به طور کلی به ترکیب دو یا چند مادهٔ مجزا که سطح مشترک مشخصی بین آنها وجود داشته باشد، کامپوزیت گفته می‌شود. در واقع هر کامپوزیت متشکل از دو فاز زمینه (ماتریکس) و فاز تقویتکننده است. ماتریکس با احاطه کردن تقویتکننده آن را در محل نسبی خودش نگه می دارد و تقویتکننده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار کامپوزیت میگردد. در واقع بسیاری از مواد طبیعی و مواد مهندسی، نوعی میکروکامپوزیت هستند که خواص ویژه آنها از پراکندگی مناسب فازها به دست میآید. از دیدگاه زیستی کاپوزیتها به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند. استخوان، ماهیچه و چوب مثالهایی برای کامپوزیت طبیعیاند. اما کامپوزیت مصنوعی که به دست بشر ساخته می‌شوند با توجه به فاز زمینه به سه دسته و از نظر فاز تقویتکننده به دو دسته تقسیم میگردند.
ورق کامپوزیت چیست؟
2-1- دسته‌بندی کامپوزیت ها از لحاظ فاز زمینه
- CMC (کامپوزیت های با زمینهٔ سرامیکی)
- PMC (کامپوزیت های با زمینهٔ پلیمری)
- MMC (کامپوزیت های با زمینهٔ فلزی)
2-2- دسته‌بندی کامپوزیت‌ها از لحاظ نوع تقویت کننده
- FRC (کامپوزیت های تقویت شده با فیبر)
- PRC (کامپوزیت های تقویت شده توسط ذرات)
2-3- کامپوزیت سبز
هر گاه فاز زمینه و فاز تقویت کننده از موادی که در طبیعت تجزیه می‌شوند، ساخته شوند، به کامپوزیت تشکیل شده کامپوزیت سبز یا کامپوزیت زیست‌تجزیه‌پذیر میگویند. در کامپوزیت های سبز، معمولاً فاز زمینه از پلیمرهای سنتزی قابل جذب بیولوژیکی و تقویتکنندهها از فیبرهای گیاهی ساخته می‌شوند.
2-4- مزایای کامپوزیت
مهم‌ترین مزیت مواد کامپوزیتی آن است که با توجه به نیازها، می‌توان خواص آنها را کنترل کرد. به طور کلی مواد کامپوزیتی دارای مزایای زیر هستند:
- مقاومت مکانیکی نسبت به وزن بالا
- مقاومت در برابر خوردگی بالا
- خصوصیات خستگی عالی نسبت به فلزات
- خواص عایق حرارتی خوب
- قابلیت شکل دهی
- عمر نسبتا طولانی
- خیز کمتر (بعضا ده‌ها برابر کمتر) نسبت به فلزات تحت یک بارگذاری معین (به دلیل صلبیت بیشتر)
2-5- کاربردهای کامپوزیت
به دلیل مزایایی که شمرده شد، کامپوزیتهای مهندسی کاربردهای زیادی در صنایع مختلف یافتهاند. در اجزاء هواپیما، سپرهای حرارتی، اجزاء کامپیوتر، ملزومات خانگی، انواع ابزارهای الکتریکی، ساخت استخرها، ساخت وان های حمام، برج های خنک کننده، علائم راهنمایی و رانندگی، وسائل ورزشی، تجهیزات مقاوم به خوردگی، محصولات تصفیه آب، تانک های ذخیره سازی، جعبه فیوزها، لوله ها، سازه های دریایی، اجزاء اتومبیل و .... می توانیم نمونه های زیادی برای کاربرد کامپوزیت های مهندسی بیابیم.
حوزههای مصرف کامپوزیت‌ها روز به روز گستردهتر می‌شوند و تولید هر نوع کامپوزیت برای مصارف مختلف، نیازمند بررسیهای دقیق علمی و مهندسیست. اما یکی از مهم‌ترین حوزههای مصرف کامپوزیت، در صنعت احداث و نمای ساختمان است.
3-کامپوزیت پنل آلومینیوم
3-1- ساختار پنل کامپوزیت آلومینیومی
پنل کامپوزیت آلومینیومی متشکل از لایه هایی از ورق آلومینیومی در بالا و پایین به عنوان فاز زمینه و مواد پلیاتیلن غیر سمی در مرکز به عنوان فاز تقویتکننده میباشد که این محصول از قابلیت بالای شکلپذیری برخوردار بوده و از لحاظ شیمیایی و فیزیکی کاملاً پایدار است.
