک دلیل آنکه صنعت کامپوزیتها موفق بوده است سرمایه گذاری نسبتاً کم در تاسیس و ایجاد وسایل ساخت کامپوزیتها است. تعداد بسیاری از شرکتهای بزرگ و خلاق سازنده کامپوزیتها ریشه خود را در شرکتهای کوچک اولیه سازنده این مواد پیدا می کنند.
در فرایند قالبگیری ترموپلاستیکها هزینه های چند میلیون دلاری برای تجهیزات نیاز است. ولی این هزینه ها در قالبیگری باز به مراقب کمتر و با توجیه اقتصادی بیشتری همراه است. آنچه مسلم است ورود به بازار کامپوزیت با هزینه کمتری نسبت به سایر مواد امکان پذیر است.
از دیگر مزایای کامپوزیتها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
– پایداری حرارتی خوب
– توانایی بالا در جذب انرژی ها
– ظرفیت دمپینگ بالا
– مقاومت به خستگی بالا
– هزینه پرداخت کاری پائین
1-3- محدودیتهای کامپوزیتها
محدودیت کامپوزیتها را می توان در موارد ذیل جمع بندی کرد.
– با وجود آنکه قوانین ساده ای برای نمونه های کوچک وجود دارد. اما پیش بینی خواص نمونه های بزرگتر مسئله ساز بوده و از لحاظ ایمنی باعث وقوع زیانهای جدی می گردد.
– پیچیدگی کنترل کیفیت قطعات ساخته شده از مواد مرکب بویژه قطعات حساس و تحت تنشهای مکانیکی شدید نظیر قطعات هواپیما.
– طرح مهندسی ویژه کامپوزیتها، این محدودیت بیشتر در موارد عمومی صنعتی وجود دارد، نه در تا صنایع فضایی که در آن، طرح های غامض معمول می باشد.
– محدودیت تخصصی و آموزشی در تمام سطوح در عرصه طراحی، ساخت و مصرف کامپوزیتها.
1-4- تاریخچه صنعت کامپوزیتها
استفاده ازمواد کامپوزیت طبیعی، بخشی از تکنولوژی بشر از زمانی که اولین بناهای باستانی، کاه را برای تقویت کردن آجرهای گلی بکار بردند بوده است.
مغولهای قرن دوازدهم، کمانهای پیشرفته ای را که کوچکتر و قوی تر از دیگر وسایل مشابه بودند، ساختند. این کمانها سازه‌های کامپوزیتی بوده اند که بوسیله ترکیب زردپی احشام (تاندون)، شاخ، خیزران (بامبو) و ابریشم ساخته شده بودند و با کلوفون طبیعی پیچیده می شدند. این کمانها از نظر قدرت 80% کمانهای کامپوزیتی مدرن بودند.
در اواخر دهه 1800 میلادی سازندگان قایقهای کانو، از چسباندن لایه های کاغذ محکم کرافت[6] با نوعی لاک به نام شلاک[7] اقدام به ساخت قایقهای سبک و یک نفره می کردند. با وجود اینکه تئوری حاکم کاملاً صحیح بود ولی به علت عدم وجود مواد مناسب برای ساخت کامپوزیتها این قایقها چندان موفق نبودند.
در سالهای بین 1870 تا 1890 انقلابی در شیمی بوقوع پیوست. اولین رزینهای مصنوعی ساخت بشر توصعه یافت. رزینهای امروزی که به رزینهای پلیمری معروف هستند، از حالت مایع به حالت جامد توسط پیوند متقاطع مولکولی تبدیل می شوند. رزینهای مصنوعی اولیه شامل، سلولوئید، ملامین، و باکلیت[8] بودند.
در اوایل دهه 1930 دو شرکت شیمیایی که روی توسعه رزینهای پلیمری فعالیت می کردند، عبارت بودند از “American Cyanamid” و “Dupont”. این دو شرکت در یک زمان به تکنولوژی ساخت پلی استر دست یافتند.
در همان زمان، شرکت شیشه “Owens-lllinois” شروع به ساخت الیاف شیشه به همان صورت بنیادی بافت پارچه نساجی نمود. در طی سالهای 1934، 1936 محققی به نام Ray Green در اوهایو این دو محصول جدید را ترکیب کرد و شروع به قالبگیری قایقهای کوچک نمود. بدین وسیله اولین کامپوزیت مدرن ساخته شد.
در طول جنگ جهانی دوم توسعه رادار به محفظه های غیر فلزی نیاز پیدا کرد و ارتش آمریکا با تعداد زیادی پروژه های تحقیقاتی، تکنولوژی نوپای کامپوزیتها را توسعه بخشید.
تکنولوژی صنعت کامپوزیتها در سالهای 1940 تا 1950 میلادی با استقبال و پیشرفت زیادی مواجه شد. اکثر روشهای قالبگیری و فرایند انجام کار روی کامپوزیتها در سال 1955 گسترش یافت.
کاربرد مواد کامپوزیت چنان گسترده و همه گیر شده است که شاید کمترین شاخه‌ای از علم از آن بی نصیب مانده باشد. ولی شاید بتوان صنایع هوا فضا، صنایع خودرو، صنایع نظامی، صنعت ساخت مخازن نگهداری مواد شیمیایی را از بزرگترین مصرف کننده های کامپوزیتها نامید. در مورد کاربرد کامپوزیتها به تفصیل در ادامه صحبت خواهد شد.
دانلود پایان نامه :
