کلیات مقاوم سازی

زمین لرزه پدیده‌ای طبیعی و غیرقابل اجتناب است. پس از وقوع هر زلزله علاوه بر تلفات جانی، ثروت ملی نیز به هدر رفته و هزینه های زیادی بر اقتصاد کشورها تحمیل می‌گردد. یکی از مؤثرترین راه­ های کاهش خسارات ناشی از زمین­ لرزه‌ها، مقاوم‌سازی ساختمان­ های موجود می­باشد.در حال حاضر ، ایران در صدر کشورهایی است که وقوع زلزله در آن با تلفات جانی بالا همراه است. گرچه جلوگیری کامل از خسارات ناشی از زلزله­ های شدید بسیار دشوار است لیکن با افزایش سطح اطلاعات و ایمن سازی و مقاوم­ سازی صحیح و اصولی آنها ، می­توان تا حد مطلوب تلفات و خسارات ناشی از زلزله­ های آتی را کاهش داد.
به طور کلی چنانچه پس از بررسی سازه مشخص شود ظرفیت موجود سازه از ظرفیت مورد نیاز آن کمتر باشد، بحث مقاوم سازی سازه مطرح می گردد. بدین معنی که افزایش مقاومت سازه به مقاومت مورد انتظار آن را مقاوم سازی گویند.
 

دلایل مقاوم سازی ساختمان ها

با ارزیابی شرایط ساختمان­ های موجود ، به طور کلی دلایل ضعف سازه ­ها را می ­توان به شرح زیر دسته بندی کرد:

1.       خطاهای اجرایی:

 این خطاها شامل اشکال در قالب ­بندی، آرماتور بندی، بتن ریزی و عمل­ آوری بتن است که عمدتا به دلیل نبود دقت کافی در نظارت و یا بکارگیری مجریان و پیمانکاران غیرمتخصص در محل کارگاه های ساختمانی پدید می ­آید.

2.      خطاهایطراحی:

این خطاها، شامل اشکال درپیش بینی و شناخت پارامترهای ژئوتکنیکی،کم توجهی و نادیده گرفتن اصول و مبانی صحیح طراحی ساختمان­ ها، اشکال در تهیه نقشه ­ها، مدارک و جزئیات اجرایی است.

3.      تغییر کاربریو افزایشبار سازه:

به دلیل تغییر کاربری ساختمان ها و تغییر انتظارات استفاده کنندگان از سازه ها مقاومت سازه ها متناسب با افزایش بار بایستی مورد توجه قرار گیرد. در واقع اعمال بارهایی بیش از بارهای اولیه پیش­بینی شده در هنگام طراحی نیز از دلایل مقاوم سازی می باشد.

4.      تغییرات آئین­نامه­ای:

به دلیل نقص نسبی و تکامل تدریجی دانش بشری و کامل شدن تحقیقات و مطالعات و بهره گرفتن از تجربیات به دست آمده، آیین نامه ها و دستورالعمل های طراحی ساختمان ها رفته رفته کامل‌تر شده و لذا ممکن است ساختمان های قدیمی تر که با آیین نامه های قبلی تر طراحی و ساخته شده اند، نیاز به مقاوم سازی پیدا کنند. 
 

 

روش های مقاوم سازی

برای مقاوم ­سازی ، روش­ های مختلفی وجود دارد در یک دسته بندی می توان از آن ها را در دسته سنتی و کلاسیک جای داد. روش های سنتی بیشتر شامل اضافه نمودن دیوار برشی و یا بادبند، استفاده از ژاکت‌ های بتنی، استفاده از ژاکت‌ های فولادی و ... می باشد. روش های نوین نیز بیشتر شامل استفاده از کامپوزیت ها، جاذب های انرژی (میراگرها)، جداگرهای لرزه ای و ... می باشد. 
 

1.      روش های سنتی

مقاوم سازی با استفاده از روش های سنتی شامل: اضافه نمودن دیوار برشی و یا بادبند، استفاده از ژاکت‌های بتنی، استفاده از ژاکت‌های فولادی و ... می باشد که بنا به شرایط هر پروژه می توان از هریک از این موارد و یا ترکیبی از آنها استفاده برد. نکته حائز اهمیت در این مساله دارا بودن تجربه‌ی کافی در ارائه طرح ها و اجرای آن ها می باشد به نحوی‌که گاها استفاده نا به‌ جا و اجرای ناصحیح آنها موجب به با آمدن خسارات جبران ناپذیر گردیده و حتی می تواند پتانسیل آسیب پذیری سازه را نیز از حالت اولیه آن بیشتر نماید.لذا توصیه بسیار اکید این مجموعه استفاده از تیم های اجرایی و تیم های طراحی قوی و با تجربه جهت اجرای اینگونه طرح ها می باشد. چه بسا از چشم پوشی نمودن از برخی مسائل مهم کلیدی در امر مقاوم سازی می تواند خسارات جانی و مالی شدید به بار آورد این در حالی است که توجه به این مسائل مهم کلیدی بر اساس تجربیات این مجموعه دارای هزینه های بسیار ناچیزی نسبت به کل-بوده و تنها توجه و دقت نظر کوتاهی لازم است تا از بروز حادثه ای بزرگ پیشگیری نماید. 

2.      روش های نوین

مقاوم سازی با استفاده از روش های نوین شامل: استفاده از جاذب های انرژی (میراگرها)، جداگرهای لرزه ای، کامپوزیت ها و ... می باشد.

A.       استفاده از جاذب های انرژی (میراگرها)

میراگرها (Damper) عامل اتلاف انرژی لرزه ای وارد به ساختمان هستند و با به کار بستن انها در ساختمان ها میتوان انتظار داشت که سازه که در مقابل انواع بار های دینامیکی ناشی از زلزله رفتاری مناسب و مطلوب از خود ارائه دهد.
با پیشرفت علم مهندسی عمران و طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله و مقاوم سازی ساختمان‌های موجود، تحقیقات بسیار وسیعی در کشورهایی نظیر ژاپن، نیوزلند و ایالات متحده انجام شد و نتایج این تحقیقات در قالب ایده ای جدید جهت مقاوم سازی لرزه ای ساختمان ها اعلام شد. در این روش ها که از اوایل دهه ۱۹۶۰ پایه ریزی شد، ممانعت از لرزش ساختمان ها در هنگام زلزله و کاهش آسب پذیری سازه ها در رأس کار قرار داشت.
هدف اصلی در این روش ها جلوگیری از انتقال مستقیم نیروی زلزله از پی به سازه می باشد. این موضوع مزیت اصلی این شیوه در مقابل شیوه های معمول مقاوم سازی از قبیل نصب بادبندها قاب‌ های خمشی،دیوارهای برشی و...که همگی باعث سخت ترکردن سازه ها درمقابل نیروهای زلزله می باشند.
دراین روش(استفاده از دمپر)چون نیروی زلزله بهساز هوا رد نمیشود و یا سهم اندکی از آن به سازه منتقل میشود نتایج زیر رامیتوان انتظار داشت :
ü      تغییر مکان طبقات و تغییر مکانهای نسبی طبقات (drift) کاهش یابد.
ü      کاهش قابل ملاحظه ای در شتاب طبقات بوجود می آید.
ü      خسارات سازه ای و نیز خسارات غیر سازه ای به مقدار محسوس کاهش یابد.
ü      از مشکلات معماری در طراحی ساختمان ها کاسته شود.
ü      هزینه اجرای سازه ها بدلیل کاهش نیروهای طراحی کاهش یابد.
 
انواع مختلفی از میراگر ها وجود دارد که برخی از مهمترین آنها به اختصار در ادامه آورده می شود:
o         میراگر اصطکاکی
o         میراگر جرمی
o         میراگر الاستومری
o         میراگر هیسترزیس
o         میراگرهای ویسکوز
 

B.       استفاده از جداگرهای لرزه ای

جداسازهای پایه (base isolators) وسایلی هستند که در زیر سازه ها(زیر فونداسیون یا زیر سقف)قرار می‌گیرند و آنها را از اثرات ویرانگر ناشی از نیروی جانبی زلزله جدا می‌کنند. جداسازی لرزه‌ای ابزاری با سابقه در طراحی و مقاوم سازی سازه ها است که به وسیله آن می‌توان سازه یا بخشی از آن یا حتی اجزای داخلی قرار گرفته در سازه را از اثرات مخرب حرکت زمین جداسازی نمود. ایده جداسازی سازه از زمین(عمومآ در جهت افقی) به منظور کاهش انتقال تحریک زلزله به سازه است. گستره‌ای از جداسازها شامل تکیه گاه‌ های الاستومری (با و بدون هسته سربی)، تکیه گاه‌ های اصطکاکی/لغزشی و تکیه گاه‌ های غلتکی در بیست سال گذشته در کشورهایی مانند ایالات متحده، ژاپن، انگلستان، ایتالیا، نیوزیلند و غیره برای طراحی ضد لرزه ای ساختمان های جدید زیادی به کار گرفته شده است.
جداسازی لرزه ­ای یکی از فناوری مهم برای کنترل و کاهش خطرپذیری به ویژه در سازه ­ها و تأسیسات مهم و حیاتی است که هنگام بروز زلزله باید عملکرد مطلوبی داشته باشند و بدون وقفه عملیاتی ، قابل استفاده باشند. علی رغم آنکه ایده جداسازی لرزه ­ای به زمان­ های قدیم برمی­گردد و در ایران به نحوی در ساخت منارجنبان اصفهان نیز بکار رفته ، ولی در دهه ­های اخیر این فناوری در قالب امروزه خود، پیشرفت قابل توجهی نموده است و روز به روز در بین مهندسین حرفه ­ای جایگاه خود را به عنوان یک راه حل قابل اعتماد برای مقاوم ­سازی و افزایش ضریب ایمنی سازه باز نموده است.

C.       استفاده از کامپوزیت ها و frp

یکی از روش­های نوینی که در سال‌های اخیر مورد توجه مهندسین و کارفرمایان قرار گرفته است، مقاوم­سازی ساختمان­ها با استفاده از کامپوزیت­ها می­باشد. در این زمینه تحقیقات زیادی در سراسر دنیا صورت پذیرفته است و دستورالعمل ها و آئین­ نامه­ هایی برای استفاده از آنها تهیه شده استFRP (Fiber Reinforced Polymer) یکی از مهمترین کامپوزیت ها می باشد که به دلیل خصوصیاتی مانند وزن کم و مقاومت کششی بسیار زیاد، مقاومت در برابر شرایط جوی و غیره در بسیاری از صنایع مورد توجه مهندسین و صنعت­گران واقع شده است. کامپوزیت­های FRP از ترکیب فیبر و رزین به وجود می­آیند. انواع مختلف فیبرها عبارتند از : فیبرهای کربنی، شیشه­ ای و آرامید؛ و رزین­ هایی که در این روش مورد استفاده قرار می­گیرند عبارتند از : رزین­ های اپوکسی، پلی ­استر و ... .
پلیمرهای مسلح از الیاف بسیار نازکی تشکیل شده اند که توسط ماده زمینه محصور میشوند. الیاف دارای جنسهای متفاوت بوده و به صورت قطعات کوتاه، رشته های دراز و پارچه های بافته تولید میشود. قطعاتFRPبه روشهای مختلف صنعتی، نیمه صنعتی و یا دست‌ ساز ساخته میشود. شکل زیر ساختار میکروسکوپی مصالح FRPرا نشان میدهد.
 

ساختار میکروسکوپی مصالحFRP
 
در اواخر دهه 1980، FRP با چسباندن به روی سطح کششی تیرهای بتنی و دال بتنی سقف‌ها جهت تقویت خمشی آنها معرفی شد و سپس بعد از تخریب تعداد زیادی از پل‌ها در زلزله 1989 (Loma Prieta) بحث افزایش محصور شدگی پایه های پل با FRP مطرح شد و بعد از آن بهسازی دیوارهای غیر مسلح با محصولات FRP آغاز گردید و بطور کلی این تکنولوژی
      راه جدیدی را برای تقویت و بهسازی سازه ها باز کرد .
FRP های مصرفی در تقویت سازه ها یا معمولا با استفاده از الیاف و پارچه های کربن، شیشه و ... ضمن اشباع شدگی به وسیله اپوکسی(رزین) در محل مورد استفاده چسبانده می شوند. روش دیگر استفاده از تسمه های پیش ساخته لمینیت (تا عرض حداکثر 10 سانتی متر و ضخامت حدود 3/1 میلیمتر) می باشد که روی سطح اجرا می گردد.پس از گذشت سال‌ها از به‌کارگیریکامپوزیت FRP در صنعت ساختمان اکنون استفاده از آن به روش تر و یا استفاده از تسمه های پیش‌ساخته لمینیت در مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای سازه ها گسترش یافته و یکی از روش های شناخته شده در این امر می باشد.
   در شکل زیر نمایی از الیاف کربن وشیشه، لمینیت کربن و سطل های رزین اشباع کننده آورده شده است.


الیاف کربن وشیشه، لمینیت کربن و سطل های رزین اشباع کننده 



 

کامپوزیت FRP

اف آر پی FRP، اختصاری از کلماتFiber Reinforced Polymer پلیمرهای مسلح شده با الیاف می باشد. به عبارت دیگر اف آر پی به یک ماده مرکب یا کامپوزیتی اطلاق می شود که از فیبر یا الیاف تقویتی و ماتریس (ماده در بر گیرنده) یا رزین از جنس پلیمر تشکیل شده است. پلیمرهای مسلح شده با الیافFRP،مصالح مرکبی هستند که طیف وسیعی از آن‌ها توسط شرکت مقاوم سازی مارین سازه موجود است. این مصالح از اجزایی تشکیل شده‌اند که از لحاظ مکانیکی رفتار مجزایی دارند، ولی ماده‌ کامپوزیت حاصل می‌تواند خواص کاملاً متفاوتی نسبت به مواد تشکیل دهنده‌ی خود داشته باشد. این مصالح از دو قسمت تشکیل شده‌اند: قسمت اول، الیاف می‌باشند که مؤلفه اصلی در تحمل به حساب می‌آیند و قسمت دوم که یک ماتریس رزینی پلیمری می‌باشد، بیشتر نقش نگه داری الیاف را در کنار یکدیگر بر عهده دارد. در کامپوزیت چند لایه میتوان از چند نوع الیاف نیز استفاده کرد که به آنها کامپوزیتFRP مخلوط یا(hybrid) می گویند. البته معمولا سعی می‌شود از یک نوع ماتریس استفاده شود تا چسبندگی خوب بین لایه ها بوجود آید خواص کامپوزیتFRP بستگیزیاد به جهت الیاف آنها دارند الیافFRP حجم قابل توجهی از یک کامپوزیتFRP را تشکیل می دهند و وظیفه آنها تحمل بار اعمال شده به کامپوزیت می‌باشند نوع الیاف، مقدار و آرایش آنها بسیار حائز اهمیت هستند و بر خواص زیر تاثیر می گذارند.
·         مدول کششی –فشار –خمشی  FRP
·         استحکام خستگی بالا FRP
·         ضرایب انتقال حرارت و الکتریستهFRP
·         وزن مخصوصFRP
·         قیمتFRP
 
A.        مزایای استفاده از کامپوزیت FRP
 
·         ضخامت کم الیاف اف آر پی سبب نازک بودن ورق های کامپوزیتFRP (در حد میلی‌متر) شده و باعث می‌گردد آنها فضای اضافه اشغال نکند.
·         قیمت و هزینه مناسبFRP سبب فروش بالای آن در کشور ایران و سایر کشورها، در سالهای اخیر شده است.
·         FRP دارای وزن پایینی بوده و چگالی مصالح و ورق هایFRP حاصل کم می باشد.
·         مقاومت کششی و مدول الاستیسیته اف آر پی ها بالاست.کامپوزیتFRP مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند.
·         مقاومت ضد اسیدی و خورندگیFRP ها سبب کاربرد روز افزون آنها در برابر محیط اسیدی و شیمیایی شده است.
·         نفوذ ناپذیری مغناطیسی بالا که مناسب برای مکان هایی که در آنجا دستگاه های حساس به میدان مغناطیسی است.
·         مقاومت خوب در برابر ضربه و خستگی
·         اتصال ورقFRP به سطوح مختلف بتن و آهن خوب بوده و همپوشانی آن زیاد نیست. که سبب پایین آمدن قیمتFRP می‌گردد.
·         حمل و نقل آسان بدلیل وزن پایین الیاف اف ار پی
·         سرعت کار بیشتر و نحوه اجرای آسانFRP
·         توجیه اقتصادی و قیمت مناسب برای تقویت، ترمیم و مقاوم سازی پروژه های سنگین به عنوان مثال پل ها
·         سطح اجرای تمام شده تمیز پوشش بعد از اجرایFRP
·         مصالحFRP عایق بسیار مناسبی در مقابل محیط اسیدی، قلیایی، شیمیایی و خورنده می باشد.
·         عدم افزایش ابعاد مقاطع در مقاوم سازی باFRP
·         امکان بکارگیری چند نوع الیافFRP  جهت اصلاح و بهبود خواص هر کدام از آنها ( بعنوان مثال ارتقاء مقاومت مکانیکی، خستگی و ضریب ارتجاعی در کامپوزیت شیشه GFRP با اضافه نمودن لایه هایی از کامپوزیت کربنCFRP)
 
