חומרים מרוכבים

מה זה חומר מרוכב

שילוב של שני חומרים או יותר שנשארים נפרדים, ויחד יש להם תכונות טובות יותר:

• סיבים (Fibers / Reinforcement) – נושאים את העומס.
• מטריצה (Matrix / Resin) – מחזיקה את הסיבים במקום, מעבירה עומס ביניהם, ומגינה עליהם.

היתרונות: חוזק וקשיחות גבוהים ביחס למשקל, עמידות בעייפות ובקורוזיה, צורות מורכבות. החסרונות: פגיעות נסתרות, רגישות ללחות ולחום, תיקון מסובך, בדיקה קשה.

סיבים

צורות

• אחד-כיווני (Unidirectional / Tape): כל הסיבים בכיוון אחד – חוזק מרבי בכיוון זה.
• ארוג (Woven fabric): Plain weave (הכי יציב), Satin weave (נשפך טוב על צורות מורכבות).
• מחצלת (Mat): סיבים קצרים בכיוונים אקראיים.

כיוון הסיבים (Orientation)

החוזק בחומר מרוכב בכיוון הסיבים. לכן הלמינציה בנויה משכבות בכיוונים שונים – 0°, 45°, 90°, −45° – לפי העומסים.

• Warp: הסיבים לאורך הגליל – הכיוון 0°.
• Fill / Weft: הסיבים לרוחב.
• Selvage edge: השפה הארוגה – לא משתמשים בה בתיקון.
• Bias: 45° לכיוון ה-Warp – הבד נמתח ונשפך על צורות.

מפה של כיווני הסיבים (Warp clock): סמל בשרטוט שמראה את כיוון ה-0°.

מטריצות (שרפים)

ריפוי (Cure)

תגובה כימית שמקשה את השרף. תלוי ביחס ערבוב, טמפרטורה וזמן.

• ריפוי בטמפרטורת החדר – תיקונים פשוטים.
• ריפוי בחום – שמיכות חימום, תנור, אוטוקלב (חום ולחץ – לחלקים מבניים).
• Pot life: כמה זמן השרף המעורבב נשאר שמיש.
• Shelf life: חיי מדף של החומר לפני ערבוב.

פרי-פרג (Prepreg)

סיבים שהוספגו מראש בשרף בכמות מדויקת, ונשמרים במקפיא (לרוב 0°F / −18°C). אחרי הוצאה – מחממים בשקית סגורה לטמפרטורת החדר כדי שלא תתעבה לחות.

• Out time: הזמן המצטבר מחוץ למקפיא – מוגבל ומתועד.
• ריפוי בחום לפי פרופיל.

מבנים מרוכבים

למינציה מוצקה (Solid laminate)

שכבות בלבד.

מבנה סנדוויץ׳ (Sandwich)

שני עורות דקים וליבה קלה ביניהם. כמו קורת I – העורות נושאים מתיחה ולחיצה, והליבה מרחיקה ביניהם ונושאת גזירה. קשיחות גבוהה מאוד במשקל נמוך.

כיוון הליבה בחלת דבש:

• Ribbon direction (L): הכיוון שבו התאים חזקים יותר (לאורך הרצועות).
• W: הכיוון החלש.

פגמים ונזקים

הגנה מברק

רשת מתכת (נחושת או אלומיניום) או שכבה מוליכה בשכבה החיצונית – מוליכה את זרם הברק. בתיקון – מחזירים את השכבה המוליכה ובודקים רציפות.

בדיקות

• חזותית.
• נקישה (Tap test) – צליל עמום.
• אולטרסוני, תרמוגרפיה, רדיוגרפיה (מים).
• בדיקת קשיות Barcol – אחרי ריפוי, לבדוק שהשרף התקשה.

תיקון מרוכבים – עקרונות

1. הערכת הנזק – גודל, עומק, מיקום. מעבר לגבולות ה-SRM – אישור הנדסי.
2. הסרת לחות – ייבוש בחום ובוואקום. לחות בזמן ריפוי – בועות והפרדה.
3. הסרת החומר הפגוע.
4. הכנת המשטח:
   • שיפוע (Scarf): הסרה בשיפוע רציף – בדרך כלל 30:1 עד 50:1 (לפי היצרן), כדי ליצור משטח הדבקה גדול להעברת עומס.
   • מדרגות (Step): הסרת כל שכבה במדרגה.
5. ניקוי – בממס מאושר, בלי לגעת בידיים.
6. הכנת שכבות תיקון (Repair plies):
   • אותו חומר, אותו כיוון, ומספר שכבות כמו במקור – לרוב + שכבה נוספת.
   • כל שכבה גדולה יותר מקודמתה – לפי השיפוע.
7. הספגה (Wet lay-up) או פרי-פרג.
8. שקית ואקום (Vacuum bagging): לחץ אחיד, הוצאת אוויר ועודף שרף. מבנה השקית: שכבת שחרור (Release film / Peel ply), בד נשימה (Breather), שקית.
9. ריפוי – לפי פרופיל עם בקרת טמפרטורה (Thermocouples).
10. בדיקה – חזותית, נקישה, Barcol, NDT.
11. שחזור ציפוי – צבע, הגנת ברק, הגנת שחיקה.

Peel ply

בד ניילון שמונח מעל התיקון. מסירים אותו לפני השלב הבא – משאיר משטח נקי ומחוספס להדבקה.

בטיחות

• אבק סיבים – גירוי ריאות ועור. שאיבת אבק, מסכה מתאימה, כפפות, משקפיים, בגדים ארוכים.
• שרפים ומקשים – רגישות עור (אלרגיה) שמתפתחת עם הזמן.
• ממסים – אדים ודליקות.
• אבק פחמן מוליך חשמל – מזיק לציוד חשמלי.

נקודות למבחן

• סיבים – עומס; שרף – מחזיק ומעביר.
• פחמן – קתודי, קורוזיה גלוונית באלומיניום; צריך בידוד (שכבת פיברגלס).
• קבלר – חזק במתיחה, חלש בלחיצה, קשה לחיתוך.
• פרי-פרג – במקפיא; Out time.
• סנדוויץ׳ – כמו קורת I.
• BVID – נזק פנימי בלי סימן חיצוני.
• תיקון – אותו כיוון, אותו חומר; שיפוע 30:1 עד 50:1; שקית ואקום.
• Peel ply – מסירים לפני ההדבקה הבאה.