ایران فایبر

مقدمه

مواد کامپوزیتی، ترکیب‌هایی از دو یا چند ماده با ویژگی‌های مختلف هستند که خواص منحصر به‌فردی را برای استفاده‌های خاص به ارمغان می‌آورند. این مواد به دلیل مزایای زیادی همچون استحکام بالا، وزن کم، و مقاومت در برابر خوردگی در بسیاری از صنایع از جمله خودروسازی، هوافضا، ساخت کشتی، و صنعت انرژی استفاده می‌شوند. یکی از پرکاربردترین مواد کامپوزیتی، رزین پلی استر تقویت‌شده ایران کیتون با الیاف شیشه سینا (فایبرگلاس) است.

رزین پلی استر یک پلیمر است که به‌تنهایی استحکام کافی برای کاربردهای صنعتی ندارد. به همین دلیل، برای تقویت آن از الیاف شیشه سینا استفاده می‌شود. الیاف شیشه به دلیل ویژگی‌هایی نظیر استحکام کششی بالا، وزن کم، و مقاومت در برابر خوردگی انتخاب مناسبی برای تقویت رزین پلی استر ایران کیتون هستند. این تحقیق به بررسی تأثیر ساختار الیاف شیشه سینا (به‌صورت فیبری و ورقی) بر خواص مکانیکی این کامپوزیت‌ها می‌پردازد.

هدف تحقیق

هدف اصلی این تحقیق، ارزیابی و مقایسه خواص مکانیکی رزین پلی استر تقویت‌شده  ایران کیتون با الیاف شیشه  سینا به دو شکل فیبری و ورقی است. خواص مکانیکی مورد بررسی شامل استحکام کششی، سختی، استحکام خمشی، و مدول یانگ است.

---

روش تحقیق

1. تهیه کامپوزیت‌ها

در این تحقیق، کامپوزیت‌های رزین پلی استر تقویت‌شده ایران کیتون با الیاف شیشه سینا با استفاده از روش لایه‌گذاری دستی (Hand Lay-Up) تهیه شدند. این روش به دلیل سادگی و هزینه کم، برای تولید قطعات بزرگ و مقاوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، ابتدا رزین پلی استر ایران کیتون  و سخت‌کننده MEKP به‌طور دستی مخلوط شده و سپس در قالب‌های سیلیکونی که پیش از آن با وازلین پوشانده شده‌اند، ریخته می‌شود.

دو نوع ساختار الیاف شیشه به کار رفته در این تحقیق عبارتند از:

1. الیاف شیشه سینا به‌صورت فیبری: این نوع الیاف به‌صورت جداگانه و نازک استفاده می‌شود.

2. الیاف شیشه  سینا به‌صورت ورقی: این الیاف به‌صورت ورق‌های بزرگ و یکپارچه بریده می‌شوند.

در این تحقیق، نسبت وزنی الیاف شیشه به رزین پلی استر 50 درصد  ایران کیتون در نظر گرفته شد. این میزان باعث می‌شود که کامپوزیت به‌طور موثر تقویت شده و ویژگی‌های مکانیکی مطلوب‌تری پیدا کند.

2. آزمایش‌های مکانیکی

برای بررسی خواص مکانیکی این کامپوزیت‌ها، آزمایش‌های مختلفی انجام شد. آزمایش‌های مورد استفاده شامل:

• استحکام کششی: این آزمایش برای تعیین قدرت کشسانی کامپوزیت‌ها انجام شد.

• مدول یانگ: این پارامتر نشان‌دهنده سختی کامپوزیت است.

• کشش در نقطه شکست: میزان کشش در هنگام شکست مواد را بررسی می‌کند.

• سختی: با استفاده از دستگاه میکرو ویکرز اندازه‌گیری شد.

• استحکام خمشی: این آزمایش برای بررسی توانایی کامپوزیت در تحمل نیروهای خمشی انجام شد.

3. شبیه‌سازی استرس

برای ارزیابی توانایی مواد کامپوزیتی در تحمل فشار و نیرو، از نرم‌افزار SIMCENTER 3D استفاده شد. در این شبیه‌سازی، یک مخزن آب با ظرفیت 500 لیتر طراحی شد و تحت فشارهای مختلف قرار گرفت تا نشان داده شود که این مواد تا چه اندازه می‌توانند فشار را تحمل کنند.

