اخبار فرش ماشینی

الياف كربن ‍Carbon Fibre

دانلود نسخه دیجیتال مجله کهن

درفرهنگ واژگان نساجي آمده است : الياف کربن به اليافي گفته مي شود که دست کم داراي ۹۰ درصد کربن هستند و از پيروليز کنترل شده اليافي ويژه به دست مي آيند . اصطلاح الياف گرافيتي درمورد اليافي به کار مي رود که کربن آنها بيش از ۹۹ درصد باشد . انواع گوناگوني از الياف به عنوان پيش زمينه توليد الياف کربن وجود دارد که داراي ويژگي هاي انحصاري و مورفولوژي ويژه هستند . پرمصرف ترين الياف پيش زمينه عبارتند از : الياف پلي اکريلونيتريل ( ‏PAN‏ ) ، الياف سلولزي ( مانند ريون ويسکوز و پنبه ) ، قير حاصل از قطران ذغال سنگ ( ‏Coal tar pitch‏ ) و نوع ويژه اي از الياف فنليک .

الياف کربن از طريق پيروليز پيش زمينه هاي آلي که به شکل الياف هستند ، ساخته مي شود . در واقع انجام عمليات حرارتي موجب حذف عناصري مانند اکسيژن ، نيتروژن و هيدروژن و باقي ماندن کربن به شکل الياف مي شود . در پژوهش هايي که برروي الياف کربن انجام شده ، مشخص گرديده که ويژگي هاي مکانيکي الياف کربن با افزايش درجه تبلور و ميزان جهت گيري الياف پيش زمينه و کاهش نواقص موجود در آنها ، بهبود مي يابد . بهترين راه براي دست يابي به الياف کربن با ويژگي هاي مناسب ، استفاده از الياف پيش زمينه با بيشترين مقدار جهت گيري و حفظ آن در طي فرآيندهاي پايدار سازي و کربنيزاسيون از طريق اعمال کشش در طول فرآيند است .
توليد الياف کربن از پيش زمينه پلي اکريلونيتريل

براي توليد الياف کربن با کيفيت بالا از پيش زمينه ‏PAN‏ و سه مرحله اساسي وجود دارد :

hinza chemical تبلیغات

۱- مرحله پايدار سازي اکسيدي : در اين مرحله الياف ‏PAN‏ هم زمان با اعمال کشش مورد عمليات حرارتي اکسيدي در محدوده دمايي ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتي گراد قرار مي گيرد . اين عمليات ، ‏PAN‏ گرما نرم را به ترکيبي با ساختار نردباني يا حلقه اي تبديل مي کند .

۲- مرحله کربنيزاسيون : بعد از اکسيداسيون ، الياف بدون اعمال کشش در پيرامون دماي ۱۰۰۰ درجه سانتي گراد در محيط خنثي ( معمولا ً نيتروژن ) براي مدت چند ساعت ، مورد عمليات حرارتي کربنيزاسيون قرار مي گيرند . درطي اين فرآيند ، عناصر غيرکربني آزاد مي شود و الياف کربن با بالانس جرمي ۵۰ درصد به نسبت الياف ‏PAN‏ نخستين ، به دست مي آيد .

۳- مرحله گرافيتاسيون : بسته به نوع الياف کربن مورد نظر ، از لحاظ ضريب کشساني ، و اعمال اين مرحله در محدوده دمايي مابين ۱۵۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سانتيگراد ، موجب بهبود درجه جهت گيري‏ کريستاليت هاي کربني درجهت محور الياف و بنابراين مايه ي بهبود ويژگي ها مي شود .  توليد الياف کربن از ديگر پيش زمينه ها نيز کمابيش داراي مراحل اصلي است که در مورد توليد از پيش زمينه ‏PAN‏ آورده شد .

ساختار الياف کربن
مشخصه هاي ساختاري الياف کربن بيشتر با دستگاههاي ميکروسکپ الکتروني و پراش پرتوي ايکس قابل بررسي است . برخلاف گرافيت ، ساختار کربن بدون هرگونه نظم سه بعدي است . در الياف کربن برپايه ‏PAN‏ ، ساختار الياف در طي عمليات پايدار سازي اکسيدي و متعاقب آن کربنيزاسيون ، از ساختار زنجيره اي خطي به ساختار صفحه اي تغيير مي کند . به اين ترتيب صفحات اصلي در پايان مرحله کربنيزاسيون در جهت محور طولي الياف قرار مي گيرند . بررسي هاي اشعه ‏X‏ با زاويه تفرق باز ( ‏Wide angle X-ray‏ ) نشان مي دهد که با افزايش دماي عمليات کربنيزاسيون ، ارتفاع انباشتگي و مقدار جهت گيري صفحات اصلي ، افزايش مي يابد . قطر منوفيلامنت هاي ‏PAN‏ تأثيرعمده اي بر نفوذ عمليات کربنيزاسيون در الياف کربن توليدي دارد ، به همين دليل تغيير در ساختار کريستالوگرافي پوسته و هسته هر منوفيلامنت در اليافي که کاملا ً پايدار شده اند ، به وضوح قابل مشاهده است . پوسته از جهت گيري مرجح طولي بالا به همراه انباشتگي زياد کريستاليت ها برخوردار است درحالي که هسته ، جهت گيري کم تر صفحات اصلي و حجم کم تر کريستاليت ها را نشان مي دهد .

