فهرست مطالب

چكيده
فصل اول: آشنايي كلي با سازه‌هاي پارچه‌اي
بخش اول: مواد كامپوزيتي و خصوصيات آنها ۱
۱-۱- تاريخچه ۱
۲-۱- مقدمه ۲
۳-۱- كامپوزيتها چه هستند؟ ۵
۴-۱- صنعت كامپوزيتها ۸
۱-۴-۱- كامپوزيتهاي مصرفي ۸
۲-۴-۱- كامپوزيتهاي صنعتي ۹
۳-۴-۱- كامپوزيتهاي پيشرفته ۹
۵-۱- ساختارهاي تشكيل دهنده مواد مركب ۱۰
۶-۱- چرا كامپوزيتها متفاوتند؟ ۱۱
۷-۱- كامپوزيتها از نقطه نظر ديگر ۱۳
۸-۱- طبقه بندي كامپوزيتها ۱۴
۱-۸-۱- كامپوزيتهاي اليافي (رشته‌اي) ۱۵
۲-۸-۱- كامپوزيتهاي لايه‌اي ۱۶
۳-۸-۱- كامپوزيتهاي ذره‌اي ۱۷
۴-۸-۱- كامپوزيتهاي پولكي ۱۷
۵-۸-۱- كامپوزيتهاي پرشده ۱۷
۹-۱- مزاياي هشتگانه كامپوزيتها (پلاستيكهاي تقويت شده با الياف FRP) 19
1-9-1- انعطاف پذيري در طراحي ۱۹
۲-۹-۱- پايداري ابعاد ۱۹
۳-۹-۱- ساخت قطعات به شكل يكپارچه ۱۹
۴-۹-۱- مقاومت بالا ۲۰
۵-۹-۱- سبكي وزن ۲۰
۶-۹-۱- هزينه تجهيزات متوسط ۲۰
۷-۹-۱- هزينه پرداختكاري پايين ۲۰
۸-۹-۱- مقاومت در برابر خوردگي بالا ۲۰

بخش دوم: مروري بر تحقيقات انجام شده قبلي ۲۱
۱۰-۱- شبيه سازي سه بعدي زيرلايه‌هاي كامپوزيت بافته شده براي صفحه مدارهاي چند لايه‌اي ۲۱
۱۱-۱- شبيه‌سازي تصادفي شكل گيري كامپوزيتهاي بافته شده ۲۱
۱۲-۱- روش ميكرو سطح/ ماكرو سطح و مولتي سطح براي آناليز ورقه‌هاي كامپوزيت پارچه‌هاي بافته شده ۲۲
۱-۱۲-۱- روش ميكروسطح / ماكروسطح و مولتي سطح ۲۴
۱۳-۱- روندهاي نمونه برداري براي كامپوزيت‌هاي بافته شده هشت وجهي سه‌بعدي ۲۶
۱-۱۳-۱- فرايند توليد براي كامپوزيتهاي بافته شده سه بعدي ۲۸
۱۴-۱- تست فريم تصويري تقويت‌هاي كامپوزيت بافته شده با يك ثبت واتنش ميدان كامل ۲۹
۱۵-۱- مدل‌هاي ميكرو مكانيكي براي رفتار خمش كامپوزيت بافته شده ۳۰

بخش سوم: سازه‌هاي پارچه‌اي ۳۲
۱۶-۱- سازه‌هاي پارچه‌اي ۳۲
۱۷-۱- خصوصيات مواد نساجي ۳۴
۱۸-۱- پارچه‌هاي مورد استفاده در سازه‌هاي پارچه‌اي ۳۵
۱۹-۱- انواع سازه‌هاي پارچه‌اي ۳۵
۲۰-۱- مزيت‌هاي سازه‌هاي پارچه‌اي ۳۷
۲۱-۱- انتخاب سازه‌هاي پارچه‌اي ۳۷
۲۲-۱- كاربردهاي امروزه ۳۸

فصل دوم: مقايسه خصوصيات مكانيكي پارچه كامپوزيتي با پارچه پيراهني
بخش اول: روش انجام آزمايشات ۴۲
۱-۲- مقدمه ۴۲
۲-۲- معرفي مواد مورد آزمايش ۴۲
۱-۲-۲- پارچه كامپوزيتي (سازه پارچه‌اي) ۴۲
۱-۱-۲-۲- خصوصيات پارچه كامپوزيتي ۴۲
۲-۲-۲- پارچه پيراهني ۴۳
۱-۲-۲-۲- خصوصيات پارچه پيراهني ۴۳
۳-۲- اندازه‌گيري ضخامت با دستگاه ۴۴
۱-۳-۲- اندازه‌گيري ضخامت پارچه كامپوزيتي ۴۴
۲-۳-۲- اندازه‌گيري ضخامت پارچه پيراهني ۴۵
۴-۲- تعريف خواص مكانيكي ۴۶
۱-۴-۲- خاصيت كشساني و قانون هوك ۴۶
۵-۲- خواص مكانيكي پارچه ۴۷
۱-۵-۲- استحكام ۴۷
۲-۵-۲- مقاومت خمشي ۴۷
۳-۵-۲- قابليت ازدياد طول ۴۸
۶-۲- طول خمشي ۴۸
۱-۶-۲- سختي خمشي ۵۱
۲-۶-۲- مدول خمشي ۵۱
۷-۲- استحكام پارچه ۵۲
۱-۷-۲- مقدمه ۵۲
۲-۷-۲- خصوصيات موثر بر خواص استحكامي كششي پارچه ۵۲
۳-۷-۲- اندازه‌گيري استحكام پارچه ۵۵
۴-۷-۲- اندازه‌گيري استحكام پارچه با باريكه‌اي از پارچه ۵۶

بخش دوم: نتايج بدست آمده از آزمايشات ۵۸
۸-۲- محاسبه سختي خمشي ۵۸
۱-۸-۲- سختي خمشي پارچه كامپوزيتي در جهت تار ۵۸
۲-۸-۲- سختي خمشي پارچه كامپوزيتي در جهت مورب ס۴۵ ۵۸
۳-۸-۲- سختي خمشي پارچه پيراهني در جهت تار ۵۹
۴-۸-۲- سختي خمشي پارچه پيراهني در جهت پود ۵۹
۵-۸-۲- سختي خمشي پارچه پيراهني در جهت مورب ס۴۵ ۶۰
۹-۲- محاسبه استحكام ۶۱
۱-۹-۲- اندازه‌گيري استحكام پارچه كامپوزيتي در جهت تار ۶۱
۲-۹-۲- اندازه‌گيري استحكام پارچه كامپوزيتي در جهت مورب ס۴۵ ۶۲
۳-۹-۲- اندازه‌گيري استحكام پارچه پيراهني در جهت تار ۶۳
۴-۹-۲- اندازه‌گيري استحكام پارچه پيراهني در جهت پود ۶۴
۵-۹-۲- اندازه‌گيري استحكام پارچه پيراهني در جهت مورب ס۴۵ ۶۵
۱۰-۲- محاسبه سختي برشي ۶۶
۱-۱۰-۲- سختي برشي براي پارچه كامپوزيتي ۶۶
۲-۱۰-۲- سختي برشي براي پارچه پيراهني ۶۶

فصل سوم: نتيجه‌گيري
۱-۳- مقدمه ۶۷
۲-۳- مقايسه خواص مكانيكي پارچه پيراهني و پارچه كامپوزيتي ۶۷
۳-۳- مقايسه خواص ظاهري پارچه پيراهني و پارچه كامپوزيتي ۶۸
۴-۳- نتايج ۶۸
ضمائم ۶۹
منابع و مآخذ
فهرست منابع فارسي ۹۵
فهرست منابع غيرفارسي ۹۶

فهرست جداول

۱-۲- جدول: اندازه‌گيري ضخامت پارچه كامپوزيتي ۴۴
۲-۲- جدول: اندازه‌گيري ضخامت پارچه پيراهني ۴۵
۳-۲- جدول: داده‌هاي آزمايش پارچه كامپوزيتي در جهت تار ۶۱
۴-۲- جدول: نتايج آماري پارچه كامپوزيتي در جهت تار ۶۱
۵-۲- جدول: داده‌هاي آزمايش پارچه كامپوزيتي در جهت مورب (o45) 62
6-2- جدول: نتايج آماري پارچه كامپوزيتي در جهت مورب (o45) 62
7-2- جدول: داده‌هاي آزمايش پارچه پيراهني در جهت تار ۶۳
۸-۲- جدول: نتايج آماري پارچه پيراهني در جهت تار ۶۳
۹-۲- جدول: داده‌هاي آزمايش پارچه پيراهني در جهت پود ۶۴
۱۰-۲- جدول: نتايج آماري پارچه پيراهني در جهت پود ۶۴
۱۱-۲- جدول: داده‌هاي آزمايش پارچه پيراهني در جهت مورب (o45) 65
12-2- جدول: نتايج آماري پارچه پيراهني در جهت مورب (o45) 65
1-3- جدول: مقايسه خواص مكانيكي پارچه پيراهني و پارچه كامپوزيتي ۶۷
۲-۳- جدول: مقايسه خواص ظاهري پارچه پيراهني و پارچه كامپوزيتي ۶۸

فهرست شكل‌ها

۱-۱- شكل: كامپوزيت طبيعي ۵
۲-۱- شكل: كاهگل (خشت) ۷
۳-۱- شكل: واسطه ارتباط بين الياف و ماتريس ۱۱
۴-۱- شكل: تفاوت ساختاري بين كامپوزيتها و فلزات ۱۲
۵-۱- شكل: شكل كلي انواع كامپوزيت‌ها ۱۵
۶-۱- شكل: طبقه بندي كامپوزيتها از ديدگاه ديگر ۱۸
۷-۱- شكل: روش چند سطحی برای ساختمان های کامپوزیت پارچه بافته شده ۲۵
۸-۱- شكل: ترمينال حج در عربستان سعودي ۳۲
۹-۱- شكل: گنبد پارچه‌اي در لندن ۳۳
۱۰-۱- شكل: استاديوم ورزشي در كاليفرنيا ۳۳
۱۱-۱- شكل: ساختار سازه پارچه‌اي ۳۴
۱۲-۱- شكل: چگونگي تشكيل سازه پارچه‌اي ۳۵
۱۳-۱- شكل: سازه‌هاي هوايي ۳۶
۱۴-۱- شكل: سازه‌هاي كششي ۳۶
۱۵-۱- شكل: سقف خانه ۳۸
۱۶-۱- شكل: گنبد ۳۹
۱۷-۱- شكل: سالن‌هاي نمايش ۳۹
۱۸-۱- شكل: استاديوم‌هاي ورزشي ۴۰
۱۹-۱- شكل: پاركهاي تفريحي ۴۰
۲۰-۱- شكل: سالن نمايشگاه ۴۱
۱-۲- شكل: منحني تنش- كرنش يك ماده در منطقه‌اي كه رفتار كشسان از خود نشان مي‌دهد ۴۶
۲-۲- شكل: اصول اندازه گیری خمش پارچه ۴۹
۳-۲- شكل: روش آزمایشگاهی بررسی خمش پارچه ۵۰
۴-۲- شكل: اثر تاب بر استحکام نخ ۵۳
۵-۲- شكل: دستگاه استحکام سنج کششی پارچه ۵۷

چكيده

از دير هنگام استفاده از سازه هاي پارچه اي در زندگي بشر نقش اساسي داشته است. انسانها از سازه هاي پارچه اي (چادر) به عنوان سرپناه براي محافظ از سرما و برف و باران استفاده مي كردند. اما سازه هاي پارچه هاي امروزي تغييرات فراواني كرده است. سازه هاي پارچه در اين مقاله در مورد آن بررسي انجام گرفته است از پارچه هاي كامپوزيتي ساخته شده و بيشتر در سقف هاي استوديوم، نمايشگاه و سايه بان¬ها استفاده مي گردد. در صنعت نساجي پارچه هاي كامپوزيتي از تركيب پلي استر و رزين وينيل و همچنين الياف شيشه و رزين تفلن توليد مي شوند.

امروزه الياف، انواع پارچه‌ها و ديگر مواد نساجي در ساختمان‌سازي جايگاه مناسبي پيدا كرده‌اند. زيرا نسبت به آجر و ملات، سبكتر و قابل انعطاف‌ بوده و در زمان بسيار كمي بنا مي‌شوند. همچنين توانايي پوشاندن سطح وسيعي را با بكار بردن كمترين مواد را دارند. در اين پروژه علاوه بر معرفي و ضرورت سازه‌هاي پارچه‌اي، خواص مكانيكي پارچه كامپوزيتي مورد استفاده در آنها بررسي مي‌شود كه نمونه پارچه كامپوزيتي مورد استفاده در سازه هاي پارچه اي كه در اين پروژه مورد بررسي شده از شركت اطلس تهيه شده و تنها يك نمونه انتخاب و خواص آن اندازه گيري شده است.

براي درك بهتر اين خواص، مقايسه‌اي بين اين پارچه و پارچه مورد استفاده در پوشاك انجام گرفته كه نمونه (پارچه پيراهني) از كارخانه يزدباف تهيه گرديده و تنها يك نمونه مورد آزمايش قرار گرفته است كه شامل مقايسه استحكام، سختي خمشي، سختي برشي و خواص ظاهري (جنس، وزن، تراكم و…) مي‌باشد. نتايج بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه پارچه كامپوزيتي ۴ برابر پارچه پيراهني استحكام داشته و سختي خمشي آن در جهت تار ۶۰ برابر و در جهت مورب ۳۲ برابر پارچه پيراهني مي‌باشد و علاوه بر اين ۵ برابر پارچه پيراهني وزن دارد.

كلمات كليدي: پارچه كامپوزيتي- خواص مكانيكي- سازه پارچه‌اي

بخش اول: مواد كامپوزيتي و خصوصيات آن
۱-۱- تاريخچه
ترکیب مواد برای ساختن یک ماده جدید با خواص بهتر از گذشته دور مطرح بوده است.استفاده کارگران از ساقه های بریده شده درختها، استفاده سامورائی های ژاپنی از فلزات چندلایه در ساخت شمشیر واستفاده هنرمندان از کاغذهای لایه لایه در اندازه های مختلف برای ساخت ابزار آلات هنری از نمونه های كاربردي ترکیب مواد از گذشته دور است. ]۲[
مبدا و زمان مشخصي درباره استفاده از مواد مركب در دست نيست، اما به گواهي تاريخ در مصر باستان از «كاه‌گل» براي ساخت بناها استفاده مي‌شده است. همچنين در ۸۰۰۰ سال قبل از ميلاد نيز فلسطيني‌ها از ني و حصير در ساخت آجر و از حرارت خورشيد براي عمل آوردن آن استفاده مي‌كردند. در ۵۰۰۰ سال قبل از ميلاد در خاورميانه از اولين ماده مركب كه در آن پليمر به كار رفته بود، براي قيراندود كردن قايقها استفاده مي‌شد.

در ۱۵۰۰ سال قبل از ميلاد نيز از چوبهاي لايه لايه، با چسب طبيعي گياهان و درختان و يا سريش و تخم‌مرغ استفاده مي‌گرديد. با بسط و توسعه شيمي آلي در سال ۱۸۴۷ «برزيلوس» شيميدان سوئدي اولين رزينها را تهيه كرد و در سال ۱۹۰۹ رزين با كاليت (رزين فنل فرمالدئيد) بدست آمد. در سال ۱۹۳۰ دانشمندان به فكر استفاده از مواد تقويت‌كننده افتاده و مفهوم جديد مواد مركب را پايه‌گذاري كردند. در سال ۱۹۴۲ پلي استر تقويت شده با شيشه، ۱۹۴۶ مواد مركب با رزين اپاكسي، ۱۹۶۴ كامپوزيت‌هاي تقويت شده با الياف هيبريدكربن و شيشه، در سال ۱۹۷۵ مواد مركب هيبريدي از الياف آراميدي- گرافيت ساخته شده است. اخيراً نيز از علم ژنتيك براي رسيدن به تارهاي مقاومت بالا در مواد مركب استفاده مي‌شود. ]۴[

در اين رابطه مي‌توان به الياف ابريشمي اشاره نمود كه از اين طريق تهيه شده‌اند كه حدود پنج برابر ليفي فولادي با همان قطر مقاومت دارند. ضمن آنكه دانسيته كمتري نيز دارند. ]۴[
قدمت اولین ماده کامپوزیتی با رفتار بالا و پیشرفته به قدمت بشر وحیات وی است: استخوان ها و بافت ماهیچه یک کامپوزیت لایه لایه چند جهتی هستند، تایر اتومبیل نیز یک کامپوزیت امروزی است .امروزه ،الیاف در داخل مواد برای ایجاد مقاومت وسفتی استفاده می‌شوند و گذشته از آن سازندگان از تقویت کنندگان مقاوم در مقابل حرارت برای پخت سریع کامپوزیت‌ها ، بدون ایجاد تنش های داخلی بالادرآنها ، استفاده می کنند. ]۲[

۲-۱- مقدمه
سازندگان، طراحان و مهندسين، كاربرد مواد كامپوزيت را جهت توليد محصولاتي با كيفيت بالا، بادوام و ارزان مفيد تشخيص داده‌اند. مواد كامپوزيت در محصولات زيادي در زندگي روزمره ما يافت مي‌شوند، از اتومبيلهايي كه بر آن سوار مي‌شويم تا قايقها، چوبهاي اسكي و گلف كه در تعطيلات آخر هفته استفاده مي‌كنيم. علاوه بر اين، كامپوزيتها در بسياري از كاربردهاي صنعتي حساس، هوافضا و نظامي استفاده مي‌شوند. ]۴[

در بازاري كه تقاضا براي محصول همواره در حال افزايش است، مواد كامپوزيت ثابت كرده‌اند كه در كاهش هزينه‌ها و افزايش كارآيي، مي‌توانند موثر باشند. كامپوزيتها، مشكلات را حل مي‌كنند، سطح كارآيي را بالا مي‌برند و توسعه محصولات جديد را قادر مي‌سازند. در ايالات متحده، ساخت كامپوزيتها، يك صنعت ۲۵ ميليون دلاري در سال است و يكي از معدود صنايعي است كه در آن نسبت به ديگر رقباي خارجي كمي پيشرفته‌تر است.

بيش از ۳۰۰۰ مركز در ارتباط با ساخت قطعات و توزيع مواد كامپوزيت در آمريكا وجود دارند. اين امكانات، بيش از ۲۳۶۰۰۰ نفر را به كار گمارده است. علاوه بر آن حدود ۲۵۰٫۰۰۰ نفر در ارتباط با تجارت اين صنعت شامل، تهيه‌كنندگان مواد، فروشندگان تجهيزات و ديگر پرسنل پشتيباني كننده، مشغول به كار مي‌باشند. ]۴[
در حدود ۹۰% كامپوزيتهاي توليد شده، از الياف شيشه و رزين پلي استر و وينيل استر استفاده مي‌شود. ۶۵% كامپوزيتها با استفاده از روش قالبگيري باز ساخته مي‌شوند و ۳۵% باقيمانده با استفاده از روشهاي قالبگيري بسته يا پيوسته توليد مي شوند. ]۲[

كامپوزيتها به طور گسترده‌اي به عنوان پلاستيكهاي تقويت شده غالباً، الياف تقويت‌كننده، فايبرگلاس (Fiber Glass) مي باشند گرچه اليافي با استحكام بالا نظير آراميد (Aramid) و كربن (Carbon) در كاربردهاي پيشرفته به كار برده مي‌شوند. ]۲[
ماتريس پليمري (Polymer Matrix) معمولاً شامل رزين ترموستي (Thermoset Resin) نظير پلي استر، وينيل استر و رزينهاي اپاكسي مي‌باشد. رزينهاي خاصي نظير فنوليك،پلي اوره‌تان و سيليكون براي كاربردهاي ويژه استفاده مي شوند. رزين‌هاي مصرفي معمولاً در ضمن فرآيند قالب گيري، شبكه‌اي شده و منسجم و جامد مي‌گردند. اين فرآيند به نام فرآيند شبكه‌اي شدن معروف است. به علت انجام اين فرآيند مقاومت شيميايي، حرارتي و خواص فيزيكي و دوام سازه‌اي كامپوزيت افزايش مي‌يابد. به دليل مزاياي بي شمار كامپوزيت‌ها كاربرد اين مواد در بازارهايي نظير حمل و نقل، ساختمان، سازه‌هاي دريايي، سازه‌هاي خيلي قوي، محصولات مصرفي، وسايل برقي، هواپيما و هوافضا، وسايل وتجهيزات تجاري روبه افزايش است. برخي از اين مزايا به شرح زير است:

۱- استحكام بالا: مواد كامپوزيت براي نيازهاي استحكامي خاص در يك كاربرد مي‌توانند طراحي شوند. مزيت بارز كامپوزيتها نسبت به ساير مواد، توانايي استفاده كردن از تعداد زيادي از تركيبهاي رزينها و تقويت‌كننده‌ها و بنابراين رسيدن به خواست مشتري از نظر خواص مكانيكي و فيزيكي سازه مي‌باشد.
۲- سبكي: كامپوزيتها، موادي را ارائه مي‌دهند كه مي‌توانند هم براي استحكام بالا و هم وزن كم طراحي شوند. در حقيقت كامپوزيتها جهت توليد سازه‌هايي با بالاترين نسبت استحكام به وزن شناخته شده براي بشر به كار برده مي شوند.
۳- مقاومت در برابر خوردگي: كامپوزيتها، مقاومت طولاني مدتي را در كار در محيطهاي شيميايي و دمايي ارائه مي‌دهند. كامپوزيتها، موادي منتخب براي قطعاتي محسوب مي‌شوند كه در محيطهاي بازي، كاربردهاي شيمايي و ديگر شرايط محيطي قرار دارند.
۴- انعطاف‌پذيري طراحي: كامپوزيتها نسبت به ديگر مواد اين مزيت را دارند كه مي‌توانند با شكلهاي پيچيده نسبت به هزينه كم، قالبگيري شوند. انعطاف‌پذيري در ايجاد شكلهاي پيچيده، به طراحان آزادي عمل مي دهد كه اين موضوع نشان‌دهنده موفقيت كامپوزيتها است.
۵- بادوام بودن: سازه‌هاي كامپوزيتي عمري با دوام و طولاني را دارا هستند. اين خصوصيت با حداقل نيازمندي‌هاي تعمير و نگهداري توام گشته است. طول عمر كامپوزيتها در كاربردهاي حساس مزيت به شمار مي‌رود. در نيم قرن توسعه كامپوزيتها، سازه هاي كامپوزيتي به گونه‌اي خوب طراحي شده‌اند كه هنوز كاملاً فرسوده نشده‌اند. ]۴[
امروزه، صنعت كامپوزيتها به عنوان يك ارائه دهنده اصلي مواد به رشد خود ادامه مي‌دهد به صورتي كه بيشتر طراحان، مهندسين و سازندگان از مزاياي اين مواد همه كاره مطلع شده‌اند. ]۴[
مواد مركب (composite materials) به دليل دارا بودن مقاومت بالا و وزن كم، يكي از مواد بسيار مناسب براي مهندسين سازه مي‌باشد. كاربرد اين مواد در سازه‌هاي هواپيما، كشتي، قايق، ماشين و نظير آن روند صعودي داشته و رفته رفته جاي خود را در ديگر زمينه‌هاي صنعتي به طور كامل باز كرده است. ]۴[

۳-۱- كامپوزيتها چه هستند؟
كلمه كامپوزيت مي‌تواند در چند جاي مختلف به كار برده شود و تعريف آن مي‌تواند در محدوده‌اي از يك حالت عمومي تا حالتي خيلي خاص به كار رود. تركيب چند تصوير به داخل يك تصوير به عنوان يك تصوير كامپوزيتي شناخته مي‌شود كه تركيبي از اجزاي مختلف است. مواد كامپوزيت هم، تركيبي از اجزاي مختلف هستند.
تعريف جامع يك كامپوزيت عبارت است از: دو ماده غيريكسان كه در صورت تركيب، ماده حاصله از تك تك مواد قوي‌تر مي شود. كامپوزيتها مي‌توانند هم به صورت طبيعي و هم به صورت مصنوعي (ساخت بشر) باشند. ]۲[

شكل ۱-۱- كامپوزيت طبيعي ]۲[

چوب مثال خوبي از يك كامپوزيت طبيعي است كه در شكل ۱-۱ نشان داده شده است. چوب تركيبي از الياف سلولزي (Cellulose) و ليگنين مي‌باشد. الياف سلولزي استحكام را ايجاد مي‌كنند و ليگنين چسبي است كه الياف را به هم مي‌چسباند و پايدار مي‌كند. بامبو (Bamboo) (ني يا خيزران)، يك سازه كامپوزيتي چوبي بسيار كارآمد مي‌باشد. اجزاي آن عبارتند از: سلولز و ليگنين، همانگونه كه در ديگر چوبها نيز هست. ضمناً بامبو توخالي است و اين امر باعث مي شود كه سازه‌اي سفت و خيلي سبك باشد. چوبهاي بلند ماهي‌گيري كامپوزيتي و بدنه چوبهاي گلف، كپي اين طرح طبيعي مي‌باشند. ]۲[

تخته چند لايي، يك كامپوزيت ساخت بشر است كه تركيبي از مواد طبيعي و مصنوعي مي‌باشد. اين لايه‌هاي نازك چوب يا چسب به هم چسبانده مي‌شوند و تشكيل صفحاتي تخت از چوب لايه‌گذاري شده، كه از چوب طبيعي قوي‌تر هستند را مي‌دهند. تركيبات ديگري از مواد طبيعي ساخت بشر وجود دارند كه كامپوزيتهاي مفيدي را تشكيل مي‌دهند. مصريان باستان كامپوزيتها را ساختند. آجرهاي خشتي مثال خوبي هستند. تركيبي از كاه و گل، كامپوزيتي را تشكيل مي‌دهد كه هم از گل و هم از كاه به تنهايي قوي‌تر است. ]۲[

بتن و فولاد تركيب مي‌شوند تا سازه‌هايي را ايجاد كنند كه صلب و قوي هستند. (بتن مسلح) اينها نمونه‌هايي از ماده كامپوزيتي كلاسيك هستند كه در آنها اشتراك مساعي بين مواد وجود دارد. در اين حالت، اشتراك مساعي به معناي اين است كه تركيب مواد قوي‌تر است و از تك تك مواد بهتر عمل مي‌كند. بتن صلب هست و استحكام فشاري خوبي دارد در حالي كه فولاد استحكام كششي بالايي دارد. نتيجه اين است كه اين سازه هم از نظر كشش و هم از نظر فشار قوي مي‌باشد. محصول كامپوزيتي ديگري كه ما با آن خيلي آشنا هستيم، تاير لاستيكي است. تاير اتومبيل تركيبي است از مخلوط لاستيك و تقويت‌كننده‌اي نظير فولاد، نايلون، آراميد يا ديگر الياف. لاستيك به عنوان ماتريس عمل مي‌كند و تقويت كننده را در جاي خود نگاه مي‌دارد. ماتريس، چسبي است كه الياف را در جاي خود نگاه مي‌دارد. ]۲[
همانطور كه در شكل ۲-۱ ملاحظه مي‌شود در قديم از كاه بعنوان تقويت كننده در گل استفاده مي‌شده است.

 

شكل ۲-۱- كاهگل (خشت) ]۲[

يك تعريف ويژه از كامپوزيت براي اهداف ما چنين است:
تركيبي است از الياف تقويت كننده و يك ماتريس پليمري.
براي مثال، رزين پلي استر (Polyester) ماتريس و الياف شيشه تقويت كننده است. الياف شيشه استحكام كششي و رزين استحكام فشاري و صلبيت را ايجاد مي‌كنند. ]۲[
در تعریف مواد کامپوزیتی، باید دقت کرد که خواص، خصوصیات و مشخصات آنها به خوبی بیان شوند، با این حال این امر اختیاری است و به سلیقه افراد بر می گردد. بسیاری به سادگی گفته‌اند که مواد کامپوزیت از ترکیب دو یا چند ماده برای تشکیل ماده مفید جدید و یا بدست آوردن خاصیت مشخصی از ماده تشیکل شده‌اند. بعضی مواقع، از لغات میکروسکوپیک وماکروسکوپیک نیز برای توصیف سطح مشخصات ماده استفاده شده است.

این تعریف گسترده است و محدوده وسیعی از کاربردها را می پوشاند. برای روشن شدن مطلب، تیری ساخته شده از المان‌های مسی وتیتانیومی در نظر گرفته می شود. این کامپوزیت در یک سطح ماکروسکوپیک، در نظر گرفته شده که برای بالا بردن وابستگی رفتار ماده به درجه حرارت، با توجه به از بین رفتن ضرایب انبساط حرارتی میان مس و تیتانیوم، استفاده شده است. این سیستم ازکامپوزیت که از دو ماده مختلف تشکیل شده با تعاریف جدید از کامپوزیت هایی که در صنایع هوایی، اتومبیل و سایر کاربردهای صنعتی استفاده می شوند تطابق ندارد. ]۲[

۴-۱- صنعت كامپوزيتها
صنعت كامپوزيتها، عموماً توسط بازارهايي كه از محصولات كامپوزيتها استفاده مي‌كنند مشخص مي‌گردد. كامپوزيتها توسط هزاران سازنده محصولاتي كه در سه مقوله زير كار مي‌كنند شناخته مي شوند: كامپوزيتهاي مصرفي، كامپوزيتهاي صنعتي و كامپوزيتهاي پيشرفته. ]۲[

۱-۴-۱- كامپوزيتهاي مصرفي
صنعت كامپوزيتها به مدت بيش از ۵۰ سال جا افتاده است و محصولات مصرفي نظير قايقها، اتومبيلها و محصولات بازسازي شده از اوايل دهه ۱۹۵۰ ساخته شده‌اند.
گرچه غالباً، و نه هميشه، كامپوزيتهاي مصرفي شامل محصولاتي مي‌باشند كه به يك پرداخت تزئيناتي نياز دارد (نظير قايقها، وسايل بازسازي شده، پوشش حمامها و وسايل ورزشي) در بسياري از حالتها، پرداخت تزئيناتي، يك پوشش شناخته شده به عنوان ژل كت (Gel Coat) درون قالب است. كامپوزيتهاي مصرفي، بخش عمده‌اي از كل محصولات بازار را به خود اختصاص مي‌دهند. ]۲[

۲-۴-۱- كامپوزيتهاي صنعتي
تنوع وسيعي از محصولات كامپوزيتي در كاربردهاي صنعتي، جاهايي‌ كه مقاومت در برابر خوردگي و عملكرد در محيطهايي با شرايط بد را مي‌طلبد مصرف مي شوند. به طور كلي رزينهاي در حد متوسط نظير ايزوفناليك و وينيل استر براي مشخصه‌هايي نظير مقاومت در برابر خوردگي مورد نياز مي باشند و الياف شيشه (فايبرگلاس) تقريباً همواره به عنوان الياف تقويت كننده به كار مي‌روند.
محصولات كامپوزيتي صنعتي شامل مخازن زيرزمين، لوله‌كشي‌ها، دودكشها، اجزاء عمليات تصفيه آب، مخازن تحت فشار و گروهي ديگر از محصولات مي‌باشند. ]۲[

۳-۴-۱- كامپوزيتهاي پيشرفته
اين بخش از صنعت كامپوزيتها با استفاده از سيستمهاي رزيني با عملكردي بالا و گران‌قيمت و الياف تقويت كننده‌اي با استحكام و سفتي بالا مشخص مي‌گردند. صنعت هوافضا شامل انواع هواپيماهاي نظامي و تجاري، مشتري اصلي براي كامپوزيتهاي پيشرفته مي‌باشد. اين مواد همچنين براي استفاده در ابزارهاي ورزشي، جاهايي كه عملكرد بالايي نياز هست نظير چوبهاي گلف، راكتهاي تنيس، چوبهاي بلند ماهي‌گيري و كمانهاي تيراندازي و جاهايي كه خواصي نظير نسبت استحكام بالا به وزن كم مدنظر است به عنوان مواد پيشرفته استفاده مي‌شوند.
رزين اپاكسي (Epoxy) و الياف تقويت كننده آراميد، كربن يا گرافيت در اين قسمت بخش مهمي از بازار را به خود اختصاص مي‌دهند. ]۲[

۵-۱- ساختارهای تشکیل دهنده مواد مرکب
عمده ساختارهایی که در مواد مرکب استفاده می شوند عبارتند از:
الف ) زمینه : بدنه ، حافظ ومحدود کننده ترکیب است وفرمی توده‌ای و پیوسته به آن می دهد و می تواند از فلزات ، پلیمرها ، یا سرامیک ها می باشد:
ب) ساختار اصلی: شامل
 الیاف یا رشته ها
 ذرات
 لایه ها
 پولکها
 پر کننده ها
زمینه با توجه به نوع کاربرد کامپوزیت وخواص لازم انتخاب می شود ولی مهمترین خاصیتی که باید داشته باشد این است که به خوبی به ساختار یا ساختارهای دیگر بچسبد و آنها را کنار هم نگه دارد. به دلیل مخلوط کردن مواد، همیشه بین ساختارهای مختلف یک ناحیه رابط وجود دارد که می تواند شامل یک سطح یا دو سطح واسط باشد، هنگامی که یک واسطه ارتباط یا حالت واسطه بین زمینه وساختار اصلی وجود داشته باشد، دو سطح واسط خواهیم داشت. زمانی از واسطه ارتباط بین زمینه وساختارها استفاده میشود که زمینه به خوبی به ساختار اصلی نچسبد كه ساختار آن را مي‌توانيم در شكل ۳-۱ مشاهده كنيم. ]۴[

 

۶-۱- چرا كامپوزيتها متفاوتند؟
كامپوزيتها خواص مختلفي نسبت به ساير مواد دارا هستند. براي مثال فلزات، استحكام يكساني در همه جهات دارند. كامپوزيتها مي‌توانند طبق خواست مشتري جهت‌گيري شده يا در يك جهت خاص بيشترين استحكام را داشته باشند.
كامپوزيتها نسبت به فلزات به خاطر دامنه وسيع تركيبات مختلفي از ماده كه مي‌تواند در آنها استفاده شود تفاوت دارند. از اين رو، استفاده از هندبوك جهت طراحي كامپوزيتها مشكل است. براي مثال اگر شخصي به دنبال يك تيرآهن I شكل به طول (دهانه تير) ۲۰ فوت، براي تحمل باري برابر ۲۰۰ پوند باشد به سادگي مي‌تواند يك هندبوك را باز كند و ضخامتهاي مناسب و پهناي فلنج آن را از نمودار انتخاب نمايد. ]۲[

در كامپوزيتها كار قدري پيچيده‌تر مي‌باشد. مشخصه‌هاي عملكرد كامپوزيتها مي‌توانند به طور عجيبي تغيير داده شوند و هيچ چيزي به صورت يك كامپوزيت كلي و عمومي وجود ندارد. عوامل زيادي وجود دارند كه باعث مي‌شوند كامپوزيتها به صورت يك ماده مهندسي قابل تعريف درآيند. ]۲[

شكل ۴-۱- تفاوت ساختاري بين كامپوزيتها و فلزات ]۲[
انواع زيادي از رزينها و تقويت كننده‌ها مورد استفاده در كامپوزيتها هستند. هر يك از اين رزين‌ها و تقويت‌كننده‌ها در ايجاد خواص ويژه‌اي در محصولات پلاستيكهاي تقويت شده با الياف (FRP) سهيم هستند. تعداد زيادي از رزينهاي گوناگون وجود دارند كه در ساخت كامپوزيتها استفاده مي‌شوند، اين رزينها عبارتند از: پلي استر، وينيل استر، اكريليك اصلاح شده، اپاكسي، فنوليك و اوره‌تان.

گرچه اين ليست تمام مي‌شود ولي نكته مهم قابل توجه اين است كه هر يك از اين رزينها مشخصه‌هاي عملكردي ويژه‌اي دارند. براي مثال اگر محصولي نياز هست كه در برابر خوردگي مقاوم باشد، رزين وينيل استر يا ايزوفتاليك مي‌تواند به كار برده شود. اگر استحكام بالا مورد نظر باشد، يك اپاكسي مي‌تواند رزين انتخابي باشد. اگر هزينه محصول يك عامل مهم باشد، رزين پلي استر متداول‌ترين مصرف مي باشد. در خود قلمرو رزينهاي پلي استر، اگر مسائل تزئيني، مقاومت در برابر خوردگي، تحمل دماهاي بالا و هزينه فاكتورهاي مورد نظر باشد، فرمولهاي مختلفي به كار برده خواهد شد.