---

نتایج و بحث

1. خواص سختی

نتایج آزمایش‌های سختی نشان داد که کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه سینا ، به‌ویژه به‌صورت فیبری، دارای سختی بیشتری نسبت به نمونه‌های رزین ساده بودند. این افزایش سختی به دلیل توزیع یکنواخت الیاف شیشه در رزین است که از فرو رفتن نوک الماس در سطح کامپوزیت جلوگیری می‌کند.

2. خواص کششی

استحکام کششی یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های مواد کامپوزیتی است. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که استحکام کششی کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه سینا به‌ویژه در ساختار فیبری به‌طور چشمگیری افزایش یافته است. در حالی که استحکام کششی رزین پلی استر ساده حدود 27.06 MPa بود، این مقدار برای کامپوزیت‌های فیبری به 76.31 MPa رسید.

3. خواص خمشی

استحکام خمشی کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه از 68.98 MPa به 114.49 MPa افزایش یافت. این افزایش به‌دلیل بهبود تعامل بین الیاف شیشه سینا و ماتریس رزین است که باعث کاهش میکروترک‌ها و بهبود استحکام خمشی کامپوزیت‌ها می‌شود.

4. شبیه‌سازی استرس

شبیه‌سازی‌های انجام شده نشان داد که کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه می‌توانند فشارهای بسیار بالا را تحمل کنند. در شبیه‌سازی مخزن آب، کامپوزیت‌ها توانستند فشارهای تا ۱۳۳۰۰ N/m² را تحمل کنند که ۱۵۶ برابر بیشتر از استحکام کششی کامپوزیت‌ها بود.

---

جدول 1. مقایسه خواص مکانیکی کامپوزیت‌های رزین پلی استر تقویت‌شده ایران کیتون  با الیاف شیشه سینا

نمونه	استحکام کششی (MPa)	استحکام خمشی (MPa)	سختی	منابع
رزین پلی‌استر	27.06 ± 0.56	68.98 ± 7.39	11.50 ± 1.26 HV	این مطالعه
تقویت‌شده با الیاف فیبری	76.31 ± 11.38	114.48 ± 22.21	28.03 ± 3.49 HV	این مطالعه
تقویت‌شده با الیاف ورقی	61.53 ± 4.22	101.15 ± 23.49	22.47 ± 2.60 HV	این مطالعه

---

نتیجه‌گیری

این تحقیق نشان داد که استفاده از الیاف شیشه سینا برای تقویت رزین پلی استر  ایران کیتون می‌تواند خواص مکانیکی این کامپوزیت‌ها را به‌طور قابل‌توجهی بهبود بخشد. به‌ویژه، الیاف شیشه به‌صورت فیبری توانست باعث افزایش استحکام کششی، سختی و استحکام خمشی کامپوزیت‌ها شود. این تحقیق همچنین نشان داد که کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه می‌توانند فشارهای بسیار بالا را تحمل کنند و به‌طور مؤثر در کاربردهای صنعتی مانند ساخت مخازن آب، قطعات خودروسازی و صنایع دریایی مورد استفاده قرار گیرند.

با توجه به نتایج به‌دست آمده، کامپوزیت‌های رزین پلی استر ایران کیتون تقویت‌شده با الیاف شیشه سینا فیبری برای کاربردهای صنعتی با نیاز به استحکام بالا و دوام مناسب هستند.

 

 

مراجع

[16] El-Wazery, M.S., El-Elamy, M.I. و Zoalfakar, S.H., 2017. خواص مکانیکی کامپوزیت‌های رزین پلی‌استر تقویت‌شده با الیاف شیشه‌ای. International Journal of Applied Science and Engineering, 14(3)، صفحات 121–131.

