ساختار ساندویچ پانل کامپوزیت

ساندویچ پانل

ساختار ساندویچ پانل کامپوزیت با الیاف شیشه و الیاف کربن

 

در بسیاری از فناوری ها با به موادی نیاز داریم که ترکیب غیر معمولی از آلیاژ های فلزی ، سرامیکی و پلیمر های معمولی باشد . به عنوان مثال در سفینه های فضایی ، زیر دریایی ها و کاربرد های حمل و نقل . باید در عین اینکه چگالی کم وجود دارد ، سفتی و مقاومت در برابر سایش و ضربه نیز وجود داشته باشد . برخی انواع کامپوزیت ها مانند آلیاژ های فلزی ، سرامیکی و پلیمری می باشد . فایبر گلاس اولین کامپوزیت مدرن است و هم اکنون نیز متداول ترین کامپوزیت مصرفی در جهان می باشد . امروزه فایبر گلاس تقریبا 65 % از کامپوزیت های مصرفی در جهان است . این کامپوزیت ها در صنایع مختلف به کار می رود مثل ساختمان سازی ، هواپیما ، بدنه خودرو ها و …

کامپوزیت ها از دو ماده ساخته می شوند ، یک ماده اتصال دهنده و یک ماده تقویت کننده . در فایبر گلاس تقویت کننده الیاف نازکی از شیشه است که عموما مانند پارچه بافته می شود . این الیاف در برابر کشش مقاومت بالایی دارند اما این الیاف بسیار هم شکننده هستند چون اگر به سرعت خم شوند از هم گسیخته می شوند . در ساندویچ پانل های کامپوزیت از الیاف شیشه ای استفاده می کنند ، اما اخیرا از الیاف طبیعی نیز استفاده می کنند .

پانل ساندویچی از دو بخش تشکیل شده است :

یک هسته میانی که ضعیف و حجیم است و یک پوسته قوی و نازک در دو طرف هسته . هسته ضعیف میانی از جنس فوم یا لانه زنبوری است و پوسته های واقع در دو طرف هسته از کامپوزیت های الیاف شیشه یا الیاف طبیعی است .

این ساندویچ پانل ها مقاومت بسیار بالاتری نسبت به تک تک اجزای خود دارند و از سبکی فوق العاده ای برخوردار اند و در عین حال کم هزینه هستند و به سرعت ساخت و ساز کمک می کنند .

مزایای ساندویچ پانل های کامپوزیت : به علت استفاده از مواد سبک در هسته وزن پانل به شدت کاهش یافته است . علی رغم کم وزنی و سبکی آن مقاومت فوق العاده ای در برابر انواع بار های فشاری و ضربه ای دارد . این پانل ها نیروی وارده به خود را جذب می کنند و در نتیجه مقاوم تر می شوند . این پانل ها در برابر رطوبت هوا و شرایط محیطی دچار خورندگی نمی شوند و در نتیجه هزینه تعمیر و نگهداری آن پایین می آید و عمر آن طولانی تر می شود . همچنین این ساندویچ پانل ها استحکام بالایی دارند .

در بسیاری از کامپوزیت های لانه زنبوری مثل آنهایی که در بال و بدنه هواپیما به کار می رود ، ممکن است یک پلاستیک به حالت زنبوری در میان دو پوسته کامپوزیتی تقویت شده یا الیاف کربن پیچیده شود . قطعات بال ، دم ، ملخ ها و پره های چرخان در هواپیما عمدتا از کامپوزیت های پیشرفته است . در هواپیماها احتمال شکست کامل کامپوزیت ها نسبت به فلزاتی مانند آلومینیوم در شرایط تنش کمتر است . یک ترک ریز در داخل یک قطعه فلزی می تواند به سرعت گسترش یابد و نتایج مخربی داشته باشد ولی در کامپوزیت های الیاف مانند یک سد در مقابل ترک مقاومت می کنند و تنش را به روی محیط اطراف پخش می کنند . کامپوزیت های تقویت شده در برابر گرما و خوردگی مقاوم هستند .

اگر چه الیاف شیشه از متداول ترین تقویت کننده ها هستند ولی بسیاری از کامپوزیت ها از الیاف نازک کربن خالص تولید می شوند . الیاف کربن از الیاف شیشه محکم ترند ، در نتیجه گران تر هستند . الیاف کربن سبک و در عین حال محکم هستند و این الیاف در سفینه های فضایی استفاده می شوند . الیاف شیشه به دلیل خواص مکانیکی و مقاومت شیمیایی عالی و همچنین قیمت پایین تر نسبت به الیاف کربن و کولار کاربرد بیشتری دارد . الیاف شیشه ممکن است به صورت الیاف کوتاه ، نبافته ، نخ و یا پارچه باشد . پارچه ها نیز ممکن است از نوع تاری ، پودی و حلقوی باشد که به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت استفاده می شود .

از این ساندویچ پانل ها در سقف و دیوار هم استفاده می شود ، زیرا علاوه بر تحمل بار های خمشی ضربه پذیری ، عملکرد بسیار عالی در برابر عایق صوتی ، حرارتی و رطوبتی دارند .

از این صفحات تقویت شده می توان در قالب های ساختمانی مانند قالب بتنی استفاده کرد . سبکی فوق العاده ، استحکام و قیمت مناسب این صفحات را تبدیل به بهترین گزینه برای قالب های ساختمانی کرده است . هدف دیگر این اختراع استفاده در جهت تقویت و ایزولاسیون لوله های انتقال و کانال ها می باشد . همچنین می تواند در ساخت خانه های سبک ، کانکس و تانکر های بزرگ ذخیره سیال و تیر های کامپوزیتی استفاده کرد .

هدف دیگر این اختراع استفاده در مورد مواد غذایی است . این محصول در بدنه کانتینر های حمل ضمن استحکام بخشی ، نقش عایق حرارتی را بازی می کند و همچنین در ساخت بدنه خودرو ها نیز کاربرد دارد . در صنایع هوا فضا ، دریایی  و زیر سطحی نیز از این الیاف در جهت ساخت بدنه هواپیما های سبک رادار گریز و همچنین بدنه قایق های سبک با سرعت بالا استفاده می شود و همچنین برای پوشش زیر سطحی ها و ماهواره ها نیز استفاده می شود . در این مصارف نسبت بالای استحکام به وزن سازه مهم ترین مزیت مشترک آنها است .

اما در صنایع نظامی و در سایر صنایع عمر این مواد و تحمل بار خمشی بسیار بالا و مقاومت در برابر مواد شیمیایی و خوردگی و پوسیدگی از مزایای دیگر آن است . این مواد عایق الکتریکی قدرتمندی دارند و الکتریسیته ساکن را در یک جا جمع نمی کنند . در مواجهه با حریق و تماس مستقیم با شعله مقاومت بالا دارند و به ندرت دچار حریق می شوند ، چون در آنها از مواد خود اطفاء در ترکیب رزین استفاده شده است .

در صورتی که بخواهیم صفحات کامپوزیتی را در برابر آتش مستقیم مقاوم کنیم ، می توان از دو روش استفاده کرد :

1.استفاده از مواد خود اطفاء در داخل رزین که از جمله این مواد هیدروکسید منیزیم است ، که می تواند ضمن افزایش دمای شعله با آزاد کردن بخار آب باعث خود اطفائی صفحات به هنگام شعله  وری شود .

2.استفاده از رنگ های ضد آتش بر سطح صفحات امکان شعله وری را به هنگام تماس مستقیم با آتش منتفی می کند . اگر نیاز باشد این صفحات به مدت طولانی در معرض شعله از فاصله نزدیک قرار بگیرد ، می توان ضمن پوشش آن با بتون حتی با ضخامت یک سانتی متر و پر کردن صفحات بین دو لایه کامپوزیتی با گچ  سیمان ساعت ها آن را در مقابل شعله و نر م شدن مقاوم کرد .

رزین های پلی استر و اپوکسی نیز در مقابل اسید مقاوم هستند . در آزمایشی که انجام شد تاثیری از اسید سولفوریک بر روی صفحات کامپوزیت مشاهده نشد . استفاده از رزین اپوکسی به جای پلی استر می تواند مقاومت شیمیایی صفحات کامپوزیتی را در مقابل اسید ها و باز ها ارتقا دهد .

کلیه یراق آلات را می توان با استفاده از پیچ یا میخ به خوبی به این صفحات متصل کرد . میخ ها کاملا در داخل این صفحات کامپوزیتی قرار گرفته و می توانند به خوبی مورد استفاده قرار گیرند .

انواع پیچ ها کاملا می توانند بر روی این صفحات قرار گیرند . در مواردی که پیچ ها برای مستحکم کردن اتصال این صفحات به قطعات سازه مورد استفاده است ، مثل استفاده به عنوان سقف و اتصال آنها به تیر های سقف ، می توان از واشر های فلزی پهن برای توزیع فشار پیچ ها بر روی صفحات کامپوزیت استفاده کرد .