B.       مواد تشکیل دهنده کامپوزیتFRP
همانگونه که اشاره شد، کامپوزیتFRP از ترکیب از فیبرها یا الیاف و ماتریس یا رزین پلیمری تشکیل شده است.
C.         اشکال مختلف مصالحFRP
تولیداتFRP شکل های متنوعی دارند که در اشکال مختلف در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرند. مصالح کامپوزیتFRP به صورت نوار یا لمینیت(Strip & Laminate)، صفحه یا شیت(Sheet)، میلگرد یا پروفیل های پیش ساخته مورد استفاده قرار می‌گیرند. الیاف هایFRP در نوارها همگی در یک جهت واحد قرار دارند ولی در شیتها ممکن است الیافها یک جهته یا دو جهته باشند. گاهی اوقات از ترکیب جنسهای مختلف (تارها از یک جنس و پود ها از جنسی دیگر) شیتهای هیبریدFRP (ورقFRP با الیاف مختلف) نیز به دست می آیند.
در زیر به اشکال مختلف ساختFRPها در زیر به طور اختصار اشاره می‌گردد:
§    میلگرد FRP
به دلیل مقاومت بسیار زیادFRP در برابر خوردگی، این ماده به صورت میلگردFRP نیز ساخته شده است. در حال حاضر کارخانه­های متعددی وجود دارند که میلگردFRP تولید می‌کنند که توسط شرکت مقاوم سازی مارین سازهدر کشور ایران قابل تهیه هستند.
§    پوشش‌FRP
پوشش‌هایFRP عمدتاً برای مقاوم سازی تقویت سازه ها و نیز پوشش‌های محافظتی محیطی به کار می‌روند. این پوشش‌ها معمولاً بر روی سطح خارجی اعضاء مختلف نصب می‌گردند. در این روش ساخت کامپوزیتFRP، الیاف و مواد پلیمری به روش دستی و بصورت جداگانه، توسط اپراتور در سطح کار قرار می گیرد و بعد از ایجاد فرم مناسب، عمل آوری روی آن صورت می گیرد.
§     شبکه‌ کامپوزیتیFRP
شبکه‌های کامپوزیتیFRP محصولاتی هستند که از برخورد میله‌هایFRP در دو جهت و یا در سه جهت ایجاد می‌شوند. این محصول که از الیاف کربن، شیشه یا آرامید و رزین اپوکسی یا وینیل استر تولید می‌شود، برای مسلح کردن بتن مناسب است.
§    پروفیل‌ ساختمانیFRP
مصالحFRP همچنین در شکل پروفیل‌های ساختمانی به صورتI شکل، T شکل، نبشی، قوطی و ناودانی و به روش پالتروژن (Pultrasion)  تولید می‌شوند. پروفیل‌ های کامپوزیتFRP می‌توانند جایگزین بسیار مناسبی برای قطعات و سازه‌های فولادی در مجاورت آب تلقی شوند.پروفیل های ساخته شده از FRPبه شرح زیر می‌باشد.
 

 
ü      کابل، طناب و تاندن‌ پیش تنیدگیFRP
مصالح پیش تنیدهFRP، محصولاتی شبیه میله‌هایFRP، ولی به صورت انعطاف‌پذیر هستند، که در سازه‌های کابلی و بتن پیش تنیده (یا پس کششی) در محیط‌های دریایی و خورنده کاربرد دارند. این محصولات در اجزای پیش تنیده‌ در مجاورت آب نیز به کار گرفته می‌شوند. مقاوم سازی یک عضو با الیاف پیش تنیده باعث افزایش سختی و مقاومت عضو می‌گردد. کامپوزیت پیش تنیدهFRP (که به کامپوزیت پس کششیFRP نیز مرسوم است)، همچنین می‌توانند برای مقاوم سازی برشی نیز مفید واقع شوند. در مجموع استفاده از مصالح اف ار پی پیش تنیده باعث افزایش بیشتر مقاومت و سختی نسبت به روشهای معمول تقویت سازه و مقاوم سازی باFRP است.
ü       میله دست سازFRP
این نوع میله‌ها که از پیچاندن الیاف و ورقه هایFRP حول یک هسته‌ منشوری به شیوه‌ دست ساز تولید می‌گردند، می‌توانند در تقویت خمشی و برشی تیرهای و ستونهای بتنی مورد استفاده قرار گیرند. بدیهی است که کیفیت ساخت میله‌هایFRP نسبت به میله های تولیدی کارخانه پایین‌تر می‌باشد اما در عین حال قیمت تمام شده برای ساخت آن‌ها نیز پایین‌تر است.
ü      کامپوزیت مختلط
کامپوزیتهای مختلط برای شکل پذیر کردن کامپوزیتهایFRP ساخته می شوند. در این شیوه با مخلوط کردن الیاف کربن، آرامید یا کربن و شیشه، کامپوزیتFRP جدیدی به دست می آید که شکل پذیری بالاتری دارد. بدین صورت که در اثر بارگذاری مصالحFRP ساخته شده از الیاف کربن و شیشه یا آرامید، ابتدا الیاف کربن به علت سختی بیشتر نیروی بیشتری را جذب خود نموده و این افزایش نیرو تا حد جاری شدن الیاف کربن ادامه پیدا می‌کند. از آنجایی که کرنش جاری شدن در الیاف آرامید یا شیشه حدود دو برابر الیاف کربن است، پس از جاری شدن الیاف کربن هنوز جاری نمی‌شوند و نیرو جذب می‌کنند. الیاف باقی مانده (الیاف آرامید یا شیشه) به تنهایی قادر به تحمل باری معادل ۱۰ درصد (یا بیشتر) بالاتر از باری را که حد جاری شدن الیاف کربن است، بوده و همین امر به همراه کرنش بالای مصالح کربن و آرامید سبب افزایش شکل پذیری کامپوزیتFRP می گردد.
 
D.      مشخصات فیزیکی و مکانیکی کامپوزیتFRP
مدول الاستیسیته و مقاومت کششی بسته به ضخامت ورق­های کامپوزیت می­تواند تفاوت بسیار زیادی نسبت به اعداد آورده شده در جدول داشته باشند. بدون توجه به نوع فیبرها و یا روش ساختن آنها هر سه نوع این کامپوزیت­ها رفتار تنش-کرنش یکسانی از خود نشان می­دهند و این یکی از ویژگی­های بسیار مهم کامپوزیت­های FRPدر استفاده سازه­ای آنها می­باشد. در مقایسه این کامپوزیت ها با فولاد یک نکته قابل توجه می باشد: اینکهمصالحFRP شکل پذیری فولاد را ندارند و ممکن است شکل پذیری اعضای سازه بتن مسلح را که با استفاده از FRPها مقاوم شده­اند، محدود کند. با وجود این در مواقعی‌که برای ژاکت کردن بتن مورد استفاده قرار می­گیرند، این مصالح می­توانند به طور قابل توجهی مقاومت و شکل پذیری ستون­ها را افزایش دهند.
§       مقاومتFRP در مقابل خوردگی
یکی از مهمترین ویژگی های سیستم های کامپوزیتFRP مقاومت آن در برابر خوردگی و خصوصیات مکانیکی بالای الیاف و صفحاتFRP در مقاوم سازی است. در حقیقت این خاصیت مصالحFRP  Fiber Reinforcement Polymer تنها دلیل نامزد کردن آنها به عنوان یک گزینه جانشین برای اجزای فولادی و میلگرد فولادی است. بخصوص در سازه‌های دریایی، بندری و ساحلی و همچنین در سازه های مرتبط با صنعت نفت، پتروشیمی و پالایشگاه، مشخصات فنی مناسب کامپوزیتFRP در مقابل خوردگی، سودمندترین مشخصه میلگردFRP می‌باشد.
§       مقاومتFRP
مصالحFRP مقاومت کششی بسیار بالایی از مقاومت کششی فولاد دارند. مقاومت کششی بالای مواد کامپوزیتFRP کاربرد آنها را برای سازه‌های بتنی، خصوصاً برای سازه‌های پیش‌تنیده بتنی و مقاوم سازی سازه ها بسیار مناسب کرده است. مقاومت کششی مصالحFRP اساساً به مقاومت کششی، نسبت حجمی، اندازه و سطح مقطع فایبرهایFRP بکار رفته در آنها بستگی دارد. مقاومت کششی محصولات FRP برای شیت ها و ورق های ساخته شده با الیاف کربن ۱۱۰۰MPa تا ۴۹۰۰Mpa ، برای میله‌های با الیاف شیشه تا ۲۳۰۰Mpa و برای میله‌های با الیاف آرامید تا ۱۶۵۰MPa گزارش شده است. چنین مشخصات فنی بالا اهمیت مقاوم سازی باfrp را بیش از بیش روشن می سازد.
§      مدول الاستیسیتهFRP
مدول الاستیسیته الیافFRP و مصالح کامپوزیت ساخته شده به آنها عمدتا در محدوده قابل قبولی قرار دارند. مدول الاستیسیته کامپوزیتFRP ساخته شده از الیاف کربن در محدوده ۲۳۰GPa تا ۲۰۰GPa ، کامپوزیتFRP ساخته شده از الیاف شیشه در محدوده ۷۰GPa و آرامید ۶۰GPa گزارش شده است. برای مقاوم سازی سازه ها و تقویت بتن معمولا از این الیاف استفاده می‌گردد.
§       وزن مخصوصFRP
وزن مخصوص کامپوزیتFRP به مراتب کمتر از وزن مخصوص فولاد است؛ به عنوان نمونه وزن مخصوص کامپوزیت هایCFRP یک سوم وزن مخصوص فولاد است. نسبت بالای مقاومت به وزن در الیافFRP از مزایای عمده آنها در کاربردشان به عنوان تقویت و مسلح کننده بتن محسوب می شود.
§        عایق بودنFRP
مصالحFRP عایق بسیار عالی هستند. به عبارت دیگر، مواد ساخته شده از مصالحFRP، از نظر مغناطیسی و الکتریکی خنثی بوده و عایق مناسبی محسوب می‌شوند. بنابراین استفاده از بتن مسلح به میلگردFRP بجای استفاده از میلگرد فولادی در قسمتهایی از بیمارستان ها و سایر فضاها که نسبت به امواج مغناطیسی حساس هستند و نیز در مسیرهای هدایتی قطارهای شناور مغناطیسی و همچنین در باند فرودگاهها و مراکز رادار بسیار مناسب خواهد بود.
§        مقاومت خستگیFRP
رفتار مصالح، FRP در مقایسه با فولاد، در پدیده خستگی بسیار عالی است؛ به عنوان نمونه برای تنش‌های کمتر از یک دوم مقاومت نهایی، کامپوزیتFRP در اثر خستگی گسیخته نمی‌شوند و مناسب مقاوم سازی باfrp در بتن می باشند .خستگی خاصیتی است که در بسیاری از مصالح ساختمانی وجود داشته و در نظر گرفتن آن ممکن است به شکست غیر منتظره، خصوصاً در اجزایی که در معرض سطوح بالایی از بارها و تنش‌های تناوبی قرار دارند، منجر شود.
§       خزش مصالحFRP
رفتار خزشی کامپوزیت‌ هایFRP بسیار خوب است؛ به عبارت دیگر، اکثر کامپوزیتهایFRP، دچار خزش نمی‌شوند. پدیده گسیختگی ناشی از خزش اساساً در تمام مصالح ساختمانی وجود دارد؛ با این وجود چنانچه کرنش ناشی از خزش جزء کوچکی از کرنش الاستیک باشد، عملاً مشکلی بوجود نمی‌آید.
§       چسبندگیFRP به بتن در مباحث مقاوم‌ سازی
خصوصیت چسبندگی، برای هر مصالحی که بعنوان مسلح کننده بتن بکار رود، بسیار مهم تلقی می شود. FRP ها در مجموع مقاومت چسبندگی خوب و قابل قبولی در مقاوم سازی بتن ارائه می‌کنند.
§       خم شدنFRP
خم شدگی کامپوزیتFRP بسیار سخت می‌باشد. چنانچه کامپوزیتFRP در سازه بتنی استفاده شوند، بجهت مهار آرماتورهای طولی و عرضی و تنگ‌ها، نیاز است در انتها خم شوند. با این وجود عمل خم کردن میلگردهایFRP بسیار دشوارتر از خم کردن آرماتورهای فولادی بوده و در حال حاضر برای مصالح موجودFRP، نمی‌توان عملیات خمکاری را در محل پروژه انجام داد. البته می‌توان خم‌کاری میلگردFRP کامپوزیتی را با سفارش مشتری در کارخانه انجام داد.
§       شکل پذیریFRP
روش تقویت با الیافFRP سبب افزایش شکل پذیری ستونهای تقویت شده به روش محصور سازی می‌گردد. همچنین استفاده از مصالحFRP برای تقویت و مقاوم سازی خمشی اعضا، سبب کاهش شکل پذیری جزئی اعـضا می‌گردد. ایـن کاهش شکل پذیری در برخی از موارد بسیار کم می باشد. البته مقاوم سازی باFRP اعضا با استفاده از الیاف شیشه شکل پذیری اعضا را بر عکس الیاف کربن افزایش می‌دهد.
 
§      انبساط حرارتیFRP
خصوصیات انبساط حرارتی کامپوزیت ها و میلگردFRP ساخته شده از الیاف کربن و شیشه بترتیب برابر با و  است. این در حالی است که ضریب انبساط حرارتی فولاد و بتن نزدیک هم می‌باشد؛. همچنین ضریب انبساط حرارتی میله‌هایFRP متفاوت از بتن می‌باشد. انبساط حرارتی کولار یا آرامید منفی بوده و برابر با  است.
§        مقاومت حرارتی سیستمFRP
از مشخصات مصالحFRP ، مقاومت کششی بالا، مقاومت در مقابل خوردگی و دوام خوب آن است. مقاومت کششی الیاف شیشه وقتی که تحت اثر گرما باشد، به سرعت پائین می آید. آئین نامه مقاومت در برابر حریق و آتش، مصالحFRP را محدود می کند تا این سیستم های مامپوزیتی در مقابل حریق در حالت پایدار باقی بمانند و این مقاومت با اضافه شدن رزین و چسبها باید محدود شود بهTg. به عنوان مثال، Tg برای سیستمFRP که با الیاف شیشه و چسب و رزین ساخته می‌گردند برابر است با ۶۰ تا ۸۰ درجه سانتی گراد.
الیاف کربنFRP در مقابل حریق مقاومت خوبی دارند. کربن در دمائی در حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد شروع به بی رنگ شدن می‌کند و در دمای ۱۵۰۰ درجه شروع به نیم سوز شدن کرده و در دمای حدود ۲۰۰۰ درجه شروع به سوختن می‌نماید.
مقاومت انواعFRP  در مقابل حرارت و آتش به صورت زیر می باشد.

مقاومت حرارتی مصالحFRP
§       معادلات رفتاری کامپوزیتFRP
معمولا تحلیل مکانیک رفتار مصالحFRP از دو دیدگاه بررسی می شود این دو دیدگاه عبارتند از: دیدگاه میکرومکانیک و دیدگاه ماکرومکانیک.برای مشاهده مشخصات الیاف و ورق های کربن ، شیشه و آرامید و میلگردFRP شرکت مارین سازه به بخش محصولات مقاوم سازی مارین سازه مراجعه کنید.
 

