Previous
Next
فهرست مطالب
معرفی اجمالی الیاف نسوز کربن
الیاف کربن چیست و چه کاربردی دارند؟
الیاف کربن یک گونه از رشته‌های الیافی هستند که از حرارت مواد آلی به نام ریون که قسمت بیشتر آن کربن تشکیلات است و با قرار دادن آن در محیط‌های گازی بی‌اثر تولید می‌شود. فیبر کربن اولین‌بار در سال ۱۸۷۰ میلادی ایجاد شد زمانی‌که ادیسون این ماده را به‌عنوان یک رشته مقاومت در ایجاد روشنایی الکتریکی استفاده کرد توانست نظر بسیاری از صاحبان علم را به خود جلب کند.
بعد از دهه ۱۹۶۰ تولید تجاری الیاف کربن برای اهداف نظامی و هواپیماهای جنگی انجام شد. بعدها این الیاف برای کارکردهای مختلف پا به بازار گذاشت الیاف کربنی را می‌توان از مواد مختلفی مانند پلی‌اکریل، نیتریل و قیر به دست آورد و رنگ مشکی غیر حلال و بد بو است و رنگ‌های روشن آن حلال بوده و بوی بدی ندارد.
الیاف کربن و ویژگی‌های آن:
فیبر کلربن به الیافی گفته‌شده که دارای ۹۰ درصد کربن هستند مقاومت بالا در برابر حرارت باعث شده که این نوع الیاف کاملا غیر قابل انفجار حساب شوند و کاربرد بسیار زیادی در بیشتر صنایع مقاوم‌سازی داشته باشد.
سبک بودن الیاف کربنی از دیگر ویژگی‌های آن است که علاوه‌بر مقاومت و مداون بودنش باعث شده تا کاربرد گسترده‌ای در صنعت کامپوزیت و مقاوم‌سازی را داشته و از مزایای آن استفاده کنند. مقاومت کششی بالای آن در برابر اشعه ایکس نفوذناپذیر است و باعث شده که رشته‌های الیافی در اشکال بلوری گوناگون از آن ساخته شود.
ضریب الاستیک بالاتری که الیاف کربنی نسبت‌به الیاف شیشه و کولار دارد محبوبیت آن را چند برابر می‌کند. ضریب انبساط گرمایی الیاف کربنی در دماهای مختلف بسیار پایین است و به‌همین اندازه الیاف کربن در شرایط آب‌وهوایی و دمایی مختلف کاملاً ثابت و پایدار می‌ماند.
و از الیاف کربن با مدول الاستیسیته و مقاومت کششی بالا متفاوت در بافت‌های یک‌جهته و دو جهت برای کامپوزیت و مقاوم‌سازی انواع سازه‌های بتنی استفاده می‌شود. صنعت هوافضا نیز برای اولین‌بار در حین اصلی ترین مصرف الیاف کربنی است که توانسته این مواد را با وزن کم، سفتی و سختی زیاد و مقاومت بالا و ضریب انبساط حرارتی کم برای ساخت موشک‌های خود استفاده کند.
بسیاری از الیاف‌های کربن گوناگونی وجود دارند که پیش‌از زمینی تولید فیبر کربن و ویژگی‌های خاص دارند که پرمصرف‌ترین آنها الیاف پلی اکترولیزریل، الیاف سلولزی، قیر حاصل از قطران زغال‌سنگ، نوع ویژه‌ای از الیاف فنلیک هستند.
الیاف کربنی که رنگ سیاه داشته باشند بدبو و غیرقابل‌حل در آب هستند و در مقابل اسیدها، حلال‌های آلی مقاوم، ذوب نشدنی و غیر قابل انفجار بوده و کاربرد گسترده‌ای در صنعت کامپوزیت دارند که به سبکی در قطعات و استحکام کشی مدول بالا در محصولات را خواهند داد. بیشترین کاربرد الیاف کربن برای قطعات کامپوزیت هوایی، مخازن تحت فشار، مقاوم‌سازی با اف آرپی ساختمان‌ها است.
