مادة مركبة
المادة المركبة أو مادة مؤلفة Composite Material هي جسم يتكون من مادتين مختلفتين على الأقل, شرط أن لا يتم ذوبان أحد الأجسام عند إلتقائه بالجسم الآخر وأن تكون قابليةالانضمام بينهما عالية وأن لا يختلفا اختلافاً كبيراً في الخصائص الفيزيائية أو الكيميائية.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
خلفية تاريخية
استعمل المصريون القدامى المواد المركبة في البناء عن طريق خلط الطين بالتبن. في الحيات اليومية يتم ذلك في : الاثاث المنزلي يتكون و لو جزئيا من الخشب الرقائقي ، الجدران تتكون من اسمنت و تراب و حصى, ممتص الصدمات بالسيارة هو خليط من ألياف اصطناعية و عجينة من البلاستيك, تطبيقات تمهيد الطرق الخ.
اهم المواد المركبة
يتم استعراضها بذكر اسم الالياف المكونة للمواد المركبة:
- الياف الزجاج: تستعمل في الاجهزة الرياضية, حمامات السباحة ، إلسيارات
- الياف الكربون: تستعمل خاصة في الصناعات الجوفضائية, و هي غالية الثمن, وهي تستخدم على نطاق واسع في الالواح الشمسيه ، مولدات الطاقة الهوائية.
- الخشب الرقائقي
- الاسمنت المسلح في الهندسة المدنية
- الاراميد:يستعمل في الملابس الواقية من الرصاص و الحماية من الالات الحادة.
- الجلار (الجيم المصريه) : خليط من الياف الزجاج و الالومنيوم.
التقوية
التقوية أو الدعامة Reinforcement هو الهيكل الذي يتحمل القوى الميكانكية. و يمكن ان يتمثل في عدة أشكال:الياف قصيرة ، ألياف طويلة مسترسلة و ذلك حسب الاستخدام المناط.
الوسط
الأرضية أو الوسط أو المصفوفة Matrix و هو الطور المتصل الذى يفصل بين حبيبات أو ألياف التقوية , ويفضل هنا استخدام لفظ الأرضية أو الوسط لمعناهما المعبر أما لفظ المصفوفة فخاص أكثر بجبر المصفوفات
هدف استعمال الوسط هو ايصال المجهود الميكانيكي إلى التقوية. وهي تضمن حماية التقوية من العوامل الخارجية. و نتبين وجود ثلاث أنواع من الأوساط:
المواد المركبة ذات الوسط العضوي
يتم فيها استعمال الپوليمير كالپوليستر, الفينول ، الفينيل استر, الپوليپروپلين ، الپولي أكريليك إلخ
المواد المركبة ذات الوسط الخزفي
للتطبيقات العليا في الجوفضاء ، النووي ، المجال العسكري .
المواد المركبة ذات الوسط المعدني
في هذه الحالة: يكون الوسط معدني (ألومنيوم ، زنك ، مغنسيوم ، نيكل) و التقوية معدنية أو خزفية
المواد المركبة ودورها في صناعة الطائرات
المميزات
تفوقت المواد المركبة (composite materials) على المواد الإنشائية التقليدية في كثير من المميزات، فعلى سبيل المثال:
- متانة أكبر بكثير من متانة المواد الإنشائية التقليدية
- سهولة تشكيل الأشكال المعقدة وبأحجام وأبعاد كبيرة
- خفة الوزن بشكل كبير بدون التأثير على خواص المتانة.
- انخفاض معدلات التعب والزحف والعسو إلى مرحلة يمكن اعتبارها غير موجودة نهائياً
- مقاومة حرارية عالية (بالنسبة لخلائط السيراميك.
- مقاومة أكبر للمواد الكيميائية والعوامل الجوية (لا تصدأ)
- ممانعة هائلة لعدم انتشار الشقوق أو crack الذي قد يحدث نتيجة للاهتزاز، وبالتالي فهي ممتازة كمحاور دورانية
هذه الأسباب كلها دفعت بالمواد المركبة إلى أعلى القائمة وجعلتها العنصر المفضل في إنشاء الطائرات، وعلى الرغم من ذلك فإن الطائرات في يومنا هذا لا تزال تحتوي الكثير من العناصر الإنشائية العادية إلا أن المستقبل القريب يبشر بإمكانات أوسع للمواد المركبة. فيما يلي مخطط بسيط لإظهار كيفية تقدم استخدام المواد المركبة في إنشاء الطائرات.
المساوئ
- تغير خواصها الميكانيكية والفيزيائية بشكل أسرع من المواد التقليدية تحت الظروف المختلفة.
- عمرها أقصر من عمر المواد التقليدية
- مقاومتها الحرارية لا تزال منخفضة (رغم وجود دراسات حالية تجري بهذا الشأن، يكفي بأن نقول بأن مقدمة المكوك الفضائي مصنوعة من المواد المركبة وهي التي تتحمل القسم الأكبر الناتجة عن طاقة الاحتكاك مع الغلاف الجوي حال عودته إلى الأرض)
- مواد كيميائية مضرة بالبيئة غالباً لا يمكن إعادة تصنيعها ويصعب التخلص منها
المصادر
- كتاب إنشاءات الطيران - جامعة حلب - د. عمر سواس
- ويكيبيديا العربية