 

 انواعFRP

الیاف کامپوزیت (FRP Wrap) FRP، پارچه هایی با ضخامت کمتر از یک میلیمتر هستند که با ترکیب رزین تولید ورق هایی می کنند که به ورقFRP (با ضخامت چند میلی‌متر) معروف هستند. مصالح الیافFRP بر اساس فیبرهای تشکیل دهنده به چندین دسته تقسیم می شوند که چهار نوع آن کاربرد بیشتری دارند و عبارتند از:
1.      الیافGFRP که با آنها پلیمرهای کامپوزیتFRP مسلح شده با الیاف شیشه(Glass Fiber Reinforced Polymers) تولید می‌گردند
2.      الیافCFRP که کامپوزیتهایFRP مسلح شده با الیاف کربن(Carbon Fiber Reinforced Polymers) از آنها تولید می‌گردند.
3.      الیافAFRP آرامید(Aramid Fiber Reinforced Polymers)
4.      الیافBFRP بازالت(Basalt Fiber Reinforced Polymers)
 




A.      الیاف کربن
الیاف کربن خود دارای انواع مختلفی می باشد. در حال حاضر شرکتهای مختلفی در جهان این الیاف را تولید میکنند. به نحوی که میزان تولید جهانی آن بیش از 20 هزار تن در سال است. علیرغم حجم بالای استفاده از این الیاف قیمت آن نسبت به سایر انواع الیاف زیاد میباشد. از مزایای الیاف کربن میتوان موارد زیر را نام برد: مقاومت بسیار بالای کششی، وزن بسیار ناچیز، استحکام بالای خستگی،ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین،مقاومت باالا در مقابل خوردگی، شکل پذیری بسیار مناسب،سختی بالا،صلبیت بالا،مقاومت کششی بالا، چگالی کم، خواص میراییبالا، غیر مغناطیسی بودن، دوام بالا در مقایسه با مواد فولادی، مقاومت بالا در برابر ضربه، از معایب این الیاف میتوان از موارد زیر اسم برد ترد بودن در شکست، هدایت الکتریکی، کرنش کم در شکست،قیمت بالا،مدت زمان دوام نامعلوم
موارد کاربرد الیاف کربن:با توجه به ویژگی هایCFRPمیتوان در صنایع مختلف هم چون صنایع هوافضا،صنعت اتومبیل سازی، صنعت ساختمان و سازه های دریایی استفاده کرد در صنعت ساختمان سازی نیز به منظور بهسازی سازه های موجود و یا جایگزین فولاد برای بهسازی سازه از ابتدای ساخت به کار میرود. به علت مقاومت بالا و مقاومت در برابر خوردگی میتوان از CFRP در سازه های دریایی استفاده کرد. یکی از موارد مهمی که به باعث عدم استفاده الیاف کربن به میزان سایر انواع الیاف در ایران شده است، مورد آخر یعنی قیمت بالای این الیاف است. باوجود مقاومت بسیار بالای کششی این الیاف قیمت بالای آنها فاکتوری منفی جهت عدم استفاده روزافزون الیاف کربن در کشور شده است. الیاف کربن تحت تأثیر رطوبت هوا، حلال ها، بازها و اسیدهای ضعیف در دمای محیط قرار نمی گیرند. با توجه به شکننده بودن کامپوزیت ها، استفاده از الیاف با کرنش زیاد در هنگام شکست بسیار حائز اهمیت است که الیاف کربن فاقد این خاصیت می باشند. البته بهینه کردن فرآیند تولید در طول دهه های گذشته منجر به بهبود فراوان در استحکام و در کرنش تا شکست الیاف کربن شده است. همانطور که گفته شد در حال حاضر گونه های مختلفی از الیاف کربن در بازار جهانی موجود است.
الیاف کربن (Carbon Wrap) یکی از پرکاربرد ترین الیاف در صنعت مقاوم سازی و کامپوزیت است. این الیاف بیشترین مقدار ضریب ارتجاعی را نسبت به الیاف شیشه و کولار دارد. ضریب انبساط گرمایی خطی این نوع الیاف در دماهای بالا و پایین بسیار کم می باشد که این مساله باعث پایداری ابعادی الیاف کربن در دماهای متفاوت می‌گردد. در بین مزایای مختلف الیاف کربن، برجسته ترین آنها مقاومت کششی فوق العاده نسبت به وزن آن است (الیاف کربن تقریبا یک سوم فولاد وزن و ۵ الی ۱۰ برابر آن مقاومت دارد). علاوه بر آن الیاف کربن مقاومت خوبی در برابر خستگی دارد. دوام و عمر طولانی در برابر مواد شیمیایی و نفوذ ناپذیری در برابر اشعه xاز بارزترین خصوصیات الیاف کربن به شمار می‌رود. همچنین فیبر کربن رسانایی الکتریکی بسیار خوبی دارد و قابلیت بافت و تولید پارچه، ساخت کامپوزیت‌های سبک و مستحکم و پایداری در برابر حرارت آن را از سایر مواد مهندسی متمایز می‌سازد. فیبر کربن عنصری با دانسیته  ۲٫۲۷g/cm3است و اشکال بلوری مختلفی دارد. رشته الیاف کربن که از فیبرهای کربن تشکیل می‌گردد، به مراتب نازکتر از موی انسان در قطر بین ۶ تا ۱۰ میکرومتری می‌باشند. علیرغم حجم بالای استفاده از آنها، قیمت الیاف کربن هنوز نسبتاً بالا است. این مسئله باعث محدودیت فروش الیاف کربن CFRP می‌گردد.
فیبر و الیاف کربن در مدول های الاستیسیته و مقاومتهای کششی مختلف و با بافتهای الیاف یک جهته و دو جهته توسط شرکت مارین سازه برای تولید مصالح کامپوزیتی صنایع مختلف و مقاوم سازی انواع سازه های بتنی عرضه می گردند. با توجه به نیاز صنعتهای مختلف کشور ایران، الیاف کربن در طیف گسترده ای از انواع فیبر از ۳Kتا ۵۰Kو با وزنهای مختلف و عرضهای مختلف ارائه می‌شوند.

مزایای الیاف کربن CFRP

• نسبت بسیار زیاد استحکام به وزن –مقاومت کششی بالا
• نسبت بالای مدول کششی الاستیسیته به وزن
• استحکام مناسب در برابر خستگی
• ضریب انبساط حرارتی بسیار پائین
• مقاومت بالا در برابر خوردگی

معایب الیاف کربن CFRP
·         کرنش گسیختگی بسیار کم و شکننده بودن
·         کربن هادی الکتریکی است. هدایت الکتریکی بالا ممکن است سبب ایجاد اتصالات کوتاه در قطعات غیر عایق الکتریکی گردد.
·         کرنش کم در لحظه شکست
·         قیمت بالا
·         مقاومت ضربه ای کم
 
فیبر الیاف کربن
دسته بندی انواع الیاف کربن
الیاف کربن معمولا بر اساس تعداد فیلامنت، مقاومت کششی، مدول الاستیسیته، و دمای نهایی عملیات حرارتی دسته‌بندی می‌گردند.
الیاف کربن بر اساس تعداد فیلامنت به رشته الیاف کمتر از ۲۴۰۰۰ فیلامنت که توو (TOW) کوچک یا سبک و رشته الیاف بیشتر از ۲۴۰۰۰ فیلامنت که اصطلاحاً توو بزرگ یا سنگین نامیده می‌شوند، دسته‌بندی می‌گردند.
الیاف کربن بر اساس مشخصات مکانیکی نیز به صورت الیاف یا فیبر کربن با مدول الاستیسیته بسیار بالا ( بیشتر از ۵۴۰ GPa)، فیبر کربن با مدول یانگ بالا (۳۵۰-۴۵۰ GPa) و الیاف کربن با مدول متوسط (۲۵۰-۳۵۰ GPa) و همچنین الیاف کربن با مقاومت کششی گسیختگی بالا و مدول پایین (مقاومت کششی بیشتر از ۳۰۰۰ مگا پاسکال و مدول کمتر از ۲۰۰ گیگا پاسکال) و الیاف و فیبر کربن با استحکام کششی بسیار بالا (بیشتر از ۵۰۰۰ MPa) دسته بندی می‌گردند.
همچنین الیاف و فیبر کربن بر اساس مبنای زمینه به صورت فیبر کربن با مبنای الیاف اکریلیک (پلی اکریلونیتریل)، فیبر کربن با مبنای قیر صنعتی، فیبر کربن با مبنای قیر مزو فاز، فیبر کربن با مبنای قیر ایزوتروپیک، فیبر کربن با مبنای الیاف ویسکوز ریون (ابریشم مصنوعی) و فیبر کربن با مبنای فاز گازی دسته بندی می‌گردند. در مجموع در این حالت الیاف کربن را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد که عبارتند از: الیاف کربن با مبنای الیاف مصنوعی، که با نام شیمیایی پلی آکریلونیتریل (PAN) شناخته می‌شوند، مقاومت بسیار زیادی دارند (بیش از MPa 3700)؛ ولی این نوع قیمت الیاف کربن گران است. الیاف کربن با مبنای قیری، که از تقطیر زغال سنگ به دست می‌آیند و از الیاف کربن PANارزان‌تر هستند؛ ولی مقاومت و مدول الاستیسیته کم‌تری دارند.
الیاف کربن بر اساس دمای نهایی عملیات حرارتی نیز به الیاف MH(دمای عملیات حرارتی بالاتر از ۲۰۰۰ درجه سلسیوس)؛ الیاف SH(دمای حدود ۱۵۰۰درجه) و الیاف TH(دمای کمتر از ۱۰۰درجه با استحکام پایین کاربرد)
 

پارچه بافته شده از الیاف کربن
 
کاربرد الیاف کربن
الیاف کربن صنایع مختلف کاربردهای گوناگونی دارند که عبارتند از:
کاربرد الیاف کربن در صنعت ساختمان
مقاوم سازی ساختمان و تقویت سازه ها با الیاف کربن CFRP، ساخت صفحات، ورقها و لمینیت کربن، الیاف تقویت کننده بتن‌های مقاومت بالا، ساخت دیوارهای با مقاومت بالا و سبک کربنی، ساخت سازه های پس کششی و پیش تنیده کربنی در سازه های بتنی، استفاده در جداره داخلی تونل ها.
کاربرد الیاف کربن در صنعت خودرو
مخازن سوخت کربنی خودروها، ساخت سپرهای کربنی خودروها، شفت های انتقال نیرو، قطعات موتور، کمک فنر، ملحقات چرخ و جعبه فرمان، لنت ترمز،بدنه ماشین مسابقه، بدنه کشتی ها، فنرهای لول و…
کاربرد الیاف کربن در صنایع هوا فضا و هواپیما سازی
اجزای سازه ای ماهواره ها، سازه های داخلی هواپیماهای مسافرین اعم از پنل صندلی های کربنی، میزهای کربنی و سایر پوشش های کربنی، نوک هواپیماهای مافوق صوت، قطعات حساس موتور هواپیماها و …
کاربرد الیاف کربن در صنایع پزشکی
ساخت اجزای تجهیزات پزشکی کربنی، صندلی چرخدار کربنی، استخوان مصنوعی و انواع اجزای مصنوعی بدن و …

کاربرد الیاف کربن در بخش انرژی
·          ساخت پره توربین های کربنی و آسیاب های بادی جهت تولید برق از انرژی باد، ساخت و تولید باتری‌های سوختی و…
·          کاربرد الیاف کربن در صنایع تجهیزات الکتریکی، الکترونیک و ماشین سازی
·          ساخت چرخ دنده های کربنی، غلتک های کربنی، چرخ دنده های پرسرعت کربنی،قطعات خود روغنکاری شونده، آنتن های کربنی، مخازن تحت فشار کربنی، قاب تلفن های همراه و …
یکی از مهمترین دلایل سرعت کم نفوذ فیبر کربن در صنایع مختلف، بالا بودن قیمت الیاف کربن می‌باشد. امروزه بیشترین توجه شرکت ها، بر روی روشی جهت کاهش قیمت الیاف کربن و ارتقاء فروش الیاف کربن متمرکز شده است. شیوه های کاهش قیمت الیاف کربن در سه حوزه کاهش قیمت شرایط تولید، بهینه‌سازی خصوصیات الیاف و کاهش قیمت تجهیزات قابل بررسی می‌باشد. پیشرفت در هر کدام از این حوزه‌ها، تاثیر بسیار مهمی در قیمت الیاف کربن و افزایش فروش الیاف کربن خواهد داشت.
 
تاریخچه الیاف کربن
الیاف کربن اولین بار توسط توماس ادیسون در دهه ۱۸۸۰ ثبت اختراع شد و تولید تجاری الیاف کربن امروزی نیز در کشور ژاپن از سال ۱۹۷۰ آغاز گردید. بعد از سال ۱۹۸۰ نیز تولید تجاری این الیاف در حجم انبوه در آمریکا و کشورهای اروپایی باعث کاهش قیمت الیاف کربن و افزایش فروش الیاف کربن شد.
 
 

فیبر کربن – مقایسه مقاومت کششی و مدول یانگ انواع الیاف کربن
 
روش تولید الیاف کربن
الیاف کربن از طریق پیرولیز مبناهای آلی که به شکل الیاف هستند، تولید می‌گردند. خصوصیات فیزیکی الیاف کربن با افزایش درجه تبلور و میزان جهت گیری الیاف پیش زمینه یا مبنا و کاهش ضعف‌های موجود، بهبود می‌یابند. بدین ترتیب، مناسبترین روش در فرآیند تولید الیاف کربن با ویژگی‌های مناسب، استفاده از الیاف مبنا با بیشترین مقدار جهت گیری و حفظ آن در طی فرآیندهای پایدار سازی و کربونیزاسیون از طریق اعمال کشش می‌باشد. الیاف اکریلیک بدلیل داشتن بیش از ۵۵درصد کربن در ساختار خود، یکی از بهترین پیش‌زمینه‌ها جهت تولید الیاف کربن می‌باشد.
تولید الیاف کربن بر مبنای الیاف پلی اکریلونیتریل شامل سه فاز زیر می‌باشد:
فاز پایدارسازی اکسیداسیونی:
 در این مرحله الیاف اکریلیک همزمان با اعمال کشش تحت عملیات حرارتی اکسیداسیونی در محدوده دمایی ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سلسیوس قرار می‌گیرد.
فاز کربونیزاسیون: 
پس از فاز پایدارسازی اکسیداسیون، الیاف بدون اعمال کشش در پیرامون دمای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس در محیط خنثی برای مدت چند ساعت، تحت عملیات حرارتی کربونیزاسیون قرار می گیرند.
فاز گرافیتاسیون: 
با توجه به نوع الیاف کربن مورد نظر، از لحاظ ضریب ارتجاعی و اعمال این مرحله در محدوده دمایی ۳۰۰۰ –۱۵۰۰ درجه سلسیوس، موجب بهبود درجه جهتگیری بلورهای کربنی در جهت محور الیاف و سایر ویژگی‌های مکانیکی می‌شود.
فرآیند تولید الیاف کربن بر مبنای سایر پیش‌زمینه‌ها
این نیز، مشابه مراحل فوق است. مشخصه های ساختاری الیاف کربن بیشتر با دستگاه‌های میکروسکوپ الکترونی و پراش پرتوی ایکس قابل بررسی است. در الیاف کربن بر پایه پلی اکریلونیتریل، ساختار الیاف در طی عملیات پایدار سازی اکسیداسیونی و متعاقب آن کربونیزاسیون، از ساختار زنجیره ای خطی به ساختار صفحه ای تغییر می‌کند.
هر چه مقاومت کششی الیاف پیش زمینه بیشتر باشد، مشخصات کششی الیاف کربن بدست آمده بیشتر خواهد شد. هرگاه مرحله پایدار سازی به شکلی مناسب صورت گیرد، مقاومت کششی و ضریب ارتجاعی با کربونیزاسیون تحت کشش، به مقدار بسیار زیادی در محصول الیاف کربنی نهایی بالا می‌رود. در مجموع مقاومت نهایی و گسیختگی الیاف کربن به نوع الیاف مبنای پیش زمینه، شرایط فرآیند، دمای عملیات حرارتی و وجود نواقص ساختاری در الیاف، مرتبط است.
 
B.         الیاف شیشهGFRP:
می توان گفت الیاف شیشه به علت قیمت بسیار مناسب رایج ترین و پرمصرف ترین نوع الیاف مورد استفاده در صنعت است. الیاف شیشه هم بر حسب نوع و ترکیب مواد بکار رفته در تهیه آنها به انواع گوناگون تقسیم میگردند.خواص الیاف شیشه علاوه بر موارد بکار رفته در ساختار آنها به عوامل دیگری مانند شرایط محیطی و غیره نیز وابسته است. به عنوان مثال افزایش دما باعث کاهش استحکام الیاف شده و یا اینکه افزایش رطوبت موجب کاهش استحکام الیاف میگردد. با افزایش سرعت اعمال بار در حین آزمایش نیز استحکام الیاف افزایش مییابد.
مزایای الیاف شامل: قیمت پایین،استحکام کششی نسبتا بالا، مقاومت شیمیایی بالا،عایق حرارتی و الکتریسیته، حساسیت به سایش می باشد و معایب این نوع الیاف مدول کششی پایین، وزن مخصوص نسبتا بالا، مقاومت خستگی پایین، ترد بودن در شکست سختیبالامیباشد.
الیاف شیشه(Glass Wrap) ارائه شده توسط شرکت مقاوم سازی مارین سازه، رایج ترین و پر مصرف ترین الیاف مورد استفاده در صنعت کامپوزیت است که یکی از دلایل مقدار بالای فروش الیاف شیشه می‌باشد. قیمت الیاف شیشه در مقایسه با انواع الیاف های کربن و آرامید بسیار پایین بوده و همین امر سبب شده است در سال های اخیر فروش الیاف شیشه بیشتر شود.
رشته الیاف شیشه از فیبرهای شیشه ای (glass fiber) تشکیل می‌شوند که تارهایی به ضخامت حدود ۱۰ میکرون هستند. مقاومت کششی و شیمیایی بسیار بالای الیاف باعث شده تا استفاده از آنها در ساخت قطعات صنایع هوا فضا، خودرو، دریایی و ساختمانی، تجهیزات مبلمان و تجهیزات ورزشی، روز به روز بیشتر شود. الیاف FRP شیشه متداول ترین محصول برای مقاوم سازی، تقویت و بهسازی انواع سازه ها در صنعت ساختمان بوده، همچنین این مصالح برای حفاظت اجزای مختلف در محیط های خورنده و شیمیاییFRP lining (ایزوله کردن لوله های فلزی و حفاظت شیمیایی در محیطهای خورنده باPH خیلی بالا یا کم)، نیز کاربرد گسترده ای دارند.
 
مزایا این انواع الیاف شیشه در مقایسه با سایر الیاف به شرح زیر است:
مزایای اصلی الیاف شیشه به شرح زیر است:

• قیمت الیاف شیشه مناسب تر از سایر الیاف است.
• مقدار بالای فروش الیاف شیشه سبب در دسترس بودن انواع مختلف آن باشد.
• استحکام کششی الیاف شیشه ای بالا می‌باشد،
• فیبر شیشه ای عایق  الکتریکی خوبی است یا به عبارت دیگر الیاف شیشه رسانا نیستند.
• مقاومت شیمیایی الیاف شیشه بالا بوده و مناسب محیط های مستعد خوردگی هستند.
• مقاومت مناسب حرارتی

 
معایب الیاف شیشهGFRP
معایب و ضعف های الیاف شیشه ای در مقاسیه با سایر الیاف در ذیل لیست شده است:

• فیبر شیشه مدول کششی پایین تری نسبت به الیاف کربن دارند و همین مسئله سبب می‌شود تا مهندسین سازه ها جهت مقاوم سازی ساختمان ها باFRP بیشتر رغبت به استفاده از الیاف کربن به جای الیاف شیشه داشته باشند.
• وزن مخصوص الیاف پلیمری شیشه در مقایسه با انواع الیاف کربن و کولار نسبتا بالا می‌باشد.
• الیاف شیشه نسبت به سایش در حین حمل و نقل حساس می‌باشند.
• مقاومت برابر خستگی الیاف شیشه نسبتاً پایین است.
• الیاف شیشه ایGFRP نسبتا شکننده  بوده و تردتر می‌باشد.
• سختی الیاف شیشه زیاد بوده و در نتیجه باعث سایش قالب ها و کند شدن ابزار برش در کارهای کامپوزیتی می‌گردد.

نکته قابل توجه در مورد رشته الیاف شیشه ای، تشکیل شدن آن از الیاف یا فیبر شیشه ای با قطر کم است که در صورت ظهور پدیده شکست به جهت رشد ترک ها که می‌تواند ناشی از وجود ترک های ریز با نقص های سطحی موجود بر سطح الیاف باشد تنها الیاف یا فیبر شیشه ای منفرد می‌شکنند و از شکست کامل رشته الیاف جلوگیری به عمل می‌آید. بنابراین یک رشته الیاف دارای استحکام شکست بیشتری نسبت به یک الیاف به قطر کلی مشابه آن می‌باشد زیرا در یک الیاف ضخیم رشد یک ترک ناشی از نقص‌های سطحی منجر به شکست کامل آن می‌گردد.
انواع الیاف شیشه شرکت مقاوم سازی مارین سازه در بافت های یک جهته، دو جهته حصیری و چند جهته در وزن ها و مقاومت های مختلف توسط شرکت مارین سازه ارائه می­شوند. الیاف شیشه با بسیاری از سیستم های رزینی نظیر پلی استر اشباع شده، وینیل استر، رزین های فنولیک و رزین اپوکسی سازگاری دارد و سیستم کامپوزیتی بسیار مناسبی را شکل می‌دهند. انواع الیاف شیشه برحسب ترکیب مواد بکار رفته در تهیه آنها، به انواع گوناگون تقسیم بندی می‌شوند که در زیر به این گونه ها به همراه قیمت این الیاف شیشه ای و فروش آنها نیز اشاره می‌گردد:
الف) الیاف شیشهE-glass
 این نوع الیاف شیشه، متداول‌ترین نوع موجود در بازار هستند و ۸۰ تا ۹۰ درصد تولیداتGFRP   را تشکیل می‌دهد که کم‌ترین مواد قلیایی در ساخت آن‌ها به کار می‌رود. از این الیاف علاوه بر مقاوم سازی سازه ها، در صنعت برق به عنوان مقاومت های الکتریکی نیز استفاده می‌گردد. (GPa70=E، MPa2500-1500  و %۳-۸/۱= ). قیمت الیاف شیشه ارزان بوده و کاربرد و فروش الیاف شیشهE-glass نسبتا بالاست.
ب) الیاف شیشهC–Glass:
 این نوع الیاف شیشه دارای آهک سود دار به همراه بور و سیلیکات می‌باشد و در محیط هایی که دارای مواد شیمیایی خورنده وجود داشته باشند، کاربرد فراوان دارند. الیاف شیشهC-Glass به صورت الیافی برای مسلح کردن بتن به کار می‌روند. این نوع الیاف در مقابل خوردگی اسیدی مقاومت بسیار خوبی را فراهم می‌کنند و کاربرد اصلی آنها در پوشش سطحی خطوط لوله و پوشش سطحی مخازن است.
ج) الیاف شیشهA-Glass: 
این نوع الیاف شیشه که درصد مواد قلیایی موجود در آن‌ها بسیار زیاد است، امروزه از چرخه‌ی تولید خارج گردیده‌اند.
د) الیاف شیشهS-Glass: 
این دسته از الیاف شیشه، مقاومت و مدول الاستیسیته بسیار زیادی دارند و بیش‌تر در صنایع هوا فضا و تحقیقات فضایی و هوایی برای پوشش موشک‌ها و قطعات هواپیمایی به کار می‌روند. این الیاف عملکرد حرارتی مناسبی دارند و نیاز به کنترل کیفیت خاص در زمان تولید دارد. قیمت الیاف شیشه S-Glass خیلی بالا بوده و گران قیمت ترین نوعGFRP می باشند. همین دلیل فروش این نوع شیشه پایین می‌باشد. (GPa 87E= و MPa3900 ).
 
مقایسه انواع الیاف شیشه
 

نوع الیاف شیشه	چگالیgr/cm3	مقاومت کششیMPa	ضریب ارتجاعیGPa	افزایش طول  %
E– Glass	۲٫۶	۳۴۴۵	۷۲٫۴	۴٫۸
S– Glass	۲٫۴۹	۴۵۸۵	۸۶٫۹	۵٫۴
C– Glass	۲٫۵۶	۳۳۱۰	۶۸٫۹	۴٫۸
AR– Glass	۲٫۷	۳۲۴۱	۷۳٫۱	۴٫۴

 
C.      الیاف آرامیدAFRP:
پلیمرهای آرامیدی با خصوصیاتی هم چون نقطه ذوب بالا ، مقاومت حرارتی عالی و غیرقابل حل بودن بسیاری از حلال های آلی شناخته شدهاند. به علت مخارج بالای سرمایه گذاری اولیه، تاکنون به تولید تجاری در سطح الیاف شیشه و کربن نرسیده است. مهمترین خواص الیاف آرامید عبارتند از:نسبت استحکام و مدول به وزن خوب، وزن کم و استحکام بال، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت خستگی مناسب عدم حساسیت به شکاف یا ترك، مقاومت بالا در مقابل حلال های آلی، مواد سوختنی و نرمکننده ها، امکان استفاده مداوم تا دمای حدود 102 درجه سانتیگراد .
الیاف آرامیدی اگرچه در کشش رفتاری الاستیک از خود نشان میدهند اما تحت بار فشاری رفتاری غیرخطی از خود بروز میدهند. نور ماورای بنفش نیز اثر تخریبی بر این الیاف دارد. همچنین لازم به ذکر است که برش الیاف آرامید با وسایل برش معمولی به سختی انجام میشود و به وسایل برش مخصوص نیاز ندارد.
 
جدول زیر که توسط  Meier و Winistorferدر سال 1995 تدوین یافته است ویژگی­های انواع کامپوزیت ­های FRP را در مقاوم ­سازی سازه ­های بتنی مسلح با هم مقایسه کرده است.
 

 

 

معیار	جنس فیبر
	فیبرهای شیشه¬ای	فیبرهای کربنی	فیبرهای آرامید
مقاومت کششی	خیلی خوب	خیلی خوب	خیلی خوب
مقاومت فشاری	خوب	خیلی خوب	نامناسب
مدول یانگ	مناسب	خیلی خوب	خوب
رفتار بلند مدت	مناسب	خیلی خوب	خوب
رفتار گسیختگی	مناسب	عالی	خوب
دانسیته وزنی	مناسب	خوب	عالی
مقاومت قلیائی	نامناسب	خیلی خوب	خوب
هزینه	خیلی خوب	مناسب	مناسب

 

 

 

 

 

 

 

الیاف شیشهgfrp

رزین ها

انواع رزین ها عبارتند از:

·          رزین های پلی استری
·          رزین های اپوکسی
·          رزین های ونیل استر
·          رزین های فنولیک
·          سایر رزین ها: رزین های پلی ایمیدها   (PEEK)و رزین های طبیعی
رزین پلی استر
رزینهاي غیر اشباعی هستند که از واکنش اسیدهاي آلی دو عاملی والکلهاي چند عاملی تشکیل می شوند.پلی استرها طبقه اي از پلیمرها هستند که شامل گروه عاملی استردر زنجیره اصلی خود هستند. رزین مایع توسط زنجیره هاي اتصالات عرضی به یک رزین جامد تبدیل می شود .این فرآیند توسط ایجاد رادیکالهاي آزاد در پیوندهاي دوگانه ایجاد شده که در طول یک واکنش زنجیري با سایر پیوندهاي دوگانه مولکول همسایه، انتشار می یابد و منجر به اتصال آنها در طول مراحل واکنش می شود. اگرچه بسته به ساختار شیمیایی، پلی استر می تواند یک رزین ترموست یا ترموپلاست باشد ولی اکثر پلی استرهاي رایج ترموپلاست هستند. رزینها می توانندتوسط مقادیر متنوعی از شتابگرها و پروکسیدها پخت شوند.تسهیل کننده هاي کبالت و یا آمین می تواند توسط سازنده به رزین اضافه شوند . به منظور پخت رزین ها در دماي اتاق (که از قبل تسهیل نشده اند) باید سیستم پخت مناسب انتخاب شود. انتخاب مناسب سیستم پخت تا حد زیادي بستگی به تکنیک به کار برده شده و مصارف نهایی محصول دارد.زمان ژل شدن رزین از 2 تا 200 دقیقه متغیراست و با انتخاب مناسب سیستم پخت می توان به زمان ژل شدن مورد نظر دست یافت.همه انواع رزینهاي پلی استر،وینیل استر و بیس فنولA می توانند با سیستم هاي مشابه و با موادي که به سهولت در دسترس هستند پخت شوند.کاتالیزورها (پروکسیدها /هاردنرها ) در مقابل پلی استرهاي غیر اشباع ناپایدار بوده، و تحت تاثیر گرما، نمکهاي فلزي و آمینها (تسهیل گرها/شتاب دهنده ها ) یا توسط نور فرابنفشUV به رادیکالها که ترکیباتی با انرژي بالا و اجزاي مولکولی شدیداً واکنش پذیرهستند، تجزیه می شوند. رادیکالها قادر به واکنش با مولکول پلی استر یا استیرن هستند که این واکنش منجر به تشکیل رادیکالهاي جدید و آغاز یک سري از واکنش هاي زنجیري می شود.سیستم هاي رزین پلی استر،وینیل استر و سایر رزینهاي مشابه اغلب می توانند در دماي اتاق پخت شوند.واکنش شیمیایی برانگیخته که توسط کاتالیزورها و شتابگرهاتسهیل شده، یک واکنش اگزومتریک (گرمازا)ایجاد می کند که منجر به افزایش پخت بهینه می شود. گرچه کنترل دما براي جلوگیري از ترك ایجاد شده توسط فشار و جمع شدگی ناشی از دماها ي زیاد، بحرانی است. پخت تکمیلیcuring post براي رزینهاي با کارآئی زیاد ، براي بدست آوردن مقاومت شیمیایی و گرمائی بهینه، پخت تکمیلی ضروري است.شرایط پخت کامل درsheet Data رزین به طور کامل ذکر می شود. - براي پخت تکمیلی متعادل لامینیتها و یا شکلهاي ضخیم تر وپیچیده ، زمان بیشترو جدول /فهرست لازم است. براي پخت دماي پائین تر موثر نیست و دماي بالاتر منجر به کدر شدن رزین می شود.لامینیتها حداقل باید 24 ساعت قبل از پخت کامل تولید شده باشند. Mashad sadra - حتی لامینتهاي با یک سال سن هم می توانند به خوبی پخت تکمیلی شوند. براي بخش هائی که با الیاف شیشه تقویت شده اند و در معرض شرایط محیطی هستند، پخت کامل شدیداً توصیه شده است. دماي انتقال شیشه دمايHDTودمايTg شدیداً به دمائی که در آن پخت کامل صورت می گیرد، بستگی دارد. معرفهاي پخت و افزاینده ها زمان ژل شدن رزین می تواند توسط مقادیر مختلف پروکسید، کبالت یا بازدارنده ها تغییر کند.اگر مقدار کبالت خیلی کم باشد، منجربه پخت ضعیف در دماي کارگاه می شود. رزینهاي پلی استر غیراشباع و وینیل استر اورتان می توانند با پروکسیدMEKP با فعالیت متوسط استاندارد پخت شوند و منجربه ایجاد گستره عظیمی از زمان ژل شدن شود. سیستم هاي پخت با پروکسیدMEKP در دماهاي پائین ترموثرترهستند. براي ژل تایم هاي طولانی تر، سیستم هايMEKP مناسب نمی باشد.براي کاربردهاي خاص رزینهاي ونیل استر سیستم هاي کیومن هیدروپروکسید(CUHP (ارجح ترهستند. پروکسیدها - متیل اتیل کتون پروکسیدMEKP رایج ترین پروکسیدي که مورد استفاده قرار می گیردMEKP است وگستره و مقادیر این پروکسید که به رزین اضافه می شود بین %5.1 تا %5.2 درصد است. براي رزینها ، MEKP باید به همراه نمکهاي کبالت که معمولا نفتنات کبالت %6 یا اکتوات کبالت10 %و در صورت نیاز با آمینها و یا بازدارنده ها مصرف شوند. MEKP استفاده شده اغلب با اکسیژن فعال %9 به کار می رود. حضور آب در کاتالیزور به صورت معکوس روي پخت رزین اثرمی گذارد. اما این پروکسید را براي محتواي آب مازاد می توان کنترل کرد، به صورتی که مقادیر کمی از آن با مقادیرمساوي از استیرن مخلوط گردد. براي نتایج بهتر، توصیه می شود که نسبتMEKP به کبالت در سیستم پخت ثابت نگهداشته شود. Mashad sadra کیومن هیدرو پروکسیدCuHp کیومن هیدرو پروکسید یک مایع شفاف است. استفاده از این پروکسید می تواند کف ناشی از رزین هاي مرسوم اپوکسی وینیل استر که توسط سیستم هاي کاتالیزوريcobalt/MEKP ، ایجاد می شودرا کاهش دهد. مزیت دیگر این سیستم ها این است که پیک اگزوترم کمتر شده که به علت جمع شدگیshrinkage کم رزین است . در آب و هواي سرد بهتر است که براي تسهیل فرآیند پخت ، مقدار کمی از دي متیل آنیلین اضافه شود. براي اطمینان از اینکه پخت به طور کامل صورت گرفته به ویژه در دماي محیط باید احتیاطهاي لازم در نظر گرفته شود. براي اطمینان از رسیدن به پخت کامل بهتراست که فرایند پخت تکمیلیcure post انجام شود. بنزوئیل پروکسیدBPO دي بنزوئیل پروکسید به اشکال تجاري پودري، امولسیون و خمیري موجود است. مخلوط آن با تسهیل کننده هاي آمینی پخت خیلی سریعی را ایجاد میکند که به سختی توسط رطوبت و پرکننده ها، تحت تاثیر قرار می گیرد .حتی در دماي پائین هم پخت نسبتاً خوبی بدست می آید. سیستم هاي آمین/BPO ممکن است که دماي اگزوترم بیشتري ایجاد کند و این امر موجب می شود که پخت تکمیلی به سختی انجام شود.اگرچه زمانی که پروکسید و هیپوکلریت در محیط وجود دارد، سیستم پخت آمین/BPO توصیه می شود. نکته: آغازگر هرگز نباید مستقیماً با کاتالیزور پراکسید (شبیهMEKP (مخلوط شود.چون مخلوط این دو موجب یک واکنش شدید می شود و آتش سوزي یا انفجار رخ می دهد. Mashad sadra تسهیل کننده وپیش برنده تسهیل کننده وپیش برنده براي بالابردن سرعت و افزایش پخت به کار می روند. اکتوات/نفتات کبالت محلولهاي کبالت مایعهاي آبی یا ارغوانی هستند که به طور تجاري با درصدهاي متفاوتی از کبالت فعال در دسترس هستند و می توانند با سیستم هاي پختMEKP وCUHP استفاده شوند. آمینها دي متیل آنیلین(DMA (یک مایع آمین زرد رنگ با بوي شدید است .ازDMA می توان با سیستم هاي کاتالیزوري MEKP ، BPO) پخت محدود) وCUHP استفاده نمود.افزایشDMA به سیستم هايCUHP وMEKP ضروري نیست .گرچه مقادیر کمDMA را می توان به همراه کبالت براي بهبود توسعه بارکول و یا کوتاه کردن زمان پخت استفاده کرد. براي سیتم هايBPO در دماي محیط افزودنDMA ضروري است. دي متیل پارا تولوئیدینDMPT یک آمین مایع با رنگ زرد است که بوي شدیدي دارد.DMPT را می توان در سیستم هاي پخت آمین/BPO و در کاربردهائی که زمان ژل خیلی کوتاهی مورد نیاز است استفاده کرد. بازدارنده بازدارنده ها براي طولانی کردن زمان ژل شدن رزینهاي ونیل استر و پلی استر و در نتیجه یک پخت قابل کنترل به کار می روند .گسترده ترین بازدارنده محلول بوتیل –کتکول نوع سوم(TBC (10 %است. هنگام افزودن معرفTBC در درصدهاي بالاتر از 25/0 %باید احتیاط لازم را به عمل آورد چون منجر به پخت پائین تر، بارکول کم و کاهش مقاومت شیمیایی می شود.مقادیر بازدارنده از یک نوع به نوع دیگر و از رزینی به رزین دیگر فرق می کند.برخی از بازدارنده هاي مرسوم بوتیل کتکول نوع سوم(TBC– (هیدروکوئینون(HQ (و تولوهیدروکوئینون(THQ ( هستند.بازدارنده بوتیل کتکول نوع سوم با سیستم کیومن هیدروپروکسید موثرنیست.
رزینهای پلی استرغیر اشباع بطور گسترده در سراسر دنیا استفاده میشوند. زنجیر اصلی پلیمری این رزین دارای اتصالات استری میباشد که از واکنش تراکمی یک ترکیب الکلی چند عاملی و یک اسید چند عاملی مانند گلیکول و اسید فوماریک تهیه میشود. بنابراین با طراحی فرمول و کنترل اسیدهای اشباع و غیر اشباع، کاتالیستها، دما وزمان واکنش، مجموعه کاملی از رزینها را میتوان تولید نمود که برای کاربردهای مختلف مناسب باشند.
·          پلی استر غیر اشباع با استایرن مخلوط می‌شود و میتواند از طریق پیوندهای دوگانه موجود در هر دو جزء، شبکه‌ای شود. معمولا رزین به هنگام مصرف با استایرن مخلوط بوده و برای رسیدن به خواص مختلف دارای اجزای ذیل می تواند باشد:
·           سیتم پخت؛ به منظور شروع و تسریع واکنش شبکه ای شدن، در دمای محیط یا دمای بالا
– عوامل کنترل جریان پذیری؛ به منظور کنترل جریان رزین و جلوگیری از شُرّه کردن رزین در لایه گذاری سطوح عمودی و ریخته گری رزین
·          جاذبuv به منظور افزایش مقاومت در برابر نور خورشید
·          فیلر به منظور کاهش جمع شدگی و قیمت و ایجاد خواصی چون مقاومت شعله و آتش
·          پیگمنت؛ به منظور رنگ دادن به قطعه و زیبایی آن –تغلیظ کننده‌ها؛ به منظور تغلیظ کردن فرمولاسیونهای مورد استفاده درSMC وBMC
·          عوامل آغشته سازی؛ به منظور بهبود آغشته سازی فیلرها و الیاف با رزین به منظور حصول چسبندگی مناسب
·          ضد حباب؛ به منظور سهولت در خروج حباب از رزین و کاهش حفره در محصول نهایی
·          جداکننده قالب؛ به منظور تسهیل جدا شدن قطعه از قالب و جلوگیری از تابیدگی و صدمه به سطح قطعه رزینهای پلی استردر فرایندهای مختلفی از قبیل لایه گذاری دستی، پاشش رزین، RTM، ریخته گری، پولتروژن، SMC وBMC
کامپوزتهای پلی استر-شیشه به لحاظ حجم مصرف، بیشترین اهمیت را دارا هستند و یافتن نمونه هایی از این مواد در محل کار و زندگی ما بسیار آسان است.کامپوزیتهای پلی استری تا دمای حدود ۲۵۰ درجه سانتیگراد مقاومند ولی مداومت حضور در این دما و دماهای بالاتر موجب افت خواص آن میشود. همچنین بعد از پخت، حدود ۵ تا ۸ % حجمی جمع شدگی(Shrinkage) دارند. در مورد کاربرد الیاف شیشه به همراه رزین پلی استر باید از ژل کوت مناسب استفاده کرد تا از نفوذ رطوبت به فصل مشترک الیاف و رزین جلوگیری شود. بدلیل طبیعت قطبی ساختار پلیمری، کاربرد آنها در نزدیکی وسایل الکتریکی با فرکانس بالا محدودیت دارد.
 
مواد زمینه عموما بسپارها، دو نقش اساسی ایفا می کنند:
اول: بارها را به تقویت کننده منتقل می کنند.
دوم : تقویت کننده را از آثار محیطی ناسازگار محافظت می کنند.
مواد زمینه عموما بسپارها ، سرامیکها یا فلزات اند. زمینه های بسپاری، موسوم به رزین ، متداولترین اند و معمولا به دو گروه گرما نرم ها و گرما سخت ها تقسیم می شوند. ساختار بین مولکولی این دو نوع بسپار متفاوت است . حالت نهایی گرما سخت ها شبکه ای شدن است در حالی که گرما نرمها عموما شبکه ای نمی شوند. به طور کلی گرما سخت ها رزین های مایعی هستند که به منظور حصول اتصال عرضی در ساختار مولکولی ، با حرارت فعال (پخت) می شوند، در حالی که گرما نرمها جامداتی هستند که برای حصول حالت جامد ، ذوب، شکل ذهی و سپس سرد می شوند. از نظر تاریخی گرما سختها ماده اصلی زمینه ی چند سازه ها بوده اند ، اگر چه امروزه کاربرد گرما نرمها در بسیاری از موارد رو به افزایش است . در جایی که زمینه های بسپاری ، معمولا به علت محدودیت دمایی ، جوابگو نباشد غالبا از زمینه های سرامیکی و فلزی استفاده می شود. پلاستیکهای گرما نرم و گرما سخت هر دو از زنجیرهای مولکولی تشکیل می شوند . زنجیر های مولکولی مواد گرما سخت توسط پیوند های شیمیایی (اتصال عرضی ) به هم متصل می شوند ، ولی در مورد مواد گرما نرم چنین وضعیتی وجود ندارد . مواد گرما سخت و گرما نرم به سبب ساختار شیمیایی متفاوت خواص منحصر به دارند . ذوب مجدد گرما سخت ها به سبب شبکه ای شدن امکانپذیر نیست ، در حالیکه درمورد گرما نرمها به سبب ذوب شدن چنین قابلیتی ندارند. گرما سخت ها معمولا صلبتر از گرمانرمها هستند و عموما در دماهای بالاتر کارایی بهتری دارند،(اگر چه امروزه کارایی بعضی از گرما نرمهای کارآمد در دمای بالا معادل متداولترین گرماسختهاست.). نهایتا گرما سختها برای شبکه ای شدن و رسیدن به یک حالت مطلوب به پخت نیاز دارند در حالی که گرما نرمها پس از گرما دهی و قالب گیری به شکل مورد نظر ، سرد میشوند و به حالت جامد مناسب در می آیند . بدین ترتیب معمولا زمان فراورش گرما سختها به مراتب طولانی تر است. اما زمان پخت پلی استرهای گرما سخت رایج در صنعت اتومبیل حدود یک تا دو دقیقه است که چندان طولانی تر از سیکل زمانی بعضی گرما نرمها نیست. از طرف دیگر، اپوکسیهای مورد استفاده در صنایع هوا_فضاجهت پخت معمولا به سیکل زمانی چند ساعته نیاز دارند. 
رزین های پلی استر سالهاست که پلی استرها بازار فروش چند سازه های تجاری تقویت شده با الیاف شیشه را در دست دارند. این حاکمیت چنان گسترده است که گاهی واژه فایبرگلاس به جای نام چند سازه کامل ساخته شده از رزین پلی استر با تقویت کننده ی الیاف شیشه به کار می رود، مثلا گفته می شود؛ قایق فایبرگلاس . کاربردهای اصلی پلی ساترهای تقویت شده شامل بدنه ی کشتی ها، اتاقک دوش ، دستگاههای تهویه مطبوع ، کانال کشی خودروها ، بدنه ی اتومبیل و…. که تنها چند مورد استفاده از کاربرده هستند. پلی استرها عموما ارزانترین رزین ها برای چند سازه ها هستند که این امر به کاربرد گسترده آنها منجر شده است . اما، کارایی کمتر در دمای بالا، مقاومت کمتر در برابر هوازدگی و خواص فیزیکی پایینتر آنها نسبت به سایر رزینهای موجود کاربرد آنها در چند سازه های پیشرفته را محدود نموده است. ساختار شیمیایی پلی استر پلی استرها از بسپارش تراکمی یک دی اسید و یک دی الکل به وجود می آیند. دی اسید به معنی وجود دو گروه آلی اسیدی در یک مولکول است و دی الکل موسوم به دیول ، دارای دو گروه الکلی است. در شکل زیر ، یک واکنش نوعی نشان داده شده است. در این واکنش ، یک گروه اسیدی دی اسید با یک گروه الکلی دیول واکنش می دهد ، نتیجه اینکه دو گروه مولکولی اتصای می یابند و آب به عنوان محصول جانبی مشتق می شود . گروه اتصالی تشکیل شده استر نامیده می شود.

واکنش دهنده ها:

محصولات اولین واکنش تراکمی:

پلیمر:

در این مرحله محصول در یک انتها هنوز دارای گروه اسیدی و در انتهای دیگر دارای گروه الکلی است. قابلیت انجام واکنش تراکمی در این رو انتها هنوز هم وجود دارد و این عمل مرتبا تکرار می شوند. بنابراین، در صورت کافی بودن مقادیر واکنش دهنده ها ، زنجیرهایی ازگروه های اسیدی الکلی پشت سر هم تشکیل خواهد شد و همچنان که در مرحله ی بسپارش در شکل قبل نشان داده شده است، زنجیرها ، واحدهای تکراری منظمی خواهند داشت. این زنجیرها به پلیمر (بسپار) موسوم اند. وn نشان دهنده یتعداد واحدهای تکراری در زنجیر بسپار نوعی است. عددn در بسیاری از بسپارها به چند صد می رسد ولی در بعضی از آنها این عدد کمتر از ۲۰ است. از آنجایی که گروه اتصالی حاصل از واکنش اسیدها و الکلها استر است ، بسپارهای تشکیل شده پلی استر نامیده می شوند. ( به طور کلی بسپارهای پخته نشده رزین نامیده می شوند.(

شبکه ای شدن پلی استر:

پلیمرهای حاصل از واکنش نشان داده شده در شکل (۱) شبکه ای نیستند چون هیچ پیوند شیمیایی بین زنجیرهای متفاوت تشکیل نشده است (زنجیرها به طور مکانیکی در هم می پیچند که این شبکه ای شدن نیست.) به هر حال ، دی اسید انتخابی در این مورد (مالئیک اسید) دارای پیوند دو گانه کربن _ کربن است که به واکنش پلیمر شدن تداوم می بخشد و در هر واحد تکراری بسپار وجود دارد. (درمورد یک واکنش دهنده یا بسپار حاوی پیوند دوگانه کربن _ کربن غالبا وازه ی سیر نشده به کار میرود. بنابراین، مالئیک اسید یک اسید سیرنشده و بسپار حاصل یک پلی استر سیر نشده است. ) این سیر نشدن مهم است ، چون پیوند دو گانه کربن –کربن موضع شبکه ای سازی است. شبکه ای شدن توسط واکنش بسپارش افزایشی حاصل می شود که در شکل (۲) نشان داده شده است. در این واکنش از یک شبکه ساز (مثل استیرن) استفاده می شود که از واکتش آن با زنجیرهای پلی استر ، اتصال عرضی ایجاد می شود.( علاوه بر این، استیرن باعث کاهش گرانروی اولیه در نتیجه بهبود فراورش می شود.) شروع شبکه ای شدن توسط مولکولی طورت می گیرد که به سهولت رادیکالهای آزاد ( جزء شیمیایی با الکترون جفت نشده) تولید میکند. رایجترین گروه از مولکولهای مولد رادیکال آزاد ، پراکسیدهای آلی هستند . سرعت تولید چنین رادیکالهایی شدیدا به دما بستگی دارد . بنابراین با ازدیاد دما می توان واکنش تولید رادیکا لهای آزاد را، که به نوبه خود باعث شروع واکنش شبکه ای شدن می شود ، سرعت بخشید. گاهی ترکیبات آغازگر واکنش به اشتباه کاتالیزور نامیده می شوند (آنها در واقع کاتالیزگر نیستند و در حین واکنش مصرف می شوند.) در اثر حمله ی رادیکالهای آزاد به پیوندهای ذو گانه ی کربن_کربن و اتصال آنها به یکی از کربنهای این نوع پیوند ، پیوند دو گانه به پیوند ساده تبدیل می شود و یک رادیکال آزاد جدید ر روی کربن دیگر پیوند دو گانه ی پیشین به وجود می ایند. سپس این رادیکال آزاد جدید به هر پیوند دو گانه ی کربن_کربن آزادانه واکنش می دهد. از آنجا که تحرک استیرن از مولکولهای پلی استر خیلی بیشتر است، محتمل ترین پیوند دو گانه ی جدید واکنش پذیر در استیرن وجود دارد.

واکنش دهنده ها:

مرحله آغاز:


مرحله ی پل زدن:



این یک مرحله ی پل زدن است که در شکل (۲) نیز نشان داده شده است . نتیجه ی این مرحله ، ایجاد پیوند بین مولکولهای استیرن و پلی استر و نیز تشکیل یک رادیکال آزاد جدید روی استیرن است. برای این رادیکال آزاد هم امکان واکنش با هر پیوند دو گانه ی کربن _ کربن وجود دارد و واکنش با یک مولکول دیگر پلی استر ممکن است به ایجاد اتصال عرضی کامل و یک رادیکال آزاد جدید در مولکول دوم منجر شود که واکنش زنجیری را تداوم می بخشد. نتیجه ی کلی این عمل ، یک شبکه ی بزرگ از بسپارهای متصل به هم است که در آن استیرن به عنوان شبکه ساز یا پل بین زنجیرهای بسپار عمل می کند. چون مقادیر پراکسید عموما کم است (مثلا حدود ۱%) در ساختار نهایی شکل (۲) پراکسید متصل به مولکول پلی استر دیده نمی شود و عموما چنین موردی مشاهده نمی شود مگر در انتهایی ترین اتصال عرضی . این مکانیزم شبکه ای شدن به شبکه ای شدن افزایشی یا رادیکالی موسوم است. واکنش کامل شبکه ای شدن پخت نامیده می شود. استیرن تنها شبکه ساز (گاهی اوقات مواد شبکه ساز، سیستم پخت نامیده می شود.) سیستم های پلی استری نیست ، اگر چه بیشترین کاربرد را دارد. سایر مواد شیمیایی مورد استفاده عبارتند از : وینیل تولوئن، کلرو استیرن، متیل متاکریلات، و دی آلیل فتالات. خواص شیمیایی . فیزیکی بسپارهای شبکه ای متاثر از سیستم پخت است. برای مثال، کلرواستیرن باعث دیرسوزی بسپار می شود.

کاربرد و نگهداری پلی استر:
عموما رزینهای پلی استر به عنوان سیستم رزین (رزین پلی ساتر، سیستم پخت، پرکننده ها، و بازدارنده ها) در یک مخزن و آغازگر در مخزن جداگانه حمل و نگه داری می شوند. مواد داخل مخزن به نسبتهای مناسب با هم مخلوط می شوند و برای پخت دما را افزایش می دهند. گاهی، مخلوط رزین خود به خود شبکه ای می شوند(بدون افزودن آغازگر). از آنجا که واکنش شبکه ای شدن گرما زاست، واکنش به محض شروع سریعا پیش می رود. برای جلوگیری از انجام این امر، مولکولهای جاذب رادیکال های آزاد به مخلوط رزین افزوده می شوند. این مولکولها به بازدارنده موسوم اند و نوعی از آنها هیدروکینون است. اما، حتی با وجود بازدارنده ها، شبکه ای شدن رزین امکان پذیر است، به همین علت مخلوط رزین عموما پس از مدت زمان معینی دور ریتخه می شوند و یا دست کم جهت اطمینان از شبکه ای شدن مورد آزمایش قرار می گیرند. مدت زمان مجاز برای نگه داری رزین، زمان انبارداری یا عمر نگه داری و برای رزینهای حاوی آغازگر عمر مصرف نامیده می شوند. آزمایشی که اغلب جهت تشخیص قابل مصرف بودن رزین انجام می شود، گرانروی است. اگر گرانروی خیلی بالا باشد، شبکه ای شدن آغاز شده و رزین غیر قابل مرف است. گاهی، به سبب حضور بازدارنده ها یا به طور ساده به خاطر نیاز به تسریع واکنش (مثلا زمانی که پخت در دمای اتاق صورت می گیرد.) سرعت پخت بسیار کند است. در چنین مواردی، می توان از شتاب دهنده ها استفاده کرد . از این دست مواد می توان کبالت نفتنات، دی اتیل آنیلین، دی متیل آنیلین را نام برد. این مواد را یا خود سازنده و یا مصرف کننده سیستم رزین استفاده می کنند. از سایر افزودنی های شیمیایی ، می توان جفت کننده ها را نام برد. این مواد شیمیایی باعث بهبود پیوند بین رزین پلی استر پخت شده و تقویت کننده ی الیاف شیشه می شوند. معمولا یک سر این مواد که از مشتقات سیلان است با الیاف شیشه و سر دیگر آنها با رزین سازگاری دارند. بنابر این، آنها به عنوان پل بین رزین و تقویت کننده عمل می کند. خواص پلی استر: امکان انتخاب واکنش دهنده های موسوم به تکپارها از مجموعه ی وسیعی از دی اسیدها و دیولها جهت تامین خواص شیمیایی و فیزیکی ویژه ، یکی از مزایای رزین پلی است است. برخی مشاهدات در مورد خواص و ساختار شیمیایی انواع پلی استر ها عبارتند از: _ دیول یا دی اسد ممکن است سیر نشده باشد. _ انیدریدها باعث حذف آب به عنوان محصول جانبی و در نتیجه بهبود فراورش می شوند. _ زمانی که واکنش دهنده ها خطی یا آلیفاتیک (یعنی فاقد حلقه بنزن) باشند، بسپاز حاصله انعطاف پذیر است. _ وجود حلقه بنزن(که به افزایش خواص آروماتیکی می انجامد)، صلبیت و پایداری گرمایی را افزایش می دهد. _ واکنش دهنده های زنجیری بلند باعث بهبود مقاومت شیمیایی ، پایداری گرمایی و جکع شدگی می شوند. تکپارهای خطی (آلیفاتیک) ارزانترین و رایجترین پلی استرهای مصرفی اند. در صورتی که پایداری گرمایی یا استحکام بالاتر مورد نظر باشد، بسپارهای ارتو (از اسید ارتو فتالیک) مورد استفاده قرار می گیرد.
رزین پلی استر ماده ای است که در مجسمه سازی و کارهای صنعتی و تولید سنگ مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد. رزین پلی استر وقتی با هاردنر (خشک کن) مخلوط می گردد پس از مدتی حرارت آن بالا می رود و به حالت ژله در می آید و سپس سخت و محکم می گردد. به هنگام سفت شدن پلی استر، مولکول ها به هم نزدیک شده و مقداری از محلول نیز تبخیر می گردد، در نتیجه، حجم پلی استر بعد از بستن، اندکی کاهش می یابد. پلی استر سخت شده را دیگر نمی توان به حالت مایع برگرداند و مناسب ترین درجه برای کار با پلی استر، حرارت بیست درجه می باشد.
پلی استر مایع، بوی زننده ای دارد و اگر روزانه مقدار پنج کیلوگرم از آن مصرف شود بی ضرر است، ولی بیش تر از این مقدار را باید در اتاقی که تهویه می شود، انجام داد.
رزین پلی استر به بعضی اجسام مانند چوب می چشبد. برای جلوگیری از این امر می توانیم از پارافین و یا فیلم نیز استفاده کنیم. فیلم، مایعی است که با قلم مو بر سطح قالب زده می شود و پس از خشک شدن، یک لایه نایلون مانند نازک ایجاد می کند. رزین پلی استر باید در جای خنک و تاریک نگهداری شود. عمر رزین در صورتی که مرغوب باشد، به دوازده ماه می رسد. پلی استر بعد از بستن، محکم، غیر سمی و غیر متخلخل می گردد و می توان آن را سوهان زد و یا با مته سوراخ نمود. انواع رنگ های پودری را می توان با رزین پلی استر مخلوط نمود تا به صورت رنگین در آید. رزین پلی استر در مقابل نور تغییر رنگ نمی دهد. هاردنرهای مورد استفاده در پلی استر، به دو صورت مایع و خمیری وجود دارند که کار کردن با نوع خمیری ساده تر است، هاردنر مایع به رنگ آب است و بوی تندی دارد.

میزان هاردنر در رزین پلی استر:

با کم و زیاد کردن هاردنر، می توان زمان سفت شدن را تنظیم نمود. قانون کلی میزان هاردنر در رزین پلی استر های شفاف، ۲درصد است. رزین پلی استر در لایه های نازک خیلی به کندی سفت می شود و قسمت بالای آن به حالت چسبنده باقی می ماند. در این موارد، باید مقدار هاردنر را به ۴درصد رساند. اگر ضخامت پلی استر زیاد باشد، احتمال ترک خوردگی پیش می آید که در این مورد، باید میزان هاردنر را یک درصد انتخاب نمود. وقتی که قالب پلاستیکی است و نسبت به حرارت حساس می باشد نیز باید میزان هاردنر را کاهش داد. اگر مقدار هاردنر از ۴درصد تجاوز کند، باعث می شود پلی استر خیلی ترد و شکننده شود. برای این که پلی استر حالت قابل انعطافی داشته باشد، بایستی میزان هاردنر را یک درصد گرفت.

ماده شتاب دهنده در رزین پلی استر (کاتالیزور):

ماده شتاب دهنده، مایعی است به رنگ بنفش که از ترکیبات کبالت است. مقدار ماده شتاب دهنده در رنگ و زمان بستن پلی استر تاثیر می گذارد. بسیاری از شتاب دهنده ها زمان سفت شدن را به جلو می اندازند و باعث می شوند پلی استر میل به زردی یا قرمزی پیدا کند. ماده شتاب هنده در ایجاد حرارت به هنگام بستن نیز تاثیر می گذارد. وقتی ماده شتاب دهنده بیشتر باشد، به دلیل تسریع عمل پلیمریزاسیون، حرارت بیشتری تولید می گردد. برای آماده کردن پلی استر اول ماده شتاب دهنده را در آن می ریزیم و خوب به هم می زنیم و سپس ماده ی هاردنر را به آن می افزاییم. باید بسیار دقت داشت که هیچ گاه شتاب دهنده و هاردنر را همزمان با هم مخلوط نکرد، زیرا واکنش نشان داده و تولید گرمای زیاد و در نهایت آتش سوزی و یا انفجار می کند.

 زمان بستن پلی استر:

زمان بستن پلی استر به مقدار ماده شتاب دهنده و مقدار ماده هاردنر و دمای هوای اتاق بستگی دارد. زمان بستن پلی استر شفاف، طولانی تر از زمان بستن پلی استر غیر شفاف است. درجه حرارت پایین در اتاق باعث می شود عمل بستن به تعویق بیفتد. اگر درجه حرارت اتاق زیر ۱۵درجه سانتی گراد باشد، در پلی استر شفاف عمل سفت شدن صورت نمی گیرد. در این صورت گفته می شود که پلی استر منجمد شده است. ولی پلی استر غیر شفاف در حرارت بالای ۱۲درجه می تواند سفت شود.
لایه های نازک پلی استر برای سفت شدن به مدت طولانی تری نیاز دارند. پلی استر بعد از بستن، تا چندین روز به سخت شدن ادامه می دهد. بنابراین باید برای صاف کاری آن بعد از چند روز که از قالب بیرون آمد اقدام نمود. مدت بستن پلی استر را می توان با قرار دادن مجسمه در فر آشپزخانه در حرارت ۵۰تا ۸۰درجه به نیم ساعت رساند.

میزان انقباض پلی استر:

پلی استرهای مختلف، معمولا بین ۵تا ۸درصد حجم خود را در طی زمان انعقاد از دست می دهند. این خاصیت دارای مزایا و مضراتی است. مزیت آن در این است که به علت کوچک شدن، از قالب ساده تر بیرون می آید. ضرر آن در این است که اگر یک لایه از آن را روی لایه دیگری که منعقد شده بریزیم، به علت این که لایه قبلی به علت انقباض با دیواره قالب فاصله پیدا کرده است، به داخل آن فاصله راه پیدا می کند و حجم زائدی را به وجود می آورد که بعدا باید تراشیده شود.
 

 رنگ کردن مجسمه های پلی استری:

می توان پودر رنگ یا خمیر رنگ (پیگمنت) که به مادر رنگ معروف است را با پلی استر مخلوط نمود و خوب به هم زد و سپس کبالت را به آن اضافه کرد. پس از انجام مراحل بعدی و انعقاد مجسمه، وقتی آن را از داخل قالب بیرون بیاوریم، مجسمه رنگی یکدست خواهد داشت.
مجسمه های پلی استری را همچنین می توان با جوهر و رنگ فوری مخصوص اتوموبیل رنگ آمیزی کرد. با جوهر رنگ مقداری استون یا تینر فوری مخلوط می کنیم و با قلم مو آن را به روی مجسمه پلی استری می کشیم. یکی دیگر از رنگ های مورد استفاده برای پلی استر، رنگ های آلکید می باشند.
برای سفید کردن پلی استر از خمیر رنگ سفید و پودر تیتان می توانید استفاده کنید. برای تبدیل پلی استر به فلز از پودر اکلیل و انواع پودر فلزها می توان استفاده نمود.
برای کم مصرف شدن پلی استر از مواد حجم دهنده مانند پودر کربنات کلسیم و تالک و مل و پودر چوب می توان استفاده کرد ولی از گچ و مواد آهکی پرهیز نمایید.
پراکسید (خشک کن) را در انتها اضافه نمایید تا برای سفت شدن زمان را از دست ندهید.
برای توخالی بودن مجسمه یا هر شیئی فقط باید قالب را بطور مدام تا ژله شدن پلی استر چرخاند و برای بسته شدن محل انتهای قالب در نهایت مقداری از پلی استر ترکیب شده را داخل قالب ریخته و آن ایستاده قرار می دهیم تا بسته شود.
 

سیلیکون قالبسازی

بهترین قالب برای پلی استر، سیلیکونRTV2 برای اشیائ دارای خط تقارن که از قالب به سختی بیرون می آیند مناسب است در غیر ایصورت ازPVC یا قالب گوشتی و سایر قالب ها می توان بهره برد.
سیلیکون ازجمله مواد پلیمری است که ازترکیب اتم های سیلیسیم و اکسیژن تشکیل شده است. این ساختمان مولکولی موجب مقاومت بیشتر آن در برابرحرارت نسبت به مواد آلی دیگر میگردد. با فرمولهای مختلفی از این مواد میتوان به طیف وسیعی از حالتهای فیزیکی دست یافت.
سیلیکونها را میتوان بصورتهای مختلف تولید نموده و مورد استفاده قرارداد.
·         سیلیکونهای مایع (روغن سیلیکون)
·         سیلیکونهای گرما پخت (HTV)
·         سیلیکونهای هواپخت(RTV)
 
سیلیکونهای مایع:
در مواقعی که بخواهیم ویسکوزیته سیلیکون مورد استفاده را کاهش دهیم از این مواد استفاده می نماییم. در ضمن این مواد باعث کاهش سختی پس از عملیات پخت نیز میگردند.

 سیلیکونهای گرما پخت (HTV high temperature vulcanization):

با توجه به خواص بالای این مواد میتوان از آنها در ساخت قطعاتی که درمعرض حرارت میباشند استفاده نمود. ازجمله کاربردهای این مواد ساخت قالبهای عمومی و ریخته گری می باشد. از جمله کاربردهای این مواد می توان به ساخت قالبهای سرامیک سازی و واشر سازی نام برد.

سیلیکونها هوا پخت (RTV Room temperature vulcanization):

قابلیت پخت در دمای اتاق و نیز انعطاف پذیری و عدم چسبندگی به سطوح را دارد. با توجه به ویسکوزیته این مواد میتوان از این مواد در کپی برداری از سطوح ومدلها استفاده نمود. این مواد بسیار منعطف بوده و استفاده از آن به دفعات تاثیری در کیفیت این مواد ندارد. با استفاده از کاتالیستهای ویژه میتوان سرعت پخت را تا حدزیادی افزایش داد.
کاربرد:
ساخت قالبهای عمومی، ساخت قالبهای دقیق مدل سازی، ریخته گری های سریع و مکرر، تکثیر در سرامیک سازی، صنایع سرامیک سازی، صنایع مجسمه سازی، قالبها ی مقاوم در برابر کشش، صنایع واشر سازی، ورق های طلاکوبی ، روان کننده ها و جدا کننده ها، قالب محصولات پیچیده با ابعاد دقیق.
 
رزین اپوکسی
رزینهای اپوکسی به عنوان رزینهای اپوکسید نیز شناخته میشوند. ویژگی شناسه این رزینها دارا بودن بیش از یک گروهepoxy در ساختار مولکولی است. این گروه ممکن است در بدنه زنجیر باشد ولی معمولاَ در انتها قرار دارد.
در شرایط مناسب واکنش، گروه اپوکسی میتواند با اسیدها، انیدرید اسیدها، آمینها و الکل واکنش تراکمی به همراه جابجایی هیدروژن به گروه اتیلن اکسید، بدهد. این واکنشها امکان افزایش طول زنجیر یا شبکه ای شدن را بدون آزاد کردن مولکولهای کوچک مانند آب فراهم میکند. بنابراین محصولات اپوکسی در مقایسه با اکثر رزینهای گرما سخت، جمع شدگی کمتری در اثر پخت نشان می دهند.
باید متذکر شد که محدوده وسیعی از رزینهای اپوکسی و محصولات شبکه ای شده متنوعی وجود دارد.
ساختار شیمیایی رزینهای اپوکسی شامل دو بخش اپوکسی و هاردنر می باشد. بخش هاردنر ممکن است آلیفاتیک، سیلکوآلیفاتیک و یا هیدروکربن شدیداَ حلقوی باشد. در عمل محصول واکنش بیس-فنلA و اپی کلروهیدرین اغلب رزینهای اپوکسی متداول را تشکیل میدهند. این محصولات ۸۰ تا ۹۰% سهم بازار را به خود اختصاص داده‌اند.

قبلا رزین اپوکسی تقریبا تنها به عنوان پوشش سطح استفاده میشد. قبل از جنگ جهانی دوم، بالا بودن هزینه های تولید بیس فنلA و اپی کلروهیدرین مانع از تجاری شدن کاربرد رزین اپوکسی شده بود. تلاشهای بعدی و ابداع روشهای تولید جدید، موجب پیدایش مقبولیت اقتصادی این رزینها شد. در حال حاضر نیمی از رزینهای تولید شده در کاربردهای روکش سطح استفاده میشوند. باقیمانده در صنایع الکتریکی و الکترونیک، هوا فضا و ساختمان و سایر کاربردها، استفاده میشوند. بر حسب تناژ، مصرف اپوکسی حدود یک دهم پلی استر میباشد.

اپوکسی گروههای عاملی فعال زیادی دارد و میتواند در حضور عوامل پخت وهاردنرها، یک ساختار شبکه ای را تشکیل دهد. خواص محصولات پخت شده اپوکسی بستگی دارد به:

• نوع اپوکسی
• نوع و مقدارهاردنر
•  میزان شبکه ای شدن
• طبیعت و حجم مواد افزودنی

در بازار عوامل پخت متنوعی با ویژگیهای طول عمر، انعطاف، پخت سریع و سمیت کم وجود دارند.ساختار مولکولی و خواص رزین پخت شده، بستگی به طبیعت سیستم پخت دارد. اگر چه سیستمهای پخت مختلفی وجود دارد، ولی میتوان آنها را به دو گروه آمینها و انیدریدها تقسیم کرد.
رزینهای اپوکسی و عوامل پخت تنها اجزاء یک فرمولاسیون نیستند. برای برخی کاربردها، ممکن است اپوکسی اصلاح نشده دارای خواص نامطلوبی از قبیل ویسکوزیته بالا، گران قیمت بودن و مقاومت ضربه پایین در برخی کاربردهای ویژه باشد. بنابراین دراغلب موارد ممکن است توسط موادی چون رقیق کننده، چقرمه کننده، فیلر و تقویت کننده همراه شود. انتخاب صحیح رزین،هاردنر و افزودنیها اجازه میدهد که خواص مورد نظر تامین شود. این تنوع عامل عمده رشد پایه اپوکسیها در مدتهای طولانی است.
علاوه بر این ساختار متنوع، اپوکسیها دارای ویژگیهای ذیل نیز هستند:

•  مقاومت شیمیایی عالی (بویژه در محیطهای قلیایی(
• چسبندگی خوب به مجموعهای از بسترهای مختلف
• استحکام کششی، فشاری و خمشی بسیار بال
• پایین بودن جمع شدگی پخت
• پایداری ابعادی
• عایق عالی الکتریسیته
• دوام بالا در پیری و شرایط سخت محیطی
• قابلیت پخت در دماهای مختلف
• مقاومت خستگی ممتاز
• بی بو و بی مزه

رزینهای اپوکسی در کاربردهای مختلفی از قبیل پوشش سطح، چسب، روکش ، ابزار سازی و کامپوزیتها، استفاده میشوند.
لمینیتهای اپوکسی از اهمیت فوق العادهای در صنایع هواپیماسازی برخوردارند. بسیاری از قطعات ساختاری از جنس الیاف کربن و رزین اپوکسی جایگزین آلیاژهای فلزی مرسوم شده و نتایج مطلوبی نیز داشتهاند. همچنین از این رزین به همراه الیاف آرامید، در ساخت موتور راکت و کپسولهای تحت فشار به روش رشته پیچی استفاده میشود.

علاوه بر آن رزینهای اپوکسی بطور وسیعی به همراه الیاف و ساختارهای لانه زنبوری برای ساخت ملخ هلی کوپتر استفاده میشود. رزینهای اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن و آرامید در ساخت قایقهایی که در آنها ضمن حفظ وزن، استفاده بیشتر از فضا در همان استحکام مورد نظر است، بجای پلی استر- شیشه استفاده می‌شوند.

همچنین کامپوزیتهای آرامید –اپوکسی برای جایگزین فولاد در کلاه خودهای جنگی استفاده میشوند.
رزین اپوکسی(Epoxy Resin) مصالحی دو جزئی (ترکیب رزین اپوکسی و هاردنر) با خاصیت چسبندگی بسیار خوب به بسترهای مختلف، مقاومت شیمیایی بالا (بویژه در محیط های شدید اسیدی و قلیایی) و استحکام کششی، فشاری و خمشی بسیار بالا می‌باشند. رزین اپوکسی عایق عالی الکتریسیته بوده و مقاومت حرارتی تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد را تحمل می‌کنند. رزین اپوکسی پر کاربردترین رزین مصرفی در صنعت مقاوم سازی باFRP بوده و بعد از رزین های پلی استر غیر اشباع، بیشترین مصرف را در تهیه مواد کامپوزیتFRPدارد. به خاطر بالا بودن قیمت رزین اپوکسی، حجم مصرف آنها در تهیه مواد کامپوزیتFRP کم می‌باشد.
امروزه بسیاری از قطعات کامپوزیتی از جنس پلیمرهای الیاف کربن، شیشه یا آرامید در ترکیب با چسب اپوکسی (رزین اپوکسی و هاردنر) جایگزین آلیاژهای فلزی مرسوم و کامپوزیت های پلی استر شیشه شده‌اند. چسب اپوکسی در ساخت مخازن تحت فشار، ساخت اعضای مقاومت بالا(کامپوزیت های ساخته شده با الیاف کربن و رزین اپوکسی)، جلیقه ضد گلوله (کامپوزیت الیاف آرامید و رزین اپوکسی)، صنایع هواپیما سازی، الکتریکی، ساختمان و صنایع دریایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. رزین اپوکسی کاربردهای مختلفی از قبیل پوشش سطح، کف سازی صنعتی، FRP لاینیگ مخازن و لوله ها و کامپوزیت ها نیز دارند.
شرکت مارین سازه ارائه دهنده محصولات اپوکسی شرکت های آلمانی در ایران هستند. محصولات این شرکت در مقایسه با اکثر رزین های گرما سخت ترموست، جمع شدگی کمتری در اثر پخت (پس از خشک شدن) نشان می‌دهند. محدوده وسیعی از رزین اپوکسی و محصولات شیمیایی توسط شرکت مقاوم سازی مارین سازه تامین می‌شود. هاردنر این شرکت، بادوام، دارای تنوع انعطاف پذیری و قابلیت پخت تنظیم شده‌ای می‌باشند. انتخاب صحیح رزین های اپوکسی، هاردنر، افزودنی ها و تقویت کننده های لازم، امکان استفاده برای مصارف گوناگون را تامین می‌کند.

مشخصات مکانیکی رزین اپوکسی

دارا بودن ویژگی‌های مکانیکی خوب، عملا باعث شده است که این رزین ها در ساخت مواد کامپوزیت مقاومت بالا، مورد استفاده نیز قرار بگیرند. ویژگی های مکانیکی رزین ها و چسب اپوکسی به شرح زیر است:
جرم حجمی ۱۰۰۰ ۱۵۰۰kg/m3، مدول الاستیسیته کششی ۳ ۵GPa تنش نهایی کششی ۸۰MPa 60، تنش نهایی خمشی ۱۰۰ ۱۵۰MPa، تغییر طول نهایی ۲تا ۵درصد، مقاومت برشی ۳۰ ۵۰MPa، دمای تغییر شکل تحت بار ۲۹۰درجه سانتیگراد.
استفاده از رزین اپوکسی منجر به تولید ماده کامپوزیتFRP با کیفیت بالا می‌شود. برای رسیدن به کیفیت نهایی مناسب، نیاز است زمان انتقال و پلیمریزاسیون نسبتا زیادی را در حدود چند ساعت تا چند ده ساعت در درجه حرارت نسبتا بالا بین ۵۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد وجود داشته باشد. از خصوصیات رزین های اپوکسی می‌توان نکات زیر را مطرح کرد:
رزین ها و چسب اپوکسی در کاربردهای پیشرفته مانند هواپیماسازی و کاربردهای فضائی و دفاعی و همچنین در بسیاری از بتن های تقویت شده با کامپوزیت مورد استفاده قرار می‌گیرند با این حال بیشترین مصرف را در کارهای مقاوم سازی باFRP داراست. رزین‌های ایوکسی در ویسکوزیته های مختلف در دسترس می‌باشند و هاردنر های (مواد پخت یا سخت کننده ها) گوناگونی برای آنها وجود دارد رزین های ایوکسی بسیار مقاوم‌تر از پلی استرهای تجاری و وینیل استرها هستند و برای تقویت اولیه سازه های بتنی بیشتر از رزین اپوکسی استفاده می‌شود. در ضمن مقاومت قلیایی بیشتری نیز از خود نشان می دهند. اپوکسی ها در دماهای نزدیک به ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد پخته می‌شوند ولی برای مقاوم تر کردن آنها در مقابل دماهای بالاتر لازم است که در هنگام پخت حرارت بیشتری به آنها داده شود. بیشتر اپوکسی های مورد استفاده معمولاً شکلو ابعاد قالب را به خوبی حفظ می کنند. متداولترین عامل پخت چسب های اپوکسی‌ هاردنر دی اتیل تری آمین(DETA Hardener)  یا هاردنر تتا می‌باشند. زمان و حرارت لازم برای پخت اپوکسی ها توسط هاردنر تتا به نوع رزین اپوکسی مصرفی بستگی دارد. یک سری مواد تسریع کننده نیز وجود دارند که به رزین های اپوکسی اضافه می شوند تا سرعت پخت را افزایش دهند. می‌توان با استفاده از رزین اپوکسی هایی بر پایه نوولاکNovalac به مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به سایر رزین های اپوکسی دست پیدا کرد.
 

رزین اپوکسی نسبت به رزین پلی استر دارای مزایای زیر می‌باشند:

·         خصوصیات مکانیکی رزین اپوکسی نظیر استحکام کششی، مقاومت خمشی، مقاومت فشاری، مقاومت در برابر شوک، خزش و …، بیشتر از خصوصیات مشابه در رزین های پلی استر می‌باشد
·         خصوصیات مکانیکی کامپوزیت ساخته شده توسط رزین اپوکسی با هاردنر تتا(TETA Hardener) تا درجات حرارت حدودا ۱۰۰ درجه سلسیوس تغییر پیدا نمی‌کند.
·         رزین اپوکسی دارای محدوه‌ای وسیع از خواص مکانیکی و فیزیکی هستند که توسط افزودن مصالح گوناگون نظیر فیلرها و تیکسوتروفها این مقادیر بهینه و حتی بیشتر نیز می‌گردند.
·         در فرآیند پخت رزین اپوکسی با هاردنرهای مختلف نظیر هاردنر تتا و …مونومرهای فرار و سمی وجود ندارد.
·         رزین های اپوکسی در هنگام قالبگیریکامپوزیتی افت بسیار ناچیز (از نیم تا یک درصد) دارند و در هنگام پخت با هاردنر هایی نظیر هاردنر تتا، جمع شدگی بسیار ناچیزی دارند.
·         مقاومت رزین اپوکسی مجاورتو مقابله با مواد شیمیایی مهاجم و حلالهای عالی بسیار عالی می‌باشد.
·         چسبندگی رزین اپوکسی به سطوح مورد نظر بتنی و فولادی و نیز الیافFRP  بسیار عالی می‌باشد.
·         رزین اپوکسی توانایی اشباع سازی بسیار عالی انواع مختلف الیافFRP و تقویت کننده ها را دارند.
·         معایب رزین های اپوکسی را نیز به صورت زیر می‌توان لیست کرد:
·         قیمت رزین اپوکسی نسبت به انواع رزین های پلی استر گران تر می‌باشد.
·         زمان پخت به هاردنر رزین اپوسی یا زمان پلیمریزاسیون ان نسبتا زیاد بوده و عمل آوری آن به طبع زمان‌بر خواهد بود.
·         هاردنر پخت رزین اپوکسی ها باید با احتیاط حمل شوند و موقع استفاده از هاردنرها دقت زیادی باید صورت گیرد زیرا امکان دارد سبب حساسیت پوستی شود.
·          در مجموع رزین اپوکسی به تنهایی زیاد شکل پذیر نبوده و حساس به ترک خوردگی است.
 

 
رزین‌وینیل‌استر
وینیل استرها محصول واکنش رزینهای اپوکسی با اسیدهای غیر اشباع اتیلنی میباشند بجز حالات خاص، معمولا رزینهای وینیل استر دارای انتهای غیر اشباع میباشند. این انتها میتواند واکنش شبکه ای شدن را انجام دهد و نیز میتواند پلیمریزاسیون زنجیرهای وینیل استر را انجام دهد و یا اینکه به همراه استایرن کوپلیمر شود.
اکثر وینیل استرهای مرسوم با استریفیکاسیون یک رزین دی اپوکسید با یک اسید مونوکربوکسیلیک غیر اشباع، ساخته میشوند. میتوان آنها را به تنهایی با واکنش رادیکال آزاد پخت نمود و یا در مونومری مانند استایرن حل نمود و رزین مایع بدست آورد. در این صورت، وینیل استر را میتوان مانند رزین پلی استر استفاده نمود.
رزینهای وینیل استر خواص چقرمگی و مقاومت شیمیایی بسیار بهتری نسبت به رزینهای پلی استر دارند. زنجیر اصلی اپوکسی سازنده وینیل استر، موجب پیدایش چقرمگی و ازدیاد طول کششی بالاتر میشود. جرم مولکولی رزینهای وینیل استر به انتخاب نوع اپوکسی بکار رفته بستگی دارد. به این دلیل، استحکام کششی، ازدیاد طول، نقطه نرمی و واکنش پذیری رزین نهایی توسط جرم مولکولی و ساختار اولیه تعیین میشود. این موضوع، این امکان را بوجود میآورد که برای کاربردهای مختلف خواص مختلف طراحی شود.
رزینهای وینیل استر در مقایسه با پلی استرهای غیر اشباع مقاومت شیمیایی خوبی دارند.
بخشی از این ویژگی مربوط به عدم حضور پیوندهای استری در زنجیره اپوکسی میباشد. اتصالات اجزاء پلیمر، توسط پیوندهای فنیل استری انجام میگیرد. این اتصالات درمقایسه با اتصالات استری در برابر اکثر محیطهای شیمیایی بویژه در شرایط قلیایی شدید مقاومترند.
اتصال استری تنها در انتهای زنجیر وینیل استر وجود دارد. این امر حملات عوامل شیمیایی را به حداقل می‌رساند.
 

رزین فنولیک

رزینهای فنولیک از واکنش تراکمی فنلها و فرم آلدهید تهیه میشوند. مکانیزم واکنش بین فنل و فرم آلدهید هنوز بطور کامل شناخته شده نیست. با این وجود این مشخص است که واکنش شروع توسط فعال شدن حلقه بنزنی با گروههای هیدروکسیل مانند متیلول صورت میگیرد. در واکنش فنل-فرم آلدهید سه مرحله اصلی وجود دارد:
مرحلهA: اغلب محصولات اولیة تراکم، الکلها هستند. رزین در این مرحله، گرمانرم است و در حلالهای غیر آلی (معدنی) حل میشود.
مرحلهB : پیشرفت بیشتر واکنش تراکمی و شبکهای شدن جزئی به همراه افزایش جرم مولکولی و ویسکوزیته و کاهش انحلال. در این حالت رزین پخت کامل نشده و گرمانرم و ذوب میشود ولی به هنگام سرد شدن، سخت و شکننده میشود.
مرحلهC : میزان پلیمریزاسیون و شبکه ای شدن بسیار زیاد است. رزین غیر قابل ذوب و انحلال میباشد.

