معضلات كامپوزيت‌هاي الياف شيشه

كامپوزيت‌ها در حقيقت تركيبي از الياف تقويت‌كننده با يك رزين پليمري به شمار مي‌آيند.

يك قطعه كامپوزيتي ساخته‌شده از جنس الياف شيشه پس از اتمام عمر خود در طبيعت باقي مي‌ماند و مانند مواد آلي، نمي‌تواند توسط باكتري‌ها تجزيه شود. اين مشكل حتي با سوزاندن قطعه كامپوزيتي به قوت خود باقي است؛ چراكه سوزاندن تنها قسمت پليمري قطعه را به طبيعت برگشت مي‌دهد و الياف شيشه در حين حرارت ديدن همچنان بدون تغيير باقي مي‌مانند. حتي اگر بخواهيم اين الياف را مجدداً مورد استفاده قرار دهيم، خواهيم ديد كه بعد از چند بار بازيافت كردن، الياف مقاومت مكانيكي خود را از دست مي‌دهند و به صورت ضايعات بلااستفاده در خواهند آمد.

از سويي الياف شيشه نسبت به آهن معمولي گرانتر است و همين عامل قيمت بالا باعث شده است كه در بسياري موارد، استفاده از آهن به‌صرفه‌تر از الياف شيشه (فايبرگلاس) باشد. علاوه بر آهن، آلومينيوم نيز به دلايل قابليت‌هاي بالايي كه در فرايندهاي شكل‌دهي از خود نشان مي‌دهد و همچنين مقاومت در برابر خوردگي، از رقباي كامپوزيت‌ها محسوب مي‌شود.
اين دو معضل باعث كند شدن ميزان استفاده از كامپوزيت‌ها در صنايع ساختمان و خودرو گرديده است.

كامپوزيت‌هاي الياف طبيعي
براي مقابله با اين دو نقيصه، فعاليت‌هاي گسترده‌اي جهت استفاده از الياف طبيعي همچون كنف و چتايي در ساخت قطعات كامپوزيتي صورت گرفته است. اين فعاليت‌ها طي دهه گذشته به نحو چشمگيري افزايش يافته است و از سوي كشورهاي مختلف توسعه يافته و در حال توسعه همچون آمريكا، هند و غيره دنبال مي‌شود.
الياف طبيعي بسيار سبك بوده و فوق‌العاده ارزانتر از الياف شيشه هستند. اين الياف خواص مكانيكي بسيار خوبي از خود نشان مي‌دهند و به سادگي در انواع فرايندهاي شكل‌دهي كامپوزيت‌ها از قبيل پالتروژن يا قالب‌گيري فشاري قابل استفاده هستند. برخلاف آنچه كه از الياف طبيعي انتظار مي‌رود سرعت اشتعال كامپوزيت‌هاي الياف طبيعي بسيار پايين‌تر از حد تصور است.
اين الياف از نظر مقاومت و قيمت، حد واسط پلاستيك‌ها و كامپوزيت‌هاي الياف شيشه (فايبرگلاس) محسوب مي‌گردند. بنابراين در ساخت قطعات تزئيني و ساير مواردي كه نيازمند مقاومت فوق‌العاده نيست (اصطلاحاً سازه‌هاي غيرباربر) رقباي مناسبي براي پلاستيك‌ها، فايبرگلاس و حتي چوب و آهن به شمار مي‌آيند. در مقام مقايسه نيز كامپوزيت‌هاي الياف طبيعي نسبت به بهترين پلاستيك‌‌ها تا سي درصد مقاوم‌تر هستند.
مجموع اين عوامل باعث گرديده است كه صنايع ساختمان و خودرو به عنوان بزرگترين صنايع مصرف‌كننده كامپوزيت‌ها، استقبال مناسبي از كامپوزيت‌هاي الياف طبيعي بنمايند.

