مقاله بررسی مواد مورد استفاده در سازه های غشایی و مقایسه خواص آنها

word قابل ویرایش
11 صفحه
8700 تومان

بررسی مواد مورد استفاده در سازه های غشایی و مقایسه خواص آنها

چکیده

سازه های غشایی زیرمجموعه ای از سازه های فضایی هستند و به دلیل سبکی، شفافیت و انعطاف در خلق فرم های زیبا و بدیع، گسترش روزافزونی در ساخت بناهایی با عملکردهای مختلف تجاری، اداری ، ورزشی و… و یا به شکل سایه بان در فضاهای عمومی و شهری داشته اند.

ویژگی های مذکور ارتباط مستقیم با خواص مواد سازنده غشاهای این نوع سازه ها دارد. ساخت و تولید مواد کامپوزیت از الیاف و پلیمرها با طیف وسیعی از خواص فیزیکی، مکانیکی و سازه ای امکانات متعددی را پیش روی طراحان قرار داده است. این مواد دارای تفاوت هایی در اندازه، وزن و خواصی نظیر مقاومت گسیختگی، مقاومت در برابر ترک خمشی، انتشار آتش، گسترش پارگی و همینطور درجه شفافیت، دوام و ضمانتی که کارخانه سازنده می دهد، می باشند؛ بنابر این شناخت این ویژگی ها و تفاوت ها جهت انتخاب ماده مناسب از سوی طراحان و مهندسین ، امری ضروری می نماید.
این مقاله ضمن معرفی انواع موادی که در ساخت این غشاها به کار می رود، خواص و مزایای هر یک را با هم مقایسه کرده و مهمترین نکات مربوط به آنها را بیان می نماید.

کلید واژه ها : سازه غشایی، موادکامپوزیت، سبکی، زیبایی، شفافیت

-۱ مقدمه

سازه های غشایی((membrane structures ، نوعی از سازه ها هستند که در آن یک ماده کشسان به منظور مسقف کردن یا پوشاندن یک سطح یا حجم به کار می رود . این سازه ها متعلق به خانواده سازه های پوسته ای نرم و زیر مجموعه ای از سازه های فضایی هستند. [ ۱]

استفاده از سازه های غشایی جدید در طی جنگ دوم جهانی آغاز شد ، زمانی که ارتش آمریکا به دنبال نوعی از سازه بود که بتواند آنتن های رادار را بدون اینکه سد راه پرتوهای الکترومغناطیس شود و مزاحم انتقال و دریافت آنها باشد، پنهان کند. این نیاز ، والتر برد (Walter Bird) را واداشت تا در سال ۱۹۴۲ اولین گنبدها را با سیستم هوای فشرده طراحی کند و در حال حاضر هر سال، صدها سازه غشایی کوچک و بزرگ در نقاط مختلف دنیا برپا می شود؛ فرم های سبک، معلق و شناور این سازه ها ترکیبات بدیعی را بوجود می آورد که تحسین هر بیننده ای را بر می انگیزد.
با این حال ، سازه های غشایی ابداع تازه ای نیستند . دریانوردان رومی ، برای مسقف کردن کولوسئوم در رم بادبانهای قایق را با مهارت به کار می بردند و به کمک این بادبانهای کرباسی که به شکلی خاص طراحی و توسط طنابهایی کشیده می شد، برای تماشاچیان سایه ایجاد می کردند . اقوام بادیه نشین بدوی پوست بز را صدها سال برای پوشش چادر و تقسیم بندیهای داخل آن جهت جدا ساختن انسان از گوسفندان به کار برده اند. [ ۱]

-۲ انواع غشاها

غشاها به سه دسته کلی تقسیم می گردند : پارچه ها((woven fabrics، فیلم ها و فیلم های تقویت شده. [ ۲]
– ۱-۲ پارچه ها : این مواد از الیافی که در کنار یکدیگر در زوایای مستقیم قرار می گیرند، ساخته می شوند. الیافی که در هنگام بافته شدن پارچه در امتداد طول آن کشیده می شوند، تار((warp و آنهایی که در امتداد عرض پارچه و تحت کشش کمتر قرار می گیرند، پود((weft نامیده می شوند. پارچه ها به طور عادی ایزوتروپیک نیستند( در امتداد جهات تار و پود رفتارهای متفاوتی دارند). اما این تفاوت ها به کمک روش بافت و تکنیک های روکش می تواند به حداقل رسیده یا حذف شوند.

-۲-۲ فیلم ها : این مواد، ورقه های همسانی از پلاستیک یا لاستیک هستند که می توانند کاملا شفاف و یا مات باشند؛ بسیار انعطاف پذیرند و درحالت عادی ایزوتروپیک هستند ( یعنی در هر دو جهت طول و عرض، رفتار مشابهی دارند). اما ضعیف تر وکم دوام ترند و مقاومت گسیختگی کمتری نسبت به پارچه های بافته شده دارند. آنها به دلیل انعطاف پذیری زیاد و هزینه پایین مناسب ترین ماده برای سایه بان ها یا ساختمان های موقت جهت برگزاری مراسمی نظیر کنسرت موسیقی هستند.

-۳-۲ فیلم های تقویت شده : این مواد از یک پارچه که بین دو لایه نازک فیلم چسبیده یا با حرارت جوش داده می شود، تشکیل شده اند. لایه های این نوع غشا، هم مقاومت و پایداری پارچه ها را دارند و هم نفوذپذیری فیلم ها را. این مواد نسبت به فیلم ها مقاومترند و برای سازه های دائمی تر مناسب خواهند بود.

به دلیل این که پارچه ها معمولترین و رایج ترین غشاها هستند بنابراین اجزای آنها و متداولترین پارچه های مورد استفاده در غشاها با جزئیات بیشتر شرح داده می شوند. ] ]۲

-۳ اجزای غشاهای پارچه ای

این غشاها از خانواده کامپوزیت های انعطاف پذیر (ماتریس گرمانرم+ الیاف پلیمری) هستند.[۶ ] آنها از الیافی ساخته می شوند که بتوانند در مقابل نیروهای کششی مقاومت کنند . الیاف به صورت هموار و مسطح در یک رزین توزیع می شوند که این رزین به عنوان لایه پر کننده و نیز روکش محافظ الیاف عمل می کند .

-۱-۳ الیاف

الیاف به دو دسته طبیعی و شیمیایی تقسیم می شوند. الیاف طبیعی طول محدودی دارند و به شکل رشته هایی در می آیند که الیاف نخریسی ( spin fibre) نامیده می گردند. الیاف شیمیایی از نظر تئوری طول نامحدودی دارند و آنها را فیلامنت ( filament) می نامند. مقطع عرضی الیاف طبیعی کمتر از ۰,۱ میلی متر است در حالی که الیاف شیمیایی می توانند مقاطع عرضی بزرگتری داشته باشند. شکل این مقطع در الیاف طبیعی گرد است اما در الیاف شیمیایی می تواند به هر شکلی باشد. بهترین حالت در سازه های غشایی استفاده از الیاف با مقطع گرد است. [ ۳ ]

الیاف پشم

از الیاف طبیعی است که در سازه های غشایی به کار می رود. فرای اتو ( Frei Otto) از آن در نخستین سازه های خود استفاده کرد و امروزه هنوز در برخی چادرهای اجاره ای به کار می رود. به دلیل داشتن خصوصیات ارگانیک، این ماده در معرض قارچ و رطوبت است و عمر مفید مورد انتظار آن ۴ سال می باشد. [ ۳]
پلی امید ۶,۶ (نایلون)

الیاف نایلون در برابر اشعه فرا بنفش مقاومت کمی دارد؛ در اثر جذب رطوبت، در جهت طول دچار تورم می شود و به همین دلیل جهت مصارف معماری اهمیت کمی دارد اما به دلیل وزن کم و مقاومت زیاد در صنعت کشتیرانی به وفور استفاده گردیده است. [ ۳]
پلی استر

الیاف پلی استر همراه با الیاف شیشه معمولترین الیاف مورد استفاده در غشاها هستند و به عنوان مصالح استاندارد شناخته می شوند. این الیاف مقاومت کششی و خاصیت کشسانی خوبی دارند. خواص مکانیکی ماده در اثر نور خورشید افت می کند و جلوه ظاهری خود را از دست می دهد. [ ۳]
الیاف شیشه

