نمایشگاه دائمی

۱۳۸۹ خرداد ۴, سه‌شنبه

اليافي که در صنعت کامپوزيت

اليافي که در صنعت کامپوزيت
کاربرد کامپوزيت در خودرو و ساختمان
دسته‌بندي کامپوزيت‌ها از ديدگاه زيستي
قابليت تعويض پانل ها
قابليت هاي کامپوزيت

الف)الياف مصنوعي ب)الياف طبيعي

نماي کامپوزيت

اليافي
که در صنعت کامپوزيت
کاربرد
کامپوزيت در خودرو و ساختمان
دسته‌بندي کامپوزيت‌ها از ديدگاه زيستي
قابليت
تعويض پانل ها
قابليت
هاي کامپوزيت

كامپوزيت چيست؟ براي پوشش نماي بيروني و يا دکوراسيون داخلي ساختمان ها به صورت ديواره ، پارتيشن و سقف کاذب کاربرد فراواني دارد اين ورق ها متشکل از دو لايه ورق آلومينيومي در پوسته هاي بيروني و يک لايه از مواد پلي اتيلن و يا مواد نسوز کاني در وسط مي باشد . ورق هاي کامپوزيت با توجه به ضخامت ، نوع آلياژ آلومينيومي لايه ها ، نوع رنگ بکار رفته در پوسته بيروني و نوع مواد بکار رفته در لايه مياني تنوع وسيعي را به ورق هاي مذکور مي دهد که هر کدام از انواع آن کيفيت و کاربرد معيني را دارا مي باشد از اين رو جابه جايي کاربرد آن ها زيان هاي فاحشي را بوجود مي آورد. ورق هاي کامپوزيت از سال 1969 در آلمان ابداع گرديد و استقبال و استعمال بيش از حد اين محصول در نما نشان دهنده کيفيت مناسب و عدم وجود هرگونه محدوديت در طراحي و اجراي اين مصالح است. ورق هاي کامپوزيت متشکل از دو لايه آلومينيوم به ضخامت 5/0 ميليمتر و يک هسته از جنس پلاستيک يا يک ماده معدني پرکننده به ضخامت 3 ميليمتر که در بين اين دو لايه قرار مي گيرد ميباشد. در کاربردهاي مهندسي، اغلب به تلفيق خواص مواد نياز است. به عنوان مثال در صنايع هوافضا، کاربردهاي زير آبي، حمل و نقل و امثال آنها، امکان استفاده از يک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را فراهم نمايد، وجود ندارد. به عنوان مثال در صنايع هوافضا به موادي نياز است که ضمن داشتن استحکام بالا، سبک باشند، مقاومت سايشي و UV خوبي داشته باشند و .... از آنجا که نمي توان ماده‌اي يافت که همه خواص مورد نظر را دارا باشد، بايد به دنبال چاره‌اي ديگر بود. کليد اين مشکل، استفاده از کامپوزيتهاست. کامپوزيتها موادي چند جزئي هستند که خواص آنها در مجموع از هرکدام از اجزاء بهتر است.ضمن آنکه اجزاي مختلف، کارايي يکديگر را بهبود مي‌بخشند. اگرچه کامپوزيتهاي طبيعي، فلزي و سراميکي نيز در اين بحث مي‌گنجند، ولي در اينجا ما تنها به کامپوزيتهاي پليمري مي‌پردازيم. در کامپوزيتهاي پليمري حداقل دو جزء مشاهده مي‌شود: 1. فاز تقويت کننده که درون ماتريس پخش شده است. 2. فاز ماتريس که فاز ديگر را در بر مي‌گيرد و يک پليمر گرماسخت يا گرمانرم مي‌باشد که گاهي قبل از سخت شدن آنرا رزين مي‌نامند. تقسيم بندي‌هاي مختلفي در مورد کامپوزيتها انجام گرفته است که در اينجا يکي از آنها را آورده‌ايم: خواص کامپوزيتها به عوامل مختلفي از قبيل نوع مواد تشکيل دهنده و ترکيب درصد آنها، شکل و آرايش تقويت کننده و اتصال دو جزء به يکديگر