عموما ً ديده شده که هرچه استحکام کششي الياف پيش زمينه بيشتر باشد ، ويژگي هاي کششي الياف کربن به دست آمده نيز بيشتر مي شود . چنان چه مرحله پايدار سازي به صورتي مناسب انجام گيرد ، در آن صورت استحکام کششي و ضريب کشساني با کربنيزاسيون تحت کشش ، به مقدار بسيار زيادي در محصول کربني نهايي بالا مي رود . بررسي هاي انجام شده با دستگاههاي پراش پرتوي ايکس و پراش الکتروني نشان داده است که در الياف کربن با ضريب کشساني بالا ، کريستاليت ها پيرامون محور طولي الياف قرار گرفته اند . اين درحالي است که صفحات لايه اي با بيشترين جهت يافتگي به موازات محور الياف استقرار يافته اند . به طور کلي استحکام الياف کربن به نوع پيش زمينه ، شرايط فرآيند ، دماي عمليات حرارتي و وجود نواقص ساختاري در الياف ، ارتباط دارد . در الياف کربن با پيش زمينه ‏PAN‏ و افزايش دما تا ۱۳۰۰ درجه سانتي گراد مايه ي افزايش استحکام مي شود ولي پس از ۱۳۰۰ درجه ، استحکام به آرامي کم مي شود . اين موضوع در مورد ضريب کشساني نيز صادق است .

الياف کربن بسيار ترد هستند . لايه ها در الياف با اتصالات ضعيف و اندروالسي به هم ديگر متصل شده اند . تجمع فلس مانند لايه ها موجب مي شود تا رشد ترک در جهت عمود برمحور الياف به آساني صورت بگيرد . در خمش ، الياف در کرنش هاي بسيار پايين مي شکنند . با تمام اين معايب ، الياف کربن از نقطه نظر مجموع ويژگي هاي شيميايي ، فيزيکي و مکانيکي منحصر به فردي که دارد ، در بسياري از عرصه هاي مهندسي و علوم در دو دهه اخير تقريبا ً بدون رقيب مانده است .

کاربردهاي الياف کربن

الياف کربن در موارد صنعتي گوناگوني به کارمي رود که در اين جا نمونه هايي از آن ارايه‏ شده است :

صنعت حمل و نقل

کاربردهاي صنعت حمل و نقل بدين گونه اند : مخازن گاز مايع خودروها ، قطعات موتور ، کمک فنر ، شفت هاي انتقال نيرو ، ملحقات چرخ و جعبه فرمان ، لنت هاي ترمز ، بدنه ماشين هاي مسابقه ، بدنه کشتي ها و فنرهاي لول .

صنايع ساختماني و معماري

مواد ساختاري پل ها ، ساز و کار پل هاي جمع شونده ، تقويت کننده بتن هاي پرمقاومت ، سازه هاي باربر ، ديوارهاي جداکننده ، سازه هاي پيش تنيده براي کمک به سازه هاي بتني حمل بار ، استفاده در تعمير ساختمانهاي در حال تخريب ، استفاده در جداره داخلي تونل ها براي جلوگيري از ريزش تونل و استفاده در رمپ ها براي جلوگيري از ريزش خاک را مي توان از کاربردهاي ساختماني اين الياف دانست .

صنايع هواپيما سازي و هوافضا

سازه هاي داخلي کابين مسافرين اعم از پانل هاي جداره صندلي ها و ميزها ، پوشش ها ، اجزاي سازه اي ماهواره ها ، لبه بال هواپيماهاي جنگنده ، نوک هواپيماهاي مافوق صوت ، نازل موشک هاي دوربرد و قطعات حساس موتور هواپيماها نيز مي توانند داراي الياف کربن باشند .

صنايع پزشکي

الياف کربن در ساخت استخوان مصنوعي ، اجزاي تجهيزات پرتوي ايکس ، صندلي هاي چرخدار ، انواع اجزاي مصنوعي بدن براي معلولين و دريچه قلب به کار مي روند .

بخش انرژي

از جمله کاربردهاي الياف کربن در بخش انرژي ، مي توان بدين موارد اشاره کرد : باتريهاي سوختي ، پره هاي توربين و پره هاي آسياب هاي بادي براي توليد برق از انرژي باد .

صنايع الکترونيک ، تجهيزات الکتريکي و ماشين سازي

اين کاربردها عبارتند از : قاب رايانه هاي همراه ، اجزاي رايانه ها ، بازوي ربات هاي صنعتي ، چرخ دنده ها ، غلتک ها ، چرخدنده هاي پرسرعت ، قطعات خود روغنکاري شونده ، آنتن ها ، مواد عايق الکتريکي ، مخازن تحت فشار ، غلتک چاپ گرها و قاب تلفن هاي همراه .

دانلود رایگان کاتالوگ جدید فرش رویال هالی ترکیه

کانال تلگرام مجله نساجی کهن

برچسب ها

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن