كامپوزیت ها به علت ویژگی های منحصر به فردشان دوام محیطی زیادی دارند و در طبیعت باقی می مانند. صنایع كامپوزیت ضایعات مختلفی تولید می كنند كه در صورت عدم توجه، می توانند به مشكلی اساسی تبدیل شوند. صنایع تولید كامپوزیت در ایالات متحده، سالانه حدود 5/5 میلیون تن ضایعات بدون ضرر و حدود 7/0 میلیون تن ضایعات خطرناك دارند كه هزینه مستقیم حمل و نقل و انهدام این ضایعات سالانه 50 میلیون دلار تخمین زده می شود.
ضایعات كامپوزیتی به روش های گوناگون ایجاد می شوند از جمله تكه كامپوزیت های ناشی از برش لبه قطعات كامپوزیت قالبگیری شده، پودر ناشی از ماشین كاری قطعات و كامپوزیت های پیش آغشته پخت شده در صنعت هوافضا، این پیش آغشته ها، الیاف شیشه، كربن یا كولار بافته یا تك جهته ی آغشته به رزین اپوكسی هستند كه به شكل مورد نظر شكل داده شده و سپس تحت فشار و حرارت پخت می شوند. به علت نسبت وزن و استحكام عالی، پیش آغشته ها در صنعت هوا فضا بسیار به كار گرفته می شوند. بهای این مواد برای الیاف كولار حدود 60 دلار در متر مربع و برای الیاف كربن حدود 75 دلار در متر مربع است.
به كار گیری ضایعات كامپوزیت های پیشرفته و مواد پیش آغشته با توجه به توان بالقوه آنها برای بازیافت الیاف تقویت كننده ای همچون كولار، كربن یا شیشه برای تولید مجدد كامپوزیت ها و همچنین عمر تقریباً نامحدود ضایعات دفن شده در طبیعت (كه ممكن است مشكل ساز شود) امروزه از اهمیت بسزایی برخوردار است. به طور كلی بازیافت كامپوزیت ها به چهار صورت انجام می شود. این چهار روش عبارتند از :
یكی از روش های تبدیل ضایعات به محصولات جدید، آسیاب كردن و به كار گیری آن ها در محصولات جدید است. به كارگیری مواد كامپوزیتی آسیاب شده به عنوان افزودنی در تولید سایر مواد می تواند با دو هدف انجام شود. نخستین كاربرد به عنوان پر كننده است. چون مواد كامپوزیتی پخت شده نسبتاً خنثی هستند، مواد آسیاب شده به عنوان جایگزینی برای پر كننده های معمولی همانند كربنات كلسیم یا سیلیس به كار گرفته شوند.چون این پر كننده ها بهای كمی دارند و این هزینه فرآوری كامپوزیت است كه رقم بالایی را تشكیل می دهد، پودر كردن مواد كامپوزیتی برای كاربرد به عنوان پركننده از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.هدف دوم افزودن مواد كامپوزیتی آسیاب شده به عنوان تقویت كننده است. كارایی مواد كامپوزیتی بازیافتی به عنوان تقویت كننده در افزایش استحكام اجزای قالب گیری شده از اپوكسی در یك طرح پژوهشی مورد توجه قرار گرفته است.
از آنجایی كه قیمت تقویت كننده های معمولی به نوعی مانع به كارگیری آنهاست گسترش كاربرد مواد كامپوزیتی بازیافتی به عنوان تقویت كننده ی رزین های پلاستیكی كه در حال حاضر از تقویت كننده استفاده نمی كنند (همانند افزودنی های تیسكوتروپ برای چسب ها و درزگیرها)،ضایعات كامپوزیت را به ماده ای خام با ارزش افزوده تبدیل می كند.
در این طرح پژوهشی الیاف كولار و كربن مورد ارزیابی قرار گرفته و كاربرد مواد كامپوزیتی آسیاب شده به عنوان افزودنی ارزان قیمت برای قالب گیری فشاری قطعات از اپوكسی و فوم پلی اورتان سخت بررسی شده است.
هدف مرحله اول این طرح، تحقیق در مورد تجهیزات كاهش اندازه مواد كامپوزیتی ضایعاتی برای پودر كردن آنها بود. چون بعضی از مواد كامپوزیتی جمع آوری شده از برش لبه های قطعات برای بازیافت، تا 120 سانتی متر طول و 60 سانتی متر عرض داشتند اولین مرحله خردایش، برش مواد كامپوزیتی به تكه هایی با سطح كوچك تر از 5 میلی متر مربع بود. مرحله دوم خردایش، كاهش اندازه این مواد كامپوزیتی به الیافی با طول كمتر از 2 میلی متر بود.
پس از خردایش مواد پیش آغشته ضایعاتی پخت شده یا ضایعات لبه ای، تركیب هایی با هر دو نوع الیاف (كولار و كربن) با طول های گوناگون و درصدهای مختلف تهیه شد و بر روی آنها آزمایش استحكام انجام شد.
نتایج قطعات اپوكسی ساخته شده از روش قالب گیری فشاری نشان دادند كه افزودن یك درصد كولار با طول الیاف كمتر از 5/0 میلی متر، استحكام نمونه را در مقایسه با اپوكسی بدون الیاف، 16 درصد افزایش می دهد. افزودن یك درصد كربن با طول كمتر از 5/0 میلی متر نیز 20 درصد به استحكام نمونه ها اضافه كرد.
این طرح نشان داد كه با افزودن كامپوزیت های پیشرفته بازیافتی استحكام هر دو سیستم پلاستیكی (اپوكسی و پلی اورتان) افزایش یافته است. علاوه بر این، آزمایش ها نشان از توان بالقوه ی ایجاد ارزش افزوده در فرآوری كامپوزیت های بازیافتی دارند. ضایعات كامپوزیتی همچنین می توانند در تقویت بتن و بهبود ویژگی های آن كاربرد داشته باشند. اگرچه بتن نرمی و مقاومت كششی كمی دارد ولی پر كاربردترین ماده ساختمانی در دنیاست. علت اصلی رفتار ضعیف بتن در كشش، چقرمگی پایین و وجود ترك های ریز در آن است. لذا بهبود چقرمگی بتن و كاهش اندازه و مقدار ترك ها به بهبود عملكرد آن منجر خواهد شد. یك روش موثر برای افزایش چقرمگی بتن، اضافه كردن مقدار كمی (معمولاً 5/0 تا 2 درصد حجمی) از الیاف كوتاه به مخلوط بتن در زمان اختلاط است. در بتن تقویت شده با الیاف، هنگام شكست، الیاف پلی روی ترك ها ایجاد می كند كه در مقابل رشد ترك و باز شدن آن مقاومت می كند. پس از مطالعات و بررسی های زیاد، گزارش شده است كه تقویت بتن با الیاف به صورت قابل ملاحظه ای ویژگی های كششی آن را افزایش می دهد.
پژوهشی در موسسه كامپوزیت ایران انجام شد كه در آن از ضایعات مواد كامپوزیتی برای رسیدن به این هدف استفاده شده است. در این پژوهش ابتدا مواد ضایعاتی حاصل از برشكاری و ماشینكاری قطعات كامپوزیتی در كارخانجات مختلف همانند نوریستاپلاستیك (نیپكو) و سدید صبا نیرو به پودر تبدیل شده و با درصدهای وزنی مختلف با مخلوط بتن تركیب شدند. پس از اختلاط، نمونه های استاندارد كشش، فشار و خمش ساخته شد و مورد آزمایش قرار گرفتند.
نمونه های استاندارد برای آزمایش كشش، سیلندرهای بتنی با قطر 15 سانتی متر و طول 30 سانتی متر و نمونه های استاندارد برای آزمایش فشار، مكعب هایی با طول ضلع 15 سانتی متر و نمونه خمش، دال بتنی با طول و عرض 80 سانتی متر و ضخامت 8 سانتی متر بودند. اندازه پودرهای مورد استفاده با گذراندن از الك های مختلف به دست آمد. اندازه پودرهای شركت نیپكو در محدوده 53 میكرون قرار داشت و قطر نزدیك به 50 درصد از ذرات قطعات سدید صبا نیرو بین 75 و 100 میكرون، 40 درصد از آنها بین 53 و 75 میكرون و درصد كمی از آنها نیز بین 40 و 53 میكرون بود.
آزمایش های متعددی كه روی نمونه های گوناگون با درصدهای وزنی مختلف پودر ضایعات انجام شد نشان دادند كه مخلوط كردن 2 تا 3 درصد وزنی از این ضایعات (نسبت به اجزای دانه دزشت) با تركیب بتن، باعث افزایش مقاومت كششی و فشاری بتن از 12 تا 15 درصد می شود.
منبع: موسسه كامپوزیت ایران - نشریه كامپوزیت
ضایعات كامپوزیتی به روش های گوناگون ایجاد می شوند از جمله تكه كامپوزیت های ناشی از برش لبه قطعات كامپوزیت قالبگیری شده، پودر ناشی از ماشین كاری قطعات و كامپوزیت های پیش آغشته پخت شده در صنعت هوافضا، این پیش آغشته ها، الیاف شیشه، كربن یا كولار بافته یا تك جهته ی آغشته به رزین اپوكسی هستند كه به شكل مورد نظر شكل داده شده و سپس تحت فشار و حرارت پخت می شوند. به علت نسبت وزن و استحكام عالی، پیش آغشته ها در صنعت هوا فضا بسیار به كار گرفته می شوند. بهای این مواد برای الیاف كولار حدود 60 دلار در متر مربع و برای الیاف كربن حدود 75 دلار در متر مربع است.
به كار گیری ضایعات كامپوزیت های پیشرفته و مواد پیش آغشته با توجه به توان بالقوه آنها برای بازیافت الیاف تقویت كننده ای همچون كولار، كربن یا شیشه برای تولید مجدد كامپوزیت ها و همچنین عمر تقریباً نامحدود ضایعات دفن شده در طبیعت (كه ممكن است مشكل ساز شود) امروزه از اهمیت بسزایی برخوردار است. به طور كلی بازیافت كامپوزیت ها به چهار صورت انجام می شود. این چهار روش عبارتند از :
1. بازیابی محصول به شكل اولیه آن.
2. تبدیل قطعات مصرف شده به محصولات جدیدی كه ویژگی های فیزیكی و شیمیایی متفاوتی دارند.
3. روش هایی از قبیل پیرولیز و هیدرولیز كه ضایعات را به سوخت یا مواد شیمیایی پایه تبدیل می كنند.
4. تبدیل ضایعات به انرژی از طریق سوزاندن.
2. تبدیل قطعات مصرف شده به محصولات جدیدی كه ویژگی های فیزیكی و شیمیایی متفاوتی دارند.
3. روش هایی از قبیل پیرولیز و هیدرولیز كه ضایعات را به سوخت یا مواد شیمیایی پایه تبدیل می كنند.
4. تبدیل ضایعات به انرژی از طریق سوزاندن.
یكی از روش های تبدیل ضایعات به محصولات جدید، آسیاب كردن و به كار گیری آن ها در محصولات جدید است. به كارگیری مواد كامپوزیتی آسیاب شده به عنوان افزودنی در تولید سایر مواد می تواند با دو هدف انجام شود. نخستین كاربرد به عنوان پر كننده است. چون مواد كامپوزیتی پخت شده نسبتاً خنثی هستند، مواد آسیاب شده به عنوان جایگزینی برای پر كننده های معمولی همانند كربنات كلسیم یا سیلیس به كار گرفته شوند.چون این پر كننده ها بهای كمی دارند و این هزینه فرآوری كامپوزیت است كه رقم بالایی را تشكیل می دهد، پودر كردن مواد كامپوزیتی برای كاربرد به عنوان پركننده از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.هدف دوم افزودن مواد كامپوزیتی آسیاب شده به عنوان تقویت كننده است. كارایی مواد كامپوزیتی بازیافتی به عنوان تقویت كننده در افزایش استحكام اجزای قالب گیری شده از اپوكسی در یك طرح پژوهشی مورد توجه قرار گرفته است.
از آنجایی كه قیمت تقویت كننده های معمولی به نوعی مانع به كارگیری آنهاست گسترش كاربرد مواد كامپوزیتی بازیافتی به عنوان تقویت كننده ی رزین های پلاستیكی كه در حال حاضر از تقویت كننده استفاده نمی كنند (همانند افزودنی های تیسكوتروپ برای چسب ها و درزگیرها)،ضایعات كامپوزیت را به ماده ای خام با ارزش افزوده تبدیل می كند.
در این طرح پژوهشی الیاف كولار و كربن مورد ارزیابی قرار گرفته و كاربرد مواد كامپوزیتی آسیاب شده به عنوان افزودنی ارزان قیمت برای قالب گیری فشاری قطعات از اپوكسی و فوم پلی اورتان سخت بررسی شده است.
هدف مرحله اول این طرح، تحقیق در مورد تجهیزات كاهش اندازه مواد كامپوزیتی ضایعاتی برای پودر كردن آنها بود. چون بعضی از مواد كامپوزیتی جمع آوری شده از برش لبه های قطعات برای بازیافت، تا 120 سانتی متر طول و 60 سانتی متر عرض داشتند اولین مرحله خردایش، برش مواد كامپوزیتی به تكه هایی با سطح كوچك تر از 5 میلی متر مربع بود. مرحله دوم خردایش، كاهش اندازه این مواد كامپوزیتی به الیافی با طول كمتر از 2 میلی متر بود.