بستگي دارد. از نظر فني، کامپوزيتهاي ليفي، مهمترين نوع کامپوزيتها مي باشند که خود به دو دستة الياف کوتاه و بلند تقسيم مي‌شوند. الياف مي‌بايست استحکام کششي بسيار بالايي داشته، خواص ليف آن (در قطر کم) از خواص توده ماده بالاتر باشد. در واقع قسمت اعظم نيرو توسط الياف تحمل مي‌شود و ماتريس پليمري در واقع ضمن حفاظت الياف از صدمات فيزيکي و شيميايي، کار انتقال نيرو به الياف را انجام مي‌دهد. ضمناَ ماتريس الياف را به مانند يک چسب کنار هم نگه مي‌دارد و البته گسترش ترک را محدود مي‌کند. مدول ماتريس پليمري بايد از الياف پايينتر باشد و اتصال قوي بين الياف و ماتريس بوجود بياورد. خواص کامپوزيت بستگي زيادي به خواص الياف و پليمر و نيز جهت و طول الياف و کيفيت اتصال رزين و الياف دارد. اگر الياف از يک حدي که طول بحراني ناميده مي‌شود، کوتاهتر باشند، نمي‌توانند حداکثر نقش تقويت کنندگي خود را ايفا نمايند. اليافي که در صنعت کامپوزيت استفاده مي‌شوند به دو دسته تقسيم مي‌شوند: الف)الياف مصنوعي ب)الياف طبيعي کارايي کامپوزيتهاي پليمري مهندسي توسط خواص اجزاء آنها تعيين ميشود. اغلب آنها داراي الياف با مدول بالا هستند که در ماتريسهاي پليمري قرار داده شدهاند و فصل مشترک خوبي نيز بين اين دو جزء وجود دارد. ماتريس پليمري دومين جزء عمده کامپوزيتهاي پليمري است. اين بخش عملکردهاي بسيار مهمي در کامپوزيت دارد. اول اينکه به عنوان يک بايندر يا چسب الياف تقويت کننده را نگه ميدارد. دوم، ماتريس تحت بار اعمالي تغيير شکل ميدهد و تنش را به الياف محکم و سفت منتقل ميکند. سوم، رفتار پلاستيک ماتريس پليمري، انرژي را جذب کرده، موجب کاهش تمرکز تنش ميشود که در نتيجه، رفتار چقرمگي در شکست را بهبود ميبخشد. تقويت کنندهها معمولا شکننده هستند و رفتار پلاستيک ماتريس ميتواند موجب تغيير مسير ترکهاي موازي با الياف شود و موجب جلوگيري از شکست الياف واقع در يک صفحه شود. بحث در مورد مصاديق ماتريسهاي پليمري مورد استفاده درکامپوزيتها به معناي بحث در مورد تمام پلاستيکهاي تجاري موجود ميباشد. در تئوري تمام گرماسختها و گرمانرمها ميتوانند به عنوان ماتريس پليمري استفاده شوند. در عمل، گروههاي مشخصي از پليمرها به لحاظ فني و اقتصادي داراي اهميت هستند. در ميان پليمرهاي گرماسخت پلياستر غير اشباع، وينيل استر، فنل فرمآلدهيد(فنوليک) اپوکسي و رزينهاي پلي ايميد بيشترين کاربرد را دارند. در مورد گرمانرمها، اگرچه گرمانرمهاي متعددي استفاده ميشوند، PEEK ، پلي پروپيلن و نايلون بيشترين زمينه و اهميت را دارا هستند. همچنين به دليل اهميت زيست محيطي، دراين بخش به رزينهاي داراي منشا طبيعي و تجديدپذير نيز، پرداخته شده است. از الياف متداول در کامپوزيتها مي‌توان به شيشه، کربن و آراميد اشاره نمود. در ميان رزينها نيز، پلي استر، وينيل استر، اپوکسي و فنوليک از اهميت بيشتري برخوردار هستند. در بخشهاي بعدي، رزينها و الياف و روشهاي شکل دهي کامپوزيتها را مورد بحث قرار داده‌ايم.

