نظرة عامة: المواد والطاقة والمعلومات هي الركائز الثلاث للعلوم والتكنولوجيا المعاصرة، وعلوم المواد هي واحدة من التخصصات الرائدة في العالم اليوم. المواد المركبة هي نجم صاعد في مجال المواد، وقد أدى ظهورها إلى تغييرات كبيرة في صناعة المواد، وتشكيل نمط من التعايش بين المواد المعدنية والمواد غير العضوية وغير المعدنية والمواد البوليمرية والمواد المركبة. التعريف الشامل والكامل للمواد المركبة هو كما يلي: المواد المركبة هي نوع جديد من المواد تتكون من أنواع مختلفة من المواد مثل البوليمرات العضوية أو غير العضوية غير المعدنية أو المعادن، والتي يتم دمجها من خلال العمليات المركبة. يمكنها الاحتفاظ بالخصائص الرئيسية لمواد المكونات الأصلية مع الحصول على خصائص لا تمتلكها المكونات الأصلية من خلال التأثيرات المركبة؛ يمكن استكمال أداء كل مكون وربطه ببعضه البعض من خلال تصميم المواد، وبالتالي الحصول على أداء متفوق جديد.
تمثل المواد المركبة التي تعتمد على نقاط قوة الآخرين اتجاه تطوير المواد. يعتقد العديد من الخبراء أن البشرية دخلت عصر المواد المركبة من عصر المواد الاصطناعية، وهذا الاقتراح له أساس علمي معين. من الصعب جدًا تصنيع مادة جديدة تلبي متطلبات عالية مختلفة للمؤشرات الشاملة. إذا أراد المرء تطوير مادة مرضية في الوقت المناسب، فإن الدورة من المختبر إلى الإنتاج العميق طويلة جدًا أيضًا. ولكن إذا تم دمج المواد الموجودة، فقد يكون من الأسهل تلبية المتطلبات. بالإضافة إلى ذلك، فإن المواد المركبة هي مواد متباينة الخواص، وبالنسبة لاستخدام المواد، يمكن تصميم ترتيب ألياف التسليح وفقًا لحالة الإجهاد الفعلية، وبالتالي توفير المواد، وهو ما لا يمكن تحقيقه من خلال المواد المتباينة الخواص العامة. نظرًا للأداء المتفوق للمواد المركبة، فقد حظيت باهتمام من الدول المتقدمة في جميع أنحاء العالم، وتم اختيارها كواحدة من مجالات الأولوية للتطوير في مجال المواد الجديدة، مما يوضح تمامًا أهمية المواد المركبة.
تُستخدم معظم المواد المركبة القائمة على الراتينج في البيئات الجوية، أو مغمورة في الماء أو مياه البحر، أو مدفونة تحت الأرض. ويُستخدم بعضها كخزانات لتخزين المذيبات المختلفة. وتحت تأثير الهواء والماء والوسائط الكيميائية والضوء والإشعاع والكائنات الحية الدقيقة، يخضع تركيبها الكيميائي وبنيتها وخصائصها المختلفة لتغييرات مختلفة. وفي كثير من الحالات، يكون لحالة درجة الحرارة والإجهاد تأثيرات مهمة على هذه التفاعلات الكيميائية، وخاصة بالنسبة للمركبات الفضائية ومكونات محركها التي تعمل في بيئات قاسية، والتي يجب أن تتحمل درجات الحرارة العالية وتآكل تدفق الهواء عالي الحرارة. واستقرارها الكيميائي أمر بالغ الأهمية.
يمكن للبوليمر، باعتباره مصفوفة المواد المركبة القائمة على الراتينج، أن يخضع للتحلل الكيميائي بطرق مختلفة. ويمكن أن يحدث ذلك من خلال التفاعل مع المواد الكيميائية المسببة للتآكل أو بشكل غير مباشر من خلال توليد الإجهاد، بما في ذلك التدهور الحراري، والتدهور الإشعاعي، والتدهور الميكانيكي، والتدهور البيولوجي. إن مصفوفة البوليمر نفسها عبارة عن مادة عضوية يمكن أن تتآكل أو تتورم أو تذوب أو تسبب تآكل الإجهاد للنظام بواسطة المذيبات العضوية. يشير ما يسمى بالتآكل الإجهادي إلى الفشل المبكر للمواد عند تعرضها للإجهاد عند تفاعلها مع مذيبات عضوية معينة. يمكن تطبيق مثل هذا الإجهاد أثناء الاستخدام أو بسبب بعض القيود في تكنولوجيا التصنيع.