این ورقها متشکل از سه لایه شامل دو لایه ورق از جنس آلومینیوم به ضخامت 5/0 تا 3 میلیمتر و یک لایه از مواد پلیاتیلنی به ضخامت 3 الی 5 میلیمتر می باشد که این سه لایه توسط چسب پلیمری به هم متصل شدهاند. لایه خارجی دارای یک پوشش آستراپوکسی رزین و یک لایه PVDF جهت تثبیت رنگ بوده و روی سطح ورق کامپوزیت با یک لایه فیلم محافظت می‌شود. ابعاد این محصول بسیار متغیر بوده اما متداول ترین آن 3200 * 1250 میلیمتر مربع است.
دلیل استفاده از آلومینیوم به عنوان فاز زمینه در این نوع کامپوزیت، این است که آلومینیوم فلزی ارزان، نرم، سبک و قوی با کاربرد وسیع بوده با کمک رزین PVDF در برابر شرایط جوی و اشعه ماوراء بنفش و همچنین شرایط اسیدی و قلیایی قوی، آلودگیها و خوردگی و رنگپریدگی از مقاومت فوقالعاده ای برخوردار بوده و سالیان متمادی بدون تغییر، خواص ظاهری و فنی خود را حفظ میکند. همچنین از لحاظ مکانیکی، خاصیت ارتجاعی و انعطافپذیری عالی امکان تغییر شکل به هر فرم دلخواه را میدهد. وزن آن یک سوم فولاد و مس و کاربردیترین فلز پس از آهن است.
پلی اتیلن، پلیمری جامد، موممانند و غیرفعال است که از نظر شیمیایی بیاثر میباشد. در درجه حرارت معمولی در هیچ حلالی حل نمیشود و فقط به وسیله برخی هیدروکربنها و تتراکلریدکربن متورم می‌شود. همچنین در مقابل اسیدها و قلیاها مقاومت خوبی دارد اما اسیدنیتریک غلیظ بر آن اثر میگذارد. پلیاتیلن در مجاورت با نور و اکسیژن به مرور فرسوده می‌شود. برخی از خصوصیات پلیاتیلن که سبب می‌شوند تا این پلیمر دارای کاربردهای بسیاری باشد عبارتند از قیمت پایین، خواص الکتریکی مطلوب، مقاومت شیمیایی بالا، شفافیت مناسب در فیلمهای نازک، عاری بودن از بوی زننده و سمیت، قابلیت نفوذ بسیار کم آب در هنگام استفاده در بستهبندی و در کاربردهای کشاورزی و ساختمانی.
3-2- کامپوزیت پنل به عنوان مصالح ساختمانی
امروزه ورق کامپوزیت آلومینیوم یکی از شناختهشدهترین و مطرحترین متریال برای نمای ساختمان به شمار میآید. سبک بودن و کاستن از بار ساختمان از مهم‌ترین شاخصههای استفاده از این متریال میباشد. علاوه بر این زیبایی مدرن و برخی از شاخصههای فیزیکی و شیمیایی آن را به یکی از بیرقیبترین مصالح ساختمانی مبدل کرده است.
کاربرد عمده ورق کامپوزیت پانل آلومینیومی در صنعت ساختمان، در امر نماسازی ساختمان، سقفهای کاذب و دکوراسیون است. دلیل اصلی این کاربرد این است که ورق کامپوزیت آلومینیوم جزء مصالح سبک ساختمانی دسته‌بندی می‌شود بهطوریکه هر مترمربع از این ورقها تنها حدود 5 کیلوگرم وزن دارد. با بررسیهای به عمل آمده کامپوزیت آلومینیوم حدود 90 درصد سبکتر از سنگ گرانیت، 65 درصد سبکتر از سیمان و 50 درصد سبکتر از شیشه میباشد که این کاهش وزن ﺗﺎﺛﻴﺮ ﻣـﺴﺘﻘﻴﻢ ﺑـﺮ ﺳـﺎزه ﺳـﺎﺧﺘﻤﺎن دارد. ﺑـﺪﻳﻦ ﺗﺮﺗﻴﺐ ﻛﻪ ﺑﺎ ﻛﺎهش اﺑﻌﺎد ﭘﻲﻫﺎ، ﺳﺘﻮنﻫﺎ، ﺗﻴﺮﻫﺎ و ﺳﺎﻳﺮ ﻗﺴﻤﺖﻫﺎی ﺑﺎرﺑﺮ ﺑﻨﺎ، ﺻﺮﻓﻪﺟﻮﻳﻲ ﻗﺎﺑﻞ ﺗﻮﺟﻬﻲ در ﻣﺼﺎﻟﺢ ﺳـﺎزهای ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﺣﺎﺻﻞ ﺧﻮاﻫﺪ ﺷﺪ. از ﺳﻮی دﻳﮕﺮ این اﻣﺮ ﻣﻮﺟﺐ ﻛﺎﻫﺶ ﻧﻴﺮوﻫﺎی ﺣﺎﺻﻞ از زﻟﺰﻟﻪ ﺑـﺮ ﺳـﺎﺧﺘﻤﺎن میگردد. در ﻧﺘﻴﺠﻪ اﻳﻦ دﺳﺘﺎوردﻫﺎ، ﻫﺰﻳﻨﻪ اﺟﺮای ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن به نحو ﻗﺎﺑﻞ ﻣﻼﺣﻈﻪای ﻛﺎﻫﺶ ﺧﻮاﻫﺪ ﻳﺎﻓﺖ. ﺿﻤﻦ آن‌که ﻣﺼﺮف ﻛﻤﺘﺮ ﻣـﺼﺎﻟﺢ اﻗﺪاﻣﻲ در ﺟﻬﺖ ﺣﻔﻆ ﻣﺤﻴﻂ زﻳﺴﺖ، ﺗﺼﺮف کمتر در ﻃﺒﻴﻌﺖ و در ﻧﺘﻴﺠﻪ ﺗﺨﺮﻳﺐ کمتر آن و ﻧﻴﺰ ﺻﺮﻓﻪﺟـﻮﻳﻲ در ﻣـﺼﺮف اﻧﺮژی ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ.
ورق های کامپوزیت آلومینییومی از جمله مصالح پیشرفته معماری مدرن می باشد که بیش از بیش مورد توجه طراحان و مجریان ساختمان قرارگرفته و استقبال و کاربری فراوان این محصول بعنوان یکی از مصالح مورد استفاده در نمای ساختمانها بیانگر کیفیت مناسب و عدم وجود هرگونه محدودیت در طراحی و اجرای آن میباشد. پس از سپری شدن ده ها سال از عمر این پوشش، ساختمان همچنان از طوفان ها و اثرات مضری که از آلودگی های صنعتی و محیطی ناشی می شود محافظت می گردد. پوشش خارجی به واسطه ورق کامپوزیت بصورت یک سد در مقابل تشعشعات خورشیدی عمل می کند. فضای تهویه بین ورق کامپوزیت و دیوار یا عایق حرارتی (در آب و هوا هایی که نیاز به عایق اضافی دارند) تبادل حرارتی را کاهش می دهد.
این سیستم پوشش با فضای تهویه پشت ، از دیوار ساختمان در مقابل نوسانات حرارتی بالا و سریع محافظت می کند. همچنین این متریال کاملا قابل بازیافت است. یعنی هم لایه میانی و هم شیت های آلومینیومی می تواند در ساخت محصول جدید مورد استفاده قرار گیرد.
همینطور امروزه ورق های کامپوزیت با قابلیت های خاص نیز برای مصارف ویژه عرضه شدهاند که ورق کامپوزیت ضد حریق و ورق دارای فناوری نانو از این جمله می باشند.
3-3- کاربردهای اصلی کامپوزیت پنل به عنوان مصالح ساختمانی
مواردی که از این محصول به وفور استفاده می شود به شرح زیر است :
- نمای خارجی ساختمان ها و برج ها با کاربری های گوناگون
- سقف های کاذب و دیواره های صنعتی
- دکوراسیون داخلی ساختمان های تجاری و فروشگاه ها
- جایگاههای عرضه سوخت بنزین و CNG
- بیلبوردها و تابلوهای تبلیغاتی
- سقف کاذب ها
- دیواره های تونل ها و پایانه های مسافربری
3-4- قابلیت‌های ورق کامپوزیت پنل آلومینیوم در نمای ساختمان و سقفهای کاذب
- سهولت اجرا به دلیل وزن کم
- سبکی وزن (5/5 کیلوگرم در مترمربع)
- تنوع شکل پذیری
- مقاومت بالا
- ابعاد متنوع
- شیار و برش آسان و هزینه کم در اجرا
- مصالح زیر سازی سبک
- مناسب برای نما سازی و نوسازی نما
- مقاومت بالا در برابر شرایط سخت آب و هوایی
- تنوع رنگ و ابعاد
- ایمنی بالا در برابر زلزله و آتش سوزی
- قابلیت تعویض و تعمیر
- نگهداری آسان (خاصیت خود تمیز کن در ورق های NANO PVDF که در اثر جریان هوا الکتریسیته در ورق ایجاد نشده و مانع جذب گرد و غبار می گردد و سطح ورق همیشه تمیز می ماند.
