کامپوزیت شیشه چیست؟

کامپوزیت شیشه چیست؟ همانطور که می دانیم یکی از مباحث بسیار مهم در صنعت ساخت و ساز مقاوم سازی سازه ها می باشد که جهت مطلوب سازی و ایمنی نمودن سازه می بایستی با مواد دیگر در کنار بتن و فولاد مقاوم شود. حال یکی از این موادها که به واسطه آن سازه ها مقاوم می گردد کامپوزیت شیشه است، در مباحث پیشین به میلگرد کامپوزیت پرداختیم  در این نوشتار قصد داریم به کامپوزیت شیشه نیز بپردازیم، با ما همراه باشید با ادامه این مطلب بشرح موارد ذیل...

• کامپوزیت شیشه
• اجزای تشکیل دهنده کامپوزیت شیشه
• خلاصه ای از فرآیند تولید الیاف شیشه 
• اشکال مختلف الیاف شیشه
• کاربرد الیاف شیشه
• مزایای اصلی کامپوزیت شیشه
• معایب کامپوزیت شیشه (GFRP)
   

کامپوزیت شیشه

کامپوزیت شیشه یا Glass Fiber Reinforced Polymer را با نام GFRP  شناخته می شود و یکی از مشهورترین تقویت کننده مورد استفاده در صنعت کامپوزیت الیاف شیشه است که دارای انواع مختلف AR,S,C,ECR,E می باشد و هر یک کاربرد خاصی دارد حدود 90 درصد الیاف مورد استفاده در کامپوزیتها، الیاف شیشه است که دارای استحکام و سختی مناسبی است.

اجزای تشکیل دهنده کامپوزیت شیشه

این نوع کامپوزیت از اجزای مختلفی تشکیل می شود و با توجه به نوع کامپوزیت شیشه ای ممکن است این مواد کم و زیاد و یا تغییر یابد. در نتیجه می توان از الیاف شیشه سوزنی حصیری، تیتان، اروزیل، کربنات کلسیم، سخت کننده اپوکسی، شتاب دهنده سرب و کبالت، زرین اپوکسی، رزین های پلی استاری ایزوفتالیک و ارتوفتالیک و رزین وینیل استر به عنوان مواد اولیه تولید کامپوزیت شیشه نام برد.

در کل ماده فایبرگلاس از 2 بخش اصلی یعنی پلیمرهای شیشه ای و ماتریس تشکیل می شود. در کامپوزیت شیشه، الیاف شیشه نقش اصلی را دارد چرا که با ایجاد ویژگی محصورشدگی، موجب افزایش مقاومت کامپوزیت می گردد. این در حالی است که تراکم این الیاف بالا بوده و از این روی، رزین اپوکسی(ماتریس) به راحتی آن را در بر می گیرد.

اجزای دیگر تشکیل دهنده کامپوزیت شیشه ماتریس می باشد، که حکم یک چسب پلیمری را داشته و  موجب می شود الیاف تقویتی را به هم بچسباند( الیاف تقویتی در اینجا همان الیاف شیشه است). به هنگام اعمال فشار، ماتریس تغییر شکل داده و فشار را به الیاف که ماده بسیار مستحک در انواع کامپوزیت است را منتقل می کند.

از ویژگی های ماتریس می توان به خاصیت جذب انرژی اشاره کرد که تمرکز تنش را از روی الیاف برداشته و به سمت خود جذب می نماید.
از دیگر ویژگی های رزین یا ماتریس،  توانایی پر کردن انواع قالب ها، خیس کردن الیاف شیشه، داشتن زمان تا خشک شدن نهایی است. جالب است بدانید رزین های اپوکسی و فنولیک بیشترین کاربرد را در ساخت کامپوزیت دارند.

خلاصه ای از فرآیند تولید الیاف شیشه 

تولید الیاف شیشه بطور خلاصه بشرح موارد ذیل می باشد:

1-آماده سازی مواد خام

بیش از نیمی از مواد اولیه مورد استفاده ماسه سیلیس است و قسمت اصلی هر نوع الیاف شیشه را تشکیل می دهد. سایر اجزاء شامل مقادیر ناچیز سایر ترکیبات شیمیایی می باشند.

２-بخش اختلاط (BatchHouse)

در اینجا مواد با هم مخلوط شده برای قسمت کوره آماده می شوند. اصطلاحا به این توده مخلوط، Batch گفته می شود.

３-کوره

دمای کوره به اندازه کافی زیاد است تا ماسه و سایر اجزاء را ذوب کند و بصورت شیشه مذاب در آورد. سطح داخلی کوره با آجرهای مخصوصی ساخته شده است که در دوره های زمانی مشخص تعویض می شوند.

４-بخش Bushing

شیشه مذاب روی سینی های پلاتینی مقاوم حرارتی متعدد، جریان پیدا می کند. در این سینی ها هزاران روزنه وجود دارد که بوشینگ می گویند.

５-تشکیل الیاف

جریان شیشه مذاب از درون بوشینگ ها بیرون کشیده می شود و تا قطر معین نازک می شوند، سپس توسط آب یا هوا خنک می شوند تا الیاف تشکیل شوند.

6-آهار زنی

الیاف مو مانند با یک مخلوط شیمیایی مایع با نام Sizing پوشش داده می شوند، آهارزنی به دو علت انجام می گردد:

• جهت حصول اطمینان از چسبندگی الیاف به رزین
• برای محفوظ ماندن الیاف از سایش به یکدیگر در طی فرآیند ساخت و کار

اشکال مختلف الیاف شیشه

• الیاف رشته ای (Roving)
• تار (Filament)
• نمد الیاف بلند (CRM)
• نمد الیاف کوتاه/ بصورت سوزنی و نمدی  (CSM)
• پارچه بافت ریز
• پارچه بافت درشت
• الیاف کربن
• پودر شیشه (Glass milled)
• الیاف خرد (Chopped strand)

کاربرد الیاف شیشه

شیشه  در صنعت و ساختمان کاربردهای فراوانی دارد از جمله:

• استفاده به‌عنوان مقاوم خوردگی در صنایع شیمیایی
• افزایش مقاومت کششی و سطحی مصالح ساختمانی
• تعمیر سطحی بتن و ترک‌های آن
• کمک به افزایش مقاومت ساختمان در برابر زلزله
• افزایش مقاومت بتن و سایر چسباننده‌های سازه‌ای
• بکارگیری در صنایعی مانند ساخت تجهیزات لوازم خانگی،خودرو، تجهیزات ورزشی، ساخت اعضاء مصنوعی بدن و ... 
• استفاده به‌عنوان عایق حرارتی، رطوبتی و صوتی

مزایای اصلی کامپوزیت شیشه 

• مقاومت مناسب حرارتی
• مقاومت شیمیایی و خواص ضد خوردگی بالا
• قیمت پایین نسبت به سایر کامپوزیت‌ها
• استحکام کششی بالا
• الیاف شیشه رسانا نیستند و یا به عبارت دیگر فیبر شیشه عایق الکتریکی خوبی است.
• مقدار بالای فروش الیاف شیشه سبب در دسترس بودن انواع مختلف آن باشد.

 
معایب کامپوزیت شیشه (GFRP)

• مقاومت در برابر خستگی الیاف شیشه نسبتاً پایین است.
• فیبر شیشه مدول کششی پایین‌تری نسبت به الیاف کربن دارند و همین مسئله سبب می‌شود تا مهندسین سازه جهت مقاوم‌سازی ساختمان‌ها با FRP بیشتر رغبت به استفاده از الیاف کربن به‌جای الیاف شیشه داشته باشند.
• الیاف شیشهGFRP نسبتاً شکننده بوده و تردتر می‌باشد.
• وزن مخصوص الیاف پلیمری شیشه (فیبر شیشه) در مقایسه با انواع الیاف کربن نسبتاً بالا می‌باشد.
• الیاف شیشه نسبت به سایش در حین حمل‌ونقل حساس می‌باشند.
• سختی الیاف شیشه زیاد بوده و در نتیجه باعث سایش قالب‌ها و کند شدن ابزار برش در کارهای کامپوزیتی می‌گردد.

هدف از ارائه این مبحث معرفی کامل کامپوزیت شیشه، اجزای تشکیل دهنده و مزایا و معایب آن است، امیدوارم این مطلب برای شما مفید بوده باشد. 
 

منبع: گروه تأمین محتوای فولاد24