کامپوزیت از دو قسمت اصلی ماتریس و تقویت‌کننده تشکیل می‌شود. فاز تقویت کننده شامل الیاف در گروه‌های مختلف و فاز ماتریس شامل رزین‌ها است. تقویت‌کننده‌ها موجب بهبود خواص مکانیکی در ساختار می‌گردند که به صورت فیبرهای کوتاه و یا بلند و پیوسته هستند. الیاف‌های تقویت‌کننده، تحمل‌کننده اصلی بارها هستند و زمینه (ماتریس) که الیاف را دربر می‌گیرد، فراهم‌سازی بستر مناسب جهت انتقال بار از الیافی به الیاف دیگر را بر عهده دارد.
کامپوزیت‌ها انواع مختلفی دارند. یکی از این گروه‌ها کامپوزیت‌های پلیمری(FRP) هستند که بر اساس فیبر تشکیل‌دهنده به سه دسته تقسیم می‌شوند:
- الیاف از جنس کربن: کامپوزیت مسلح شده با الیاف کربن (CFRP)
- الیاف از جنس شیشه: کامپوزیت مسلح شده با الیاف شیشه (GFRP)
- الیاف از جنس آرامید: کامپوزیت مسلح شده با الیاف آرامید (AFRP)
در این مقاله به بررسی کامپوزیت کربنی پرداخته شده است. استحکام یک کامپوزیت کربنی ناشی از دوعامل سختی ذاتی کربن و ماتریس استفاده شده است. نقش الیاف در کامپوزیت کربنی بر عهده فیبر کربنی است. (مقاله فیبر کربنی در سایت کرتک قابل دسترسی است.) این الیاف کربنی قوی‌تر از سایر مصالح سنتی و ۷۰% سبک‌تر از فولاد هستند. ماتریس این کامپوزیت‌ها نیز خاصیت جذب انرژی دارند که همین امر سبب کاهش تمرکز تنش می‌شود.
تولید کامپوزیت کربنیCFRP
تولید کامپوزیت CFRP بر مبنای الیاف پلی اکریلونیتریل شامل سه فاز زیر است:
- پایدارسازی اکسیداسیونی: در این مرحله الیاف اکریلیک همزمان با اعمال کشش، تحت عملیات حرارتی اکسیداسیون در محدوده دمایی ۲۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرند.
- کربونیزاسیون: پس از فاز پایدارسازی اکسیداسیون، الیاف بدون اعمال کشش در پیرامون دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد در محیط خنثی برای مدت چند ساعت، تحت عملیات حرارتی کربونیزاسیون قرار می‌گیرند.
- گرافیتاسیون: با توجه به نوع الیاف کربن مورد نظر، از لحاظ ضریب ارتجاعی، اعمال این مرحله در محدوده دمایی ۱۵۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد، موجب بهبود درجه جهت‌گیری بلورهای کربنی در جهت محور الیاف و سایر ویژگی‌های مکانیکی می‌شود.
ویژگی‌های کامپوزیت کربنی CFRP:
- وزن کم
- چگالی پایین
- رسانای الکتریکی و حرارتی
- ضریب انبساط حرارتی پایین
- حفظ استحکام در دمای بالا
کاربردهای کامپوزیت کربنی CFRP:
- صنعت هوافضا: جایگزین مناسب برای آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم به دلیل وزن کم کامپوزیت
- صنعت خودروسازی: تجهیزات داخلی خودرو
- صنعت ساختمان: سازه‌های چوبی، فولادی و بنایی به واسطه خواصی چون وزن سبک، مقاوم در برابر خوردگی و استحکام خمشی و کششی مناسب
- پره‌های توربین بادی: وزن کم، استحکام بالا و تولید انرژی الکتریسیته بالا
- لوازم ورزشی: راکت تنیس، چوب گلف، چوب بیس بال، چوب هاکی، تیر و کمان.
- نظامی: جلیقه ضد گلوله.مراجع:www.afzir.com