صنعت خودرو
كامپوزيت‌هاي الياف طبيعي مورد استفاده در خودروسازي را مي‌توان به دو دسته تقسيم‌بندي نمود:
1- نخست آنهايي كه صرفاً در ساخت قطعات تزئيني به كار مي‌روند و نياز به مقاومت چندان بالايي ندارند.
2- دسته ديگر آنهايي كه كاربرد نيمه باربر دارند و لازم است تا مقاومت مكانيكي نسبتاً بالايي از خود نشان دهند.
دسته اول بيشتر در ساخت قطعات داخل اتاق خودرو همچون رودري، طاقچه عقب و داشبورد كاربرد دارند. دسته دوم در ساخت پوشش سقف و صندوق عقب مورد استفاده قرار مي‌گيرند و لازم است تا در برابر ضربه و بار اعمالي استحكام لازم را داشته باشند.
كامپوزيت‌هاي الياف طبيعي مصرفي در قطعات خودروها علاوه بر داشتن حداقل خواص مكانيكي، از رفتار شكست بسيار خوبي برخوردار هستند. اين كامپوزيت‌ها به صورت غيرناگهاني و تدريجي مي‌شكنند و همچنين در حين تصادفات، كمتر لبه‌هاي تيز و برنده كه سرنشين خودرو را زخمي كند توليد مي‌كنند.
اين كامپوزيت‌ها به طور خلاصه نسبت به مواد متداول از خواصي مناسب زير برخوردارند:
1) سطح نهايي بسيار صاف و نرمي دارند.
2) ظاهر آنها بسيار بهتر از پلاستيك‌هاي ارزان‌قيمت است.
3) ازنظر حرارتي در برابر شعله بسيار مقاوم‌تر از پلاستيك‌ها هستند.
4) جاذب اصوات بيروني هستند.
5) به مرور زمان تغيير شكل نمي‌دهند.
6) نسبت به تغييرات جوي همچون رطوبت مقاوم هستند.
7) هزينه پاييني دارند.

صنعت ساختمان
صنعت ساختمان يكي از بزرگترين بازارهاي كامپوزيت‌هاي الياف طبيعي به شمار مي‌آيد. استفاده از كامپوزيت‌هاي الياف طبيعي به عنوان جانشين‌هاي مناسب چوب و آهن در ساخت‌وساز به شدت در حال گسترش است. در ساخت پارتيشن‌ها، سقف‌هاي كاذب، حصارها نرده‌ها، كف‌ها و نماي ديوارها به خوبي مي‌توان از اين نوع كامپوزيت‌ها استفاده كرد. در كشورهاي آسيايي ساخت كيوسك‌ها، خانه‌هاي پيش‌ساخته، خوابگاه‌ها، سايبان‌ها و پناهگاه‌ها به كمك اين كامپوزيت‌ها مورد استقبال فراوان واقع شده است.
اين كامپوزيت‌ها در مقايسه با فايبرگلاس و آهن بسيار ارزانتر بوده و بسيار سبك‌تر است. كامپوزيت‌هاي الياف طبيعي مصرف‌شده در ساختمان را با انواع فرايندهاي شكل‌دهي مي‌توان به سهولت توليد نمود. اين الياف به راحتي مي‌توانند به صورت پروفيل‌هاي پالتروژني كه در ساخت قاب‌ها به كار مي‌روند شكل داده شوند. همچنين پانل‌هاي توليدشده به روش تزريق رزين مي‌توانند به عنوان جانشين‌هاي مناسبي براي فيبرهاي چوبي و صفحات MDF مطرح شوند. به كمك فرايند پرس گرم نيز مي‌توان تخته‌هاي بسيار نازك با ضخامت‌هاي گوناگون را تهيه نمود كه در ساخت روكش‌هاي تزئيني كاربرد دارد. سطوح اين كامپوزيت‌ها نيز مشابه چوب بوده و به كمك يك لايه جلادهنده براقي ويژه‌اي پيدا مي‌كنند.
امروزه استفاده از كامپوزيت‌هاي الياف طبيعي به عنوان روكش‌هاي تزئيني شكيل در بسياري از كشورها دنبال مي‌شود. در جدول زير يك مقايسه تطبيقي بين كامپوزيت الياف شيشه و كامپوزيت‌هاي الياف طبيعي متداول آورده شده است:

الياف نارگيل الياف چتايي الياف كنف الياف شيشه
وزن مخصوص (g/cm3) 25/1 46/1 48/1 55/2
استحكام كششي(MPA) 220 800-400 900-550 2400
جذب رطوبت كامپوزيت نهايي (%) 11 17-12 12 7
قيمت (/kg $) 5/0 –25/0 35/0 8/1-6/0 3/1

مأخذ:
سايت www.TIFAC.Org.in
مجموعه مقالات هفتمين كنگره ملي مهندسي شيمي ايران