فیبر کربن: خواص، عکس، به دست آوردن، استفاده

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

صنایع پیشرفته و ساخت‌وساز اخیراً بر بسیاری از فناوری‌های اساساً جدید تسلط یافته‌اند که بیشتر آنها با مواد نوآورانه مرتبط هستند. یک کاربر معمولی می تواند تجلی این فرآیند را در نمونه مصالح ساختمانی با گنجاندن کامپوزیت ها مشاهده کند. همچنین در صنعت خودروسازی، عناصر کربنی در حال معرفی هستند که عملکرد خودروهای اسپرت را افزایش می دهند. و این همه زمینه هایی نیست که در آن فیبر کربن استفاده می شود. اساس این جزء الیاف کربن است که عکس آن در زیر ارائه شده است. در واقع، منحصربه‌فرد بودن و توزیع فعال کامپوزیت‌های نسل جدید در کیفیت‌های فنی و فیزیکی بی‌نظیر نهفته است.

فناوری تولید

برای تولید مواد از مواد اولیه به شکل الیاف طبیعی یا شیمیایی با منشاء آلی استفاده می شود. علاوه بر این، در نتیجه پردازش ویژه، تنها اتم های کربن از قطعه کار اصلی باقی می مانند. نیروی مؤثر اصلی دما است. فرآیند فن آوری شامل اجرای چندین مرحله عملیات حرارتی است. در مرحله اول، ساختار اولیه در شرایط دمایی تا 250 درجه سانتیگراد اکسید می شود. در بعدیدر مرحله، تولید الیاف کربن به فرآیند کربن‌سازی می‌رود، در نتیجه مواد در محیط نیتروژن در دماهای بالا تا 1500 درجه سانتیگراد گرم می‌شوند. بنابراین، یک ساختار گرافیت مانند تشکیل می شود. کل فرآیند تولید با عملیات نهایی به شکل گرافیت در دمای 3000 درجه سانتیگراد تکمیل می شود. در این مرحله، محتوای کربن خالص در الیاف به 99% می رسد.

فیبر کربن کجا استفاده می شود؟

اگر در سالهای اول محبوبیت این ماده منحصراً در مناطق بسیار تخصصی مورد استفاده قرار می گرفت، امروزه تولید این الیاف شیمیایی در حال گسترش است. این ماده کاملاً پلاستیکی و از نظر امکانات بهره برداری ناهمگن است. با احتمال زیاد، دامنه چنین الیافی گسترش خواهد یافت، اما امروزه انواع اولیه ارائه مواد در بازار شکل گرفته است. به طور خاص، می توان به صنعت ساختمان، پزشکی، ساخت مهندسی برق، لوازم خانگی و غیره اشاره کرد. در مورد زمینه های تخصصی، استفاده از الیاف کربن همچنان برای سازندگان تجهیزات هواپیما، الکترودهای پزشکی و مواد جاذب رادار مرتبط است.

اشکال تولید

اول از همه، اینها محصولات نساجی مقاوم در برابر حرارت هستند، که از بین آنها می توان پارچه، نخ، لباس بافتنی، نمد، و غیره را تشخیص داد. یک جهت فنی تر، ساخت کامپوزیت ها است. شاید این وسیع ترین بخش باشد که در آن فیبر کربن به عنوان پایه محصولات برای تولید سریال نشان داده می شود.تولید به طور خاص، این ها یاتاقان ها، واحدهای مقاوم در برابر حرارت، قطعات و عناصر مختلف هستند که در محیط های تهاجمی عمل می کنند. بیشتر کامپوزیت ها بر روی بازار خودرو متمرکز شده اند، با این حال، صنعت ساخت و ساز نیز کاملا مایل به بررسی پیشنهادات جدید از سوی تولید کنندگان این الیاف شیمیایی است.