نماي شيشه اي

نماي شيشه اي ساختمان عموما ارتباط بين شخصيت و هويت افراد با محل زندگي آنها را، هويت مكاني مي ناميم كه اين هويت در مقياس بزرگتر نظير هويت شهري نيز قابل انطباق است. اگر شهر محل زندگي فرد بي هويت باشد احساس ناامني در وجود او رخنه مي كند و با حالت بي انگيزگي به زندگي خود ادامه مي دهد. هويت شهر نيز اگر مطابق با اصول و ضوابط شهري بوده و با بدنه هاي شهري پيوند خورده باشد واژه هويت را در ذهن تداعي مي كنند. نما در ساختمان، به عنوان حائلي بين شرايط فيزيكي و اقليمي خارج ساختمان (شرايط جوي) و همچنين به عنوان نمايشگر هويت حجمي و زيبائي آن، انواع گوناگوني دارد كه از تركيب مصالح مختلف شكل مي گيرد و به ساختمان معنا مي دهد. يكي از مواردي كه در جهان معماري و ساختمان سازي ريشه دوانيده و به صورت يك مد در بين انبوه سازان در عصر فعلي خود را نشان داده، استفاده از نماي شيشه اي در ساختمانها است. استفاده از نور و انرژي خورشيد در ساختمانها از اساسي ترين راههاي استفاده بهينه انرژي در معماري است و عدم استفاده از اين دستاورد? معماري ما را از شفافيت دور و فضاها را از نعمت گرما بخشي محروم مي كند. خوشبختانه كشور ما نسبت به بسياري از كشورهاي اروپائي داراي آفتاب است و مي توان با تكنيك صحيح، آفتاب را به داخل فضاي ساختمان رهنمون ساخته و با گرما و شفافيت آن، آرامش را به فضا دعوت كرد. علاوه بر مساله بهره گيري از گرما و انرژي خورشيد، بحث زيباسازي شيشه در نما نيز مهم است و با نزديك شدن به طرح هاي ساختماني جديد، جذابيت در نما نيز اهميت پيدا مي كند.امروزه نماهاي تمام شيشه با رنگ هاي مات و آيينه گون يكي از جذابيت ها در عرصه معماري به شمار مي آيند. شيشه به طور ذاتي به دليل شفافيت و قابليت رفلكس گونه خود داراي جذابيت بصري بالايي است اما استفاده از شيشه در نما، با وجود آنکه به تامين نور و گرما كمك مي كند، با نگرانيهايي نيز همراه است. با توجه به شرايط اقليمي تهران، استفاده از شيشه، بايد محتاطانه تر صورت پذيرد ؛ در تهران به دليل احتمال وقوع زلزله كه سستي سازه هاي ساختماني قدرت آن را چندين برابر مي كنند، عملا" استفاده از چنين عاملي در نماسازي بايد با احتياط انجام پذيرد. در كشورهاي غربي به دليل كمبود نور آفتاب و واقع نشدن در مسير گسل زلزله استفاده از شيشه امري قابل قبول است ولي متاسفانه در كشور ما بدون توجه به محاسبات مقاومتي، از اين عنصر ظاهر فريب معماري استفاده بسياري مي شود. شيشه دو جداره در كشور ما به دو صورت دستي ساز و ماشيني ساخته مي شود. که البته نوع دستي آن کاملا غيراستاندارد است. در نوع دستي ساز، به دليل استفاده از مواد نامرغوب، شيشه، پس از يكسال نصب، در اثر مواجهه با سرما و گرما دچار تعريق مي شود? به دليل برش الماسه دستي، ابعاد شيشه بريده شده نيز حدود 3 تا 4 ميلي متر از اندازه مورد نياز کمتر يا بيشتر مي شود و در نهايت اينکه شيشه ها کيفيت لازم را در هنگام شست و شو نخواهند داشت. اما شيشه هاي دوجداره اي که توسط دستگاه ساخته مي شوند عايق حرارتي، برودتي و صوتي به حساب مي آيد. اخيرا" با اجباري شدن تامين استاندارد براي برخي مصالح از جمله شيشه، اميد است توليدكنندگان داخلي زيباكنندگان اصولي نماي ما باشند و با اجراي شيوه هاي صحيح، ساختمانهاي ما را داراي امنيت كنند. همچنين اميد آن مي رود که سازنگان ساختمانهاي ما با توجه به مقررات ملي ساختمان و رعايت اصول و شيوه هاي مقاومتي در مورد شيشه، جذابيت ساختمانها را صد چندان كنند. تا اوايل قرن بيستم، شيشه و آلومينيوم مواد نسبتا گراني محسوب مي‌شدند چرا که اولا مواد اوليه توليد آنها کم بودند و در مرحله بعدي، توليدشان نيز با مشكلاتي روبه‌رو بود كه هزينه‌هاي استفاده از اين دو مصالح مهم ساختماني را سرسام آور مي‌ساخت. با پيشرفت تكنولوژي و بهبود روش‌ها و فرآيندهاي توليد، به تدريج، اين مواد جايگزين ساير مصالح ساختماني در نماسازي به خصوص در ساختمان‌هاي بلند مرتبه گرديدند زيرا علاوه بر امكان استفاده از نور طبيعي، زيبايي، دوام و كمترين هزينه‌هاي تعمير و نگهداري، باعث كاهش قابل‌توجهي از وزن ساختمان و فشارهاي سازه‌اي بر پي‌ها، ستون‌ها و ديوارهاي باربر مي‌شد.ديوارهاي شيشه‌اي يا همان CURTAIN WALL در واقع جداره‌هايي از شيشه هستند که در ميان غلافي از ورق‌هاي آلومينيوم قرار گرفته‌اند و در بخش‌هاي مختلف يک واحد مسکوني کاربري دارند. جالب است بدانيم که ورود سيستم ديوارهاي شيشه‌اي اولين بار در ايران به خاطر تجهيز فضاهاي اداري ساختمان‌هاي دولتي بوده و هم‌اکنون نمونه‌هاي اوليه آن در بانک ملي، وزارت نيرو و آموزش عالي قابل مشاهده‌اند. دو مشخصه اساسي، استفاده از ديوارهاي شيشه‌اي را در سطح ساخت و ساز جهاني و وطني گسترش داد: 1) فراهم ساختن امكان ورود نور طبيعي روز 2) امكان رويت منظره بيرون و تهويه امكان ورود نور از وظايف ضروري ديوار شيشه‌اي و امكان رويت منظره بيرون از وظايف مطلوب آن است. تهويه نه از وظايف ضروري ديوار شيشه‌اي است و نه از وظايف مطلوب آن، بلكه وظيفه‌اي است كه به طور سنتي از آن انتظار مي‌رود. اما شيشه و ديوار در ساخت و ساز عملکردهاي مشخصي دارند که ترکيبشان در ديوارهاي شيشه‌اي، لزوم عملکرد ترکيبي را ايجاب مي‌کند. با اين حساب ويژگي‌هاي يك سيستم ديوار شيشه‌اي به عنوان بخشي از ساختمان عبارتست از: 1 - مقاومت و استحكام 2 - امكان استفاده از نور طبيعي 3 - دور نگه داشتن باد و باران 4 - دوام و بي نيازي از نگهداري 5 - عايق‌بندي حرارتي 6 - عايق‌بندي صوتي 7 - آتشپادي و ايمني در برابر آتش ويژگي‌هاي دست يافتني در ساختمان‌هاي بلند و پر هزينه‌اي که معمولا از طرف نهادهاي دولتي يا بانک‌هاي خصوصي در ايران برپا مي‌شود تمامي اين ويژگي‌ها جزء لاينفک و ضروري به حساب مي‌آيند. در اين بناها، سازه ديوار بايد از مقاومت كافي جهت تحمل وزن خود در ميان نقاط تكيه گاه يا نقاط اتصال به قاب سازه‌اي و از پايداري كافي در مقابل فشارهاي جانبي باد برخوردار باشد. از طرف ديگر وظيفه اوليه ديوار شيشه‌اي، فراهم ساختن امكان ورود نور كافي جهت اجراي موثر فعاليت‌هاي روزانه است. اين روزها که بحث مصرف بهينه انرژي در کنار کمبود برق در ايران بسيار جدي شده است، عقل سليم حكم مي‌كند كه ساختمان‌هايمان به سمت استفاده از نور طبيعي پيش بروند. (جدول پايين) روش تعيين ميزان نور در ساختمان همانطور كه در جدول زير مشاهده مي‌گردد براي بسياري موارد ضريب نور طبيعي 2 كافي است. بر اساس يك روش ساده، ضريب متوسط نور طبيعي روز در اتاق‌هاي داراي روشنايي جانبي تقريبا معادل يك پنجم نسبت درصدي شيشه به مساحت كف اتاق است. مثلا براي دستيابي به ضريب نور طبيعي متوسط 6 در اتاقي به مساحت 12‌متر مربع مساحت شيشه كاري مورد نياز برابر است با 6/3‌متر مربع = 5% * 12*6 اين محاسبه متوسط كلي معمولا براي مقاصد عمومي مانند اتاق‌هاي نشيمن كافي است و از آن به عنوان پايه‌اي جهت تضمين مساحت شيشه كاري مورد نياز متناسب با مساحت كف اتاق استفاده مي‌شود. با اين روش حتي براي اتاق‌هاي کوچک خانه هم مي‌توانيد برنامه‌ريزي مناسبي جهت نوردهي داشته باشيد. از مشخصات يك سيستم ديوار شيشه‌اي خوب جلوگيري از نشت هوا و باران از طريق درزهاي قابها و شيشه كاري است. در مصالح ورقه‌اي غير جاذب مانند شيشه و فلز، باران همراه با باد تحت فشار بر روي ديواره جاري مي‌شود. نماي بسياري از ساختمان‌ها که با مصالحي همچون سنگ‌هاي گرانيتي، آجر و ... پوشش يافته‌اند به مرور دچار هوازدگي مي‌شوند. اين مشکل زماني وقوع مي‌يابد که رنگ نما بر اثر مرور زمان تغيير کرده و ضايعات آن را نتوان به طرق معمول از بين برد. نوع غير مرغوب و بدون استاندارد سيستم‌هاي ديوار شيشه‌اي که در بازار ايران موجودند نيز گاهي دچار هوازدگي مي‌شوند که پيشنهاد اين صفحه به دوستان اين است که در موقع خريد و يا سفارش به جنس و استانداردهاي آن دقت کنند؛ بسياري از استانداردها واقعي هستند اما با شرايط اقليمي کشورمان سازگار نيستند. سيستم ديوار شيشه‌اي چيست؟ دو سطح شيشه‌اي (دو جداره) در کنار هم و با فاصله در قابي از جنس آلومينيوم قرار مي‌گيرند و حاصل کار يک CURTAIN WALL مي‌شود. اين ديواره‌ها به گونه‌اي ساخته شده‌اند که هوا در فضاي مابين دو شيشه جريان پويا دارد.اولين سازندگان اين ديوارها، متخصصان آلماني بودند که هدف اصلي‌شان حفاظت از محيط زيست بوده است. جالب است بدانيد که وجود هوا در بين اين دو جداره باعث مي‌شود که گرما و سرما به ميزان نياز کاربر تعيين شوند و به نوعي به محيط زيست و کاهش مصرف انرژي کمک کنند. مهندس شيوا اميرفضلي يکي از واردکنندگان اين نوع مصالح درباره نحوه کار اين سيستم شيشه‌اي مي‌گويد: «در بين دو جدار شيشه‌اي هوا جريان دارد و همين امر باعث کنترل انتقال حرارتي مي‌شود. ورقه آلومينيومي، دو لايه متفاوت هوا را از هم جدا مي‌کند. لايه بيروني توسط نور خوشيد، گرم مي‌شود و به بالا مي‌رود و از سمت سمت پشت بام از بين دوجدار خارج مي‌شود و هواي پاک و تميز وارد مي‌شود.»