الیاف کربن

الیاف کربن – (فیبر کربن ) , ماده ای  پیشرفته، با تکنولوژی بالا و ضروری در صنعت مدرن، ماده ای نوآورانه , با کاربردهای فراوان است.

برای تولید الیاف کربن از مواد اولیه مختلفی مانند پلی اکرونیتریل ویژه , قیر و رایون  استفاده میگردد که پلی اکریلو نیتریل (PAN) سهم بسیار بالاتری از سایر مواد اولیه در تولید الیاف کربن دارد.

پیش ساز نخ ,الیاف کربن ( PAN) یا پلی اکریلونیتریل است. PAN  در دماهای بالا تا 1500 درجه سانتیگراد کشیده و کربنیزه میگردد تا الیافی (CARBON FIBER ROVING)بدست آید که از نظر استحکام کششی سر آمد سایر الیاف باشد.سپس در دمایی بالای 3000 درجه سانتیگراد اتمهای کربن در طول الیاف باز آرایی کرده و به گونه ای مرتب میگردند که مدول الاستیسیته بسیار بالایی به الیاف کربن (نخ کربن )میبخشند. این الیاف در دسته های  K-3K-6K-12K ,… 1 دسته بندی میگردند.

تولید الیاف کربن از PAN شامل سه مرحله اصلی, گرافیته کردن می باشد.

مرحله اول تولید الیاف کربن یعنی پایدارسازی PAN در دمای 180 تا 350 درجه سانتیگراد می باشد تا حلقه های باز آن به ساختار پایداربا حلقه های بسته تبدیل گردد. الیاف PAN که در این مرجله پایدار شده اند گرما سخت هستند و در مرحله بعد با حرارت دیدن ذوب نمیشوند.

در مرحله دوم الیافی که در مرحله قبل پایدار شده اند در محدوده دمایی 400 تا 1500 درجه سانتیگراد در اتمسفر خنثی حرارت دیده تا عناصر ناخالص به صورت ترکیبات گاز ی حذف گردند و الایف کربن حاوی اتمهای کربن به دست آید.

در مرحله سوم یعنی گرافیته کردن نیز با حرارت دهی الیاف کربن تا دما های بالاتر از 1500 درجه سانتیگراد در محیط خنثی نظم و ساختار کریستالی الیاف بهبود پیدا کرده ودرصد الیاف کربن خالص افزایش می باید.که در این مرحله الایف بدست آمده را اصطلاحا گرافیت می نامند. با افزایش دمای گرافیته کردن , مدول الاستیک افزایش و استحکام کششی الایف کاهش می یابد.لذا مرحله گرافیته کردن معمولا برای نوع خاصی از الیاف کربن انجام میپذیرد.

الیاف کربن را معمولا بر اساس پارامترهای مکانیکی و کاربردها و… طبقه بندی میکنند که در ذیل به صورت خلاصه به انها پرداخته شده است.

انواع الیاف کربن:

الیاف کربن را می‌توان بر اساس تعداد فیلامنت و مدول یانگ و استحکام و دمای نهایی عملیات حرارتی و نوع ماده اولیه به گروه‌های مختلفی تقسیم‌بندی کرد.

دسته‌بندی بر اساس خصوصیات فیزیکی:

الیاف کربن با مدول یانگ بسیار بالا بیشتر از 450 گیگاپاسکال

الیاف کربن با مدول یانگ بالا بین 350  تا 450 گیگاپاسکال

الیاف کربن با مدول یانگ متوسط بین 250 تا 350 گیگاپاسکال

الیاف کربن با استحکام کششی بالا و مدول یانگ پایین ، استحکام کششی بیش از 3 گیگاپاسکال و مدول یانگ کمتر از 200

الیاف کربن با استحکام کششی بسیار بالا ، بیشتر از 5 گیگاپاسکال

دسته بندی بر اساس نوع پیش زمینه:

الیاف کربن با پیش زمینه الیاف اکریلیک (پلی اکریلونیتریل)

الیاف کربن با پیش زمینه قیر صنعتی

الیاف کربن با پیش زمینه قیر مزو فاز

الیاف کربن با پیش زمینه قیر ایزوتروپیک

الیاف کربن با پیش زمینه الیاف ویسکوز ریون (ابریشم مصنوعی)

الیاف کربن با پیش زمینه فاز گازی

دسته‌بندی بر اساس دمای نهایی عملیات حرارتی:

الیاف نوع 1 ، دمای عملیات حرارتی بالاتر از 2000 درجه سانتی‌گراد ،الیاف HM

الیاف نوع 2، دمای عملیات حرارتی بالاتر از 1500 درجه سانتی‌گراد ،الیاف  HS

الیاف نوع 3 ، دمای عملیات حرارتی بالاتر از 1000 درجه سانتی‌گراد، الیاف با استحکام پایین

تقسیم‌بندی الیاف کربن برحسب نوع ماده اولیه :

در حال حاضر سه نوع منبع برای تولید این الیاف وجود دارد :

-1الیاف کربن ساخته‌شده از گیاهان یا سلولزی

-2الیاف کربن ساخته‌شده از قیر یا  pitch

-3الیاف کربن ساخته‌شده از پلی اکریل نیتریل ( PAN )

الیاف کربن معمولا بر اساس مدول الاستیک و استحکام کششی نیز در سایتها و کارخانجات بافنده پارچه های کربن طبقه بندی میگردند

در جدول ذیل طبقه بندی متداول الیاف کربن را بر حسب مدول الاستیک مشاهده میفرمایید:

خواص عمده الیاف کربن عبارتند از:

داده های مکانیکی و ویژگی های دینامیکی

• استحکام بالا
• مدول بالا
• چگالی کم
• سرعت خزش کم
• میرایی ارتعاش خوب
• خستگی کم

خواص شیمیایی

• از نظر شیمیایی بی اثر
• غیر خورنده
• مقاومت بالا در برابر اسیدها، قلیاها و حلال های آلی

خواص حرارتی

• انبساط حرارتی کم
• هدایت حرارتی کم

خواص الکترومغناطیسی

• جذب کم اشعه ایکس
• غیر مغناطیسی

خواص الکتریکی

هدایت الکتریکی بالا

الیاف کربن کاربردهای بسیار گسترده ای در صنایع گوناگون دارند برخی از این مصارف عبارتند از:

کاربرد الیاف کربن در صنایع :

صنعت حمل و نقل

کاربردهای صنعت حمل ونقل بدینگونه اند : مخازن گازمایع خودروها ،قطعات موتور،کمک فنر،شفتهای انتقال نیرو، ملحقات چرخ وجعبه فرمان، لنت های ترمز ، بدنه ماشین های مسابقه ، بدنه کشتی ها و فنرهای لول .

صنایع ساختمانی و معماری

موادساختاری پلها، سازوکارپلهای جمع شونده، تقویتکننده بتنهای پرمقاومت، سازه های باربر، دیوارهای جداکننده، سازه های پیش تنیده برای کمک به سازه های بتنی حمل بار ، استفاده در تعمیر ساختمانهای در حال تخریب ، استفاده در جداره داخلی تونل ها برای جلوگیری از ریزش تونل و استفاده در رمپ ها برای جلوگیری از ریزش خاک را می توان از کاربردهای ساختمانی این الیاف دانست .

صنایع هواپیماسازی و هوافضا

سازه های داخلی کابین مسافرین اعم از پانل های جداره صندلی ها و میزها ، پوشش ها ، اجزای سازه ای ماهواره ها ، لبه بال هواپیماهای جنگنده ، نوک هواپیماهای مافوق صوت ، نازل موشک های دوربرد و قطعات حساس موتور هواپیماها نیز می توانند دارای الیاف کربن باشند .

صنایع پزشکی

الیاف کربن درساخت استخوان مصنوعی، اجزای تجهیزات پرتوی ایکس، صندلی های چرخدار، انواع اجزای مصنوعی بدن برای معلولین ودریچه قلب به کارمیروند .

بخش انرژی :
ازجمله کاربردهای الیاف کربن دربخش انرژی،میتوان بدین موارد اشاره کرد : باتری های سوختی ، پره های توربین و پره های آسیاب های بادی برای تولید برق از انرژی باد .صنایع الکترونیک ، تجهیزات الکتریکی و ماشین سازی :
این کاربردها عبارتند از : قاب رایانه های همراه ، اجزای رایانه ها ، بازوی ربات های صنعتی ، چرخ دنده ها ، غلتک ها ، چرخدنده های پرسرعت ، قطعات خود روغنکاری شونده ، آنتن ها ، مواد عایق الکتریکی ، مخازن تحت فشار و تانکرهای با کاربرد های خاص ، غلتک چاپ گرها و قاب تلفن های همراه

بازار کامپوزیت : فروش مواد اولیه کامپوزیت و فایبرگلاس

فروش فیبر کربن – الیاف کربن  – پارچه های کربن  در بافتهای گوناگون و گرماژهای متنوع

فروش انواع رزین های اپوکسی و وینیل استر 

فروش تجهیزات روش وکیومبگینگ و وکیوم اینفیوزن مانند خمیر سیل – پیل پلای – لایه توزیع رزین – نایلون وکیوم – نایلون جدا کننده سوراخدار و…

همچنین خدمات ساخت و تولید قطعات فایبرگلاس و فیبرکربن در مجموعه تولیدی فایبرساز انجام میپذیرد.