خواص مواد

ویژگی های فناوری برای به دست آوردن مواد اثر خود را بر عملکرد الیاف گذاشت. در نتیجه، پایداری حرارتی بالا به ویژگی اصلی متمایز کننده ساختار چنین محصولاتی تبدیل شده است. علاوه بر اثرات حرارتی، این ماده در برابر محیط های تهاجمی شیمیایی نیز مقاوم است. درست است، اگر اکسیژن در فرآیند اکسیداسیون هنگام گرم شدن وجود داشته باشد، این تأثیر مضری روی الیاف دارد. اما استحکام مکانیکی فیبر کربن می تواند با بسیاری از مواد سنتی که سخت و مقاوم در برابر آسیب در نظر گرفته می شوند رقابت کند. این کیفیت به ویژه در محصولات کربنی بارز است. یکی دیگر از ویژگی های مورد تقاضا در بین فناوران محصولات مختلف، قابلیت جذب است. با توجه به سطح فعال، این فیبر می تواند به عنوان یک سیستم کاتالیزوری کارآمد در نظر گرفته شود.

تهیه کنندگان

رهبران این بخش شرکت های آمریکایی، ژاپنی و آلمانی هستند. فناوری‌های روسی در این زمینه در سال‌های اخیر عملاً توسعه نیافته و همچنان بر اساس تحولات دوران شوروی است. تا امروز نصفالیاف تولید شده در دنیا متعلق به شرکت های ژاپنی میتسوبیشی، کورها، تیجین و غیره است و قسمت دیگر بین آلمانی ها و آمریکایی ها تقسیم می شود. به عنوان مثال، طرف ایالات متحده Cytec است و در آلمان فیبر کربن توسط SGL تولید می شود. چندی پیش، شرکت تایوانی Formosa Plastics وارد لیست پیشروها در این زمینه شد. در مورد تولید داخلی، تنها دو شرکت در توسعه کامپوزیت ها مشغول هستند - Argon و Khimvolokno. در عین حال، کارآفرینان بلاروسی و اوکراینی در سال‌های اخیر به دستاوردهای قابل توجهی دست یافته‌اند و در زمینه‌های جدید برای استفاده تجاری از فیبر کربن تسلط یافته‌اند.

آینده الیاف کربن

از آنجایی که برخی از انواع CFRP به زودی اجازه تولید محصولاتی را می دهند که می توانند ساختار اصلی خود را برای میلیون ها سال حفظ کنند، بسیاری از کارشناسان تولید بیش از حد چنین محصولاتی را پیش بینی می کنند. با وجود این، شرکت‌های علاقه‌مند به رقابت در زمینه ارتقای فناوری ادامه می‌دهند. و این تا حد زیادی قابل توجیه است، زیرا خواص الیاف کربن مرتبه ای برتر از مواد سنتی است. کافی است مقاومت و مقاومت در برابر حرارت را به خاطر بسپارید. بر اساس این مزایا، توسعه دهندگان در حال کاوش در زمینه های جدید توسعه هستند. معرفی مواد، به احتمال زیاد، نه تنها حوزه های تخصصی، بلکه مناطق نزدیک به مصرف کننده انبوه را نیز پوشش می دهد. به عنوان مثال، المان‌های پلاستیکی، آلومینیومی و چوبی معمولی را می‌توان با فیبر کربن جایگزین کرد، که در تعدادی از کیفیت‌های عملکردی از مواد معمولی پیشی می‌گیرد.

نتیجه گیری

عوامل بسیاری مانع از پذیرش گسترده الیاف نوآورانه مصنوعی می شوند. یکی از مهمترین آنها هزینه بالا است. از آنجایی که فیبر کربن برای تولید نیاز به استفاده از تجهیزات با تکنولوژی بالا دارد، هر شرکتی نمی تواند آن را تهیه کند. اما این مهمترین چیز نیست. واقعیت این است که همه تولید کنندگان به چنین تغییرات اساسی در کیفیت محصول علاقه مند نیستند. بنابراین، در حالی که دوام یکی از عناصر زیرساخت را افزایش می دهد، سازنده همیشه نمی تواند ارتقاء مشابهی را بر روی اجزای مجاور انجام دهد. نتیجه یک عدم تعادل است که همه دستاوردهای فناوری های جدید را باطل می کند.