الیاف آرامید (Aramid)

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی الیاف آرامید (Aramid)

آرامید (پلی آمید معطر) یک ماده پلیمری ساخته شده با مدول بالا و ساخت بشر است که برای اولین بار در سال 1965 کشف شد. پس از سالها تحقیق تجربی ، بالاخره روشی برای تولید این ماده به شکل الیاف توسعه یافت. الیاف آرامید در ابتدا برای کاربردهای تجاری تا اوایل دهه 1970 تولید می شدند. تلاش ها برای ترکیب این الیاف به عنوان نوعی تقویت کننده در بتن ، از اواخر دهه 1970 آغاز شد. نتیجه گرفته شده است که خصوصیات مکانیکی ماتریس سیمان تقویت شده با الیاف آرامید به اندازه کافی جذاب است تا مطالعات بعدی را تضمین کند . با این حال ، هزینه بالای الیاف آرامید محدودیت در پذیرش تجاری بوده است.

الیاف آرامید دارای مقاومت کششی نسبتاً بالا و مدول کششی بالایی هستند ، همانطور که در جدول 4.1 نشان داده شده است. الیاف آرامید دو و نیم برابر الیاف شیشه E و پنج برابر الیاف فولاد در واحد وزن استحکام دارند.

مقاومت الیاف آرامید تا 320 فارنهایت (160درجه سانتیگراد) تأثیر ندارد

ج) الیاف آرامید پایداری ابعادی را تا 392 درجه فارنهایت (200 درجه سانتیگراد) از خود نشان می دهد و در برابر خزش مقاوم است . رشته آرامید با تعداد مختلف الیاف با قطر متفاوت نیز موجود است.

بتن مسلح با الیاف آرامید

کامپوزیت های سیمان تقویت شده با الیاف آرامید را می توان با استفاده از تکنیک های معمولی اختلاط و شکل گیری یا با استفاده از فرایندهای ساخت مشابه فرآیندهای تولید سیمان آزبست ساخت . از آنجا که الیاف آرامید نسبتاً گرانتر از سایر الیاف پلیمری هستند ، بتن مسلح با الیاف آرامید در درجه اول بعنوان جایگزین سیمان آزبست در برخی از کاربردهای تنش زیاد مورد استفاده قرار گرفته است. همانند سایر الیاف جایگزین آزبست ، الیاف آرامید هنگام استفاده در فرآیند ساخت Hatschek از ویژگی های فیلتراسیون ضعیفی برخوردار هستند. بنابراین هر زمان که از روش ساخت Hatschek یا روش مشابه استفاده شود ، باید از آنها با یک الیاف فیلتراسیون مناسب استفاده شود .

کامپوزیت های آرامید FRC نیز با استفاده از تکنیک مکش اسپری تهیه شده اند . با استفاده از این روش ، الیاف آرامید و دوغاب سیمان اتمیزه از منابع جداگانه تهیه و به طور همزمان بر روی سطح صاف پاشیده می شوند تا توزیع الیاف تصادفی حاصل شود. آب اضافی با استفاده از مکش از زیر از مخلوط حاصل خارج شده و سطح بالایی صاف می شود. محتوای الیاف تا 2 درصد حجمی بدست آمد .

نتایج آزمایشات کششی ، خمشی و تأثیر Izod (آزمون مقاومت در مقابل ضربه)برای نمونه های آزمایشی که تحت شرایط مختلف پخت قرار دارند ، در جدول 4.2 گزارش شده است.

شرایط پیری در بین نمونه های آزمایش متفاوت بود. نتایج آزمون با نتایج آزمایشات انجام شده بر روی نمونه های "کنترل" به منظور ارزیابی دوام مقاومت طولانی مدت FRC آرامید مقایسه شد. نمونه های شاهد قبل از آزمایش تحت درمان نرم و مرطوب 28 روزه قرار گرفتند. نتایج آزمون همانطور که در جدول 4.2 نشان داده شده است ، موارد زیر را نشان می دهد:

1. برای سه محیط پخت انتخاب شده (دو سال آب در دمای 68 درجه فارنهایت [20 درجه سانتیگراد] ، دو سال در هوا در 68 درجه فارنهایت [20 درجه سانتیگراد] و دو سال در هوای طبیعی در گارستون ، انگلستان) UTS و MOR کاهش نیافت. برای شرایط ذخیره سازی هوا ، فشار به شکست و مقاومت در برابر ضربه افزایش یافته و استرس PEL کاهش می یابد. برای شرایط ذخیره آب ، فشار به شکست و مقاومت در برابر ضربه کاهش می یابد.

2. رفتار مواد برای ذخیره زیر آب در 140 درجه فارنهایت (60 درجه سانیگراد) مشابه آنچه پس از ذخیره سازی در 68 درجه فارنهایت (20 درجه سانتیگراد) مشاهده شد.

3. قرار گرفتن در معرض هوا در دمای 300 درجه فارنهایت (150 درجه سانتیگراد) به مدت 45 روز منجر به کاهش جزئی PEL و UTS کششی شد.

4- مقاومت های کششی ، خمشی و ضربه ای برای نمونه های اتوکلاو شده تقریباً 30 درصد کمتر از نقاط قوت نمونه های شاهد بود.

شکل 4.2 رفتار ترکیبی در خم شدن پس از دو سال پیر شدن در محیط های مختلف را نشان می دهد. شکل 4.3 رفتار ترکیبی در خم شدن پس از اتوکلاو و پس از چندین هفته پیر شدن در محیط های مختلف را نشان می دهد. این نتایج آزمون نشان داد که می توان انتظار داشت که کامپوزیت های آرامید FRC بیشترین مقاومت و شکل پذیری اولیه خود را پس از مدت طولانی قرار گرفتن در معرض محیط های نامطلوب حفظ کنند .

بارگذاری خمشی حلقوی برای ارزیابی مقاومت در برابر خستگی کامپوزیت های آرامید FRC انجام شد. نتایج آزمون نشان داد که کامپوزیت در برابر تنش به طور معنی داری بیشتر از حد الاستیک متناسب (PEL) مقاوم است. بعد از یک میلیون چرخه بارگیری در زیر PEL (تقریباً 2175 psi [15 MPa]) هیچ خرابی ثبت نشده است .

آزمایشات کششی برای ارزیابی اثرات الیاف های مختلف بر مقاومت کششی کامپوزیت های آرامید FRC انجام شد. محتویات الیاف بین صفر تا 2 درصد حجمی بود و جهت الیاف یک جهته بود. نتایج نشان داد که میزان خم شدن بیش از حد (BOP) برای محتوای الیاف بالاتر از 1.45 درصد کاهش یافته است. با این حال ، با افزایش محتوای الیاف ، UTS ، Young's Modulus و مقاومت آن افزایش یافت.

محققان عملکرد سیمان ، بتن و ملات تقویت شده با الیاف آرامید ، به ویژه در مقاومت ، مقاومت در برابر ضربه و عملکرد خمشی را نشان داده اند. هزینه نسبی این الیاف کاربرد گسترده محدودی دارد.