مقاومة الربط (Bonding Strength) بين الألياف والأرضية هي من العوامل الرئيسية في تحديد السلوك الميكانيكي للمادة المركبة فالربط القوي بين مكونات هذه المادة ضروري لتكون فعالة أثناء التحميل والخدمة.
إن الربط البيني القوي جداً يكون مادة مركبة ذات جساءة عالية لكنها هشة , أما الربط الضعيف فيقلل من الجساءة ويزيد من المتانة . لذا يجب إن يكون الربط البيني مناسبا للحصول على مادة مركبة ذات جساءة جيدة ومتانة مناسبة.
الربط الجيد بين الألياف والأرضية يسمح لانتقال الحمل المسلط من الأرضية إلى الألياف . الشكل (1-4) يوضح نموذجا من مادة مركبة مقواة بألياف مستمرة معرضه إلى حمل شد , فإذا كان السطح البيني بين الليف والأرضية خال من الفجوات كما في الشكل (1-4 a) يحدث انتقال كامل للحمل والإجهاد , أما إذا كان الربط غير جيد مع وجود فجوات في السطح البيني بين الليف والأرضية كما في الشكل (1-4 b) فأن انتقالاً غير كامل للإجهاد المطبق سوف يحدث , بحيث إذا كان طول الفجوة (1%) من طول السطح البيني تنخفض مقاومة القص البينية إلى (7%) .
شكل (1-4) يوضح حالة انتقال الإجهاد من الأرضية إلى الألياف عند تعرض مادة مركبة مقواة بالألياف إلى حمل شد وكان السطح البيني بين الليف والأرضية : (a) لا يحتوي على فجوات , (b) يحتوي على فجوات.
بشكل عام هنالك ثلاث نظريات يمكنها وصف الالتصاق بين الألياف والأرضية:
1- الالتصاق بواسطة التشابك البيني الميكانيكي
(Adhesion By Mechanical Interlocking)
يحدث الالتصاق عندما يلامس سطح صلب خشن أو مسامي سطح أخر قابل للانسياب (Flow) لذا يتولد الربط ألتشابكي البيني الميكانيكي بينهما . التشابك البيني الميكانيكي يمكن ان يلعب دور في ربط مواد كالخشب , الورق , الأنسجة (غزول أو خيوط ) والألياف . تتم عملية تخشين سطوح هذه المواد بعدة تقنيات منها عملية التحفير (Etching) ويمكن تحسين التشابك البيني الميكانيكي لمواد مثل المعادن واللدائن باستخدام هذه التقنيات .
2- الالتصاق بواسطة الانتشار البيني
(Adhesion By Interdiffusion)
يمكن لجزيئات السطح الأول الانتشار في السطح الثاني وبذلك ينشأ ما يسمى بالطور البيني (InterPhase) وهو يمثل سطح الربط , كما إن جزيئات السطح الثاني تنتشر إلى السطح الأول . هذا الربط يعتمد على فعالية (Affinity) جزيئات كلا السطحين على الانتشار من والى الأخر وبالعكس . يصل سمك الطور البيني إلى (10 µm) . إن هذا الربط يحدث في المواد التي تمتلك جزيئات ذات حركية عالية (High Mobility) .
3- الالتصاق بواسطة الامتزاز والتفاعل السطحي
(Adhesion By Adsorption And Surface Reaction)
يتم الربط بواسطة التفاعل السطحي من خلال الجذب الكيمياوي (Chemical Attraction) لمواقع خاصة لكلا سطحي الألياف والأرضية لإنجاز الربط , الربط يتم نتيجة لقوى مثل قوى فاندرفال (Vander Waals Forces) , التفاعلات الأيونية (Ionic Reactions) والارتباطات التساهمية (Covalent Interactions) . الربط بواسطة الامتزاز يتم من خلال عملية الترطيب (Wetting) , السطح الصلب يرطب بواسطة سائل المادة الأخرى . عملية الترطيب للسطح الصلب بواسطة السائل تخلق التصاق بينهم إلا انه غير كافي للحصول على التصاق قوي . الشد السطحي (Surface Tension) والسلوك اللزج (Viscous Behavior) للسائل له تأثير كبير على عملية الترطيب .
تعتبر المعاملة السطحية مهمة بالنسبة للألياف المستخدمة لتقوية اللدائن بالأخص الألياف غير المتلائمة مع المادة الأساس البوليمرية للحصول على التصاق جيد بين الألياف والأرضية .
ألياف الزجاج يتم معاملة سطحها للحصول على التصاق جيد بين الألياف والأرضية لان الألياف غير العضوية (Inorganic) التصاقها ضعيف بالأرضية البوليمرية العضوية (Organic) . تشمل المعاملة السطحية عدة طرق منها الاكساء (Sizing) والتحفير (Etching).
يتم أكساء ألياف الزجاج بطبقة رقيقة من مادة تسمى عامل الربط (Coupling Agent) وهي مركبات عضوية – غير عضوية تعمل كوسيط ربط بين مواد غير متشابهة عضوية وأخرى غير عضوية لزيادة الالتصاق بينها , ويستخدم لذلك مركبات السليكون العضوية (Organosilicon Compounds) ذات تركيب (R´SiX3) , هذه المادة تتكون من مجموعتين الأولى مجموعة (R´) تربط عامل الربط بالمادة الأساس البوليمرية من خلال أصرة تساهمية (Covalent Bond) أما المجموعة الثانية (X3) فهي تتفاعل مع مواقع على سطح ألياف الزجاج وتربط عامل الربط مع سطح ألياف الزجاج بالتالي يحصل ربط بين الألياف والأرضية .
مجموعة (R´) هي عبارة عن احد البوليمرات فهي إما ايبوكسي (Epoxy) , فانيل (Vinyl) أو امين أولي (Primary Amine) , أما مجموعة (X3) يمكن إن تكون (OR)3) ) تمثل مجموعة (R) إما مجموعة المثيل (Methyl) , الاثيل (Ethyl) أو غيرها ويطلق على هذا النوع من عامل الربط ب(Silane Coupling Agent).
المعادلة التالية توضح التفاعل الحاصل بين مجموعة السالنول (Silanol Group) (OR)3) ) مع مواقع على سطح ألياف الزجاج :
R´Si(OR)3 + Si-O-Si R´Si(OR)2O-Si…….Si-OR [1-6]
حيث (Si…….Si) تعني ذرتي سليكون متجاورتين .
المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .
الرجوع الى لوحة التحكم
|