[17] Sam-Daliri, O., Ghabezi, P., Steinbach, J., Flanagan, T., Finnegan, W., Mitchell, S. و Harrion, N., 2023. مطالعه تجربی خواص مکانیکی قطعات تولید شده با فناوری چاپ مواد افزایشی از کامپوزیت پلی‌پروپیلن تقویت‌شده با الیاف شیشه بازیافتی. Composites Science and Technology, 241، صفحه 110125.

[18] Lou, S., Yin, W., Ma, X., Yuan, J. و Wang, Q., 2020. خواص مکانیکی و مکانیزم شکست کامپوزیت‌های پلی‌پروپیلن تقویت‌شده با الیاف شیشه. Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed., 35(3)، صفحات 629-634.

[19] Rongyu, J., Ruoyu, S., Yuan, L. و Xuezhong, L., 2024. تحقیق در مورد تهیه و خواص مکانیکی کامپوزیت‌های رزین اپوکسی تقویت‌شده با الیاف شیشه. مقالات کنفرانس سالانه 18ام انجمن برق چین، صفحات 805-814.

[20] Morampudi, P., Namala, K.K., Gajjela, Y.K., Barath, M. و Prudhvi, G., 2021. بررسی کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف شیشه. Materials Today: Proceedings, 43، صفحات 314-319.

[21] Phiri, R., Rangappa, S.M., Siengchin, S. و Marinkovic, D., 2023. تکنیک‌های آماده‌سازی نمونه الیاف طبیعی زیست‌محیطی برای توسعه بیوکامپوزیت‌ها: بینش‌های روش‌شناختی. Facta Universitatis Series: Mechanical Engineering, 21، صفحات 631-656.

[22] Wondmagegnehu, B.T., Paramasivam, V., Selvaraj, S.K., 2021. تحلیل میکرو سختی و میکروسکوپی نوری مواد کامپوزیت هیبریدی ضایعات نساجی/الیاف شیشه. Materials Today: Proceedings, 46، صفحات 7322–7328.

[23] Reddy, M.I., Varma, U.R.P., Kumar, I.A., Manikanth, V. و Raju, P.V.K., 2017. ارزیابی مقایسه‌ای خواص مکانیکی کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف کنف، الیاف برگ آناناس و الیاف شیشه با ماتریکس‌های رزین پلی‌استر و اپوکسی. Materials Today: Proceedings, 5، صفحات 5649–5654.

[24] Ali, M.F., Ahmed, M.A., Hossain, M.S., Ahmed, S. و Chowdhury, A.M.S., 2022. اثرات مواد غیرآلی بر کامپوزیت‌های رزین پلی‌استر غیراشباع تقویت‌شده با الیاف پر شده از پر مرغ زباله: رویکردی برای پایداری زیست‌محیطی. Composites Part C: Open Access, 9، صفحه 100320.

[25] Zakki, A.F. و Windyandari, A., 2022. مدل ساده شده FE و مطالعه تجربی در مورد خواص کششی کامپوزیت‌های رزین پلی‌استر تقویت‌شده با الیاف شیشه. Heliyon, 8(10)، صفحه e10999.

[26] Wright, W.J., Koerner, H., Rapking, D., Abbott, A. و Celik, E., 2022. اندازه‌گیری سریع جهت‌گیری الیاف در چاپ مستقیم کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف کوتاه. Composites Part B: Engineering, 236، صفحه 109814.

[27] Gopinath, A., SenthilKumar, M. و Babu, A., 2018. ارزیابی خواص مکانیکی و ریزساختار ماتریکس‌های رزین پلی‌استر و اپوکسی تقویت‌شده با الیاف کنف، E-glass و الیاف نارگیل. Materials Today: Proceedings, 5(9)، صفحات 20092–2010.

[28] Mohamed, Y.S. و Abdelbary, A., 2023. مطالعه نظری و تجربی بر روی تأثیر جهت‌گیری الیاف بر خواص کششی کامپوزیت کربن‌فیبر/رزین اپوکسی. Alexandria Engineering Journal, 67، صفحه 693-705.

[29] Kumar, S., Grainger, G., Hawkins, S.C. و Falzon, B.G., 2021. لایه میانه مبتنی بر نانو ساختار سلولز برای بهبود عملکرد مکانیکی کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف شیشه‌ای. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 148، صفحه 106475.