חומרים מרוכבים



חומרים מרוכבים (composite materials) משלבים לרוב מטריצה פולימרית וחלקיקים או סיבים, במטרה לשפר תכונות נבחרות. במקרים רבים ניתן לשלב תכונות בולטות של משריינים כגון חוזק, קשיות, עמידות כימית, מקדמי דיפוזיה נמוכים ועמידות בפני זחילה, עם אלו של המטריצה, בהן עמידות בנגיפה, גמישות, עבידות וייצוריות. התוצאה היא חומר מרוכב בעל תכונות משופרות, ואף סינרגיה של תכונות המרכיבים.


ניתן לסווג חומרים מרוכבים לפי סוג המשריין:

 

  1. חומרים מרוכבים עשויים סיבים רציפים: לשימושים בהם נדרש חוזק גבוה, קשיחות גבוהה (ניתן לשלב סיבי פחמן עם חוזק של עד כ- 5 GPa ומודול של 300 GPa ויותר, סיבי זכוכית זולים יותר בעלי מודול של 70 GPa, או סיבי קוולר Kevlar בעלי חוזק מתיחה גבוה ומשקל נמוך), עמידות תחת עומס לאורך זמן, יציבות מימדית. חומרים אלה מאפשרים לתכנן את כוון הסיבים בכל למינה (שכבה) ולתכנן מוצרים לחוזק מכסימאלי בכוון ההעמסה. המטריצה יכולה להיות תרמוסטית, תרמופלסטית ואף אלסטומרית (גומי).
     

  2. חומרים מרוכבים עם סיבים קצוצים ו/או חלקיקים: מתאימים ליישומים בהם הדרישות המכאניות נמוכות מהקודמים, עם זאת, ניתן לקבל מודול אלסטיות יחסית גבוה (עד כ- 40 GPa), ולשפר תכונות ביחס למטריצה. במקרים רבים המשריין משמש כמלאן (filler) והוא מביא להוזלה של חומר הגלם. קבוצה זו כוללת ננו-מרוכבים בהם נעשה שימוש בסיליקה, חרסית, סיבי זכוכית או פחמן, ננו-סיבי פחמן (carbon nanotubes), גרפן (graphene) ותוספים אחרים, המתפזרים במטריצה בצורה אחידה. הזרקה של ננו-מרוכבים על בסיס מטריצה תרמופלסטית גורמת להכוונת הסיבים וליפור תכונות מכניות ופיסיקליות, למשל מקדם התפשטות תרמית נמוך. שילובם בתרמופלסטיים או בגומי מקנה פרמאביליות נמוכה לממיסים וגזים שונים, ואף מוליכות חשמלית ותרמית.

 

להן דוגמאות של מחקרים ועבודות פיתוח שנעשו במרכז הפלסטיקה בשנים האחרונות:

 

  • חומר מרוכב מוליך חשמל על בסיס אפוקסי עם ריכוזים נמוכים מאוד של ננו-סיבי פחמן וגרפן ננומטרי (expanded graphene) לתעופה וחלל.

  • מערכות אפוקסי מסוג HOT MELT להספגת סיבי פחמן ואחרים לשימוש בכלי טיס.

  • משטחים סופר-הידרופוביים על בסיס מלאן ננומטרי במטריצות שונות.

  • שיפור תכונות מכניות והקטנה התפשטות תרמית של תרמופלסטיים באמצעות מלאנים ננומטריים.

  • ננו-מרוכבים להדפסה תלת מימדית.

  • ננו-מרוכבים על בסיס סיבים ממקורות טבעיים, כגון קש חיטה, צלולוז וקנאף.

  • גומי משוריין בבדי פחמן ו/או קוולר לצמיגים מיוחדים.

  • הרכבי גומי ננו-מרוכב לשיפור תכונות מכניות ופיסיקליות, שיפור חסמות למעבר גזים.

     

תהליך הנדסת פולימר פלסטיק

חומרים פולימרים | מוצרי פלסטיק רפואיים | פלסטיק מתכלה | פולימריזציה | תכנון ופיתוח מוצרי פלסטיק וגומי | פולימרים וחומרי פלסטיק מוליכים | חומרים מרוכבים