المواد المركبة Composite Materials

أزداد الاهتمام بالمواد المركبة بالسنوات الأخيرة كمادة هندسية وذلك لخواصها الفريدة وقد تجسد هذا الاهتمام بشكل بارز في حقل الاستعمالات الإنشائية Construction التي تتطلب :

1-     خفة الوزن .

2-     مقاومة عالية .

وقد أثبتت هذه المواد نجاحاً في الاستخدامات (الفضائية ، النقل ، الصناعة المدنية والعسكرية ، الصناعات الزراعية ، الصناعات الطبية …الخ ) .

أن تاريخ استخدام المواد المركبة والمواد الطبقية (Laminations) في صناعة الطابوق وبناء الأقواس الطويلة وتسليح الدروع والسيوف . الشكل (2-1) يبين أنواع مختلفة من المواد المركبة وهي :

‌أ.    بوليمرات مقوى بألياف الزجاج .

‌ب. كونكريت (عبارة عن حبيبات رمل مع أسمنت)

الشكل (2-1) أ،ب، يبين أنواع المواد المركبة .

          إذن يمكن تعريف المواد المركبة بأنها المواد التي تتكون من خليط من مواد تشترك فيما بينها لإعطاء خواص مطلوبة في المادة ، علماً أنه لا يوجد تفاعل كيماوي بين هذا الخليط وكل مادة تحتفظ بخواصها الأساسية التي كانت تملكها منفردة ، مثال ذلك أن البولميرات المقواة هي عبارة عن خليط من البولميرات ومواد أخرى ذات جساءة عالية (Stiffness) كألياف الزجاج أو البورون ومن أمثلتها :

البولميرات المبينة أدناه :

1-    GFRP البولمير المقوى بألياف الزجاج Glass-Fiber-Reinforced – Polymer  .

2-    GFRP البولمير المقوى بألياف الكاربون Carbon –Fiber - Reinforced – Polymer  .  

3-    BFRP البولمير المقوى بألياف البورون Boron-Fiber Reinforced – Polymer  .

4-    الخشب أيضاً مركب طبيعي من بولمير غير بلوري ( الخشبين) (Liqnin) مقوى بألياف السيليلوز

          وهناك العديد من تطبيقات المواد المركبة الأخرى فالخرسانة المسلحة . تتكون من المواد الأساسية (الرمل ، الحصو ، الأسمنت) وقضبان الحديد كذلك إضافة التبن إلى الطين يجعله مادة مركبة قوية .

             أن الفائدة الرئيسة من استخدام المواد المركبة هو الحصول على خواص مشتركة بين المواد التي تكون المادة المطلوبة (أي الحصول على صفة لا تمتلكها كل من المواد المشاركة ) .

          وهنالك أمثلة عديدة للمواد المركبة ابتداء من الدرع المستخدم في الحروب القديمة ونهاية بالتطبيقات الحديثة في إطارات السيارات والأجزاء  الكمالية مثل قوارب الصيد ، والأنابيب البلاستيكية والأجزاء البشرية مثل القلب   الصناعي .

1-4-1 مبادئ التقوية Principles Reinforcement

          من الخواص المهمة التي يبحث عنها مهندس المواد هي الخواص الميكانيكية للمادة بالإضافة إلى الواص الأخرى ، حيث أن مبدأ التقوية يتمثل بالحصول على مادة مركبة ذات الخواص ميكانيكية لا تتوفر في مادة الأساس بتقويتها أنا بأسلوب التقوية بالألياف أوالجسيمات وفي كلا العمليتين فإن الخواص الميكانيكية للمواد المركبة تعتمد على عدة عوامل أهمها :

أ.الخواص النوعية لطور الأساس (Matrix)

والطور الذي يقوم بالتقوية (Reinforcing Phase)

ب.الكسور الحجمية (Volume Fraction)

ج. شكل وحجم وكيفية توزيع واتجاه الطور الذي يقوم بالتقوية .

د. الربط بين الطور الذي يقوم بالتقوية وطور الأساس .

وهنالك مبدأين كما ذكرنا سابقاً

1-1-4-1 أسلوب التقوية بالألياف Principles of Fiber Reinforcement

          هنالك كثير من العوامل يجب أن تأخذ بنظر الاعتبار عند تصميم مادة مركبة مقواة بالألياف وأهم هذه العوامل هي :

1-     طول وقطر الليف Fiber length and diameter  

2-     كمية الليف Amount of fiber

3-     اتجاه الليف Orientation of fiber 

4-     خواص الليف كما هو موضح بالجدول (27-1) fiber properties

5-     خواص المادة الأساس المراد تقويتها .

6-     الربط بين الليف والمادة الأساس .

7-     كلفة الليف كمل مبين بالجدول (26-1)

الجدول (26-1) كلف أنواع من الألياف

  
(3-1)



ملاحظة : باقي المحاضرة تحمل من الرابط التالي (ينسخ العنوان ويوضع في

http://www.m5zn.com/files-0329110003467v6iqi1g2krjfs-1 المواد المركبة Composite Materials.zip