این واکنش دو نوع رزین فنولیک تولید میکند که رزول و نوالاک نامیده میشوند. رزینهای رزول در حضور یک کاتالیست قلیایی مانند آمونیاک، کربنات سدیم یا هیدروکسید سدیم تولید میشوند. واکنش پخت محصول توسط گرما دادن در یک قالب با دمای بالاتر از نقطه ژل قابل انجام است. رزینهای رزول دارای گروههای فعال متیلول و هیدروکسیل هستند.
در دمای بالاتر، رزولها بدون افزودن عامل پخت، مولکولهای بزرگتر و با شبکه های متیلنی تشکیل میدهند. در این حالت واکنش فنل- آلدهید یک نوع واکنش تراکمی است چون آب به عنوان محصول جانبی خارج میشود.
پلیمریزاسیون فنل- فرم آلدهید به رزین نوالاک با حضور یک کاتالیست اسیدی انجام میشود. اسید اکسالیک و اسید سولفوریک دو کاتالیست مرسوم در این واکنش هستند. معمول است که نسبت فنل به فرم آلدهید ۱به ۸ /۰باشد، محصول مذاب حاصل سرد میشود و به تدریج شیشه ای میگردد. این ماده شیشه ای به دقت خرد شده، پودر حاصل با کاتالیست پخت هگزامتیلن تترامین(HMTA )، فیلر و تقویت کننده مخلوط میگردد تا یک ترکیب قالبگیری بدست آید.
رزینهای فنولیک معمولا کدر هستند و رنگ آنها از کهربایی(amber) کم رنگ و قهوهای تیره تا سیاه تغییر میکند. رنگ تیره رزینهای فنولیک کاربرد آنها را محدود میکند. رزینهای فنولیک در اشکال پولک، فیلم مایع و پودر موجودند.رزینهای فنولیک جزء رزینهای با کاربرد عمومی محسوب میشوند ولی میتوان آنها را برای سازه های مهندسی آمیزه سازی نمود. فنولیکها دومین رتبه را در رزینهای گرما سخت پر مصرف دارا هستند.رزینهای فنولیک بدون فیلرها شکننده هستند و کاربرد فیلرها و سایر افزودنیها به منظور ایجاد خواص مطلوب در آنها عادی است. رزینهای فنولیک بدلیل تفاوتهای فیزیکی و شیمیایی اجزاء خواص متنوعی را در بر میگیرند.
برخی از انواع رزینهای فنولیک عبارتند از:

•  گرید کاربرد عمومی(پر شده با خرده چوب(
• گریدNon Bleeding رزول مایع، پر شده با شیشه
•  گرید مقاوم دربرابردما(پر شده با میکا و مواد معدنی(
•  گرید مقاوم در ضربه(پر شده با سلولز،لاستیک،شیشه و الیاف(
• گریدویژه یا الکتریکی(پر شده با میکا و شیشه(
• رزینهای قالبگیری فنولیک از نوالاک ساخته میشوند اگر چه رزول نیز در برخی موارد بکار میرود.

 
خواص رزینهای قالبگیری فنولیک عبارتند از:

• سهولت قالبگیری
• پایداری ابعادی بسیار خوب و دقیق
• مقاومت در برابر خزش
• مقاومت بالا در برابر تغییر شکل
• مقاومت حرارتی خوب
• مقاومت الکتریکی خوب
• مقاومت شیمیایی خوب
• مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی خوب
• جذب آب پایین
•  کیفیت مناسب در ماشینکاری

 
کاربردهای مرسوم از این مواد عبارتند از:

سازه های عایق برای ولتاژ بالا، چرخ دنده ها،water lubricater bearing ، مغزی میز دکوری.از دیگر کاربردهای رزینهای فنولیک، ساخت فوم است. البته فوم فنولیک در مقایسه با فوم پلی پورتان و پلی استایرن، گرانتر است ولی بدلیل غیر مشتعل بودن و سمیت پایین گازهای حاصل از سوختن، خواص برتری دارد.

دسته دیگری از رزینها با نام آمینو رزین نیز میتوانند همراه رزینهای فنولیک دسته بندی شوند. این رزینها کم مصرفند. رنگ سفید آنها باعث طرح امکان جایگزینی بجای فنولیکها شد. رزینهای فنولیک بدلیل تیرگی رنگ، فقط در ساخت قطعات تیره کاربرد دارند.رزینهای آمینو، گرما سختهایی هستند که از واکنش گروه آمینو یک ماده با فرم آلدهید ساخته میشوند. دو آمینوی معروف و مرسوم اوره و ملامین و رزینهای حاصل اوره-فرم آلدهید و ملامین- فرم آلدهید میباشند.

در مقایسه با فنولیکها رزینهای اوره- فرم آلدهید ارزانترند و رنگ آنها روشنتر است. همچنین مقاومت آنها در برابر ترک خوردگی الکتریکی بیشتر است ولی مقاومت حرارتی کمتری دارند.محدوده کاربرد فیلرها معمولا محدود به فیلرهای سفید کننده برای پودر چوب و الیاف خرد سلولز و نیز امکان کاربرد تقویت کنندههای معدنی یا لیفی است.

رزینهای ملامین فرم آلدهید در مقایسه با فنولیکها و اوره-فرم آلدهید عملکرد بهتری دارند ولی گرانترند. ویژگیهای مطلوب آنها عبارتند از: جذب آب پایین، مقاومت حرارتی و لکه پذیری، سختی و عایق الکتریکی.
 

سایر رزین‌ها

پلی ایمیدها:

صنعت هوافضا پس از جنگ جهانی دوم رشد سریعی داشت. و موجب افزایش تقاضا برای کامپوزیتهای مهندسی در تکنولوژیهای جدید شد. فلزات مرسوم و کامپوزیتهای معمول در آن زمان نمی توانستند نیازهای فنی جدید را تامین نمایند.آنها به مواد جدیدی احتیاج داشتند که سبک باشند، پایداری حرارتی و اکسیداسیونی خوبی داشته باشند و خواص مکانیکی خوبی داشته باشند. تا آن زمان پلیمرهای جدیدی با خواص عالی حرارتی معرفی شده بودند ولی تنها عده ای از آنها موفقیت تجاری داشتند. علت این امر مشکلات فنی ساخت و قیمت بالای آنها بود.
اولین دسته پلی ایمیدهای تجاری اوایا سالهای دهه ۶۰معرفی شد.تداوم موفقیت این پلیمرها حاصل از فراوانی و ارزانی مواد اولیه آنها و امکان ساخت و طراحی پلیمرهایی با خواص مورد نظر از آنها بود.
پلی ایمیدها از گروهی از مونومرهای دی انیدریدی و دی آمینی تهیه میشوند و مشخصه آنها واحدهای تکراری ایمید در زنجیر مولکول است. این ساختار موجب پایداری حرارتی و اکسیداسیونی آنها میشود. پایداری بالای اکسیداسیون حرارتی توسط مونومرهای با ساختار حلقوی، قابل دستیابی است.پلی ایمیدها معمولا از طریق تبدیل یک اسید آمیک به یک ساختار ایمیدی شده با واکنش تراکمی، فرآیند میشوند و این امر فرایند آنها را مشکل میکند. استفاده از آنها به عنوان ترکیبات قالبگیری دشوار است. برای ساخت سازه های کامپوزیتی، فشار بسیار بالا و کنترل دقیق فرآیند پس- پخت برای خروج محصولات جانبیِ حاصل از پلیمریزاسیون تراکمی ضروری است.
اگرچه پلی ایمیدها به عنوان رزینهای گرما سخت دسته بندی میشوند (بدلیل شرایط خاص فرآیند و دمای ذوب بالای آنها)، یک دسته از پلی ایمیدها در گروه مواد گرمانرم قرار میگیرند. پلی ایمیدهای گرمانرم با روشهای مشابه سایر گرمانرمها، شکل داده میشوند، به دلیل آنکه پلی ایمیدهای ترموپلاستیک شبکه نمیشوند، میتوان آنها را در حلالهای منتخب حل کرد.
Peek:
کامپوزیتهایpeek  گرما سخت تقویت شده با الیاف معمول، استحکام و سختی بالایی از خود نشان میدهند ولی رفتار شکننده ای دارند.

این رزینها امکان جذب مقادیر بالای انرژی را بدون تخریب و صدمه و کاهش استحکام ندارند. حتی ضربه های با سرعت پایین میتواند کاهش شدیدی در استحکام فشاری این مواد ایجاد نماید. اخیرا کامپوزیتهای با ماتریس گرمانرم توسعه یافتهاند. شناخته شده ترین آنها کامپوزیتهای الیاف کربن و رزین پلی اتر اتر کتون( PEEK ) میباشد.

PEEk یک پلیمر حلقوی است وTg آن ۱۴۳درجه سانتیگراد و نقطه ذوب آن ۳۳۴درجه سانتیگراد میباشد. یک پلیمر نیمه کریستالی است و در شرایط عادی فرآیند به حداکثر درجه کریستالینیی ۵۰ % میرسد. با این وجود معمولا میزان کریستالینیتی محصول پایین است و به حدود ۳۰ % میرسد.در دمای اتاق و سرعت پایین کرنش ، PEEK قادر به تغییر شکل پلاستیک و رسیدن به کرنش شکست تا ۱۰۰%میباشد. کامپوزیتهای بر پایهPEEK با فرآیند قالبگیری فشاری ساخته میشوند.پیش آغشتهPEEk در چهار چوب قالب به صورت توده قرار میگیرد و تحت فشار در دمای ۳۸۰درجه سانتیگراد قالبگیری میشود. سایر روشها مانند قالبگیری اتوکلاو، فشاری و شکل دهی دیافراگمی نیز قابل استفاده است. محصولات حاصل کیفیت بسیار خوبی دارند و دارای حداقل حباب و سطح بسیار خوب نهایی میباشند.

رزینهای طبیعی

بدلیل نگرانیهای زیست محیطی، و امکان پایان ذخایر نفتی ساخت کامپوزیتهای با پایه رزینهای طبیعی از منابع قابل تجدید ، اهمیت یافته است. کم کردن وابستگی صنایع کامپوزیتهای پلیمری به نفت، با کاربری رزینهای طبیعی امکان پذیر است.
دانشمندان علاقه زیادی به تحقیق و توسعه پلیمرهای حاصل از منابع قابل تجدید کشاورزی به جای هیدروکربنها دارند. آنها تلاشهایی برای استفاده های روغن سویا(soybean) برای تولید کامپوزیتهای زیست تخریب پذیر، ارزان و سبک، انجام داده اند.اخیرا روشهایی برای ایجاد سایتهای فعال روی مولکولها و امکان ایجاد شبکه متراکم ابداع شده است. افزودن گروههای عاملی مختلف به مولکول میتواند شکل واکنشهای شیمیایی را تغییر دهد. خواص رزینهای بر پایه روغن سویا می تواند توسط دستکاریهای ژنتیکی در حال انجام توسط شرکتهایی مانندDUPONT وMONSANTO تغییر یابد

 رزین‌ مورد استفاده در مصالحFRP

رزین یا ماتریس به کار رفته در ساختFRP به صورت یک محیط چسباننده برای نگه داری الیاف در کنار هم عمل می‌کند. بنابراین رزین با مقاومت پایینی که دارد، نقش چندان مهمی در خواص مکانیکی کامپوزیت هیا ساخته شده بر عهده ندارد. علاوه بر نگه­داری الیاف در کنار هم، رزین موجود در مصالحFRP به عنوان عامل محافظت الیاف در برابر عوامل محیطی و همچنین عامل توزیع تنش روی وجه ورقه‌FRP نیز محسوب می‌شود. چسب به کار رفته در مصالحFRP می‌تواند یک ترکیب ترموست یا ترموپلاستیک باشد. چسب‌های ترموست در مقابل درجه حرارت سخت هستند و با افزایش حرارت روان نمی‌شوند در حالی که رزین‌های ترموپلاستیک در مقابل حرارت، ذوب و در اثر سرد شدن مجدد سخت می‌شوند.
برای ساخت مصالحFRP بیشتر از ترموست‌ها استفاده می‌گردد. پلیمر های ترموست پس از سخت شدن دیگر نمی‌توانند توسط گرما به حالت خمیری باز گردند. مهمترین ماتریس های پلیمری گرما سخت(thermoset) عبارتند از رزین پلی استر، رزین ونیل استر و رزینهای اپوکسی و از انواع ترموپلاستیک ها می‌توان به نایلون اشاره کرد. در مجموع نقش ماتریسهای پلیمری در کامپوزیتFRP را می‌توان به صورت زیر لیست کرد.
·          انتقال تنش بین الیاف تقویت کنندهFRP
·          احاطه کردن و نگه داشتن ساختار الیافFRP
·          محافظت الیافFRP از آسیب های محیطی
·          ممانعت از کمانش احتمالی فیبر الیافFRP موقع اعمال بارهای فشاری
·          خواص پلیمری ماتریس در برش های داخلی صفحه کامپوزیتFRP موثر است.
·          ماتریس پلیمری یک عامل نگهدارنده جانبی در مقابل خم شدگی الیافFRP تحت بار فشاری می باشند.
خواص مکانیکی کامپوزیتFRP به دو عامل حرارت و سرعت اعمال بار بستگی دارد. مدول ارتجاعی اف آر پی ها در دماهای بالاتر ازTg دمای نرم شدن پلیمر، کاهش قابل ملاحظه ای پیدا می کند و به ۲۰ درصد مقاومت خود می‌رسد. در صورتی که اثر سرعت اعمال بار برعکس اثر دما می‌باشد یعنی با افزایش سرعت اعمال بار، پلیمر جامد رفتار شکننده تر از خود نشان می‌دهد. در کارهای ساختمانی به خاطر Tg بالاتر، کمتر از ترموست‌ ها استفاده می‌شود.
پرکننده ها یا فیلر(Filler)  را می‌توان برای کاهش قیمت رزین و کنترل جمع شدگی یا شرینکیج(Shrinkage)، بهبود خواص مکانیکی و دادن خاصیت مقاوم سازی در مقابل حریق و آتش سوزی بـه ترموستها و ترموپلاستیک ها اضافه نمود. در کاربردهای ساختمانی و مقاوم سازی پرکننده ها طوری انتخاب می شوند که انتقال تنش را بهبود دهند و همچنین از مقدار ترکها در مناطقی که با الیاف تقویت نشده‌اند، بکاهند. معمولا بسته به مورد از کربنات کلسیم، پودر تالک و الیاف شیشه خرد شده به عنوان فیلر در صنعت کامپوزیت استفاده می‌شود.


رزین­ های پلیمری عملکردی مشابه چسب دارند و جهت اتصال الیاف و ورق­ های‌FRP به بتن مورد استفاده قرار می­گیرند.بایستی توجه داشت که اتصال ضعیفFRPها به بتن ممکن است جداشدگی بین بتن وFRPرا موجب شود. استفاده از چسب­ های اپوکسی، شکل پذیری و مقاومت برشی تیرها را بالا می­برد و این چسب­ ها به­ اندازه­ای قوی هستند که باعث جلوگیری از جداشدگی ورق­های FRP از مصالح بتنی می­گردند. مشخصات این چسب­ ها می­توانند توسط آزمایش­ های مناسب مشخص گردد.
طیف گستردهای از رزین های پلیمری شامل اندودها، خمیرها، پرکننده ها، بتونه ها و چسب ها در سیستم های FRP استفاده میشوند. از جمله متداولترین رزین ها می توان به اپوکسی ها، وینیل استرها و پلی استرها اشاره کرد که در گستره وسیعی از شرایط محیطی به کار میروند. در تولید رزین خواص زیر موردتوجه قرار میگیرند
·         سازگاری و چسبندگی به سطح بتنی
·         سازگاری و چسبندگی به سیستم FRP
·         مقاومت در برابر عوامل محیطی نظیر رطوبت، شوری آب، دمای بال و محیط های شیمیایی در مجاورت بتن نمایان
·         قابلیت پرکنندگی
·         کارایی
·         مدت زمان ماندگاری مواد اختالط شده متناسب با شرایط اجرایی
·         سازگاری و چسبندگی با الیاف مسلح کننده
·         ایجاد خصوصیات مکانیکی مناسب برای کامپوزیت FRP

برای مطالعه بیشتر روی مطالب زیر کلیک کنید.

مزایا و معایب میراگرهای اصطکاکی 
 

شرکت فنی و مهندسی مارین سازه مفتخر است آمادگی خود را به منظور ارائه خدمات فنی و مهندسی ( طرح و اجرا ) در زمینه‌های مختلف مهندسی به شرح زیر در شهرهای تهران، کرج، هشتگرد، قزوین، سمنان، قم، قشم، کیش و سایر نقاط کشور اعلام نماید.

1.   طراحی، تولید، نصب و راه‌اندازی انواع اسکله‌های شناور بتنی در کاربری‌های متنوع و چند منظوره
2.   بهسازی لرزه‌ای و مقاوم‌ساز انواع سازه‌ها و ساختمان‌ها ( طرح و اجرا ) 
3.   طراحی و اجرای کلیه نقشه‌های معماری و سازه
4.   طراحی و اجرای سازه‌های خاص