الیاف شیشه معمولاً از سیلیکا و اکسید کلسیم ، بروم ، سدیم ، آهن و آلومینیم ساخته می شوند .این الیاف به خاطر ساختار شیمیایی فضایی شیشه، ایزوتروپیک (دارای خواص برابر از هرسو) هستند، بنابراین در همه جهات دارای مدول الاستیسیته یکسان می باشند.هنگام استفاده از الیاف شیشه باید از اصطکاک و سایش بین الیاف مجاور حذر کرد. چنین اصطکاکی می تواند به الیاف، آسیب زده، سبب خرابی گردد. الیاف شیشه

[ ۱] و [۳]

انواعی دارد، نظیر: شیشه E (الیاف با خواص الکتریکی)، شیشه ) C الیاف با مقاومت خورندگی) و شیشه S

(الیاف برای کاربردهای خاص). [ ۱ ]

الیاف آرامید
این نوع جدید از خانواده الیاف به طور همزمان توسط اکزو ( Akzo) با نام الیاف توارن ( Twaron) و دو پونت

( DuPont) با نام الیاف کولار ( Kevlar) کشف گردید.این ماده مقاومت کششی زیادی دارد و از نظر شیمیایی مقاوم است. از ایرادهای آن کرنش کششی کم و مقاومت بد در برابر حرارت زیاد و اشعه فرابنفش است.[ ۳ ]

جدول (۱) مقایسه خواص فیزیکی الیاف متداول مورد استفاده در ساخت غشاهای پارچه ای [ ۴]

-۲-۳ روکش

به منظور ایجاد دوام و آب بندی و هموار کردن سطح غشا و نیز جلوگیری از انباشت خاک، کثیفی و بـاکتری روی آن، لازم است دو طرف آن روکش شود. مواد روکش کننده معمـول عبارتنـد از: پـی وی سـی، تفلـون و

سیلیکون.

-۴ انواع غشاهای پارچه ای
پلی استر با روکش پی وی سی (PVC-coated polyester)
این غشاها خیلی ارزان تر از الیاف شیشه با روکش تفلون یا سیلیکون هستند. پلی استر با روکش پی وی سی مطابق با شرایط محیطی گوناگون می تواند در طیف رنگی وسیعی تهیه شود. با این حال وینیل در معرض خزش سریع است. غشاهای ساخته شده از این ماده باید در دوران استفاده چند بار کشیده شوند تا از چین خوردن آنها جلوگیری گردد.

خاک بر روی وینیل انباشته می شود، بنابر این روکش سیلیکون بهتر است. دوره عمر پلی استر با روکش پی وی سی حدود ۱۰ سال است. عیب دیگر وینیل این است که هم در برابر نور شدید خورشید و هم در هوای سرد ( زیر ۱۰ درجه سانتی گراد) ترک بر می دارد. همچنین پس از ۵ تا ۷ سال، رنگ آن متمایل به زرد می شود. [۱ ] برای مقاومت بیشتر در برابر عوامل محیطی و افزایش دوام آن بر روی این ماده روکشهای دیگری نظیر Acrylic،PVF،PVDF استفاده می گردد و ماده ای مقاوم در برابر آتش محسوب می شود. [ ۳ ]

الیاف شیشه با روکش تفلون (PTFE-coated glass fibre)

الیاف شیشه مدول الاستیسیته بالایی دارند. به روش اکستروژن ساخته می شوند، در نتیجه امکان ساخت و تولید الیاف انعطاف پذیر ظریفی ( الیاف بتا) را می دهد که مقاومت آن در برابر نیروهای کششی از فولاد نیز بیشتر است. تفلون ماده ای اینرتیک است و بخوبی با خاک و کثیفی مقابله می کند و ظاهری چشم نواز دارد.

[ ۱[

این پارچه، بادوام ترین غشاهاست؛ عمر مفید مورد انتظار از چنین غشایی بیش از ۳۰ سال است. وزن آن

۹۹۰ تا ۱۱۵۰ گرم بر مترمربع است.در زمره مواد غیر قابل احتراق محسوب می شود و در سراسر دنیا قوانین سختگیرانه ای بر آن اعمال می شود. برای سازه های دائمی مناسب است. انعطاف پذیری آن کم و دارای شفافیتی تا حدود ۲۵ درصد می باشد. اولین بار در مرکز دانشجویی دانشگاه لا ورن La Verne) )در کالیفرنیا استفاده شد و از معروفترین پروژه هایی که این ماده مورد استفاده قرار گرفت، گنبد هزاره( Millennium (Dome را می توان نام برد. ]۳[

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 11 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد