انواع پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف

پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف، انواع و مصارف آن‌ها کدامند؟

پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف انواعی از مواد ترکیبی بوده که شامل پلیمرها می شوند. این پلیمرها با مواد تقویت کننده و یا الیاف ترکیب شده تا در نهایت استحکام مکانیکی و خواص ارتجاعی پلاستیک را ارتقا ببخشند. مهمترین الیافی که در این حوزه به کار برده می شوند عبارتند از بازالت، کربن، شیشه و یا آرامید که در مواردی نیز چوب، کاغذ و یا پنبه نسوز هم در همین دسته قرار می گیرند. ساختمان اصلی ماده پلیمری را معمولاً یک اپوکسی وینیل استر و یا یک پلاستیک ترموست پلی استری تشکیل می دهد که با استفاده از روش بسپارشی مرحله‌ ای و یا روش بسپارشی اضافی ساخته می شود. ساختارهای یاد شده سخت ولی نسبتاً ضعیف می باشند و افزودن الیاف قوی و رشته های متفاوت به منظور افزایش استحکام آنها و ایجاد خواص مکانیکی لازم برای پلاستیک نهایی صورت میگیرد.

انواعی از مواد پلیمری که دارای ساختار ترموست و یا ساختار پلیمری ترموپلاستیک می‌باشند باید دارای ویژگی‌های خاصی باشند تا بتوانند به منظور به کارگیری به عنوان پلاستیک های تقویت شده به کمک فیبر مورد استفاده قرار بگیرند و تولید محصولات یاد شده به کمک آنها با موفقیت همراه باشد. ساختمان اصلی ماده باید به گونه ای باشد که بتوان آن را به میزان کافی اشباع نمود و سپس از نظر شیمیایی به ماده فیبری متصل کرد تا در نهایت چسبندگی لازم در طی مدت زمان مناسب برای فیبر ایجاد شود. از دیگر خواص این ماتریس ها نیز می‌توان به این ویژگی‌ها اشاره نمود که باید آنها را به میزان کامل از بریدگی ها و یا آسیب های احتمالی حفظ نمایند که ممکن است استحکام نهایی آنها را کاهش دهند علاوه بر آن ماتریس های یاد شده باید نیروهای وارده را نیز به این الیاف منتقل نماید. خود فیبر ها یا الیاف نیز باید از یکدیگر فاصله کافی داشته باشند تا در صورت بروز شکستگی و آسیب های دیگر این موارد به یک نقطه خاص محدود شود. در نهایت ماده پلیمری انتخاب شده باید نوعی از مواد پلاستیکی باشد که قادر به حفظ خواص فیزیکی و شیمیایی پایدار در طی فراوری و پس از آن می باشد.

انواع پلاستیکهای تقویت شده به کمک فیبر کدامند؟

• پلاستیک های تقویت شده به کمک فایبر گلاس: که به صورت عمومی با نام اختصاری فایبرگلاس نیز شناخته می شوند و از فیبر های شیشه ای نوع پارچه ای استفاده می کنند. این نوع از فیبر های پارچه ای از سایر انواع موجود که به منظور جلوگیری از حرکت هوا و یا عایق سازی به کار برده می شوند (مانند پشم شیشه) متفاوت می باشند. این مواد معمولا از ترکیبی از SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, CaO, or MgO به صورت پودری ساخته می شوند. ترکیبات عنوان شده معمولاً حدود ۳۳۰۰ درجه سلسیوس گرم می شوند و پس از آن نیز از رنگ ها به منظور روزن رانی رشته های فایبرگلاس در قطرهای متفاوتی از ۹ تا ۱۷ میکرو متر استفاده می شود. در مرحله بعد این رشته‌ها به نخهای بزرگ تر تبدیل شده و در داخل قرقره ریسیده می شوند تا بتوان آنها را به مناطق دیگر منتقل کرد و یا به میزان بیشتری فراوری نمود. الیاف شیشه ای تا به کنون به بیشترین میزان برای تقویت پلاستیک ها به کار برده شده اند و همچنین دارای میزان تولید بسیار بالایی می باشند. فتیله سازی نیز فرایندی است که در آن رشته ها به انواع نخها با قطر بالاتر تبدیل می شوند.
• پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف کربنی: ا لیاف کربنی از طریق فیبرهای پلی آکریلونیتریل، رزین ها و یا ریون های کربنی تولید شده از طریق اکسیداسیون و تجزیه حرارتی در دمای بسیار بالا ساخته می شوند. میتوان با استفاده از سایر فرایندها مانند گرافیت زایی و یا کشش نیز استحکام این الیاف و یا قابلیت ارتجاعی آن‌ها را بهبود بخشید. الیاف کربنی در ابعادی مشابه با الیاف شیشه ای برابر با ۴ تا ۱۷ میکرومتر ساخته می شوند. پس از آن نیز به منظور انتقال و یا انجام سایر روش های تولیدی به نخ های بزرگتری تبدیل می شوند.
• الیاف تقویت شده به کمک آرامید: الیاف ارامیدی معمولا با اسامی کولار و تکنورا و نومکس شناخته می‌شوند. مواد یادشده اصولا از واکنش بین یک گروه آمینی و یک گروه هایلدی کربوکسیلیک اسید تولید می‌شوند و این موضوع زمانی رخ می‌دهد که پلی آمیدهای آروماتیک از فرم مایع سولفوریک اسید به یک رشته بلورین تبدیل شوند. پس از این الیاف به نخ های بزرگتری تبدیل می شوند تا برای تولید پارچه های بسیار بزرگتر و یا کارخانه های مربوطه آماده سازی شوند. الیاف آرامیدی بر اساس استحکام و سختی به انواع و درجات مختلفی تقسیم می شوند بنابراین می توان ماده را به گونه‌ای تغییر داد تا بتواند انواعی از نیازمندی‌های ویژه طراحی را پاسخگو باشد مانند برش مواد سخت در طی تولید.

از پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف به منظور تولید چه محصولاتی استفاده می شود؟

پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف برای انواعی از طراحی ها مناسب می باشند که نیازمند کاهش وزن، مهندسی دقیق و همچنین ساده ‌سازی انواعی از قسمتها در تولید و اجرا می باشند. یک محصول پلیمری قالب گیری شده در مقایسه با آلومینیوم و یا محصولات فولادی ارزان ‌تر بوده و همچنین تولید آن بسیار سریعتر و با سادگی بیشتری صورت می‌گیرد و همچنین دارای تحمل بسیار بهتر و یا حتی مساوی با مواد یاد شده و استحکام درونی است. از آنجایی که پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف از وزن کمی برخوردار بوده و علاوه بر آن دارای استحکام بالا و توانایی مقاومتی زیاد در برابر فشردگی، ضربه و یا خستگی می باشند، گزینه بسیار مناسبی برای تولید انواعی از محصولات در حوزه خودروسازی، هوافضا و صنایع ساخت و ساز می باشند.

• صنعت هوا و فضا: پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف فیبری سبک و قوی بوده و همچنین استحکام کششی بالا و مقاومت شیمیایی مناسب و تحمل بالایی در برابر دمای بالا و حتی کشش در دمای پایین دارند. معمولا می توان این مواد را در محصولاتی یافت که به نسبت استحکام به وزن مناسبی نیاز دارند مانند حوزه هوافضا، ساخت کشتی ها و حوزه خودروسازی. سکان عمودی هواپیمای Airbus A310 از پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف کربنی ساخته شده است که باعث می‌شود تا در مقایسه با ورقه های آلومینیومی این محصولات به میزان 25 درصد سبک ‌تر باشند . همچنین کاهش ۹۵ درصدی مواد ترکیبی لازم در قالب گیری نیز با استفاده از این مواد دیده می‌شود که در نهایت باعث می‌شود تا محصولات نهایی سبک ‌تر باشند و محصول نهایی ارزان تر، سریع تر و ساده تر در مقایسه با آلومینیوم و یا محصولات فولادی ساخته شود. در Airbus A350 XWB نیز به میزان ۵۲ درصد از پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف کربنی استفاده شده است مانند تیرهای اصلی و طولی و قطعات بدنه هواپیما. به کارگیری مواد یاد شده باعث کاهش هزینه‌های اجرا و تولید خواهد شد و در نهایت نیز منجر به کاهش هزینه های تولیدی و کاهش وزن و مصرف کمتر سوخت و در کل کاهش هزینه پرواز هواپیما خواهد شد.