- از بین بردن محدودیت در استفاده از ایده های مختلف طراحی
- عایق بودن و آکوستیک بودن به دلیل وجود لایه پلی اتیلن و همچنین آب بند بودن این محصول در کنار وجود هوای محبوس بین ورق و ساختمان (مبحث 19 مقررات ملی)
استفاده از این ورق ها در نمای ساختمان به این صورت است که یک لایه روی سطح نما قرار می گیرد و دیگری در پشت آن و لایه ای که روی سطح نما استفاده می شود بسته به طراحی نما قابلیت رنگ ها و طرح های متنوع و متفاوتی را دارد و با توجه به نوع کاربری (نمای داخلی، نمای خارجی و ...) رزین های متفاوتی را روی آن اجرا می کنند. لایه پشتی نیز دارای یک لایه رنگ آستر بر روی آلومینیوم است.
3-5- تفاوت های تأثیرگذار در قیمت و کیفیت کامپوزیت پنل آلومینیوم
- تفاوت در آلیاژ آلومینیوم
- تفاوت در نوع پلی اتیلن و یا همان لایه میانی
- تفاوت در ضخامت لایه آلومینیوم و لایه میانی
- پوشش سطح ورق
- طرح ها و یا رنگ های خاص
3-6- انواع آلومینیوم کامپوزیت برحسب پوشش سطح ورق
رنگ روی سطح ورق با تکنولوژی های متفاوتی برحسب نوع کاربرد و محل نصب ورق اجرا می شود که به صورت زیر تقسیم بندی می شود:
3-6-1- پلی استر : ساده ترین روش اجرای رنگ روی لایه آلومینیوم می باشد که رنگ بدون هرگونه لایه محافظ روی لایه آلومینیوم اجرا می گردد. این نوع ورق در مقابل شرایط جوی، اسیدی و یا قلیایی بسیار آسیب پذیر بوده، هیچ گونه تضمینی برای حفظ کیفیت آن در نمای خارجی ساختمان وجود ندارد و بطور کلی استفاده از آن برای نمای بیرونی ساختمان ممنوع بوده ولی برای دکوراسیون داخلی مناسب و به صرفه است.
3-6-2- پوشش محافظ PVDF : این پوشش تحت نام پلی وینیل دین فلوراید نوعی رزین خاص است که تولیدکننده آن شرکت PPG می باشد. این رزین به دلیل وجود لایه پلیمری و همچنین عنصر فلوئور باعث محافظت رنگ سطح ورق و دوام و پایداری آن در مقابل شرایط نامساعد جوی، اشعه ماوراء بنفش و شرایط اسیدی و قلیایی به طور کاملاً قابل اعتماد حداقل تا 20 سال می گردد.
رنگی که با این رزین روی سطح ورق اجرا می گردد به طور مستقیم بر روی آلومینیوم اجرا نمی شود و قبل از آن یک لایه رنگ آستر از نوع پلی اورتان روی آلومینیوم اجرا شده سپس لایه رنگ اضافه می شود. بنابراین ورقهای PVDF دارای 2 لایه رنگ می باشند.
3-6-3- پوشش Nano-PDF: همانند رزین PVDF اجرا می گردد با این تفاوت که یک لایه سوم هم روی رزینPVDF اجرا می شود که از لحاظ ساختار مولکولی با رزین های عادی متفاوت است. به صورتی که فاصله مولکولی توسط تکنولوژی نانو به کمتر از 9-10 می رسد که این خاصیت باعث عدم جذب آلودگی های محیطی از قبیل گردوغبار و ذرات روغنی معلق در فضا می گردد.
3-7- انواع کامپوزیت از نظر تکنولوژی لایه میانی
برحسب کاربرد و حساسیت پروژه لایه میانی از مواد مختلفی تشکیل شده است.
- پلی اتیلن بازیافتی
- پلی اتیلن نو
- لایه میانی ضد حریق 1B
- لایه میانی ضد حریق 2A که معمولاً از هیدروکسید آلومینیوم و یا دیگر مواد معدنی ساخته می شود
توضیح اینکه به طور کلی پلی اتیلن استفاده شده در لایه میانی این ورق ها در حالت کلی غیرقابل اشتعال است اما برحسب حساسیت پروژه و وجود مواد اشتعال زا در نزدیکی این ورق ها از لایه میانی 2Aو 1B استفاده می شود. لازم به ذکر است استاندارد 1A در مواد ضدحریق مربوط به مواد هموژن (غیرکامپوزیت) می شود.
