ویژگی های الیاف کربنی

با سلام امروز قسمت دوم بخش علم مواد در صنعت کمان را برای شما آماده کردیم.در این بخش در مورد الیاف کربن بحث خواهیم کرد.این استحکام بسیار بالا و چگالی پایینی دارند.برای دیدن این مطلب به ادامه مطلب مراجعه نمایید.

الیاف کربن یکی از مهم ترین خانواده های الیاف پیشرفته است که استحکام بسیار بالا (بین 7 تا 10 برابر فولاد ساختمانی بسته به گرید الیاف)، چگالی پایین(حدود دو سوم آلومینیوم)،رسانایی الکتریکی بسیار خوب، قابلیت بافت و تولید پارچه ، ساخت کامپوزیت های سبک و مستحکم و پایداری در برابر حرارت آن را از سایر مواد مهندسی متمایز می سازد. مواد اولیه ای که در تولید الیاف کربن به کار می رود، الیاف اکریلیک ویژه(تولید شده با هدف تبدیل به الیاف کربن) است که بر اساس فناوری های پیشرفته و تجهیزات خاص تولید می شود.

الیاف کربن دوده است که از الیاف بسیار نازک و از اتم های کربن تشکیل شده است که دارای وزن سبک و مقاومت بالایی هستند به همین دلیل الیاف کربن در حال حاضر بهترین گزینه برای استفاده در بدنه خودروها و هواپیماها هستش که به دلیل چگالی کمتر از فولاد دارای وزن کم ولی مقاومت بالاست اما چون مراحل تولید آن خیلی سخت و پیچیده هستش باعث شده تا فقط در خودروهای گران قیمت همچون لامبورگینی سستو،پاگانی زوندا سینه کوئه و بوگاتی ویرون استفاده شود البته یکی دیگر از دلایل گران بودن الیاف کربن می توان به غیر بازیابی کردن این کامپوزیت اشاره کرد که به خودی خود باعث ارزشمند شدن این کامپوزیت سبک وزن بشود، از محاسن بزرگ این کامپوزیت می توان به عدم زنگ زدن،قابلیت انعطاف بالا و ترمیم مجدد با هزینه کم اشاره کرد.

شما حتما شگفت‌زده می‌شوید اگر بدانید که الیاف کربن به هیچ وجه یک کشف جدید نیست. توماس ادیسون از فیلامنت‌های (همان رشته‌های نازک یا لیف را گویند) کربن در آزمایشات لامپ خود در سال 1879 استفاده می‌کرده است. او این الیاف را توسط حرارت دادن خیزراندر یک محیط تحت کنترل تولید می‌کرده. لیف کربن که ادیسون ساخته بود از مواد پایه سلولزی بوده است، که امروزه از مواد پایه نفتی ساخته می‌شود. الیاف کربنی که ادیسون توسط آتش زدن خیزران می‌ساخته ضد آتش بوده که آن را برای فیلامنت‌هایی که باید ملتهب می‌شدند ایده‌آل می‌ساخته است.

بعدا در سال 1958 راجر بیکن (Roger Bacon) تلاش کرد تا الیاف کربن را از رشته‌های ریون (ابریشم مصنوعی) بسازد اما این الیاف خیلی محکم نبودند. تنها در سال 1963 بود که موسسه هواپیمایی سلطنتی در همپشایر انگلستان الیاف کربن محکم تولید کرد. رولز رویس از این الیاف ها در موتورهای هواپیمایی خود استفاده کرد. امروزه الیاف کربن از پلیمر پلی اکریلو نیتریل (PAN) ساخته می‌شود.

زمانیکه این پلیمر تولید می‌شود به روشی کشیده می‌شود که موازی محور لیف قرار گیرد. این پلیمر سپس در دمای 200 الی 300oC برای از بین بردن هیدروژن و اضافه کردن اکسیژن به مولکول اکسید می‌شود. سپس پلیمر توسط کربنیزاسیون خالص سازی می‌شود، که با گرم کردن آن تا دمای 2500oC در یک محیط اشباع از نیتروژن این عمل انجام می‌شود. محصول به کیفیت لیف وابسته است و پلیمری با بیش از 90% کربن در آن است.

مرحله نهایی در ساخت لیف کربن سایزینگ (sizing) نام دارد. در این مرحله الیفا به صورت پارچه بافته می‌شوند و درون یک رزین اپوکسی قرار داده می‌شوند. چیزی که در آخر بدست می‌آید یک صفحه فیبر کربن سیاه رنگ است که شما می‌تواند برای ساخت موارد بسیاری از آن استفاده کنید.