• صنعت خودروسازی: پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف کربنی برای صنعت خودروسازی نیز گزینه ای جذاب به حساب می آیند زیرا از هزینه‌های بالای ساخت و ساز در این حوزه با به کارگیری محصولاتی با نسبت بالای استحکام به وزن می کاهند. این پلاستیک ها جایگزین انواعی از فلزات در بدنه خودروهای متفاوت و خودروهای ویژه خواهند شد و باعث می‌شوند تا نه تنها خودرو سبک تر شده بلکه مصرف بنزین آن نیز کمتر شود. پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف شیشه ای هم در این حوزه در بخشی از موتور خودرو به کار برده می شوند که ترکیب مورد نیاز از هوا و بنزین را بر روی سیلندر ها فراهم می کند. در این قسمت پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف فیبری باعث می‌شوند تا در مقایسه با لایه های آلومینیومی وزن محصول به مقدار ۶۰ درصد کاهش پیدا کند و همچنین کیفیت سطحی و ایرودینامیک نیز بهبود خواهد یافت. همچنین با بکارگیری این مواد، ترکیبات استفاده شده در قالب گیری نیز به مقدار فراوانی کاهش پیدا خواهند کرد. می‌توان حتی این مواد را در پدال گاز و کلاچ خودرو نیز مشاهده کرد که جایگزینی برای مواد آلومینیومی هستند.

• وسایل ورزشی و روزمره: پلاستیک های تقویت شده به کمک فیبرهای کربنی حتی توانسته اند در حوزه محصولات ورزشی مانند راکت بدمینتون، تنیس و اسکواش و چوب های هاکی، چوب های ماهیگیری و تخته های موج سواری نیز به کار برده شوند. از سایر مصارف این پلاستیک ها می توان به تولید انواعی از ابزار آلات موسیقی اشاره کرد. به عنوان مثال انواعی از ابزارها که برای نواختن ویولون و گیتار به کار برده می شوند و یا حتی خود ساز موسیقی می تواند از این ماده ساخته شود. از سایر مصارف پلاستیک های تقویت شده به کمک فیبر می توان به عنوان جایگزینی برای فلزات، چوب ها و فایبر گلاس در سلاحهای گرم اشاره کرد. سه پایه های عکاسی و تیرک چادر هم می‌توانند از این ماده ساخته شوند.

• سایر مصارف: پلاستیک های تقویت شده به کمک الیاف از خواص الکتریکی خوبی برخوردار هستند و مقاومت محیطی و همچنین عایق پذیری گرمایی مطلوبی دارند. از سایر خواص آنها می‌توان به یکپارچگی ساختاری و سختی آنها در برابر آتش، پایداری آنها در برابر اشعه فرابنفش و مقاومت در برابر مواد شیمیایی و خورنده اشاره کرد. انواع پلاستیک ها که به کمک فایبرگلاس تقویت شده اند، گزینه بسیار خوبی برای صنعت برق می‌باشند زیرا هیچ گونه میدان مغناطیسی نداشته و در برابر جرقه الکتریکی مقاومت می‌کنند. پلاستیک های تقویت شده به کمک آرامید ها نیز مقاومت گرمایی بسیار مطلوب و استحکام و پایداری گرمایی ویژه‌ای دارند و به همین دلیل در تولید لباس های ضد گلوله و ضد آتش به کار برده می شوند.