بخشی از مقاله
-1 كامپوزيتها چه هستند؟
ماده كامپوزيتي از تركيب دو يا چند ماده ساخته مي شود تا خواص تركيبي بي نظيري را ايجاد كند . البته بيان فوق يك تعريف كلي است و مي‌تواند آلياژهاي فلزي، پليمرهيا پلاستيكي ،مواد معدني . چوب را در بگيرد. «مواد كامپوزيتي مسلح شده با الياف» با مواد فوق فرق دارند. زيرا اجزاي سازنده‌ي اين مواد از نظر مولكولي با هم فرق دارند و بصورت مكانيكي قابل جدا شدن هستند. بطور كلي اجزاي تشكيل دهنده‌ي مسلح شده با عم عمل مي‌كنند، اما در عين حال شكل اصلي خود را حفظ مي كنند. خواص نهايي مادهي كامپوزيتي از خواص مواد تشكيل دهنده‌ي آن به مراتب بهتر است.
ايده ساخت كامپوزيتها توسط بشر كشف نشد، بلكه اين مواد در طبيعت وجود دارند. براي مثال چوب كه از تركيبي از الياف سلولزي در زمينه چسبي به نام ليگنين تشكيل شده است، يك كامپوزيت است. صدف جانوران بي‌مهره مثل حلزون و صدف خوراكي مثال ديگري از كامپوزيتها است. بعضي از پوسته صدفها از كامپوزيت‌هاي پيشرفته‌اي كه بدست بشر ساخته شده، سختتر و محكمتر است. دانشمندان كشف كرده‌اند الياف كه از شبكه تار عنكبوت بدست مي‌آيند از اليافي كه بطور مصنوعي توليد ميشوند، محكمتر است. در هند،يونان و ديگر كشورها، صدها سال بود كه از مخلوط سبوس يا كاه با خاك رس براي ساختمان‌سازي استفاده مي شد. مخلوط سبوس و خاك اره با خاك رس مثالي از «كامپوزيت با ذرات ريز» و مخلوط خاك رس با كاه نمونه اي از «كامپوزيت الياف كوتاه» است. اين مواد مسلح كننده براي بهبود كارائي كامپوزيت اضافه مي شود.
مفهوم اصلي كامپوزيت به معني دارا بودن يك ماده زمينه‌اي (ماتريس) مناسب است. معمولاً مواد كامپوزيتي بوسيله الياف مسلح كننده دريك زمينه رزيتي ساخته ميشوند. مسلح كننده‌ها مي‌توانند الياف، ويسكرها و .. بوده و زمينه مي‌تواند از جنس فلزات، سراميكها يا پلاستيكها باشند.
مسلح كننده‌ها مي‌توانند از پليمرها،پلاستيكها، و فلزات ساخته شوند. الياف مي‌توانند بصورت بهم پيوسته، زنجيره‌هاي بلند يا كوتاه باشند. كامپوزيت‌هايي كه با زمينه پليمري ساخته ميشوند، رايج‌تر هستند و بطور وسيع در صنايع مختلف بكار مي‌روند. در اين كتاب كامپوزيت‌هايي كه زمينه‌ي آنها از جنس رزين برپايه پليمري است، بررسي مي شوند. اين مواد مي‌توانند جزء «رزيتهاي ترموست» يا «رزينهاي ترموپلاستيك» باشند.
بافت يا الياف مسلح كننده باعث استحكام و سختي كامپوزيت مي شود. در حاليكه زمينه سبب سختي و مقاومت به خوردگي كامپوزيت مي گردد. الياف مسلح كننده مي‌تواند بصورت شكلهاي مختلفي از الياف پيوسته بلند با بافتهاي موجدار تا الياف كوتاه تكه‌تكه و حصيري (درهم گيركرده) وجود داشته باشند. هريك از اين اشكال خواص مختلفي را ايجاد مي‌كنند. اين خواص شديداً به روشي كه الياف در كامپوزيت قرار داده ميشوند، بستگي دارد. دريك كامپوزيت تمامي شكلهاي فوق‌الذكر و يا يكي از آنها مي‌تواندت مورد استفاده قرار گيرد. موضوع مهمي كه در مورد كامپوزيتها بايستي در نظر گرفته شود اين است كه الياف نيرو تحمل مي‌كند و لذا حداكثر استحكام
كامپوزيت در راستاي محور الياف است. وجود الياف بلند پيوسته در جهت اعمال نيرو باعث مي شود كه خواص كامپوزيت كاملاً با خواص رزين متفاوت باشد. كامپوزيتي داراي الياف به شكل بصورت تكه‌هاي كوچك است، خواص ضعيفتري نستب به كامپوزيتي كه الياف آن بصورت پيوسته است، از خود نشان ميدهد. شكل الياف برحسب نوع كاربرد (مهندسي يا غيرمهندسي) و روش ساخت انتخاب مي شود . براي كاربر دهاي مهندسي (ساختماني)، الياف پيوسته يا بلند پيشنهاد مي شود. در حاليكه براي كاربردهاي غيرمهندسي (غيرساختماني) الياف كوتاه انتخاب مي شود. در ريخته‌گري تزريقي و ريخته‌گري تحت فشار از الياف كوتاه، در حاليكه در تابيدن تارها،بسته‌بنديهاي رولري و پولتروژن از الياف پيوسته استفاده مي شود.
3-1 نحوه عملكرد الياف و زمينه
ماده كامپوزيتي با مسلح كردن پلاستيكها توسط الياف تشكيل ميشوند براي درك بهتر رفتار كامپوزيتها، بايد اطلاعات دقيقي از نقش الياف و مواد زمينه در كامپوزيتها در دسترس باشد،مهمترين وظايف الياف و زمينه كامپوزيتها بشرح زير است:
وظايف مهم و اصلي الياف در كامپوزيتها عبارتند از:
تحمل بار و نيرو؛ در يك كامپوزيت ساختماني(مهندسي) 70% تا 90% نيرو توسط الياف تحمل مي شود.
سختي، استحكام، پايداري گرمايي و بقيه‌ي خواص ساختاري در كامپوزيتها به الياف آن بستگي دارد.
هدايت الكتريكي يا عايق بودن كامپوزيت، به نوع الياف مورد استفاده در آن بستگي دارد.
زمينه (مادهي زمينه) وظايف زير را در ساختار كامپوزيت انجام ميدهد. بسياري از اين وظايف براي عملكرد مطلوب يك مادهي كامپوزيت ضروري است. الياف موجد در زمينه و يا خود الياف به تنهايي بدون حضور مادهي زمينه و يا يك چسب بندرت استفاده مي شود. وظايف مهم زمينه كامپوزيت شامل موارد زير است.
زمينه؛ الياف را به هم پيوند ميدهد و بار وارده به كامپوزيت را به الياف را منتقل مي‌كند. زمينه، به ساختار ماده ي كامپوزيتي سختي،يكپارچگي و شكل مي‌بخشد.
زمينه؛ الياف را ايزوله مي‌كند. بطوريكه تكه‌تكه الياف مي‌توانند به طور جداگانه نقش خود را ايفا كنند. اين عمل تجمع آنها را كاهش داد ويا آن را متوقف مي‌كند.
زمينه؛ سطحي با كيفيت پرداخت خوب بوجود آورده و كمك مي‌كند كه محصول داراي شكل نهايي يا نزديك به آن باشد.
زمينه از الياف در مقابل هجوم شيميايي و آسيبهاي مكانيكي (سايش) محافظت مي‌كند.
خواص شكل دهد از قبيل : انعطاف پذيري، استحكام فشاري و … به نوع ماده زمينه بستگي دارد. زمينه انعطاف‌پذير باعث افزايش چقرمگي ساختار مي شود و در جائيكه به چقرمگي بيشتري نياز باشد از كامپوزيتها با زمينه ترموپلاستيك استفاده مي شود.
نحوه شكست مادهي كامپوزيت، نه تنها بشدت به نوع مادهي زمينه‌ي بستگي دارد، بلكه به ميزان سازگاري آن با الياف نيز وابسته است.
4-1 مزاياي خاص كامپوزيتها
معمولاً، كامپوزيتها براي كاربردهايي كه كارآيي زياد و وزن كم لازم است، طراحي و ساخته ميشوند. اين مواد داراي مزاياي بسيار زيادي نسبت به مواد مهندسي سنتي هستند كه در زير شرح داده مي شود:
1) مواد كامپوزيتي قابليت يكپارچه كردن اجزا را دارند،چند جزء فلزي مختلف مي‌تواند با يك كامپوزيت جايگزين شود.
2) با قرار دادن سنسورهايي در ساختارهاي كامپوزيتي مي‌توان آنها را به سرويسهاي رديابي مجهز كرد .از اين امكان براي آشكارسازي آسيب ناشي از خستگي در ساختار هواپيما استفاده مي شود و نيز مي تواند براي رديابي جريان رزين در فرايند RTM (قالب‌گيري رزين) استفاده گردد. مواد داراي سنسور، را مواد هوشمند مي‌نامند.
3) مطابق جدول (1-1) كامپوزيت‌هاي سختي ويژه‌ي (نسبت سختي به دانسيته) بالايي دارند. كامپوزيتها داراي سختي فولاد، با يك پنجم وزن آن و داراي سختي آلومينيوم، با يك دوم وزن آن هستند.
4) استحكام ويژه‌ي (نسبت استحكام به چگالي) كامپوزيتها بسيار بالا است. به همين دليل هواپيما و اتومبيل سريعتر حركت كرده و سوخت كمتري مصرف مي كنند. استحكام ويژه‌ي كامپوزيتها 3 تا 5 برابر آلياژهاي فولاد و آلومينيوم است. به دليل سختي ويژه و استحكام ويژه‌ي بالاتر، قطعات كامپوزيتي وزن كمتري نسبت به قطعات مشابه دارند.
5) استحكام خستگي (حد دوام) كامپوزيتها بسيار بالا است. آلياژهاي فولاد و آلومينيوم داراي حد خستگي خوبي در حدود 50% استحكام استاتيكي خود هستند. كامپوزيت‌هاي كربن/اپوكسي با الياف همجهت داراي استحكام خستگي بالايي نزديك به 90% استحكام استاتيكي خود مي باشد.
6) كامپوزيتها مقاومت به خوردگي خوبي دارند. آهن و آلومينيوم در حضور آب و هوا خورده ميشوند لذا احتياج به پوشش و آلياژ خاص دارند. اما لايه‌ي بيروني كامپوزيتها از پلاستيك است، لذا مقاومت شيمياي و مقاومت به خوردگي آنها بسيار خوب است.
7) زمينه‌ي كامپوزيتها بسيار انعطاف‌پذير است. براي مثال ضريب انبساط گرمايي (CTE) ساختار كامپوزيت را مي‌توان با انتخاب يك مادهي مناسب براي زمينه و روي هم قرار گرفتن پيوسته (متوالي) الياف آن به صفر رساند. از طرفي چون CTE كامپوزيتها از فلزات بسيار كمتر است، ساختار كامپوزيتها پايداري ابعاد خوبي دارند.
8) شكل نهايي قطعه يا نزديك به شكل نهايي را مي‌توان با مواد كامپوزيتي ايجاد كرد. اين مزيت كامپوزيتها باعث كاهش عمليات ماشين كاري و يا حذف آن مي شود و درنتيجه زمان انجام فرايند و قيمت آن را كاهش ميدهد.
9) ساخت قطعات با شكلهاي پيچيده و طرحهاي خاص كه بعضي مواقع توسط فلزات امكان‌پذير نيست، با استفاده از كامپوزيتها بدون نياز به پرچكاري يا جوشكاري اجزاي مختلف مي‌تواند صورت گيرد . اين موضوع ضريب اطمينان قطعه را افزايش داده و زمان توليد را كاهش ميدهد. همچنين عمليات ساخت راعملي‌تر مي‌كند.
10) كامپوزيتها از روشهاي طراحي براي ساخت (DF,) و طراحي براي مونتاژ (DFA) را امكان‌پذير وعملي مي‌كند. اين روشها كمك مي‌كنند كه تعداد اجزا محصول به حداقل برسد و در نتيجه باعث كاهش زمان اتصال و مونتاژ ميشوند. با كاهش تعداد اتصالات، قطعه با اجزاي با استحكام بالا و قيمت پايين ساخته مي شود. با كاهش زمان و هزينه‌ي مونتاژ، سوددهي افزايش مي‌يابد. تكنيكهاي DFM و DFA در فصل 5 شرح داده ميشوند.
11) كامپوزيتها داراي خواص ضربه‌اي خوبي هستند. كامپوزيت‌هاي شيشه و كولار داراي استحكام ضربه‌اي بيشتري نسبت به فولاد و آلومينيوم هستند. در بين كامپوزيت‌هاي ترموپلاستيك، خواص ضربه‌اي «كامپوزيت نايلون (NylonLG 60) » شامل 60% الياف شيشهاي بلند، «كامپوزيت نايلون 66 (NylonSG 40) » شامل 40% الياف شيشهاي كوتاه «كامپوزيت پلي پروپيلن (PPLG40) » شامل 40% الياف شيشهاي بلند «كامپوزيت پلي پروپيلن (PPSG40)» شامل 40% الياف شيشهاي كوتاه، «كامپوزيت PPS (PPSLG 50)» شامل 50% الياف شيشهاي بلند و «كامپوزيت پلي‌اروتان (PULG60)» شامل 60% الياف شيشهاي بلند آمده است. الياف شيشهاي بلند 3 تا 4 برابر خواص ضربه‌اي را نسبت به الياف شيشهاي كوتاه افزايش مي‌دهند.
12) ويژگيهاي صوتي، ارتعاشي و خشني (زبري) (NEH) كامپوزيتها از فلزات بهتر است. كامپوزيتها ارتعاشات را بهتر از فلزات از بين مي‌برند. اين ويژگي كاربردهاي مختلفي همچون لبه انتهايي هواپيما تا چوب گلف دارد.
13) با استفاد هاز روشهاي طراحي و ساخت مناسب،مي‌توان قطعات كامپوزيتي كارآمد و مؤثرتري توليد كرد. كامپوزيتها اين اجازه را به ما مي‌دهند كه آزادي عمل زيادي در طراحي قطعات داشته باشيم بطوريكه كارايي محصول حفظ شده و از طراحي اضافي خودداري شود. اين عمل با تغيير جهت الياف، نوع الياف و يا سيستمهاي رزيني حاصل مي گردد.
14) كامپوزيت‌هاي فنوليك مسلح شده با شيشه وآراميد داراي خواص لازم براي JAR و FAA براي كاهش دوم و سموم هستند. از اين مزيت در كانالهاي داخلي هواپيما،انبارها،ديوارهاي آشپزخانه كشتي و … استفاده مي شود.
15) كامپوزيتها در فشار و دماي كمتري نسبت به فلزات توليد ميشوند، لذا قيمت ابزار و تجهيزاتي كه براي مراحل ساخت كامپوزيتها لازم است. از ابزار مورد نياز براي ساخت فلزات ارزانتر است. با توجه به كاهش پيوسته‌ي عمر توليد محصولات، اين موضوع امكان تغيير طرح را در بازار رقابتي امروز به وجود مي‌آورد.
5-1 معايب كامپوزيتها
اگرچه كامپوزيتها مزاياي بسياري دارند،اما داراي معايبي زير هستند:
1) قيمت مواد مصرفي در كامپوزيتها در مقايسه با موادي كه براي توليد آلومينيم و فولاد به كار مي‌روند، بسيار گرانتر است. برمبناي وزن قطعات، قيمت مواد مصرفي در كامپوزيتها تقريباً 5 تا 20 برابر از آلومينيوم و فولاد گرانتر است. براي مثال : قيمت الياف شيشهاي 1 تا 8 برپوند، قيمت الياف كرفن 40-80 دلار برپوند، قيمت اپوكسي 5/1 دلار برپوند، قيمت شيشه/اپوكسي 12 دلار بر پوند و قيمت كربن /اپوكسي 12-60 دلار برپوند است. در حاليكه قيمت فولاد 2/0 تا 1 دلار بر پوند و قيمت آلومينيوم 6/0 تا 1 دلار برپوند مي باشد.
2) در گذشته از كامپوزيت ها براي ساختن ساختارهاي بزرگ با تعداد كم (يك تا سه قطعه درهر روز) استفاده مي شد. فقدان روشهاي توليد انبوه. استفاده‌ي گسترده و وسيع از كامپوزيتها را محدود مي‌كرد. اخيراً روشهاي پولتروژن، (FTM) ، (SRIM)، (SMC)، و تابيدن تارها براي افزايش سرعت توليد،بصورت خودكار مورد استفاده قرار مي گيرند. روزانه بين 100 تا 20000 قطعه اتومبيل توليد مي شود. بعنوان مثال، ظرفيت كارخانه‌ي ماشين سازي كرويت 100 ماشين در روز و ظرفيت كارخانه‌ي ماشين‌سازي فوردتاروس 2000 ماشين در روز است. شركتهاي زنجير‌ه‌اي قايقراني مثل دلفي سگيناو و تي‌اردبليو بيش از 2000 قايق در روز با مدلهاي مختلف توليد مي كنند. همچنين، كالاهاي ورزشي از قبيل چوب گلف 10000 قطع در روز توليد ميشوند.
3) روشهاي كلاسيك طراحي محصولات فلزي، در كتابهاي راهنماي (هند بوكها) ماشين‌كاري، اطلاعات درباره فلزات و كتابهاي راهنماي طراحي ارائه مي شود. اطلاعات زيادي در مورد طراحي فلزات در دسترس است، اما به دليل فقدان اطلاعات اساسي درباره‌ي كامپوزيتها چنين كتابهايي براي طراحي قطعات كامپوزيتي وجود ندارد.
4) مقاومت گرمايي قطعات كامپوزيتي به مقاومت زمينه‌ي كامپوزيت در برابر حرارت بستگي دارد. چون در زمينه‌ي اكثر كامپوزيتها از مواد پليمري استفاده ميشود، مقاومت در برابر حرارت كامپوزيت به خواص پلاستيكي آن محدود مي شود. بطور متوسط كامپوزيتها در محدوده دمايي C ْ40- تا C ْ100+ كار مي‌كنند . در محدوده دمايي بالاتر ،بين Cْ150+ و Cْ200+ از پلاستيك‌هاي مقاوم در برابر حرارت از قبيل اپوكسي‌ها، بيس آلميدها و پيك (PEEK) استفاده ميشود. در جدول (1-2) حداكثر دماي كاربرد مداوم پليمرهاي مختلف آمده است.
5) مقاوت در برابر حلالها، مقاومت شيميايي و ترك ناشي از تنشهاي محيطي كامپوزيتها ،به خواص پليمرها بستگي دارد. بعضي از پليمرها داراي مقاومت كمي در برابر حلالها و ترك ناشي از نتشهاي محيطي هستند.
6) كامپوزيتها رطوبت را جذب مي كنند. اين موضوع خواص و پايداري ابعادي كامپوزيتها را تحت تأثير قرار ميدهد.
6-1 فرآوري كامپوزيتها
فرايند توليد كامپوزيتها ،علم تغيير شكل مواد از يك شكل به شكل ديگر است. چون در كامپوزيتها دويا چند ماده مختلف وارد مي شود، لذا روشهاي توليد كامپوزيتها با فرايند توليد فلزات بسيار متفاوت است. روشهاي گوناگوني براي توليد انواع مختلفي از مواد مسلح كننده و رزين‌ها وجود دارد. كار مهندس توليد، اتنخاب صحيح فرايند توليد و تعيين شرايط توليد با توجه به قابليت كارآيي مناسب،سرعت توليد و قيمت تجهيزات مورد استفاده است. مهندس بايد قضاوت درستي در انتخاب فرايند داشته باشد تا با كمترين هزينه بهترين كار را به انجام برساند. براي اين كار مهندسين بايد اطلاعات مفيدي از مزايا، معايب و محدوديتهاي هر فرايند داشته باشند. اين كتاب، روشهاي مختلف ساخت را كه معمولاً در توليد كامپوزيتها ترموست و ترموپلاستيك به كار مي‌روند و نيز شرايط توليد،مراحل سات، محدوديتها ومزاياي هر روش توليد را بررسي مي‌كند. اين روشها در فصل 6 توضيح داده شده‌اند.
7-1 ساخت محصولات كامپوزيتي
محصولات كامپوزيتي با تغيير شكل مواد اوليه به شكل نهايي توسط يك فرايند‌هاي ساخت مشروح در بخش (6-1) توليد مي شوند. مصولاتي كه بدين گونه ساخته مي شوند، ابتدا ماشين‌كاري مي شوند و سپس متناسب با كاربرد لازم به بقيه‌ي اجزا متصل مي‌گردند. ساخت محصول نهايي به چهار مرحله‌ي زير تقسيم مي شود:
1) شكل دهي: در اين مرحله، مواد اوليه به شكل و اندازه خاص تبديل ميشوند. عمل شكل‌دهي معمولاً تحت فشار و حرارت انجام مي شود. تمامي روشهاي ساخت كامپوزيتها در بخش (6-1)، دراين گروه قرار دارند. عمليات شكل‌دهي كامپوزيتها در فصل 6 بطور كامل و همراه با جزئيات شرح داده شدهاست.
2) ماشين كاري: عمليات ماشين‌كاري براي حذف مواد اضافي يا غير مطلوب بكار مي‌رود. عمليات سوراخ كاري، تراش‌كاري، برش كاري و سنگ‌زني در اين گروه قرار دارند. ابزار و شرايط لازم براي عمليات ماشين‌كاري كامپوزيتها نسبت به فلزات متفاوت است. ماشين‌كاري كامپوزيت ها در فصل 10 بررسي شده است.
3) اتصال و مونتاژ: انجام اتصال و مونتاژ اجزا، بمنظور بستن (جفت كردن) اجزاي مختلف به يكديگر براي توليد محصول با كيفيت مطلوب انجام مي‌گيرد. اتصالات چسبي، ذوبي ،اتصالات مكانيكي و … معمولاً براي مونتاژ قطعه به كار مي رود. عمليات مونتاژ وقت‌گير و گران قيمت است. لذا سعي مي شود تا حدامكان براي كاهش قيمت محصول، مرحله مونتاژ و اتصال اجزاء حذف شود. همانطوريكه كاملاً در فصل 5 توضيح داده شده است، اين عمل بوسيله يكپارچه شدن اجزاء امكان‌پذير است. عمليات اتصال و مونتاژ كه براي شكل‌دهي محصولات كامپوزيتي به كار مي روند، در فصل 9 توضيح داده است.
4) پرداخت كاري: عمليات پرداخت به دلايل مختلفي از قبيل: به‌سازي ظاهر محصول،حفاظت محصول در برابر آسيب محيطي، بوجود آوردن يك پوشش مقاوم به سايش و يا يك پوشش فلزي شبيه به فلز صورت مي‌گيرد. شركتهاي توليد كننده چوب گلف، به منظور بهبود ظاهر و زيباشدن نماي چوب گلف، از چوبهاي كامپوزيتي روكش‌دار و رنگ‌دار استفاده مي كنند.
لازم نيست كه تمامي عمليات ذكر شده در بالا در يك شركت توليدي انجام شود. بعضي مواقع محصولي كه در يك شركت ساخته مي شود. براي انجام عمليات بعدي به شركتي ديگر فرستاده مي شود. به عنوان مثال: شفت اتومبيل كه در يك شركت ميل لنگ‌سازي ساخته ميشود،براي مونتاژ برروي محصول نهايي، به شركت سازنده اتومبيل (خط 1 يا خط 2) فرستاده مي شود و سپس به شركتهاي سازنده تجهيزات اصلي فروخته مي شود. در بعضي موارد، محصولاتي از قبيل: چوبهاي گلف، راكتهاي تنيس، قلابهاي ماهيگيري و …دريك شركت ساخته شده و مستقيماً به توزيع كننده براي استفاده مصرف كننده فرستاده ميشوند.
مواد
حداكثر دماي استفاده مداوم (Cْ)
ترموست‌ها
وينلي لستر 150-80
پلي استر 150-60
فنوليك 150-70
اپوكسي 2150-80
سيانات استر 250-150
بيس آلميد 320-230
ترموپلاستيك‌ها
پلي اتيلن 80-50
پلي پروپيلن 75-50
استال 95-70
نايلون 100-75
پلي استر 120-70
PPS 220-120
PEEK 250-120
تفلون 260-200
8-1 بازارهاي كامپوزيت (تجارت كامپوزيت)
دلايل زيادي براي افزايش كاربرد كامپوزيتها وجود دارد. ولي انگيزه اصلي براي استفاده از محصولاتي كه از كامپوزيتها ساخته مي شوند، محكمتر و سبكتر بودن اين محصولات است. هم اكنون تمامي صنايع از مزاياي كامپوزيتها آگاهي دارند و مشكل است. بتوان صنعتي را پيدا كرد كه از اين فوايد اطلاع نداشته باشد. امروزه صنايع حمل و نقل مصرف‌كنندگان اصلي كامپوزيتها هستند. بطوريكه در سال 2000 ميلادي، بالغ بر 3/1 ميليون پوند كامپوزيت بمصرف رسانده‌اند. مواد كامپوزيتي در بسياري از صنايع استفاده مي شود.
در سه يا چهار دهه گذشته. تغييرات بنيادي در فنآوري كامپوزيتها و نيازهاي آن صورت گرفته است. اين تغييرات محيطي، نيازها و فرصتهاي جديدي را بوجود آورد كه تنها با پيشرفت در مواد جديد و بكارگيري فنآوري پيشرفته امكان‌پذير است.
در دهه ي گذشته، روشهاي پيشرفته ي ساخت مواد و سيستم ها و دستگاه‌هاي مربوط به كامپوزيتها رشد چشمگيري داشته‌اند تا نيازهاي بازارهاي مختلف را برطرف سازند. با توجه به مزايا و سوددهي اين صنعت، بسياري صنايع بر روي كامپوزيتها سرمايه‌گذاري كرده‌اند. توسعه وافزايش استفاده از كامپوزيتها به دليل كاهش قيمت الياف و كاهش هزينه‌هاي مربوط به روشهاي ساخت خودكار (اتوماتيك) و روشهاي توليد انبوه بوده است. بعنوان مثال، قيمت الياف كربن از 150 دلار بر پوند در سال 1975 به 8 دلار بر پوند در سال 2000 كاهش يافت. اين كاهش قيمت به دليل توسعه ي روشهاي توليد كم هزينه و افزايش مصرف صنايع صورت گرفته است.
در پايان. مي توان بازارهاي فروش مواد كامپوزيتي را به گروههايي از قبيل : صنايع هواپيماسازي، صنايع اتومبيل سازي، ساختمان‌سازي، صنايع دريايي، سازندگان تجهيزات مقاوم به خوردگي، سازندگان كالاهاي مصرفي، تجهيزات كاربردي، تجاري و غيره طبقه‌بندي كرد
.
1-8-1 صنعت هواپيما سازي
صنعت هواپيماسازي از نخستين صنايعي بود كه مزاياي استفاده از كامپوزيتها را درك كرد. به كمك كامپوزيتها هواپيماها، موشكها و پرتابه‌ها سريعتر ومسافت طولاني‌تري را پرواز كردند. معمولاً كامپوزيت‌هاي با الياف شيشه اي، كربن وكولار براي ساخت قطعات هواپيما طراحي ميشوند. عموماً صنعت هواپيماسازي از كامپوزيت‌هايي با الياف كربن به دليل ويژگي برجسته و كارايي بالا استفاده مي‌كند. روش لايه‌گذاري دستي يك روش عمومي براي ساخت قطعات هواپيما است. همچنين از روشهاي RTM و تابيدن تارها استفاده مي شود.
در سال 1999، صنعت هواپيماسازي 23 ميليون پوند كامپوزيت مصرف كرد. در هواپيماهاي نظامي از قبيل: F-11 و F-14 و F-15 و F-16 جهت كاهش وزن بدنه هواپيما از كامپوزيتها استفاده شده است. قطعات كامپوزيتي كه در هواپيماهاي جنگي فوق‌الذكر استفاده ميشوند،عبارتند از دم‌هاي افقي و عمودي، رويه بال، جعبه‌هاي بالابر،درب‌ها و قطعات بدنه هستند كه در جدول (3-1) نشان داده شده‌اند. استفاده از قطعات فوق‌الذكر باعث كاهش 20% تا 35% وزن كلي هواپيما مي شود. كاهش وزن در هواپيماهاي جنگي و موشكها باعث افزايش ظرفيت حمل بار مي شود.
سبكي و تلرانس ابعادي قطعات مورد استفاده در صنايع هواپيمايي از دلايل اصل كاربرد كامپوزيتها در اين صنعت است. در لايه‌هاي پايين جو (LEO) ، جائيكه تغييرات دما بين Cْ100- تا Cْ100+ است،براي محافظت از بدنه و عكس‌العمل ساير اجزاء بايد پايداري ابعادي وجود داشته باشد. كامپوزيت اپوكسي كربن بصورت ورقه‌اي طراحي مي شود تا ضريب انبساط حرارتي اجزاء و قطعات به صفر برسد. در شاتل فضايي، كامپوزيتها باعث كاهش وزني معادل 2688 پوند در اين سفيه شدند.
درهواپيماهاي مسافري مثل بوينگ 747 و 767 ، براي كاهش وزن هواپيما، كاهش مصرف سوخت و افزايش ظرفيت حمل بار از قطعات كامپوزيتي استفاده مي شود. كامپوزيت‌هاي مورد استفاده در اين هواپيماها در جدول (3-1) آمده است.
2-8-1 صنعت اتومبيل سازي (خودرو)
(جدول 3-1) قطعات كامپوزيتي مورد استفاده در هواپيما
قطعات كامپوزيتي
جنگنده F-14 درب‌ها، دم‌هاي افقي، پوششهاي آيروديناميك،رويه‌هاي تثبيت‌كننده
جنگنده F-15 پره‌ها،سكان‌ها، دم‌هاي افقي، ترمزها، رويه‌هاي تثبيت كننده.
جنگنده F-16 دم‌هاي عمودي و افقي، پره اصلي بال، رويه‌هاي رويي جعبه و پره عمودي.
بمبن افكنB-1 درب‌ها، دم‌هاي عمودي وافقي، بال ها، راههاي ورودي
هواپيماي AV-8B درب‌ها، سكان‌ها، دم‌هاي عمودي وافقي، قسمتهاي متحرك بال هواپيما، بال ها، پوششهاي آئروديناميك، جعبه پرده
بوينگ737 لرزه‌گيرها، تثبيت كنند‌ه‌هاي افقي، بال‌ها.
بوينگ 757 درب‌ها، سكانه‌ها،بالابرها،قسمتهاي متحرك بال هواپيما، لرزه‌گيرها، بال‌ها. پوششهاي آئروديناميك.
بوينگ 767 درب‌ها، سكانه‌ها، بالابرها، قسمتهاي متحرك بال هواپيما، لرزه‌گيرها، پوششهاي آئروديناميك.
مواد كامپوزتيي به عنوان يك «مادهي منتخب» در بعضي كاربردهاي صنعت اتومبييل سازي، به دليل داشتن سطح نهايي مرغوب به كار مي‌روند. سازندگان اتومبيل با استفاه از كامپوزيتها قادر هستند، ظاهر، قيمت و كارايي اتومبيل را بنحو مطلوب تغيير دهد. امروزه استفاده از بدنه‌هاي از جنس كامپوزيت، در همه نوع اتومبيل از اتومبيل‌هاي ورزشي واتومبيل‌هاي مسافربري گرفته تا كاميون‌هاي سنگين، متوسط و كوچك موفقيت‌آميز بوده است. بطوريكه درسال 2000 ميلادي ،صنايع اتومبيل‌سازي 318 ميليون پوند كامپوزيت بمصرف رساند.
چون بازارهاي اتومبيل نسبت به قيمت بسيار حساس هستند،كامپوزيت‌هاي با الياف كربن به دليل قيمت‌هاي بالاي مواد آنها هنوز قابل قبول نيستند. در صنايع اتومبيل سازي از كامپوزيت‌هاي مسلح شده با الياف شيشه اي استفاده مي شود. در جدول (4-1) مقدار متوسط كامپوزيت‌هاي مصرف شده در اتومبيل با نوع ماده زمينه و روشهاي ساخت آنها آمده است.
3-8-1 صنعت كالاهاي ورزشي
وسايل ورزشي و تفريحي مصرف كنندگان اصلي مواد كامپوزيتي هستند. علت افزايش ميزان مصرف كامپوزيتها در وسايل ورزشي و قايق‌هاي مسابقه‌اي كارآيي فوق‌العاده آنها است. اگر از يك فروشگاه وسايل ورزشي بازديد كنيد، حتماً محصولاتي نظير چوبهاي گلف، راكتهاي تنيس، اسكي‌هاي روي برف، قلابهاي ماهيگيري و… در آنجا خوا هيد ديد،اين وسايل مواد كامپوزيتي ساخته شده‌اند. اينگونه كالاها سبكتر هستند و كارآيي بيشتري دارند و باعث مي شود كه مصرف كننده آن را بهتر در دست گرفته و در استفاده از آن راحت‌تر باشد.
كاربردها مقداراستفاده
(Kg106) مواد زمينه مقدار استفاده
(kg 106) فرايند ساخت مقدار استفاده (kg 106)
تيرهاي ضرب‌گير 42 پلي‌استر (TS) 42 SMC 40
صندلي/كف بارگذاري 14 پلي پروپيلن 22 GMT 20
كلاهك دودكش 13 پلي كربنات/PBT 10 قالب‌گيري تزريقي 13
نگهدارنده رادياتور 4 پلي اتيلن 4 قالب كيسه‌اي خارجي 5
سقف بدنه 4 اپوكسي 4 تارهاي پيچيده شده 3
ديگر موارد 11 ديگر موارد 7 ديگر موارد 8
جمع كل 89
جمع كل 89 جمع كل 89
هزينه تمامي كالاهاي ورزشي مصرفي در آمريكا در سال 1999 (شامل گلف، هاكي، بسكتبال، بيس بال، تنيس و …) كه توسط شركت سازنده ي كالاهاي ورزشي (نورس پالم بيچ، فلوريدا) گزارش شده است، حدود 33/17 ميليارد دلار تخمين زده شده است.
بازار وسايل نقليه تفريحي (از قبيل دوچرخه، موتورسيكلت، قايق تفريحي، قايق موتوري، دوچرخه‌ي آبي اسنومبيل و RVS) كه 37/17 ميليارد دلار تخمين زده شده، در سال 1998 بالغ بر 39/15 ميليارد دلار بوده است. فروش كلي گلف در سال 1999 ، 66/2 ميليارد دلار شالم توپها، چوب گلف و … بوده است. يك سوم آن مربوط به چوبهاي گلف است. هزينه هاي مربوط به هاكي و ا سكيت روي يخ 225 ميليون دلار، تخته‌هاي برفي 183 ميليون،و اسكي روي برف 303 ميليون دلار تخمين زده شده است كه همگي در سال 1999 به فروش رسيده اند. هيچتگونه آماري واقعي در دست نيست كه بيان كند در كالاهاي ورزشي ذكر شده چه مقدار كامپوزيت مصرف شده است. در آمريكاي شمالي سالانه 6 ميليون چوب هاكي از جنس كامپوزيت ساخته ميشود، اين رقم 1% تا 3% بازار كامپوزيت را شامل ميشود. (ميزان خرده فروشي چوبهاي هاكي 60 تا 150 دلار است) {4} . در سال 1990 ، فروش «شركت تجارتي كايت سانفرانسيسكو» حدود 215 ميليون دلار تخمين زده شده است كه عموماً محصولاتشان با تيوپهاي كامپوزيتي پيچيده شده رولي يا تيوپهاي كامپوزيتي پولترود ساخته شده‌اند. مصرف بدنه و اجزاي كامپيوتري در دوچرخه ها حدود نيم ميليون قطعه يا حدود 600000 پوند از ماده جهاني را نشان ميدهد، كه قيمت آن معادل 3000 تا 5000 دلار بازاي هر واحد است {4}.
4-8-1 كابردهاي دريايي
بدليل مقاومت به خوردگي كامپوزيتها،اين مواد در قايق‌هاي مسافربري، قايق‌هاي قدرتي، گوي‌هاي شناور و … استفاده ميشوند. وزن كم كامپوزيتها باعث كاهش مصرف سوخت، افزايش سرعت مسافرتهاي دريايي و افزايش ظرفيت حمل بار مي شود. قسمت عمده اين كامپوزيتها با استفاده از پلاستيك‌هاي مسلح شده بوسيله‌ي شيشه (GRP) كه درون قطعه بشكل حبابهاي ريز شش گوش است، ساخته ميشوند. براساس گزارشي كه صنعت دريايي از 361 بازار فروش تهي كرد {5} ، حدود 70% اجزاي قايق هاي تفريحي از مواد كامپوزيتي ساخته شده است . برطبق اين گزارش فروش ساليانه قايق‌هاي خانگي در آمريكا 85/8 ميليارد دلار و ميزان فروش كامپوزيت مصرفي در صنعت كشتي‌ساي جهان 620 ميليون پوند در سال 2000 تخمين زده شده است.
همچنين از كامپوزيتها براي ساخت لوله‌هاي مصرفي در دريا براي استخراج گاز و نفت استفاده مي شوند. انگيزه اصلي استفاده از كامپوزيت هاي GRP براي كاربردهاي فوق الذكر، كاهش هزينه‌هاي نگهداري و كاهش هزينه ي نصب و نيز مقاومت به خوردگي و كارآيي مكانيكي است. مزيت ديگري كه استفاده از اتصالات چسبي نسبت به جوشكاري دارد اين است كه نياز به كار گرم قطعات را به حداق مي‌‌‌رساند.
5-8-1 كالاهاي مصرفي
كامپوزيتها بطور وسيع در كالاهاي مصرفي از قبيل: ماشينهاي دوزندگي،درها، تيوپهاي حمام، ميزها، صندلي‌ها، رايانه ها، چاپگرها و … استفاده ميشوند مهمترين و عمده‌ترين كامپوزيت‌هايي كه در اين رابطه استفاده مي شوند، كامپوزيت‌هاي ساخته شده با الياف كوتاه از طريق روش ريخته‌گري مثل ريخته‌گري تحت فشار، ريخته‌گري تزريقي، RTM و SRIM هستند.
6-8-1 صنعت ساختمان سازي
صنعت ساختمان سازي و شهرسازي دومين مصرف كنندگان مهم كامپوزيت ها هستند. معماران و مهندسين ساختمان متفق‌القول هستند كه در آينده، سازه‌هاي ساخته شده در آمريكا، مخصوصاً پل‌هاي موجود در راههاي اصلي وضعيت بدي خواهند داشت. بطوريكه براساس اسناد ‹‹اداره مركزي راه و ترابري آمريكا›› ، 42% از پل‌هاي محلي احتياج به مرمت دارند و بقيه متروك مي‌گردند. دولت مركزي تقريبا 87 ميليارد دلار بودجه در 20 سال آينده صرف نوسازي ساختمان‌ها نموده است. انگيزه اصلي استفاده از پلاستيك‌هاي مسلح شده با شيشه و كربن براي پل‌ها، كاهش هزينه‌هاي نصب، تعمير و نگهداري و افزايش طول عمر و بهبود مقاومت به خوردگي و دوام پل‌ها است. از طرف ديگر، به دليل نصب و تعمير سريع ، ترافيك در جاده‌ها و معابر به حداقل خود مي‌رسد.
استفاده كامپوزيت‌هايي از قبيل: كامپوزيت‌هاي اپوكسي/ شيشه،اپوكسي/ كربن، و آراميد/ اپوكسي در مطالعه، زمين لرزه و مسائل مربوط به زلزله علاوه بر رشد چشمگير آن، بسيار موفقيت آميز بوده است.
7-8-1 كاربردهاي صنعتي
استفاده از كامپوزيتها در كابردهاي صنعتي مختلف توسعه يافته است. از كامپوزيتها در ساخت غلتك هاي صنعتي و شفتها براي صنعت چاپ و شفتهاي متحرك صنعتي براي برجهاي خنك كننده استفاده مي شود.
بكارگيري كامپوزيتها با الياف بافته (درهم رفته) براي موارد فوق‌الذكر بسيار مفيد است. كامپوزيت‌هاي ساخته شده با الياف كوتاه به روش ريخته‌گري تزريقي، در پيستونها، غلتك، پمپها و بوشها كاربرد دارند. همچنين از كامپوزيتها براي بهبود سختي، زمان پاسخگوي و كاهش استهلاك در ساختن بازوهاي روبات استفاده مي شود.
مواد اوليه براي ساخت قطعه
1-2 مقدمه
براي توليد قطعه، در هر روش ساخت از نوع خاصي ماده اوليه استفاده مي شود. اين ماده اوليه ممكن است ، براي يك روش ساخت مناسب باشد و در جايي ديگر همان ماده ممكن است ، براي روش ساخت ديگر مناسب نباشد.
به عنوان مثال، براي ساخت قطعه‌اي بشكل كروي از فرايند قالب‌گيري تزريقي مواد تركيبي استفاده مي شود، در صورتيكه از اين روش نمي توان براي تابيدن تارها و يا فرايند پولتروژن استفاده كرد. دراثر موارد از تابيدن تراها و پولتروژن ،براي الياف پيوسته و سيستمهاي باز رزين مرطوب استفاده مي شود. در فرايند تابيدن تارها، كه براي ساختن چوب گلف،تيوبهاي دوچرخه و ساير توليدات مشابه استفاده مي شود، به مواد پري‌پرگ نياز است. از اينرو، براي ساخت محصولات كامپوزيتي،آگاهي داشتن از خواص مواد اوليه موجود بساير ضروري و مهم است.
بطور كلي فرآيندهاي ساخت كامپوزيتها را مي توان به دو گروه، (1) مواد كامپوزيت ترموست و (2) مواد كامپوزيت ترموپلاستيك تقسيم كرد. ترموست‌ها موادي هستند كه فقط يكبار جامد مي شوند و مجدداً نمي‌توان آنها را ذوب كرد. درصورتيكه ترموپلاستيك‌ها موادي هستند، كه فقط يكبار جامد مي شوند و مجدداً نمي‌توان آنها را ذوب كرد. درصورتيكه ترموپلاستيك‌ها موادي هستند، كه بعد جامد شدن مي‌توان دوباره آنها را ذوب و مجدداً شكل دهي نمود. فرآور، سرمايه‌گذاري،قابليت‌بازيابي، انبار كردن و كارآئي مواد ترموست و ترموپلاستيك داراي مزايا و معايب خاص خودشان هستند. در تمامي سيستمهاي كامپوزيتي دو جزء اصلي، مانند تقويت‌كننده‌ها (استحكام دهنده) و رزين وجود دارد.
2-2 تقويت‌كننده ها (استحكام دهنده‌ها يا مسلح‌كننده‌ها)
تقويت كننده‌ها از اجزاي مهم كامپوزيتها هستند . اين اجزاء براي ايجاد سختي و استحكام در كامپوزيتها لازم هستند. تقويت‌كننده‌ها ساختاري ميله‌اي شكل دارند. رايج‌ترين تقويت‌كننده‌ها، الياف از جنس شيشه، كربن، آراميد و بر هستند. معمولاً قطر الياف بين 5 ميكرون (0002/0اينچ) تا 20 ميكرون (0008/0 اينچ) است. قطر الياف شيشهاي بين mتا m8، الياف آراميدي m5/12 و الياف بر m100 است. بدليل قطر كم، الياف بسيار انعطاف‌پذيرند و به آساني به شكلهاي مختلف در مي آيند. معمولاً الياف براي كاربردهايي از قبيل تابيدن يا بافتن بصورت رشته‌اي (ايجاد الياف بصورت تاروپود) ساخته مي شود. سپس الياف به دور ماسوره يا قرقره پيچانده شده و بصورت به بازار عرضه ميشوند. دسته‌هاي مجتمع از الياف تابيده شده را ‹‹ فيتيله›› و دسته‌هاي الياف كربني تابيده ندشه را ‹‹الياف خام›› مي‌نامند. در كامپوزيتها،استحكام و سختي توسط الياف تأمين مي شود و زمينه باعث يكپارچگي ساختمان كامپوزيت شده و همچنين نيرو را به الياف منتقل مي‌كند.
الياف در مواد كامپوزيتي مي‌تواند بصورتهاي مختلفي: از الياف پيوسته گرفته تا الياف منقطع، از الياف بلند گرفته تا الياف كوتاه و از الياف آلي گرفته تا الياف معدني باشند. بطور وسيع از شيشه، كربن،آراميد و بر براي ساخت الياف تقويت كننده‌ها پلاستيكي (FRP) استفاده مي شود. بدليل فراواني شيشه، الياف شيشهاي از ديگر الياف ارزانتر است. سه نوع اصلي الياف شيشهاي وجود دارد: (1) ‹‹شيشه از نوع E›› ، (2) شيشه از نوع S›› و (3) ‹‹ شيشه از نوع S2›› حدود 00/5 دلار بر پوند است. استحكام و مدولهاي الياف كربن از كم تا زياد متغير است. قيمت الياف كربني حدوداً بين 00/8 دلار بر پوند تا 00/60 دلار بر پوند تغيير مي‌كند. قيمت الياف آراميدي تقريباً بين 00/15 دلار بر پوند تا 00/20 دلار بر پوند است. تعدادي از رايج‌ترين انواع تقويت‌كننده‌ها (استحكام دهنده‌ها) عبارتند از:
• الياف خام پيوسته‌ي كربني، فيتيله شيشه اي، تارورشته‌هاي آراميدي.
• الياف خرد شده‌ي منقطع.
• الياف بافته شده .
• الياف بافته‌ي چند جهته (بهم وصل شده براي اصلاح خواهي سه بعدي).
• منگنه ودوخته شده.
• تابيده و بهم پيوسته بصورت سه‌بعدي.
الياف پيوسته براي تابيدن تارها، پولتروژن، بافتن، تاباندن و كاربردهاي پري‌پرگ استفاده مي شود. الياف پيوسته. بيشتر درسيستم‌هاي رزين ترموست و ترموپلاستيك بكار مي روند. از الياف منقطع براي ساخت قطعات به روش قالب‌گيري تزريقي و قالب گيري تحت فشار استفاده مي شود. الياف منقطع با بريدن الياف پيوسته ساخته مي شود. در فرآيندهاي پاششي و ساير فرآيندها، از الياف پيوسته استفاده مي شود. اما قبل از كاربرد اين الياف توسط ماشين، به قطعات كوچك قابل استفاده بريده مي شود.از الياف بافته شده بصورت پارچه، براي ساختن پري‌پرگ و همچنين براي ساختار ورقه‌اي براي كاربردهاي مختلف از قبيل: قايقراني، كشتيراني و ورزش استفاده مي شود. اين ورقه‌ها و صفحات، بوسيله قيطان‌ها (نواري‌هاي باريك) و ساير فرآيندها ساخته مي شود وسپس به عنوان تقويت‌كننده براي فرايند (RTM) و ساير عمليات قالب‌گيري بكار مي رود.
در بخش بعدي . بطور مختصر روشهاي ساخت اليافي كربن، شيشه و كولار بيان ميشود.
(جدول 1-2) بعضي از خواص الياف، فولاد و آلومينيم
مواد قطر
( )
دانسيته
مدول كششي
استحكام كشش
مدول مخصوص
استحكام مخصوص نقطه ذوب (Cْ) درصد كرنش در شكست قيمت نسبي
الياف (Fibers)
شيشه-E(E-Glass) 2/13 8/15 8/14 45/3 27 35/1 1540+ 8/4 پايين
شيشه- S (S-Glass) 4/82 164 227 50/3 5/43 8/1 1540+ 7/5 متوسط
گرافيك-مدول بالا 25/0 31/0 26/0 8/1 200 9/0 3500
5/1 بالا
گرافيك، استحكام بالا 34/1 73/1 63/1 6/2 140 5/1 3500
8/0 يالا
بورن(Boron) 7/11 9/15 9/17 5/3 155 3/1 2300 -- بالا
كولار29(Kevlar29) 183 225 241 8/2 5/55 9/1 (D) 500 5/3 متوسط
كولار 49 (Kevlar49) 220 134 403 8/2 5/89 9/1 (D) 500 5/2 متوسط
مواد اصلي (Bulk Materials)
فولاد 79 62 128 ½ - 34/0 27 27/0-04/0 1480 25-5 پايين
آلياژهاي آلومينيوم 30 25 45 62/0-14/0 26 23/0-05/0 600 16-8 پايين
1-2-2 ساخت الياف شيشهاي
خواص الياف به چگونگي ساخت الياف بستگي دارد. از مواد اوليه مانند ماسه سيليكاتي ،سنگ آهك، فلدسپار، اسيد بوريك و خاك رس براي ساخت الياف شيشهاي نوع E استفاده مي شود. مقدار سيليكات بيش از 50% كل اجزاء تشكيل دهنده است. با تغيير مقداراوليه و عوامل موثر بر فرآيند، انواع ديگر شيشه توليد مي شود. ابتدا مواد اوليه با هم مخلوط شده و سپس در كوره در دماي Fْ 2500 تا Fْ 3000 ذوب ميشوند. مذاب حاصله به درون يك يا چند لفاف و يا آستري كه حاوي صدها روزنه كوچك است، جاري مي شود. بعد از عبور شيشه ي مذاب از روزنه ها. رشته‌هاي شيشهاي شكل مي‌گيرند. سپس رشته‌ها به منطقه‌ي سرمايش هدايت شده و در آنجا بوسيله آب و يا هوا بسرعت تا زيرنقطه ذوب شيشه سرد مي شوند. آنگاه تارها با غلتك، با سرعت 50 مايل در ساعت كشيده مي شوند. تارها بر مبناي اندازه مورد نظر نورد مي شوند. مقدار اندازه مورد استفاده،در حدود 25/0% تا 6% وزن اوليه‌ي الياف است. سپس تمامي تارها بصورت تك رشته‌اي كشيده شده و دور لوله پيچانده مي شود.
سايزبندي و اندازه‌گذاري تارها، به چند منظور صورت مي گيرد: اين عمل باعث مي شود كه تر شدن الياف و فرايند آسانتر انجام شود. اتصال بين رزن و الياف بهتر صورت گرفت و از شكستن الياف در طي فرايند جلوگيري مي شود. قاعده‌ي اندازه‌گذاري و سايزبندي به نوع كاربرد الياف بستگي دارد. به عنوان مثال سايزبندي براي اپوكسي نسبت به آنچه براي پلي‌استر به كار مي رود، كاملاً متفاوت است.
2-2-2 ساخت الياف كربني
الياف كربني و گرافيكي با استفاده از مواد اوليه برمبناي PAN و قير توليد مي شود. اين مواد تحت يك سري عمليات قرار مي‌گيرند در مرحلة اول، مواد اوليه در دماي بسيار بالا قرار مي دهند تا اكسيد شود. بعداً تحت فرايند هاي كربوره كردن و گرافيته كردن قرار مي گيرند. در طي اين فرآيندها، تركيب شيميايي مواد اوليه (مواد سازنده) تغيير مي‌كند. خواص محصول از قبيل :‹‹سختي به وزن›› و ‹‹ استحكام به وزن›› افزايش مي‌يابد. انجام متوالي عمليات سطحي و فرايند سايزبندي باعث افزايش سازگاري و بهبود كارآيي رزين مي شود.
عبارت PAN از الياف پليمري به نام پلي‌اكريلونيتريل گرفته شده است. الياف قيري از چرخه فرايند تصفيه نفت خام يا قير حاصل از زغال سنگ بدست مي آيد. الياف پايه PAN (پلي اكريلونتريل)، بطور وسيع براي ساخت الياف كربني استفاده مي شود. الياف پايه قير تمايل زيادي به سخت و تردشدن دارند. قيمت تمام شده‌ي الياف كربني به قيمت مواد اوليه و هزينه‌ي فرايند توليد الياف بستگي دارد. قيمت مواد اوليه‌ي پايه PAN(پلي اكريلونتريل) حدود 50/1 دلار بر پوند تا 00/2 دلار بر پوند است. در طي فرايند‌هاي اكسيداسيون و كربوره كردن،تقريباً 50% وزن اوليه كاهش مي يابد. با توجه به كاهش وزن، قيمت الياف صرفاً براساس مواد اوليه 3 تا 4 دلار بر پوند مي شود. روش توليد الياف كربني،آهسته و از حساسيت بسيار زيادي برخوردار است. بنابراين بايستي مواد خام اوليه بيشتري توليد شود تا قيمت الياف كاهش يابد. همچنين محدوديتي براي افزايش اندازه‌ي مواد خام وجود دارد. به عنوان مثلا ،اندازه‌ي مواد خام بيشتر از k 12، مشكلاتي در فرايند توليد وكاربرد عمليات تاباندن تارها و همچنين استفاده از تارها ايجاد مي‌كند.