منابع تولید الیاف کربنی کدام اند:
همان‌طور که در پاراگراف‌های قبلی بیان شد الیاف کربن را می‌توان از گیاهان یا سلولزی، از قیر، از پلی آکریلونیتریل، قیر و پلی‌اکریل لیتری پی ای ان درست کرد و الیاف مصنوعی ساخته‌شده از پ ای ان مقاومت بالایی نسبت‌به الیاف گیاهی دارد. اما از نظر هزینه کمی بیشتر می‌باشند و مقرون به‌صرفه نیستند. الیاف ساخته‌شده از قیر و تقطیر زنگ زغال‌سنگ نسبت‌به الیاف مصنوعی ارزان‌تر بوده اما مقاومت و مدون پایین‌تری دارد و مدون بالاتر الیاف مصنوعی سبب شده تا نسبت‌به الیاف کربنی که از طبیعت گرفت ضریب انبساط حرارتی کمتری داشته باشند و تغییر طولی کمتری نیز ایجاد کنند.
دسته‌بندی انواع الیاف کربن
الیاف کربن را می‌توان براساس فاکتورهای مشخصی مانند تعداد فیلم کامنت و مدون یانگ و استحکام، دمای نهایی عملیات حرارتی، نوع ماده اولیه، تقسیم‌بندی کرد که این تقسیم‌بندی عبارت‌اند از:
خصوصیت فیزیکی
- الیاف کربن با مدول یانگ بسیار بالا که بیشتر از ۴۵۰ گیگا پاسکال است
- الیاف کربنی که مدول یانگ پایینی دارند و مدون یانگ آنها بین ۳۵۰ تا ۴۵۰ گیگا پاسکال می‌باشد.
- الیاف کربنی که مدول یانگ آنها متوسط است و بین ۲۵۰ تا ۳۵۰ گیگا پاسکال هستند.
- الیاف کربن که استحکام کششی بالایی دارند ولی مدول یانگ بسیار پایینی دارد که استحکام کششی آنها بین ۳ گیگا پاسکال و مدون یانگ آنها کمتر از ۲۰۰ می‌باشد.
تقسیم‌بندی الیاف کربن بر اساس تعداد فلامنت
الیاف کربنی که تعداد فلامنت های آنها کمتر از ۲۴۰۰ باشد کوچک و اگر تعداد فراوان تا آنها بیشتر از ۲۴۰۰ باشد سنگین هستند.
- الیاف کربنی براساس نوع پیش‌زمینه
- الیاف کربن که پیش‌زمینه ساخت آنها الیاف آکریلیک است
- الیاف کربنی که پیش‌زمینه ساخت آنها غیرصنعتی است
- الیاف کربنی که پیش‌زمینه آنها قیر و مزون فاز است
- الیاف کربن با پیش‌زمینه ساخت قیر ایزوتروپ پیک
- الیاف کربن پیش‌زمینه ساخت الیاف ویسکوز ریون
- الیاف کربن با پیش‌زمینه ساخت فاز گازی
الیاف کربن براساس ساخت دمای نهایتی حرارت
- الیاف کربنی که دمای عملیات حرارتی آنها بالاتر از دوهزار درجه سلسیوس است و به حروف اختصاری MH می‌شوند.
- الیاف کربنی که دمای حرارتی آنها حدوداً ۱۵۰۰ درجه ثسلسیوس است و با حروف اختصاری sh شناخته می‌شود.
- الیاف کربنی که دمای حرارتی آنها کمتر از ۱ هزار درجه سلسیوس است که با حروف اختصاری TH شناخته می‌شود.
مزایا و معایب الیاف کربنی
الیاف کربن نفوذ ناپذیر هستند و در برابر اشعه ایکس و افزایش ظرفیت باربری کاملا مقاومت است. مقاومت کششی و مدون الاستیسیته بسیار بالای الفور یافه کربنی نسبت‌به وزن آن باعث محبوبیت آن در بسیاری از صنایع شده‌است الیاف کربنی رسانای برقی بسیار خوبی هستن و ضریب انبساط گرمایی پایین آنها و بالا بودن ضریب الاستیک باعث شده تا بتوانند در ساخت بسیاری از محصولات کمک زیادی کند از دیگر مزایای الیاف کربن می‌توان اشاره داشت به
- استحکام بالا
- تغییر طول بسیار پایین آن
- مقاومت بسیار بالا دربرابر محیط‌های خورنده اسیدی و مواد شیمیایی
- قوی‌تر از مصالح سنتی مانند فولاد و سبک‌تر از آنها
- قابلیت بافته شدن تولید پارچه به دلیل اطاف پذیر بودنش
- افزایش ظرفیت باربری و مقاومت
معایب الیاف کربن عبارت‌اند از
الیاف کربن رسانایی الکتریکی بالایی حسن باعث شده تا ایجاد اتصال کوتاه در قطعات غیر عایق خرابی به بار بیاورند پائین بودن مقاومت ضربه‌ای آن برابر ضربه ناگهانی باعث می‌شود که بشکند قیمت الیاف کربن کمی بیشتر از الیاف‌های دیگر و به دلیل تغییر طول محدود الیاف تردی حساب خواهند آمد.
سخن پایانی
الیاف کربن از پر استفاده ترین الیاف ها در صنایع مختلف است. دلیل این استفاده مقاومت و استحکام بالای این الیاف نصب به دیگر الیاف مانند شیشه است. این الیاف در صنعت هوافضا، در ساخت صنایع ورزشی، در صنایع خودروسازی، در صنایع پزشکی و …..استفاده می شود.
اینفوگرافی الیاف کربن
بررسی تخصصی الیاف کربن
الیاف کربن ، الیاف نسوزی می باشد که بیش از 90 درصد مواد تشکیل دهنده آن کربن باشد و از خانواده نخ نسوز می باشد. این الیاف از پیرولیز الیاف و مواد پیش زمینه حاصل می شوند. الیاف کربن استحکام و ضریب الاسیته بالایی در مقایسه با الیاف فایبرگلاس و کولار داشته و در برابر مواد شیمیایی ، خوردگی و دمای بالا مقاوم است. الیاف کربن در ازای این ویژگی ها وزن کمی دارد. الیاف کربن بیشتر در صنایعی که در آنها سختی بالا و وزن کم اهمیت دارد ، مانند صنایع خودرو سازی ، هواپیما سازی و … استفاده می شود. کاربرد اصلی الیاف کربن در تولید کامپوزیت ها می باشد.
ویژگی های الیاف کربن
- مقاومت کششی بالا
- وزن کم
- استحکام بالا
- مقاوم در برابر خوردگی
- مقاوم در برابر انبساط
- مقاوم در برابر انرژی تابشی
- مقاوم در برابر مواد شیمیایی
- دارا بودن قابلیت بافت و تولید ورق و پارچه های کربنی
- تحمل حرارتی الیاف کربن بیش از ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد می باشد. در واقع می توان گفت کربن در فشار اتمسفر ذوب نشده و در دمای بالای ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد تصعید خواهد شد.
نحوه تولید الیاف کربن
الیاف کربن از پیرولیز الیاف پیش زمینه حاصل می شوند. نوع الیاف پیش زمینه مشخص کننده نوع الیاف کربن بعد از تولید خواهد بود. در مراحل تولید عناصر موجود در مواد پیش زمینه مانند اکسیژن ، نیتروژن و … اثر حرارت از بین رفته و کربن با خلوص بالای 90 درصد باقی خواهد ماند.
در تولید الیاف کربن ابتدا الیاف پیش زمینه برای آماده سازی تحت نیروی کشسانی در دمای خاصی قرار می گیرد. میزان دما در آماده سازی اولیه به نوع مواد و الیاف پیش زمینه بستگی دارد. مرحله بعدی که کربونیزاسیون نام دارد ، این الیاف تحت دمای بالای 1000 درجه سانتی گراد قرار خواهد گرفت.
در این مرحله عناصر داخل الیاف به جز کربن آزاد می شود. این مرحله چندین ساعت طول خواهد کشید. در مرحله بعد با توجه به نوع الیاف کربنی که قرار است تولید گردد محصول در دما های بالا تر (تا 3000 درجه سانتی گراد) قرار خواهد گرفت تا عناصر بیشتری از الیاف آزاد شده و الیاف کربن با خلوص بیشتری تولید گردد.
انواع الیاف کربن
الیاف کربن را می توان با توجه به ویژگی ها ، مواد تشکیل دهنده ، چگالی و نوع بافت آن دسته بندی کرد. به عنوان مثال در تقسیم بندی بر اساس چگالی با این ویژگی مثلا کربن UD100 مواجه می شویم. یعنی هر متر مربع الیاف کربن 100 گرم وزن دارد. در ادامه چندین مورد از انواع الیاف کربن را بیان خواهیم کرد.
انواع الیاف کربن بر اساس ضریب کشسانی
الیاف کربن را می توان بر اساس ضریب کشسانی دسته بندی کرد . زیرا هر کدام ویژگی های مختلفی داشته و برای کاربرد های گوناگون می توان از آن استفاده کرد. واحد اندازه گیری ضریب کشسانی E می باشد.
- الیاف کربن با ضریب کشسانی 450 E (گیگا پاسکال) به بالا
- الیاف کربن با ضریب کشسانی ما بین 350 E تا 450 E
- الیاف کربن با ضریب کشسانی ما بین 250 E تا 350 E
- الیاف کربن با ضریب کشسانی کمتر از 200 E
انواع الیاف کربن بر اساس مواد پیش زمینه
برای تولید الیاف کربن از مواد و یا الیاف پیش زمینه استفاده می شود. این مواد پیش زمینه می تواند خود باعث تفاوت در الیاف کربن شده و برای صنایع خاص از الیاف کربن با مواد پیش زمینه خاص استفاده شود. الیاف کربن با پیش زمینه الیاف پلی اکریلونیتریل و یا همان الیاف اکریلیک ، الیاف ویسکوز ریون ، قیر ایزو تروپیک ، قیر مزو فاز ، قیر صنعتی و الیاف کربن با پیش زمینه فاز گازی .
انواع الیاف کربن بر اساس دمای کربونیزاسیون
در مراحل تولید الیاف کربن در مرحله کربونیزاسیون این الیاف چندین ساعت تحت دمای بالای 1000 درجه سانتی گراد قرار می گیرد. میزان این دما بر ویژگی های محصول تاثیر گذاشته و باعث شده است الیاف کربنی که تحت دما های متفاوت قرار می گیرد ویژگی های متفاوتی داشته باشد.
بر اساس این دما می توان الیاف کربن را در سه دسته قرار داد. الیاف MH که در دمای بالا تر از 2000 درجه تولید می گردند . الیاف SH که در دمای 1500 درجه سانتی گراد تولید می گردند و الیاف TH که در دمای زیر 1000 درجه سانتی گراد تولید می گردند.
انواع پارچه های کربنی
پارچه های کربنی یکی از محصولاتی هستند که از الیاف کربن تولید شده و کاربرد های بسیار زیادی دارند. پارچه کربنی نیز مانند الیاف کربن کاربرد های بسیار زیادی در صنایع گوناگون از جمله تولید سپر خودرو ها ، ساخت کامپوزیت ، قطعات خودرو و …. دارد. این پارچه های کربنی را می توان با توجه به نوع بافت آن در سه دسته قرار داد.
- پارچه کربنی بافت ساده
- پارچه کربنی بافت کجراه
- پارچه کربنی بافت تک جهته
پارچه کربنی بافت ساده
در بافت ساده پارچه کربنی الیاف کربن به صورت تار و پود از زیر و رو قرار گرفته و بافته خواهد شد. این مدل ساده ترین و رایج ترین مدل پارچه کربنی بوده و به دلیل تراکم الیاف کربن شل شدگی پارچه خواهد بود. این نوع پارچه از ثبات بیشتری برخوردار است.
پارچه کربنی بافت کجراه
در این مدل الیاف کربن به صورت اریبی و ردیفی در هم بافته شده و الیاف به صورت کج و راه راه بافته خواهد شد. به دلیل بافت خاص این مدل ، میزان انعطاف و خم پذیری پارچه کربنی بافت کجراه بالا بوده و می توان از آن در ساخت کامپوزیت های منحنی استفاده کرد. زیرا انعطاف بالاتری داشته و دچار تخریب و ترک نمی شود.
پارچه کربنی بافت تک جهتی
در این نوع بافت از نخ ترموپلاست برای بافت استفاده می شود. نخ ترموپلاست نوعی پلیمر است که هنگام ذوب شدن در اثر حرارت دچار تغییر شمیایی نمی شود. در این نوع بافت الیاف کربن همگی در یک جهت قرار گرفته و با عنوان تار خواهد بود. در مقابل نخ ترموپلاست مانند پود قرار گرفته و الیاف کربن را در کنار هم محکم نگه می دارد. در دمای بالا این نخ ذوب شده و از هم گسیخته شدن الیاف کربن جلوگیری می کند.
کاربرد های الیاف کربن
الیاف کربن با توجه به ویژگی ها و خصوصیاتی که دارد ، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. در کل برای هر کشوری میزان مصرف کربن آن کشور نشان دهنده پیشرفت و صنعتی بودن آن می باشد. یکی از عمده ترین کاربرد های الیاف کربن در صنایع عمرانی و ساخت و ساز می باشد.
چون الیاف کربن دارای استکام بالا و وزن پایین است ، از آن به عنوان مقاوم سازی و تقویت بتن ها و سایر سازه های بتنی استفاده می شود. علاوه بر آن در ساخت صفحات ، دیوار های بتنی پیش ساخته و سبک و مقاوم از الیاف کربن استفاده می شوند. دیوار های بتنی سبک که از الیاف کربن در ساختار آن استفاده شده است ، کاربرد بسیار زیادی در ساخت برج ها و … دارد.
علاوه بر آن در ساخت سیلو ها ، تونل ها ، سوله ها ، کوره ها و … نیز از الیاف کربن به عنوان تقویت کننده استفاده می شود. الیاف کربن استحکام بالایی دارند ، به این دلیل در ساخت بدنه و سپر خودرو ها ، بدنه هواپیما ، کشتی و … از آن استفاده می شود.
البته در ساخت قطعات داخلی خودرو ها ، کشتی ها و … نیز از فیبر کربن استفاده می شود. استفاده از کربن در ساخت بدنه وسایل نقلیه زیبایی خاصی به آن می دهد. معمولا در تولید اکثر ماشین های لوکس و یا مسابقه ای از الیاف کربن استفاده می شود. ولی به دلیل قیمت بالای آن نمی توان از آن به صورت عمده در تولید خودرو های عادی استفاده کرد.
شرکت های معروف هواپیما سازی به وفور از الیاف کربن استفاده می کنند. زیرا در ساخت قطعات هواپیما ها وزن کم و استحکام بالا اهمیت بسیار زیادی دارد. البته کربن با وجود استحکام و سختی بالا شکننده نیز می باشد.
و از آن در قسمت های خاص مانند ساخت باله و … استفاده نشده و یا همراه با مواد دیگر استفاده می شود. زیرا ترک های بسیار ریز در آن باعث شکسته شدن ناگهانی یک قطعه در صورت فشار زیاد شده و صدمات زیان باری به بار خواهد آورد.
از الیاف کربن در ساخت تجهیزات پزشکی نیز استفاده های زیادی می شود. در ساخت ویلچر ، اعضای مصونی بدن و در کل لوازمی که در آنها سختی مهم بوده و قطعه باید وزن کمی داشته باشد. در نیروگاه های بادی و آبی در ساخت بدنه و پره های آسیب ها و قسمت های مختلف آن از الیاف کربن استفاده می شود.
در ساخت باتری نیز عمدتا از کربن استفاده می شود. کربن می تواند بیش از این وارد صنایع مختلف شود ، تنها دلیلی که باعث می شود از الیاف کربن به صورت بسیار گسترده استفاده نشده و صنایع از الیاف جایگزین استفاده کنند ، قیمت بالای الیاف کربن می باشد.
الیاف کربن در بتن
بتن ها و سایر سازه های ساختمانی را می توان با الیافی از قبیل فایبر گلاس و … مقاوم سازی کرد. یکی از این الیاف ، الیاف کربن می باشد. الیاف کربن نسبت به الیاف دیگر استحکام بسیار بیشتری داشته و در ازای آن وزن کمتری نیز دارد. در کل قیمت الیاف کربن بالا بوده و کمتر از آن استفاده می شود.
ولی باید توجه کرد قیمت الیاف کربن در صورت استفاده از مواد پیش زمینه ارزان تر ، مناسب تر از الیاف دیگر خواهد بود. این الیاف قبل از مخلوط شدن در داخل CFRC از هم باز می شوند. البته می توان الیاف کربن را قبل از قرار دادن در CFRC به رزین پلی وینیل استات آغشته کرده و خواص آن را بهبود بخشید.
مقاومت فیبر کربن
مشخصات مکانیکی الیاف کربن مشخص کننده مقاومت فیبر کربن خواهد بود. می توان گفت میزان مدول یانگ با مقاومت کششی الیاف کربن رابطه عکس دارد. مقاومت کششی فیبر کربن می تواند تا بیش از ۵۰۰۰ مگا پاسکال برسد. در مدول یانگ کمتر از ۲۰۰۰ گیگا پاسکال نیز مقاومت کششی بیش از ۳۰۰۰ مگا پاسکال خواهد شد.
معایب الیاف کربن
الیاف کربن نسبت به الیاف نسوز دیگر قیمت بالاتری دارد ، به این دلیل با وجود کیفیت و کارایی های بسیار زیادی که دارد کمتر از آن استفاده می شود. این محصول با وجود استحکام و سختی بالا شکننده می باشد و این برای الیاف کربن و استفاده از آن در صنایع حساس نقطه ضعف محسوب می شود. الیاف کربن برابر ضربه نیز مقاومت کافی نداشته و در صورت فشار بالای ضربه دچار شکستگی خواهد شد.
قیمت الیاف کربن
در کل به دلیل تکنولوژی خاص تولید الیاف کربن ، قیمت الیاف کربن بالا می باشد. یکی از اصلی ترین مواردی که بر قیمت الیاف کربن تاثیر دارد ، مواد و الیاف پیش زمینه آن می باشد. به عنوان مثال از میان مواد پیش زمینه بیان شده ، تولید الیاف کربن از الیاف اکریلیک قیمت بالاتری نسبت به مواد دیگر دارد.
از طرفی کربنی که در دمای بالای ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد تولید می شود ، میزان خلوص کربن در آن بالا بوده و قیمت آن نیز بیشتر خواهد بود. و یا هر چه ضدیب کشسانی محصول مورد نظر بیشتر باشد ، قیمت آن بیشتر خواهد بود. از طرف دیگر قیمت الیاف کربن علاوه بر نوع آن به برند محصول و کشور سازنده نیز بستگی دارد. پس قبل از خرید با کارشناسان ما تماس بگیرید تا اطلاعات دقیقی از قیمت انواع گوناگون الیاف کربن کسب کنید.
خرید فیبر کربن
خرید فیبر کربن در ایران نیز با وجود قیمت بالای آن رو به افزایش است. این محصول هم توسط شرکت های عرضه کننده محصولات نسوز و هم توسط شرکت های عرضه کننده سازه های عمرانی به فروش می رسد. برای انتخاب بهتر و خرید الیاف کربن اصل ابتدا شرکت مناسبی برای خرید انتخاب کنید.
محصولات وارداتی شرکت ما مستقیما از شرکت های تولید کننده خریداری شده و در اختیار مشتریان قرار می گیرد. با اینکه قیمت الیاف کربن بالاتر است ، ولی به این نکته توجه کنید الیاف کربن انواع بسیار گوناگونی دارد و بعضی از انواع آن حتی نسبت به الیاف نسوز دیگر قیمت مناسب تری نیز دارند. اگر قصد خرید الیاف کربن با کیفیت و قیمت مناسب دارید ، با کارشناسان ما در تماس باشید.