تختلف حساسية المواد للمواد الكيميائية المختلفة وفقًا لأنواع الركائز المختلفة. تقاوم المواد البلاستيكية المقواة بألياف الزجاج الشائعة الأحماض القوية والأملاح والإسترات، ولكنها لا تقاوم القلويات. بشكل عام، ينتبه الناس أكثر إلى تأثير الماء على خصائص المواد. يمكن أن يؤدي الماء عمومًا إلى انخفاض القوة العازلة للمواد المركبة القائمة على الراتينج. يتسبب عمل الماء في تشتت الضوء والتعتيم عندما تنكسر الروابط الكيميائية للمادة، مما يؤثر أيضًا بشكل مهم على الخصائص الميكانيكية. تتأثر قوة الشد وقوة القص وقوة الانحناء للمواد المركبة المكونة من راتنج الإيبوكسي أو راتنج البوليستر مع ألياف زجاجية غير ملتصقة أو معالجة بالحرارة فقط بشكل كبير بالماء المغلي. يمكن أن يقلل استخدام عوامل الاقتران من هذه الخسارة بشكل كبير. يرتبط تأثير الماء والمواد الكيميائية المختلفة بدرجة الحرارة ووقت التلامس، فضلاً عن حجم الإجهاد وخصائص المصفوفة والبنية الهندسية وخصائص ومعالجة مادة التعزيز المسبقة. علاوة على ذلك، يتعلق الأمر أيضًا بحالة سطح المادة المركبة، وتكون المادة ذات الأطراف الليفية المكشوفة أكثر عرضة للتلف.
توجد طرق وأساليب متعددة للتحلل الحراري للبوليمرات، ومن بينها طرق عديدة قد تحدث في وقت واحد. إذا كان من الممكن أن يحدث كسر كامل لسلسلة البوليمر بسبب آلية نزع البلمرة من نوع "السحاب"، فيمكن إنتاج مواد جزيئية متطايرة منخفضة في نفس الوقت. تشمل الطرق الأخرى الكسر غير المنتظم لسلاسل البوليمر لإنتاج منتجات ذات وزن جزيئي أعلى أو انفصال السلسلة الفرعية، بالإضافة إلى التكوين المحتمل لهياكل السلسلة الجزيئية الدورية. يؤثر وجود الحشوات على تحلل البوليمرات، ويمكن لبعض الحشوات المعدنية تسريع التحلل من خلال العمل التحفيزي، وخاصة في البيئات الهوائية. يرتبط اشتعال وتحلل المواد المركبة القائمة على الراتينج بالمواد المتطايرة المنتجة، وعادةً ما تتم إضافة مثبطات اللهب لتقليل خطر الاشتعال. يمكن لبعض البوليمرات إنتاج طبقة من الفحم المقاوم للحرارة في ظل ظروف درجات الحرارة العالية. عندما يتم خلط هذه البوليمرات مع النايلون وألياف البوليستر وما إلى ذلك، فإن تحلل هذه التعزيزات نفسها يؤدي إلى إنتاج مواد متطايرة يمكنها إزالة الحرارة وتبريد البوليمر المحروق، مما يحسن مقاومة الحرارة بشكل أكبر ويمنح المادة المركبة خصائص ميكانيكية ممتازة، مثل مقاومة الزلازل الجيدة.
تتضرر العديد من البوليمرات بسبب الأشعة فوق البنفسجية أو غيرها من الإشعاعات عالية الطاقة، والآلية هي أنه عندما تتجاوز طاقة الضوء والإشعاع طاقة الرابطة التساهمية بين الذرات، تنكسر السلاسل الجزيئية. يمكن استخدام البوليمرات المملوءة بالرصاص لمنع الإشعاع عالي الطاقة. تحظى الأشعة فوق البنفسجية عمومًا بمزيد من الاهتمام، وتشمل الإضافات المستهلكة بشكل شائع الكربون الأسود وأكسيد الزنك وثاني أكسيد التيتانيوم، والتي تعمل على امتصاص أو عكس الأشعة فوق البنفسجية.
التحلل الميكانيكي هو آلية تحلل أخرى، حيث عندما يتجاوز تواتر زيادة الإجهاد قدرة استجابة الرابطة من خلال الترجمة، يحدث كسر الرابطة، وقد تؤثر الجذور الحرة الناتجة أيضًا على طريقة التحلل للمرحلة التالية. تتمتع مصفوفات البوليمر الصلبة والهشة بإجهاد منخفض ويمكن أن تخضع لكسر هش مع أو بدون كسر السلسلة، في حين أن مصفوفات البوليمر الأكثر ليونة ولكن الأكثر لزوجة تتحلل ميكانيكيًا في الغالب.
لقد جذبت المواد المركبة المقواة بالألياف الكثير من الاهتمام وتتمتع بخصائص مهمة. بالمقارنة مع المواد المعدنية أو المواد غير العضوية الأخرى، فإنها تتمتع بمزايا الوزن الخفيف والقوة النوعية العالية ومقاومة التآكل والعزل الكهربائي ومقاومة درجات الحرارة العالية للغاية ونقل الحرارة البطيء وعزل الصوت والعزل المائي والتلوين السهل ويمكنها نقل الموجات الكهرومغناطيسية. إنها مادة جديدة تجمع بين الخصائص الوظيفية والبنيوية.
مادة مركبة مقواة بألياف زجاجية (المعروفة عمومًا باسم "الألياف الزجاجية") هي مادة مركبة تم تطويرها في وقت مبكر. إنها بنية مصنوعة باستخدام الألياف الزجاجية ومنتجاتها كمواد تقوية، وراتينج حراري أو ترموبلاستيكي كمصفوفة، وعمليات صب معينة. اسمها العلمي هو البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية. في عام 1958، اقترح لاي جيفا، وزير مواد البناء السابق، اسمًا شائعًا وحيويًا "الألياف الزجاجية"، والذي تم الاعتراف به الآن من قبل نظرائه في الصناعة محليًا ودوليًا.
من خلال تحليل بناء هذا النوع من المواد المركبة من الألياف الزجاجية، بالمقارنة مع المواد التقليدية، فإن المواد المركبة لها الخصائص التالية.
① إن قابلية تصميم المواد والبنية متعددة المستويات للمواد المركبة تجلب مرونة هائلة لتصميم المواد المركبة وبنيتها. يمكن للخصائص الميكانيكية والميكانيكية والحرارية والصوتية والبصرية والكهربائية ومقاومة التآكل ومقاومة الشيخوخة وغيرها من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد المركبة أن تلبي متطلبات الاستخدام والظروف البيئية للأجزاء. من خلال اختيار ومطابقة مواد المكونات وتصميم الطبقات والتحكم في الواجهة ووسائل تصميم المواد الأخرى، يمكن تحقيق الغرض المتوقع إلى أقصى حد لتلبية أداء استخدام المعدات الهندسية.
② يمكن للمواد المركبة التي يمكنها توفير مقاومة التآكل السطحي والبنيوي أن توفر مقاومة ممتازة للتآكل، فضلاً عن خصائص ميكانيكية ممتازة كمواد هيكلية، مما يحقق مقاومة التآكل البنيوي. ومع ذلك، لا يمكن استخدام المواد المضادة للتآكل العادية مثل الطلاءات المضادة للتآكل، وألواح البطانة المطاطية، وكتل البطانة الطينية (الألواح الخزفية المقاومة للأحماض، وألواح الحجر المصبوب، وكتل الجرانيت، وما إلى ذلك) إلا كطبقات مضادة للتآكل. بمجرد تلف طبقات مقاومة التآكل هذه، ستتآكل الأجزاء المحمية من الهيكل وتتلف، مما يؤدي إلى مخاطر السلامة في الهيكل الرئيسي.
③ يتضمن التصميم الهيكلي للمواد المركبة تصميم المواد. في التصميم الهيكلي للمواد التقليدية، من الضروري فقط اختيار المواد القياسية وفقًا للمتطلبات. في تصميم هياكل المواد المركبة، يتم تصميم المواد من قبل المصمم الهيكلي بناءً على شروط التصميم. كما ذكر أعلاه، غالبًا ما يتم تشكيل الهياكل المركبة في وقت واحد مع المادة والهيكل، كما أن المادة لها قابلية التصميم. لذلك، يعد التصميم الهيكلي للمواد المركبة نوعًا جديدًا من التصميم الهيكلي الذي يتضمن تصميم المواد. يمكن النظر إليه من كل من الجوانب المادية والهيكلية. يمكن للمصممين تصميم مواد مركبة بخصائص مختلفة لأجزاء مختلفة من الهيكل وفقًا لحالات الإجهاد المختلفة بناءً على خصائص الهيكل.
④ اعتماد خصائص المواد على تقنية المركبات: تحدث التغيرات الفيزيائية والكيميائية لمواد المكونات أثناء عملية تشكيل هياكل المواد المركبة. كما تختلف أنواع المواد الخام ومواد التعزيز ومحتوى حجم الألياف وخطط التمديد المستخدمة في عمليات التشكيل المختلفة. كما تختلف أنواع المواد الخام المستخدمة في عمليات التشكيل المختلفة وتشكيل مواد التعزيز ومحتوى حجم الألياف وخطط التمديد. لذلك، يعتمد أداء المكونات بشكل كبير على طرق العملية ومعلمات العملية وعمليات التصنيع. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لصعوبة التحكم بدقة في معلمات العملية أثناء عملية التشكيل، فإن تشتت أداء المكونات المركبة يكون مهمًا بشكل عام. بالنسبة لهياكل المواد المركبة، نظرًا لأن الهيكل والمادة متكاملان، فمن السهل نسبيًا تحقيق أشكال هيكلية مختلفة من خلال التشكيل والتصنيع، وحتى تحقيق التصميم العام للهيكل. يعتمد تحقيق هذا التفوق على التكامل الوثيق بين تصميم هيكل المواد المركبة وتصميم عملية التصنيع. يجب أن يأخذ التصميم الهيكلي المعقول في الاعتبار إمكانية عمليات التصنيع، ويجب أن يضمن تصميم عملية التصنيع التصميم الأمثل للهيكل إلى أقصى حد ممكن.
⑤ من منظور التحليل الميكانيكي، فإن الاختلاف الكبير بين المواد المركبة والمواد التقليدية (مثل المواد المعدنية) هو أن الأخيرة تعتبر متجانسة ومتجانسة، في حين أن الأولى غير متجانسة ومتباينة الخواص. يشير ما يسمى بالتجانس إلى حقيقة أن أداء كل نقطة داخل الجسم هو نفسه، مما يعني أن أداء الجسم ليس دالة على موضعه الداخلي؛ والتباين هو العكس تمامًا. يشير ما يسمى بالتباين إلى نفس الأداء في جميع الاتجاهات عند نقطة داخل الجسم؛ ويشير التباين إلى أن أداء النقطة هو دالة على اتجاهها. نظرًا للتباين القوي والتباين للمواد المركبة، فإن خصائص تشوهها تحت القوى الخارجية تختلف عن خصائص المواد المتجانسة العامة. يمكن للقوة الخارجية غالبًا أن تسبب تشوهات أساسية متعددة، وقوة ومعلمات مختلفة للألواح أحادية الطبقة والمصفحات هي وظائف الاتجاه. لذلك، عند دراسة الخواص الميكانيكية للمواد المركبة، يجب الانتباه إلى تعقيدها وخصوصيتها. في التصميم الهيكلي، بالإضافة إلى مراعاة أقصى قدر من الإجهاد في الهيكل، يجب أيضًا الانتباه إلى الروابط الضعيفة التي تعكسها الخصائص المتباينة الخواص للمادة، ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن خصائص القص والعرض أضعف بكثير من خصائص الألياف الاتجاهية.
⑥ نظرًا للخصائص التركيبية للمواد المركبة المستخدمة في منع التآكل، يمكن للمنتجات أو الأجزاء المصنوعة من المواد المركبة أن تمتلك في نفس الوقت مقاومة ممتازة للتآكل والأداء الكهربائي (التوصيل أو العزل) والأداء الحراري (التوصيل الحراري أو العزل). على سبيل المثال، تعتبر الألياف الزجاجية ومواد الراتنج نفسها مواد عزل كهربائي وعزل حراري، مع خصائص عزل كهربائي وعزل حراري ممتازة. ومع ذلك، يمكننا إدخال مكونات موصلة أو موصلة للحرارة في الراتنج المضاد للتآكل وفقًا للاحتياجات الفعلية، بحيث تتمتع المادة المركبة بخصائص موصلة أو موصلة للحرارة مماثلة.
⑦ يمكن تحقيق أداء سطح جيد للمواد المركبة المضادة للتآكل أثناء عملية التصنيع عن طريق ضبط حالة سطح القالب، وتنوع راتنج الطبقة السطحية ومواد التعزيز، وعملية التصنيع، لتشكيل سطح أملس للغاية للمنتجات المركبة المضادة للتآكل. وجعل السطح يتمتع بخصائص خاصة مثل كراهية الماء، وكراهية الزيوت، ومقاومة التآكل، والتوصيل الحراري، والتوصيل الكهروستاتيكي، ومقاومة الترسبات وفقًا للاحتياجات.
يلخص المحتوى أعلاه خصائص المواد المركبة بشكل عام. إذا تمت مقارنة المواد المركبة بالمواد التقليدية، فيمكن أن نجد أن المواد المركبة تتمتع بالمزايا التالية.
① الميزة الأكبر للمواد المركبة من الألياف ذات القوة النوعية العالية ومعامل المرونة العالي هي قوتها النوعية العالية ومعامل المرونة العالي. تشير القوة النوعية إلى نسبة قوة المادة إلى كثافتها، بينما يشير معامل المرونة النوعي إلى نسبة معامل مرونة المادة إلى كثافتها. القوة النوعية ومعامل المرونة النوعي هما مؤشران مهمان لقياس قدرة تحمل المواد الإنشائية. بالنسبة للمكونات الإنشائية في الطيران والفضاء والسيارات والقطارات والسفن وغيرها من الهياكل المتحركة، فهي مؤشرات مهمة للغاية، مما يعني أنه يمكن صنع هياكل ذات أداء جيد ووزن خفيف. بالنسبة لمعدات الكيماويات ومشاريع البناء، يمكن للمواد ذات القوة النوعية العالية ومعامل المرونة أن تقلل من وزنها، وتتحمل المزيد من الأحمال، وتحسن مقاومتها للزلازل.
② أداء جيد ضد التعب. فشل التعب هو فشل منخفض الإجهاد ناتج عن تكوين وانتشار الشقوق في المواد تحت الأحمال المتناوبة. يعد تلف التعب أحد الأسباب الرئيسية لحوادث الطائرات بين مجموعة هان العرقية. خصائص التعب للمواد المركبة تحت الشد في اتجاه الألياف أفضل بكثير من خصائص المعادن. يتزايد فشل التعب للمواد المعدنية تدريجيًا من الداخل إلى الخارج ثم يتوسع فجأة. يبدأ فشل التعب للمواد المركبة دائمًا من الروابط الضعيفة للألياف أو المصفوفة ويمتد تدريجيًا إلى سطح الترابط. عندما يكون هناك العديد من الأضرار والحجم كبير، فهناك علامات واضحة قبل الضرر، والتي يمكن اكتشافها واتخاذ التدابير في الوقت المناسب. عادة ما يكون حد قوة التعب للمواد المعدنية 30٪ -50٪ من قوة الشد. حد قوة التعب للمواد المركبة القائمة على الراتينج المقوى بألياف الكربون هو 70٪ -80٪ من قوة الشد الخاصة بها. لذلك، فإن المكونات المصنوعة من المواد المركبة والتي تعمل في ظل ظروف التحميل المتناوبة طويلة الأمد تتمتع بعمر خدمة أطول وسلامة أكبر ضد التلف.
③ لا يرتبط أداء التخميد للهيكل الحامل للحمل بشكله فحسب، بل يتناسب أيضًا بشكل مباشر مع الجذر التربيعي لمعامل المرونة النوعي للمادة الهيكلية. لذا، تتمتع المواد المركبة بتردد طبيعي أعلى. في الوقت نفسه، تتمتع واجهة الألياف المصفوفة للمواد المركبة بقدرة أكبر على امتصاص طاقة الاهتزاز، مما يؤدي إلى تخميد اهتزاز أعلى للمادة. تُظهر الأبحاث التي أجريت على عوارض من نفس الحجم أن عوارض سبائك الألومنيوم تتطلب 9 ثوانٍ للتوقف عن الاهتزاز، بينما تتطلب عوارض ألياف الكربون/الإيبوكسي المركبة 2.5 ثانية فقط للتوقف عن الاهتزاز. هذا المثال كافٍ لتوضيح المشكلة. أداء امتصاص الصدمات للمواد المركبة من الأراميد أفضل من أداء المواد المركبة من ألياف الكربون.
④ سلامة الضرر للمواد المركبة جيدة. لا يحدث تلف المواد المركبة فجأة مثل المواد التقليدية، بل يمر بسلسلة من العمليات مثل تلف المصفوفة، وانفصال الطبقات عند الواجهة، وكسر الألياف، وما إلى ذلك. عندما يتم تحميل المكون بشكل زائد وتنكسر كمية صغيرة من الألياف، سيتم إعادة توزيع الحمل بسرعة إلى الألياف غير التالفة من خلال نقل المصفوفة، حتى لا يتسبب في فقدان المكون بالكامل لقدرته على تحمل الحمل في الأمد القريب.
⑤ تتميز المواد المركبة المصنوعة من الراتينج الحراري المقوى بألياف الزجاج المستخدمة بشكل شائع (المعروفة باسم الألياف الزجاجية الحرارية) بمقاومة جيدة للتآكل الكيميائي وهي مقاومة بشكل عام للأحماض والقلويات المخففة والملح والمذيبات العضوية ومياه البحر والرطوبة. تتميز المواد المركبة القائمة على الراتينج الحراري المقوى بألياف الزجاج (المعروفة باسم الألياف الزجاجية الحرارية) بشكل عام بمقاومة أفضل للتآكل الكيميائي من المواد الحرارية. بشكل عام، يتم تحديد مقاومة التآكل الكيميائي بشكل أساسي من خلال الركيزة. لا تقاوم الألياف الزجاجية الفلورايد مثل حمض الهيدروفلوريك. عند إنتاج منتجات المواد المركبة المناسبة للفلورايد مثل حمض الهيدروفلوريك، لا يمكن لمادة التعزيز للطبقة السطحية التي تلامس الوسط في المنتج استخدام الألياف الزجاجية. يمكن استخدام البوليستر المشبع أو البولي بروبيلين (اللباد)، كما تحتاج المصفوفة أيضًا إلى استخدام راتينج حمض الهيدروفلوريك.
⑥ المواد المركبة القائمة على الراتينج ذات الخصائص الكهربائية الجيدة هي مواد عزل ممتازة تستخدم في تصنيع مكونات العزل في الأجهزة والمحركات والأجهزة الكهربائية. فهي لا تستطيع تحسين موثوقية المعدات الكهربائية فحسب، بل إنها تطيل أيضًا من عمرها الافتراضي. ويمكنها الحفاظ على خصائص عازلة جيدة تحت التردد العالي، ولا تعكس الموجات الكهرومغناطيسية، وتتمتع بشفافية ميكروويف جيدة. حاليًا، تُستخدم على نطاق واسع كمواد هيكلية لتصنيع الطائرات والسفن وأغطية الرادار الأرضية.
⑦ تتمتع المواد المركبة القائمة على الراتينج بأداء حراري جيد، وموصلية حرارية منخفضة، ومعامل صغير للتمدد الخطي، وتولد إجهادًا حراريًا أقل بكثير من المعادن عندما يكون هناك فرق في درجات الحرارة. إنها مادة عزل ممتازة. المواد المركبة القائمة على الراتينج الفينولي مقاومة لدرجات الحرارة العالية اللحظية ويمكن أن تكون بمثابة مادة مثالية للحماية الحرارية والتآكل المقاوم للحرارة. يمكنها حماية الصواريخ والقذائف والمركبات الفضائية بشكل فعال من تأثيرات التآكل لدرجات الحرارة العالية وتدفق الهواء عالي السرعة فوق 2000 درجة. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لقابلية تصميم مواد مصفوفة الراتينج، عندما تكون هناك حاجة إلى التوصيل الحراري، يمكن إعادة تصميم موصليتها الحرارية من خلال تقنيات التعديل المناسبة لتوفير موصلية حرارية كافية.
عيوب المواد المركبة: تحتوي المواد المركبة القائمة على الراتينج أيضًا على العديد من العيوب أو النواقص. يقدم المحتوى التالي بإيجاز العيوب الرئيسية للمواد المركبة القائمة على الراتينج، حتى يتمكن القراء من الحصول على فهم شامل للخصائص الأساسية للمواد المركبة القائمة على الراتينج في التطبيقات العملية، من أجل الاستفادة الكاملة من مزايا المواد المركبة القائمة على الراتينج، وتجنب عيوبها أو التغلب عليها، وبالتالي تحقيق أفضل فعالية من حيث التكلفة للمواد المركبة القائمة على الراتينج.
① معامل المرونة للمواد المركبة من الألياف (الألياف الزجاجية) منخفض. معامل المرونة للألياف الزجاجية ضعف معامل الخشب، ولكنه أصغر بعشر مرات من معامل مرونة الفولاذ الهيكلي العام. لذلك، في هياكل الألياف الزجاجية، غالبًا ما تكون الصلابة غير كافية والتشوه كبير. لتحسين هذا العيب، يمكن استخدام الهياكل الرقيقة والهياكل الساندويتش، ويمكن أيضًا تطبيق الألياف ذات معامل المرونة العالي أو الألياف المجوفة لحلها.
② بشكل عام، تكون قوة القص بين الطبقات وقوة الشد بين الطبقات للمواد المركبة المقواة بالألياف أقل من تلك الموجودة في المصفوفة تحت قوة الطبقات المنخفضة. لذلك، تحت تأثير إجهاد الطبقات، من السهل التسبب في فشل انفصال الطبقات للألواح الرقائقية، مما يؤدي إلى فشل الهياكل المركبة، وهو عامل مهم يؤثر على استخدام المواد المركبة في هياكل معينة. لذلك، في التصميم الهيكلي، يجب تقليل إجهاد الطبقات قدر الإمكان، أو يجب اتخاذ تدابير هيكلية معينة لتجنب فشل انفصال الطبقات.
③ معظم الألياف المقوية (باستثناء ألياف الأراميد وألياف البولي إيثيلين ذات الوزن الجزيئي العالي للغاية وما إلى ذلك) هي مواد هشة، ويكون إجهاد الكسر صغيرًا جدًا عند التمدد. لذلك، فإن المواد المركبة المقواة بالألياف هي أيضًا مواد هشة. هذا صحيح على طول اتجاه الألياف، وأكثر من ذلك عموديًا على اتجاه الألياف. إجهاد الكسر لديهم أصغر بكثير من إجهاد المواد المعدنية. يمكن أن يحسن إجهاد الكسر للألياف، ومتانة المصفوفة، وحالة الواجهة، من أجل تعزيز القوة ومقاومة الكسر ومقاومة التعب ومقاومة الصدمات للمواد المركبة.
④ مقاومة الحرارة للمواد المركبة القائمة على الراتينج منخفضة نسبيًا. حاليًا، تُستخدم المواد المركبة القائمة على الراتينج عالية الأداء لفترة طويلة في درجات حرارة أقل من 250 درجة، بينما تُستخدم المواد المركبة القائمة على الراتينج بشكل عام لفترة طويلة في درجات حرارة أقل من 60-100 درجة.
⑤ هناك العديد من العوامل التي تؤثر بشكل كبير على أداء المواد المركبة، بما في ذلك مستوى وتشتت خصائص الألياف والمصفوفة، وعدد المسام والشقوق والعيوب، وما إذا كان تدفق العملية والتشغيل معقولين، وما إذا كانت عملية المعالجة مناسبة، وما إذا كانت بيئة الإنتاج والظروف تلبي المتطلبات. كل هذا يمكن أن يسبب تغييرات كبيرة في خصائص المواد المركبة. بالإضافة إلى ذلك، هناك نقص حاليًا في طرق المراقبة الشاملة للمنتجات، مما يجعل من الصعب التحكم في جودة المنتجات، وتشتت خصائص المواد مرتفع. على سبيل المثال، المنتجات المركبة المصنوعة عن طريق لصق قماش الألياف الزجاجية يدويًا لها معامل تشتت قوة يتراوح من 6٪ إلى 10٪. خصائص المواد المركبة من الألياف الزجاجية المذكورة أعلاه من حيث الأداء والعملية والتصميم وما إلى ذلك لا يمكن مقارنتها بأي مادة أخرى. لذلك، يمكن استخدام مواد الألياف الزجاجية على نطاق واسع في التطبيقات العسكرية والمدنية. في السنوات الأخيرة، بناءً على تكنولوجيا الألياف الزجاجية، تم البحث والتطوير لبعض المواد المركبة الجديدة عالية الأداء المقواة بالألياف. نظرًا لتطور تكنولوجيا الطيران والفضاء بشكل خاص، فضلاً عن الحاجة إلى الهياكل أو المكونات الهندسية في تطبيقات خاصة معينة، فمن الضروري توسيع نطاق مواد التعزيز، وتحسين خصائصها الفيزيائية والكيميائية، وتحقيق متطلبات خاصة مثل القوة العالية، ومعامل المرونة العالي، ومقاومة درجات الحرارة العالية، والكثافة المنخفضة، وما إلى ذلك. لقد فتح البحث الناجح والإنتاج التجريبي لألياف البورون وألياف الكربون والألياف العضوية (الأراميد)، وما إلى ذلك، مسارات تطبيق واسعة للغاية لتطوير المواد المركبة المقواة بالألياف. في الوقت الحاضر، هناك العديد من المواد الرئيسية المقواة بالألياف عالية الأداء، بما في ذلك ما يلي
① تتميز المواد المركبة المقواة بألياف البورون بقوة نوعية وصلابة ومرونة أعلى بكثير من الألياف الزجاجية. كما أن قوتها الانضغاطية ومعامل التمدد الحراري أكثر ملاءمة لصنع مواد مركبة هيكلية متنوعة.
② في أوائل الستينيات، تم دمج المواد المركبة المقواة بألياف الكربون مع مواد مصفوفة مثل الراتينج والمعادن والسيراميك لإنتاج مواد مركبة من ألياف الكربون خفيفة الوزن وعالية القوة وصلبة ومقاومة للتعب ومقاومة للتآكل. يمكن نسج ألياف الكربون مباشرة في قماش الكربون وأكياس الكربون ولباد الكربون وما إلى ذلك لتلبية احتياجات التطبيقات المختلفة.
③ مادة مركبة مقواة بألياف الأراميد هي ألياف عضوية ذات قوة عالية ومعامل مرونة مرتفع وكثافة منخفضة. تتمتع بقوة أعلى من ألياف الكربون، ووزن أخف من ألياف الزجاج وألياف الكربون، ومعامل تمدد حراري أقل، ومقاومة جيدة للتعب، ومقاومة للحرارة، ومقاومة للهب، ولديها قدرة تنافسية معينة. في السنوات الأخيرة، تطورت مواد مركبة بألياف الأراميد بسرعة ولديها آفاق تطوير كبيرة.