پس از خردایش مواد پیش آغشته ضایعاتی پخت شده یا ضایعات لبه ای، تركیب هایی با هر دو نوع الیاف (كولار و كربن) با طول های گوناگون و درصدهای مختلف تهیه شد و بر روی آنها آزمایش استحكام انجام شد.
نتایج قطعات اپوكسی ساخته شده از روش قالب گیری فشاری نشان دادند كه افزودن یك درصد كولار با طول الیاف كمتر از 5/0 میلی متر، استحكام نمونه را در مقایسه با اپوكسی بدون الیاف، 16 درصد افزایش می دهد. افزودن یك درصد كربن با طول كمتر از 5/0 میلی متر نیز 20 درصد به استحكام نمونه ها اضافه كرد.
این طرح نشان داد كه با افزودن كامپوزیت های پیشرفته بازیافتی استحكام هر دو سیستم پلاستیكی (اپوكسی و پلی اورتان) افزایش یافته است. علاوه بر این، آزمایش ها نشان از توان بالقوه ی ایجاد ارزش افزوده در فرآوری كامپوزیت های بازیافتی دارند. ضایعات كامپوزیتی همچنین می توانند در تقویت بتن و بهبود ویژگی های آن كاربرد داشته باشند. اگرچه بتن نرمی و مقاومت كششی كمی دارد ولی پر كاربردترین ماده ساختمانی در دنیاست. علت اصلی رفتار ضعیف بتن در كشش، چقرمگی پایین و وجود ترك های ریز در آن است. لذا بهبود چقرمگی بتن و كاهش اندازه و مقدار ترك ها به بهبود عملكرد آن منجر خواهد شد. یك روش موثر برای افزایش چقرمگی بتن، اضافه كردن مقدار كمی (معمولاً 5/0 تا 2 درصد حجمی) از الیاف كوتاه به مخلوط بتن در زمان اختلاط است. در بتن تقویت شده با الیاف، هنگام شكست، الیاف پلی روی ترك ها ایجاد می كند كه در مقابل رشد ترك و باز شدن آن مقاومت می كند. پس از مطالعات و بررسی های زیاد، گزارش شده است كه تقویت بتن با الیاف به صورت قابل ملاحظه ای ویژگی های كششی آن را افزایش می دهد.
پژوهشی در موسسه كامپوزیت ایران انجام شد كه در آن از ضایعات مواد كامپوزیتی برای رسیدن به این هدف استفاده شده است. در این پژوهش ابتدا مواد ضایعاتی حاصل از برشكاری و ماشینكاری قطعات كامپوزیتی در كارخانجات مختلف همانند نوریستاپلاستیك (نیپكو) و سدید صبا نیرو به پودر تبدیل شده و با درصدهای وزنی مختلف با مخلوط بتن تركیب شدند. پس از اختلاط، نمونه های استاندارد كشش، فشار و خمش ساخته شد و مورد آزمایش قرار گرفتند.
نمونه های استاندارد برای آزمایش كشش، سیلندرهای بتنی با قطر 15 سانتی متر و طول 30 سانتی متر و نمونه های استاندارد برای آزمایش فشار، مكعب هایی با طول ضلع 15 سانتی متر و نمونه خمش، دال بتنی با طول و عرض 80 سانتی متر و ضخامت 8 سانتی متر بودند. اندازه پودرهای مورد استفاده با گذراندن از الك های مختلف به دست آمد. اندازه پودرهای شركت نیپكو در محدوده 53 میكرون قرار داشت و قطر نزدیك به 50 درصد از ذرات قطعات سدید صبا نیرو بین 75 و 100 میكرون، 40 درصد از آنها بین 53 و 75 میكرون و درصد كمی از آنها نیز بین 40 و 53 میكرون بود.
آزمایش های متعددی كه روی نمونه های گوناگون با درصدهای وزنی مختلف پودر ضایعات انجام شد نشان دادند كه مخلوط كردن 2 تا 3 درصد وزنی از این ضایعات (نسبت به اجزای دانه دزشت) با تركیب بتن، باعث افزایش مقاومت كششی و فشاری بتن از 12 تا 15 درصد می شود.
منبع: موسسه كامپوزیت ایران - نشریه كامپوزیت
آخرین ویرایش توسط مدیر:
