الیاف کربن

[spow 44,195]

تاریخچه ی تولید الیاف کربن:

 

سابقه ی استفاده از الیاف کربن به اینکه اولین بار توماس ادیسون این الیاف را در لامپ های روشنایی مورد استفاده قرار داد بر می گردد. در آن زمان این الیاف را از کربونیزه کردن نوعی نی به نام Bamboo و رایون تولید می کردند . ادیسون در سال 1888 این حالت را به عنوان کربن ادیسون به ثبت رسانید و از آن به عنوان تار درون لامپ برق استفاده کرد . بهترین نوع الیاف کربنی از چوب بامبوی کربنی تولید شده ، و لامپ های ساخته شده از آن ، طول عمری چندین صد ساعته داشت . ( امروزه عمر تقریبی لامپ ها در حدود 1000 ساعت می باشد ) . سه سال بعد ، یعنی در سال 1883 ، Swan برای نخستین بار فیلامنت مصنوعی و سبک کربن را با عبور دادن محلول نیترات سـلولز که از روزنه های ریزی بیـرون می آمد ( رشته ساز امروزی ) در استیـک اسـید و در حمام انعـقاد محتوی الکل بدست آورد . تاریخ الیاف مصنوعی با آزمایشات Swan آغاز می شود . دو مرد ، ادیسون و سوان ، توانستند لامپی بسازند که عملاً از الکتریسیته نور تولید شود . این هر دوی آنان زمانی توانستند به این مهم دست یابند که به مهمترین ماده ی آن روز یعنی تار کربنی دسترسی پیدا کرده بودند. بدان علت که کاربرد الیاف کربن در لامپ های الکتریکی به سبب مزیت فیلامنت های تنگستن شناخته نشد ، قریب به 80 سال از تولید این الیاف مصنوعی – الیاف کربن – گذشت تاکاربرد صنعتی بیابد. در واقع ، استفاده از کربن تا سال 1907 ، زمانی که تارهای تنگستن عرضه شد ، ادامه یافت و وقتی کارایی این تار در تبدیل الکتریسیته به نور به ا ثبات رسید ، به تدریج جای تار کربنی را گرفت و تا به امروز نیز همچنان ادامه یافت . بدون توجه به رشته های طلا و نقره ، تارهای کربن نخستین تارهای ساخت دست بشر بوده که کاربردی واقعی پیدا نموده و امروزه ، یعنی یک صد سال بعد نیز با تعدیلاتی چند به عنوان جدیدترین انواع لیفهای مصنوعی در اختیار انسان قرار گرفته و همچنان دررابطه بابهبود وضعیت آن ، به پیش می رود .

[Astraea 25,351]

ساخت الیاف کربن

درفرهنگ واژگان نساجی آمده است :: الیاف کربن به الیافی گفته می شود که دست کم دارای ۹۰ درصد کربن هستند و از پیرولیز کنترل شده الیافی ویژه به دست می آیند . اصطلاح الیاف گرافیتی درمورد الیافی به کار می رود که کربن آنها بیش از ۹۹ درصد باشد . انواع گوناگونی از الیاف به عنوان پیش زمینه تولید الیاف کربن وجود دارد که دارای ویژگی های انحصاری و مورفولوژی ویژه هستند . پرمصرف ترین الیاف پیش زمینه عبارتند از : الیاف پلی اکریلونیتریل ( PAN ) ، الیاف سلولزی ( مانند ریون ویسکوز و پنبه ) ، قیر حاصل از قطران ذغال سنگ ( Coal tar pitch ) و نوع ویژه ای از الیاف فنلیک .

الیاف کربن از طریق پیرولیز پیش زمینه های آلی که به شکل الیاف هستند ، ساخته می شود . در واقع انجام عملیات حرارتی موجب حذف عناصری مانند اکسیژن ، نیتروژن و هیدروژن و باقی ماندن کربن به شکل الیاف می شود . در پژوهش هایی که برروی الیاف کربن انجام شده ، مشخص گردیده که ویژگی های مکانیکی الیاف کربن با افزایش درجه تبلور و میزان جهت گیری الیاف پیش زمینه و کاهش نواقص موجود در آنها ، بهبود می یابد . بهترین راه برای دست یابی به الیاف کربن با ویژگی های مناسب ، استفاده از الیاف پیش زمینه با بیشترین مقدار جهت گیری و حفظ آن در طی فرآیندهای پایدار سازی و کربنیزاسیون از طریق اعمال کشش در طول فرآیند است

[Astraea 25,351]

الیاف کربن را می توان براساس مدول الاستیک ، استحکام و دمای نهایی عملیات حرارتی به گروههای زیر دسته بندی کرد :

▪ دسته بندی براساس ویژگی ها :

ـ الیاف کربن با ضریب کشسانی بسیار بالا ؛ بیشتر از ۴۵۰ گیگا پاسکال

ـ الیاف کربن با ضریب کشسانی بالا ؛ بین ۳۵۰ تا ۴۵۰ گیگا پاسکال ـ الیاف کربن با ضریب کشسانی متوسط ؛ بین ۲۰۰ تا ۳۵۰ گیگا پاسکال

ـ الیاف کربن با استحکام کششی بالا و ضریب کشسانی پایین ؛ استحکام کششی بیش از ۳ گیگا پاسکال و ضریب کشسانی کم تر از ۱۰۰

ـ الیاف کربن با استحکام کششی بسیار بالا ؛ بالاتر از ۵/۴ گیگا پاسکال

▪ دسته بندی براساس نوع پیش زمینه :

ـ الیاف کربن با پیش زمینه الیاف پلی اکریلونیتریل

ـ الیاف کربن با پیش زمینه قیر صنعتی

ـ الیاف کربن با پیش زمینه قیر مزوفاز

ـ الیاف کربن با پیش زمینه قیر ایزوتروپیک

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

ـ الیاف کربن با پیش زمینه فاز گازی

▪ دسته بندی براساس دمای نهایی عملیات حرارتی :

ـ الیاف نوع ۱ ، دمای عملیات حرارتی بالاتر از ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد ؛ تولید کننده الیاف hm

ـ الیاف نوع ۲ ، دمای عملیات حرارتی حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد ؛ تولید کننده الیاف hs

ـ الیاف نوع ۳ ، دمای عملیات حرارتی کم تر یا حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد ؛ تولید کننده الیاف با ضریب استحکام پایین

[Astraea 25,351]

 

 

الياف کربن از جمله مواد استراتژيکي بوده که براي ساخت کامپوزيت هاي پيشرفته بکار مي رود . از اين کامپوزيتها در صنايع مختلفي نظير صنعت ساختمان (بويژه بمنظور مقاوم سازي ساختمانها) ، صنايع نظامي، ساخت وسايل ورزشي و صنعتي و... استفاده مي شود. الياف كربن خواص منحصر به فرد و بسيار خوبي داشته كه خواص مكانيكي، حرارتي و شيميايي اين الياف باعث شده تا اين الياف گزينه مناسبي براي تقويت كامپوزيتها باشد.

[spow 44,195]

الياف كربن بخاطر داشتن خصوصياتي چون مقاومت زياد، وزن كم و مقاومت در برابر خوردگي و حرارت، مادة بسيار مناسبي جهت تقويت ديگر مواد به حساب مي­آيد. متن زير كه از مجلة كامپوزيت نقل شده است، بيانگر ده نوع كاربرد مختلف الياف كربن در حال و آينده است:

در دنياي مواد، الياف كربن همانند آخرين اميد براي افزايش خواص مكانيكي عمل مي­كند؛ يعني در تقويت ديگر مواد و بهبود ويژگي­هاي آن­ها معجزه­وار عمل مي­كند. كامپوزيت­هاي تقويت شده با الياف كربن داراي ويژگي­هاي برجسته­اي مانند استحكام و چقرمگي بالا، سبكي، مقاومت در برابر خوردگي و حرارت و هدايت الكتريكي هستند. از ديگر ويژگي­هاي الياف كربن، قابليت استفاده همراه با مواد گوناگون همانند ديگر الياف، پلاستيك­ها، فلزات، چوب و سيمان است.

زولتك يكي از شركت­هاي توليد كننده الياف كربن است كه محصولات آن در صنايع گوناگون به كار گرفته مي­شوند. اين شركت الياف كربن را از يك فرايند كربنيزاسيون پيوسته توليد مي­كند و هم‌اكنون توجه خود را به توليد الياف كربن ارزان معطوف كرده است. زولتك بر روي ده گروه كاربردي تجاري مهم تمركز كرده است. اين ده گروه به صورت مشروح در ادامه آمده است:

 

1- پلاستيك­هاي رسانا و كاهش الكتريسيته ساكن

 

 

با توزيع الياف كربن كوتاه در ديگر مواد مي­توان الكتريسته ساكن توليد شده در رايانه­هاي لپ­تاپ، چاپ­گرها و ديگر وسايل مشابه را پخش كرد. انتظار مي­رود با افرودن الياف كربن كوتاه و آسياب شده به مواد گرماسخت، نياز به آغازگرهاي رسانا پيش از رنگ­آميزي قطعه از بين برود. الياف كربن با افزايش جاذبه بين رنگ الكترواستاتيك و قطعه باعث افزايش دقت در رنگ‌آميزي پاششي مي­شوند و در نتيجه هزينه و آلودگي كاهش مي­يابند.

 

 

2- كاربردهاي صنعتي

 

 

در صنعت كاغذ، غلتك­هاي سريعي كه سبكي وزن، چقرمگي و عمر بالا را با هم داشته باشند، كليد بهبود توليد و افزايش كيفيت هستند. بسياري از توليدكنندگان كاغذ و چاپخانه­ها در ايالات متحده و اروپا هم اكنون از نسل جديدي از غلتك­ها و ميله­هايي استفاده مي­كنند كه از الياف كربن ساخته شده­اند. هم­چنين در ساخت غلتك­هاي مورد استفاده در فرايند پيچش الياف (يكي از روش­هاي شكل­دهي كامپوزيت­ها) از اين فناروي استفاده مي­شود.

 

3- صنعت ساختمان و كاهش وزن سازه ­ها

 

 

پيشرفت صنعت ساختمان بر استفاده از الياف كربن در كاربردهاي حساس و با حجم بالاي توليد تاكيد مي­كند. ظرفيت الياف كربن براي تقويت و كاهش وزن سازه­­هاي بتني مشخص شده است. يك شركت بين­المللي مصالح ساختماني، اين ايده را كه هر بدنة بتني بايد سنگين و ضخيم باشد، دگرگون كرد. اين شركت در نمايشگاه بزرگ بين­المللي هتل، متل و رستوران سال 1998 در نيويورك، يك اتاق مجزاي هتل را در اندازة واقعي به نمايش گذارد. اين اتاق از جنس بتن تقويت شده با كامپوزيت­هاي الياف كربن بوده كه كامپوزيكرت ناميده مي­شود (Composicrete). اين بازار همچنين شامل ديگر واحدهاي قابل حمل و سرهم كردن براي استفاده در هتل­ها، متل­ها، مدرسه­ها و غيره است.

 

4- لوازم ورزشي با بهاي باورنكردني

 

 

روزگاري تنها ثروتمندان توان استفاده از برخي لوازم ورزشي را داشتند. ولي امروزه با استفاده از الياف كربن، قيمت­ها به طرز چشمگيري كاهش يافته­اند، به گونه­اي كه شما به راحتي مي­­توانيد يك چوب گلف را به بهاي كمتر از 30 دلار تهيه كنيد. الياف كربن به طرز قابل توجهي، كارايي بسياري از لوازم ورزشي را بهبود داده­اند. ولي تا چندي پيش، راكت­هاي تنيس و چوب­هاي گلف معروف به گرافيتي از الياف كربن بسيار گران ساخته و فروخته مي­شدند. شركت زولتك الياف كربن ارزان‌قيمتي را عرضه كرده است كه تهية صفحات نازك پيش آغشته مورد نياز براي لوازم ورزشي از آن بسيار ساده است. اين صفحات در قطعاتي همچون اسكي، اسكيت، تخته برفي و غيره كاربرد دارند.

 

5- صنعت خودرو، كاهش وزن و افزايش استحكام

 

 

هنري فورد در سال 1923 گفته بود: "من نمي­توانم چنين خيال واهي را تصور كنم كه استحكام متناسب با وزن است. كاهش وزن خودرو حتي به ميزان جزيي مي­تواند منجر به افزايش سرعت و كاهش مصرف سوخت شود. با كاهش وزن، مواد كمتري نيز استفاده مي­شود كه به نوبه خود، افت قيمت را به همراه دارد".

نگرش هنري فورد درست بود. روز به روز مردم بيشتري در جهان، توانايي خريد خودروي شخصي را پيدا مي­كنند و خودروها سوخت بيشتري مصرف كرده و آلودگي بيشتري توليد مي­كنند. بنابراين رقابتي شديد براي ساخت خودروهاي ارزان­تر، سبك­تر و تميزتر درگرفته است. دو طرز فكر براي كاهش وزن خودروها وجود دارد. يكي از اين نگرش­ها بر جايگزيني جزء به جزء تمركز دارد. در اين نگرش سعي بر اين است طي پنج سال وزن خودرو 150 تا 200 كيلوگرم كاهش يابد. نگرش ديگر بر طراحي كلي سيستم­هاي نوين تمركز دارد تا ميزان كاهش وزن بيشتري به دست آيد. هر دوي اين نگرش­ها اكنون پيگيري مي­شوند.

در اروپا و ژاپن كه بهاي بنزين چند برابر ايالات متحده است، در دهة آينده تلاش بيشتري براي عرضه خودروهاي ابرسبك به بازار انجام مي­شود. امروزه پلاستيك­ها و كامپوزيت­ها نسبت به ديگر مواد به جز فولاد بيشترين سهم را در وزن خودرو دارند. در خودروهاي امروزي پليمرهاي گرمانرم­ عموماً در كابردهاي غيرسازه­اي استفاده مي­شوند و به جاي الياف كربن، الياف شيشه به كار گرفته مي­شود. زولتك با شركت­هاي سازنده خودرو همكاري مي­كند، تا فرايندهاي ساخت موجود را با الياف كربن سازگار كند. با توجه به اين كه الياف كربن در واحد حجم قوي­تر و سفت­تر از الياف شيشه هستند، يك خودروي تمام‌كامپوزيتي بيش از 60 درصد كاهش وزن خواهد داشت.

[spow 44,195]

6- وسايل نقليه ديگر (هواپيماها، قطارها، اتوبوس­ها)

 

 

يك شركت صنعتي اروپايي روي برنامه جديدي براي بررسي امكان ساخت واگن­هاي تمام كامپوزيتي كار مي­كند. تيرهاي باربر اين واگن از الياف كربن ساخته خواهد شد. كاربرد الياف كربن در اتوبوس­ها، كاميون­ها و ديگر وسايل نقليه رو به افزايش است. كارايي نسل جديد هواپيما (نظامي يا تجاري) با استفاده از الياف كربن افزايش يافته و كاربرد الياف كربن در اين زمينه روز به روز بيشتر مي­شود. هم­زمان ما شاهد تاكيد بيشتر كاهش هزينه در صنعت هوا و فضا هستيم. هم اكنون شركت­هاي بويينگ و لاك‌هيد، الياف كربن رده تجاري را در برنامه­هاي طراحي خود گنجانده­اند.

7- الياف كربن در توربين­هاي بادي

 

 

يكي از قديمي­ترين و تميز­ترين روش­هاي توليد انرژي استفاده از نيروي باد است. در طول دهه گذشته ظرفيت توليد الكتريسته از توربين­هاي بادي به سرعت افزايش يافته است.

هم اكنون اگر توربين­هاي بادي در جاي مناسبي قرار داده شوند بهاي الكتريسته توليد شده حدود 5 سنت بر كيلو وات ساعت است. ولي براي همه­گيرشدن اين روش، اين بها بايد كاهش يابد تا الكتريسيته توليد شده توانايي رقابت با ديگر روش­ها را داشته باشد. يعني توربين­هاي بادي جديد بايد بزرگتر و كارآمدتر از توربين­هاي امروزي(كه طول بيشينه­ي پره­هاي آنها 30 متر است) باشند. امروزه پره­هاي توربيني به طول 55 متر طراحي شده است. اين امر مستلزم استفاده از الياف كربن به جاي الياف شيشه است تا استحكام و سفتي مورد نياز را تامين كند. هم چنين انتظار مي­رود الياف كربن در مخازن گاز طبيعي فشرده و پيل­هاي سوختي نقش مهمي داشته باشند و كاهش وزن، كليد عملي شدن اين فناوري­ها است.

 

 

8- الياف كربن در تقويت سازه ­ها

 

 

صدها هزار پل، پاركينگ، ساختمان بلند و ديگر سازه­هاي بتني و چوبي در دنيا، به تقويت و ترميم نياز دارند. بازار محصولاتي كه بتوانند اين كار را انجام دهند بسيار گسترده­ است. بيش از 1500 سازه بتني تاكنون با كامپوزيت تقويت شده­اند. هنگامي كه از كامپوزيت­ها به جاي فولاد استفاده مي­شود، زمان ساخت‌و‌ساز كاهش يافته و وزن كلي سازه به مقدار قابل‌توجهي كم مي­شود و در اغلب موارد اختلال ايجاد شده در كارهاي ديگر كاهش مي­يابد. تقويت­كننده­هاي كامپوزيتي معمولاً از صفحات فولادي ارزان­تر نيستند ولي كارايي بهتري دارند.

 

9- الياف كربن و مقاومت در برابر سايش

 

 

زولتك مهم­ترين توليدكننده الياف كربن مورد استفاده در ترمزهاي هواپيما در جهان است. در دماهاي بالا فولاد و ديگر مواد ذوب مي­شوند ولي الياف كربن قوي­تر مي­شوند. الياف كربن به عنوان ماده اصلي تقريباً 50 درصد از ترمزهاي كامپوزيتي كربن/كربن در هواپيماهاي تجاري به كار مي­رود. برنامه­هايي براي به كاربري ترمزهاي كامپوزيتي قطارهاي پرسرعت اروپا در حال بررسي و گسترش است. اين ترمزها شبيه ترمزهاي هواپيما طراحي شده است. كاربرد الياف كربن در ديگر بخش­هاي سايشي خودور همانند كلاچ و جعبه دنده در حال گسترش است.

 

10- صنايع دريايي و قايق­هاي تقويت شده با الياف كربن

 

 

يكي ديگر از بازارهايي كه الياف كربن در آن كاربرد گسترده­اي دارد، صنايع دريايي است. اين كابردها عبارتند از ساخت دكل­ها، بادبان­ها عرشه و بدنه­ي قايق­هاي بادباني، پارويي و موتوري تندرو.

آب­هاي عميق يكي از بزرگ­ترين مشكلات صنعت نفت هستند. براي غلبه بر اين مشكل نمي­توان به ابزار فولادي اعتماد كرد. محدوديت­هاي فولاد از پيش در لوله­ها و ديگر سازه­ها مشخص شده است. شركت زولتك به صورتي فعال مشغول مذاكره با شركت­هاي بزرگ نفتي، شركت­هاي حفاري و غيره است تا بر روي الياف كربن سرمايه­گذاري كنند. زولتك همچنين درگير آزمايش ميله­هاي كامپوزيتي است كه سكوهاي نفتي جديد را در عمق 3.7 كيلومتري اقيانوس مهار مي­­كنند. اين عمق، چهار برابر عميق­ترين سازه­هايي است كه با فولاد مهار شده­اند.

 

موارد ذكر شده از كاربردهاي نوين، تمام كاربردها را در برنمي­گيرد. به عنوان مثال، در زمينه پزشكي، علاقه­ي شديدي به استفاده از كامپوزيت­ها براي ساخت پروتزهاي سبك و مستحكم وجود دارد. (پايان نقل قول از مجلة كامپوزيت)

 

تحليل:

 

 

متن فوق نشان‌دهندة فراگير شدن استفاده از الياف كربن در كاربردهاي گوناگون است و جايگزيني گسترده­اي كه در آينده به نفع الياف كربن رخ خواهد داد. اين مساله ايجاد بازار بزرگي براي اين الياف و قطعات تقويت شده با اين مواد را نويد ميدهد. بازاري كه با توجه به زمينه­هايي كه در بالا براي كاربرد اين الياف بيان شده است ارزش زيادي خواهد داشت. علاوه بر اين با توجه به خصوصياتي كه كامپوزيت­هاي ساخته شده از اين الياف دارند مانند مقاومت بالا و عدم خوردگي، هزينه­هاي تعمير و نگهداري را به شدت كاهش مي­دهند. در كشور ما توانمندي­هايي در ساخت كامپوزيت­هاي تقويت شده با الياف كربن وجود دارد كه جاي اميدواري است ولي محدود مي­باشد و بايد گسترش يابد. در زمينة توليد اين الياف كاري صورت نگرفته است. در صورت توليد اين الياف در داخل كشور علاوه بر تامين نياز داخلي ما مي­توانيم در بازار آيندة اين الياف نيز سهم داشته باشيم

[Astraea 25,351]

شرکت کریما (Corima) از مشتریان شرکت هکسل (Hexcel)، یکی از تولیدکنندگان پیشرو در تولید چرخ های دوچرخه با الیاف کربن برای مسابقات جاده ایی است. در طی این سالها این شرکت یکی از بازیگران اصلی فن آوری در مسابقات دوچرخه سواری فرانسه موسوم به "تور دو فرانس" با تشکیل دو تیم با نامهای ASTANA و SOJASUN بوده است.شرکت کریما از اینکه چرخ های کورنو ( CHRONO ) را با پیش آغشته های Hexcel’s HexPly® و تقویت کننده الیاف کربن (Primetex®12K) تولید کرده بسیار خرسند است زیرا شاهد عملکرد بهتر دوچرخه ها در مسابقات جاده ایی فرانسه بوده است.فن آوری® Hexcel’s PrimeTex، اجازه میدهد پارچه های سبکی از الیاف کربن با حفظ کیفیت عالی و یکنواختی بافته شوند. پیش آغشتهThe HexPly® به طیف وسیعی از رزین های صنعتی این توانایی را میدهد که بتوانند دو هدف فرایند پذیری صنعتی (دوره های پخت موثر و کارآمد) و عملکرد بالا را بدست آورند. نکته قابل توجه اینکه در طول مسابقات "تور دو فرانس"، این نوع چرخها با تقاضای زیادی مواجه شدند.

 

در مورد شرکت هکسل

شرکت هکسل، شرکت پیشرو در صنعت کامپوزیتهای پیشرفته است. این شرکت مواد سازه ای را با عملکرد بالا و وزن کم تولید، توسعه و به بازار عرضه مینماید. موادی چون الیاف کربن، تقویت کننده ها برای کامپوزیتها، پیش آغشته ها، لانه زنبوری ها، سیستمهای بستر (MATRIX)، چسب ها و سازه های کامپوزیتی، که در صنایع هوافضا، فضا، دفاع و کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند.

چهارشنبه 1 شهریور 1391

مترجم: م. تقی زاده- انجمن کامپوزیت ایران

[Astraea 25,351]

طبق گزارشی جدید، پیش بینی تقاضای جهانی الیاف کربن در تولید خودرو و سایر وسایل نقلیه سبک تا سال 2015 به میزان 8.5 میلیون تن خواهد رسید.

این پیش بینی طبق فرضیه ایی است که هر اتومبیل به طور متوسط فقط 100 کیلو گرم الیاف کربن مصرف خواهد کرد، اما بازار فعلی می تواند با افزایش حجم، عامل مهمتری در کاهش قیمت های الیاف باشد.الیاف کربن موادی است که تارهای آن بسیار باریک و قطری حدوداً بین 5 تا 10 هزارم میلی متر است.

الیاف کربن به عنوان ماده تقویت کننده در پلاستیک تقویت شده مورد استفاده قرار می گیرند، در حال حاضر این الیاف به عنوان ماده اصلی در سازه هواپیما، تجهیزات ورزشی و خودورهای مسابقه به کار می رود.

Textile Intelligence طی گزارشی توضیح می دهد، مزیت اصلی الیاف کربن، استحکام بالای آن به نسبت وزن آن می باشد که این وضعیت ویژگی سبب شده الیاف کربن، برای سازه هواپیما مورد ایده الی باشد چرا که باعث کاهش وزن و از طرفی کاهش مصرف سوخت می شود.

در سال های اخیر استفاده از الیاف کربن در سازه هواپیما به عنوان قسمت های اصلی کامپوزیت، به سرعت افزایش یافته است. محاسبه شده 20 سال پیش تنها 10% سازه هواپیما از الیاف کربن بوده اما اخیراً در هواپیما های فوق العاده خاص مانند ایرباس آ380 و بوئینگ 787 دریملاینر (Boeing 787 Dreamliner)، الیاف کربن بیش از 50% به کار برده می شود.

کاربرد الیاف کربن در هواپیما و در صنعت نظامی و همچنین در مورد تجهیزات دیگر نظامی بیش از سابق استفاده می شود.

به نظر می رسد مرحله بعدی بخش اعظم توسعه کامپوزیتهای الیاف کربن در وسایل نقلیه و وسایل الکتریکی خاص خواهد بود که آن به دلیل ویژگی هایی چون دوستار محیط زیست بودن این الیاف است که در نهایت سبب کاهش آلودگی محیطی می شوند. الیاف کربن به دلیل استحکام بالا نسبت به وزن .

همینطور و کاهش وزن موردی ایده ال برای انواع اتومبیل است که این کاهش وزن خودرو سبب میشود که اتومبیل بتواند مسافت بیشتری را قبل از اینکه باتری آن نیاز به شارژ دوباره داشته باشد حرکت کند.برای استفاده از پتانسیل بازار، چندین شرکت، سرمایه گذاری مشترکی انجام داده اند و انتظار می رود که این سرمایه گذاری را ادامه دهند.

بدین منظور، برنامه ایی توسط سرمایه گذاری مشترک اعلام شد، که این برنامه بین گروه SGLو شرکت خودروسازی BMW صورت گرفته است که 100 میلیون دلار در ساخت یک کارخانه الیاف کربن جدید در مسز لیک (Moses Lake)، واشینگتون آمریکا ، سرمایه گذاری میکنند.ابتدا، تولید الیاف تنها برای یک وسیله نقلیه الکتریکی جدید (BMW's Megacity) استفاده میشود که در لپزیج، آلمان مونتاژ و قبل سال 2015 تحت نام تجاری BMW راه اندازی خواهد شد.با استفاده از اجزاء CFRP(پلاستیک های تقویت شده توسط الیاف کربن)، در اتومبیل BMW سبب شده که وزن سازه به طور چشمگیری کاهش و در نهایت سبب کاهش مصرف سوخت و به حداقل رساندن انتشار گاز دی اکسید کربن در محیط می گردد.

در آپریل 2010 شرکت دیملر (Daimler)آلمانی و شرکت صنایع تری (Tory Industries) در یک توسعه برابر، اعلام کردند که برای مشارکت پیشرفته الیاف کربن برنامه ریزی کرده اند طوری که در سال 2012 از الیاف کربن در اتومبیل مرسدس بنز استفاده میشود.قسمت های این اتومبیل در کارخانه توری کشور فرانسه از مواد کامپوزیتی الیاف کربن ساخته خواهد شد.این ماده جدید در مدل مرسدس بنز اس ال کلس (SL Class) استفاده خواهد شد، طوری که ساخت این وسیله نقلیه باعث تولید انبوهی از ماشین سواری میشود که از الیاف کربن کارخانه توری ساخته شده است.

 

منبع: ecocomposite

[Astraea 25,351]

شرکت سی ای لیتزلر گزارش داد که در زمینه ارتقاء کیفیت الیاف کربن به پیشرفت چشمگیری نائل شده است. دستگاه کامپیوتریتر سی اف یک مدل آزمایشگاهی متعلق به شرکت لیتزلر است که در واقع سیستمی با کیفیت بالا و برای تولید الیاف کربن می باشد و در دانشگاه ها، موسسات تحقیقاتی و در تولید PAN و الیاف کربن مورد استفاده قرار می گیرد تا به این ترتیب بر کیفیت الیاف کربن افزوده شود. از این دستگاه در مراکز موجود تولید الیاف نیز استفاده می گردد تا کیفیت پیش ماده PAN، مورد آزمایش و ارزیابی قرار گیرد. از دستگاه مذکور می توان در ارائه فرضیه های کارآمدتر درباره روش تولید و سایزینگ مواد شیمیایی نیز بهره جست.

فوائد دستگاه فوق عبارتند از:

- دستگاه کامپیوتریتر سی اف این امکان را فراهم میکند تا تحقیق و توسعه به صورت تمام وقت انجام پذیرد، کاملا اتوماتیک است و داخل دستگاه آزمایشگاهی قرار میگیرد

 

-استفاده از این دستگاه باعث می شود هزینه آزمایش پایین بیاید.

 

- نیاز به برنامه های طولانی مدت و هزینه بر توسعه را منتفی می سازد.

دستگاه مذکور از عملکردهای ذیل برخوردار است:- بخش کشنده پن با کنترل کشش- پیش آماده ساز - سه کوره اکسیداسیون aC"330 شرکت لیتزلر با غلتک دوارکنترل کننده کشش در مناطق مختلف- کوره های دمای پایین/ دمای بالا- سیستم سایزینگ- ترمیم کننده سطح- نخ پیچ- کنترل یکپارچه عملیات و تجزیه

 

ستگاه کامپوتریتر سی اف برای استفاده کردن از یک تاو منفرد طراحی شده است. اندازه این تاوها بین K1 الی K 50 می باشد.در سراسر جهان از آزمایشگاه شرکت لیتزلر و تجهیزات آن استفاده می گردد. دستگاه کامپیوتریتر سی اف همان فناوری شرکت لیترلر را ارائه می دهد به این معنی که برای توسعه و بالا بردن کیفیت، آزمایش ها کارآمد شده است.

منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه کامپوزیت

[Astraea 25,351]

کاربرد الیاف کربن در سوپر خودرو هیبریدی پژو اٌنیکس وی هشت

 

ماه گذشته خودرو هیبریدی پژو ONYX V8 در نمایشگاه موتور شهر پاریس به نمایش گذاشته شد. این خودرو اسپرت دارای یک موتور v8 میانی دیزل هیبریدی با توان 600 اسب بخار و حجم 3.7 لیتر، با شاسی الیاف کربن است.

بستر مسطح الیاف کربن نیروی کمی را ایجاد میکند که باعث کاهش نیاز به پره های بیرونی اضافی شده است. تمام صفحات ترمز این خودرو از کامپوزیت کربنی ساخته شده و زمانی که روش سیستم انرژی KERS فعال میشود، انرژی ترمزی حاصل خواهد شد که تحت سرعت، توان اضافی 80 اسب بخار را به موتور خودرو خواهد داد و اگر شما در حین شتاب نیاز به توقف داشته باشید، با باز شدن ترمز بادی عقب، ایمنی مضاعفی خواهید داشت.

این خودرو در سازه ای با الیاف کربن قرار گرفته است و موتور آن دارای پوشش شفافی است که از کامپوزیت پلی متیل مت اکریلات (PolyMethyl MethAcrylate) ساخته شده است، این خودرو با مس تزئینی، آراسته شده که عمر زیادی را در برخواهد داشت.داخل خودرو به سادگی طراحی شده و با مواد جدید تکمیل یافته است.

تمام قسمت های این خودرو به طور تأثیرگذار از پوسته و یا قطعات منفصل شکل گرفته که اصطلاحاً پیله ای را ایجاد نموده است. این خودرو در معرض 12 قسمت شاسی کربنی قرار گرفته است.

 

منبع خبر: نشریه Jec Compositesمترجم: م. تقی زاده- انجمن کامپوزیت ایران

 

5.7.1391

[Astraea 25,351]

کربن به عنوان یکی از جذاب ترین عناصر در طبیعت مطرح می باشد و اتم های کربن در ساخت ترکیبات مهم شیمیایی بسیاری شرکت داشته و پایه و اساس فناوری های مختلفی هستند.

این اتم ها علاوه بر ترکیب شدن با عناصر دیگر، می توانند با اتم های کربن نیز پیوند دهند. اتم های کربن از نظر ترتیب پر شدن اوربیتال ها، دارای ساختار الکترونی 2 s² 2p²1s² هستند. بنابراین چهار اکترون آزاد دارند که امکان تشکیل چهار پیوند را برای این اتم ها مهیا می سازد. پیوند هایی که این اتم ها تشکیل می دهند، در ترکیبات گوناگون به شکل های متفاوتی وجود داشته و خواص متفاوتی را نیز ایجاد می کند.

این اتم ها در ساختار الماس چهار پیوند یگانه ی کووالانس ایجاد می کنند. یعنی هر اتم کربن با چهار اتم کربن دیگر پیوند می دهد. بنابراین از تمام چهار ظرفیت خود برای تشکیل پیوند استفاده کرده است.کربن در چندین فرم مختلف می تواند وجود داشته باشد.

ساده ترین فرم کربن گرافیت است که متشکل از لایه های کربن با ساختاری شش وجهی به هم چسبیده می باشد و تحت فشار بالا الماس شکل

می گیرد که شکل ناپایدار کربن است.شکل جدید کربن که به صورت ملکولی است؛ فلورن نامیده می شود و معمولاً با عنوان C60 خوانده

می شود و 60 اتم کربن را در بردارد و مثل یک توپ از 20 شش وجهی که سطح آن می تواند به شکل یک کره در بیاید، ساخته شده است.

به اکتشاف فلورن، جایزه نوبل شیمی در سال 1996 اهدا شده است.در ساختار گرافیت، نانو لوله و فلورن پیوند های یگانه ای بین اتم های کربن وجود دارد. با این تفاوت که هر اتم تنها با 3 اتم دیگر پیوند می دهد و در نتیجه سه پیوند یگانه کوالانسی دارد. در این ساختار ها اتم کربن یکی از ظرفیت های خود را مصرف نمی کند.

این ظرفیت خالی که در واقع یک الکترون اضافی است. به شکل یک پیوند آزاد در خارج از صفحه ای که دیگر اتم ها در آن قرار دارند، قرار می گیرد، این پیوند آزاد یا معلق می تواند در شرایطی با گروه های عاملی یا دیگر اتم های رادیکالی موجود در محیط پیوند دهد.اکنون به خوبی شناخته شده است که گرافیت از ورقه های شش وجهی کربنی که روی یکدیگر به هم چسبیده می شوند، تشکیل شده است.

اما این باور وجود دارد که تک ورق نمی توانست در شکل جدا شده تولید شود طوری که در اکتبر 2004 کنستانتین نووسلوف و آندره جیم و همکارانشان نشان دادند یک لایه می تواند جدا شود و به شکل دیگری تبدیل شود و ویژگی های الکتریکی برخی لایه ها قابل تعیین شدن است، یک شگفتی در جامعه فیزیک به وجود آمد. در جولای 2005 آنها اندازه گیری های الکتریکی روی یک تک لایه را منتشر کردند.

در واقع تک لایه ورق کربن گرافن نامیده می شود.جالب است بدانیم هر کسی که یک مداد معمولی را استفاده کرده باشد، ساختاری شبه گرافنی را بدون شناختن آن تولید کرده است. یک مداد سیاه، از گرافیت تشکیل شده و وقتی که روی یک قطعه کاغذ جا به جا می شود، گرافیت به لایه های نازک تقسیم می شود طوری که روی کاغذ، متن یا تصویری که قصد ایجاد آن را داریم می سازد.

جزء کوچکی از این لایه های نازک فقط لایه های کمی یا حتی یک تک لایه گرافیت، یعنی گرافن را در بردارد.به عبارتی مشکل اصلی ایجاد ساختارهای گرافنی نبود بلکه جدا کردن تک ورقه های به اندازه کافی بزرگ جهت تعیین مشخصات گرافن و تحقیق کردن در مورد ویژگی های دو بعدی منحصر به فرد آن، کار بسیار صعبی می نمود. این چیزی است که جیم و نووسلوف و همکارانشان موفق به انجام آن شدند.

 

شکل دیگر کربن، مدل یک بعدی آن است که نانو لوله های کربن نامیده می شوند. لازم به ذکر است که نانولوله های تک دیواره از سال 1993 وارد دنیای مواد شده اند. این نانولوله ها از ورقه های گرافنی که رول شده اند، تشکیل شده اند و انتهای آنها مانند فلورن ها نیم کروی هستند و در پوش دارند. خواص الکترونیکی و مکانیکی نانو لوله های تک دیواره فلزی تشابه زیادی با گرافن دارند.

 

 

 

منبع: موسسه کامپوزیت ایران - نشریه کامپوزیت

[Astraea 25,351]

برایان اسپنسر، نماینده شركت اسپنسر در كالیفرنیا، روی استفاده واقعی و بالقوه از الیاف كربن در كاربردهای دریایی نفت و گاز كار می كند. استفاده از كامپوزیت ها در كاربردهای دریایی نفت و گاز سال هاست كه مورد بحث بوده است و در بازار این محصولات برای كامپوزیت ها پتانسیل قابل توجهی وجود دارد.

با این وجود، آقای اسپنسر یادآور شد كه صنعت اكتشاف نفت با چالش های متعددی روبرو است كه عبارتند از : آشنایی با فلز، هزینه و خطر بالای اكتشاف، محیط خشن، لوازم بازرسی داخلی از تجهیزات و فاصله زیاد از زیر ساخت در اقیانوس.

با این وجود، انگیزه های فراوانی برای استفاده از كامپوزیت ها وجود دارد كه می توان به سبكی، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر خستگی، امكان جازنی دستگاه ها، عایق بودن نسبت به گرما و رطوبت پذیری زیاد اشاره كرد.

پتانسیل استفاده از الیاف كربن در سازه های اكتشافی شامل: 45 تا 50 پاوند/فوت در دستگاه های حفاری، 10 تا 12 پاوند/فوت در دستگاههای تولید، 6 تا 7 پاوند/فوت در خطوط اكتشاف و استخراج، 2 تا 5 پاوند/فوت در خطوط اضطراری (سرویس رسانی در محل) و 16 تا 17 پاوند/فوت در ریسمانی به قطر 270 میلیمتر می باشد.

آقای اسپنسر گفت: "یك سكوی آب عمیق، حداكثر بیش از 18/3 میلیون كیلوگرم الیاف كربن مصرف می كند".آقای اسپنسر به كاربرد الیاف كربن در مخازن فشار و توربین های بادی اشاره كرد كه در تعداد محدودی از توربین های ذخیره انرژی باد از این الیاف استفاده می شود. به گفته وی در یك توربین از 500 كیلوگرم الیاف كربن استفاده می شود.

استفاده از الیاف كربن در اكتشاف و ذخیره نفت و گاز پیشرفت قابل توجهی داشته است كه در اینجا به دو مورد آن اشاره می شود: از سال 2001 یك دكل حفاری كامپوزیتی در دریای جنوب مورد بهره برداری قرار گرفته است، به زودی وزارت انرژی آمریكا پروژه حفاری در آب های عمیق را با استفاده از كامپوزیت به عهده می گیرد.

 

دستاوردهای استفاده از الیاف كربن در اكتشاف و ذخیره شامل مواد ذیل است:

1- دكل حفاری كامپوزیتی در دریای شمال كه از سال 2001 خدمات رسانی كرده است.

2- به زودی سازمان انرژی آمریكا پروژه حفاری در آب های عمیق را با استفاده از كامپوزیت به عهده می گیرد.3

- یك پروژه كامپوزیتی سرویس رسانی در محل در دست اقدام است.4

- آیین نامه استفاده بیشتر از توربین های كامپوزیتی به تصویب رسیده است.

 

منبع: موسسه كامپوزیت ایران- نشریه كامپوزیت

[Astraea 25,351]

سه منبع مهم عمده براي ساخت الياف كربن وجود دارد: پلي اكريلونيتريل (pan) رايون و قير

طرز تهيه:

كوپليمر متيل اكريلات و ايتاكونيك اسيد

اكسيداسيون الياف اكريليك، به منظور تثبيت شكل الياف به هنگام فرآيند كربنيزه كردن است.

اولين مرحله در توليد الياف كربن با استفاده از PAN شامل كشش و اكسيداسيون مي‏باشد در اين مرحله ابتدا الياف تحت گرما بين 1300 - 500 درصد كشيده مي‏شوند كه اين امر باعث آرايش‏‏‏يابي بهتر زنجيره‏هاي ملكولي در جهت الياف مي‏شود. سپس در حاليكه هنوز الياف تحت تنش هستند در مجاورت هوا تا دماي°C 280 - 200 براي چند ساعتي حرارت داده مي‏شوند اين امر باعث جابجايي درون ملكولي و تشكيل زنجيره‏هاي نردبان مانند مي‏گردد. در اين مرحله عمل اكسيداسيون نيز صورت مي‏گيرد و تقريباً بيشتر گروههاي CH₂ اكسيده مي‏شوند. در مرحله بعد الياف اكسيده شده، با حرارت دادن در دماي°C 1200-900 و در محيط خنثي (تحت گاز نيتروژن يا آرگون) كربونيزه مي‏شوند. تنش وارده به الياف از جمع‏شدگي (shrinkage) آنها جلوگيري مي‏كند و به آرايش ملكولي بهتر كمك مي‏نمايد.در اين مرحله با حذف بيشتر اتمهاي اكسيژن و نيتروژن، الياف عمدتاً حاوي اتمهاي كربن خواهند بود كه در حلقه‏هاي شش وجهي مستقر در صفحات نسبتا موازي قرار گرفته‏اند. الياف حاصل از اين مرحله عمدتا متخلخل‏اند و دانسيته الياف در اين حالت حدود g/cm3 74/1 مي‏باشد. الياف حاصل از اين مرحله داراي مدول نسبتا كم و استحكام بالا مي‏باشند.

در مرحله سوم عمل اصلاح حرارتي (heat treatment) بر روي الياف مرحله دوم در محيط خنثي و در دماي °C2800 صورت مي‏گيرد كه نتيجه آن نظم بيشتر ساختمان كريستالي الياف مي‏باشد. اين مرحله را گرافيته‏كردن مي‏نامندودر اين مرحله با كاهش ميزان تخلخل الياف دانسيته آنها تا g/cm³2 افزايش مي‏يابد و اليافي با مدول بالا اما استحكام كششي كمتر از مرحله دوم بدست مي‏آيند. راندمان توليد الياف با استفاده از PAN حدود 50% مي‏باشد.

[Astraea 25,351]

چهارشنبه 17 آبان 1391

اخیراً در کشور چین اولین دوره آزمایش الیاف کربن به پایان رسید. این آزمایش توسط مرکز بازرسی کیفیت موسسه تحقیق و توسعه فایبرگلاس نجینگ سینوما (SINOMA Nanjing Fiberglass R&D) انجام گرفت.

این موسسه گزارش این آزمایش را تهیه، همچنین تجزیه و تحلیل اطلاعات آن را کامل کرده است. در مجموع 12 شرکت و آزمایشگاه در چرخه این آزمایش مقایسه ای (تطبیقی) شرکت نموده اند که در نهایت 11 آزمایشگاه نتیجه آزمایش را ارائه نموده اند.این آزمایشگاه ها به شرح ذیل میباشند: مرکز موسسه بازرسی کیفیت ساینوما نجینگ فایبرگلاس آر اند دی (SINOMA Nanjing Fiberglass R&D)، مرکز بین الملی بازرسی و نظارت بر کیفیت محصول الیاف شیشه چین، موسسه شانکسی (Shanxi) موسسه پژوهش شیمی زغال سنگ، شرکت پتروشیمی جیلین (Jilin Petrochemical)، شرکت فایبر ویهی توزهن (Weihai Touzhan fiber)، شرکت الیاف کربن جیلین سی تی شنزو (Jilin City Shenzhou)، شرکت زیان کانگ بن (Xi'an Kang Ben)، شرکت الیاف کربن زونگفو شنی (Zhongfu Shenying)، شرکت جیانگسو هنگ شن (Jiangsu Heng Shen)، شرکت فنآوری کامپوزیت یوآن دانگ (Yuan Dong)، شرکت جیانگسو تاینجایو (Jiangsu Tianjiao).

 

در چرخه آزمایش مقایسه ای (تطبیقی) آزمایشات ذیل انجام شده است: ضخامت الیاف کربن، میزان رطوبت الیاف کربن ، قطر الیاف کربن و سطح مقطع الیاف کربن.این دوره آزمایش الیاف کربن نه تنها اولین بار در چین بلکه در جهان هم انجام شده است.

 

از طریق آزمایشات مختلف مقایسه ای (تطبیقی) در آزمایشگاه، اندازه قابلیت تکرارپذیری و اندازه قابلیت تولید مجدد همچنین روش دقیق آزمایش ارائه میشود، آزمایشات مقایسه ای (تطبیقی) تائیدیه مطمئن و درست را برای آینده استاندارد روش آزمایش الیاف کربن ایجاد میکند.

 

منبع خبر:

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

مترجم: م. تقی زاده- انجمن کامپوزیت ایران

[Astraea 25,351]

تقسیم بندی الیاف کربن برحسب نوع ماده اولیه به کار گرفته شده در تولید :

 

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

 

-1 الیاف کربن ساخته شده از گیاهان یا سلولزی -2 الیاف کربن ساخته شده از قیر یاpitch

 

-3 الیاف کربن ساخته شده از پلی اکریل نیتریل (PAN)

 

به دلیل ساختمان مولکولی و اتمی و همچنین تولید مدول کششی قابل توجه با سایر انواع الیاف نوع سوم از اهمیت بیثشتری برخوردار بوده و کاربردهای متعددی در صنعت دارد . ما هم توجه خود را معطوف به این نوع کرده و به اختصار درباره روش تولید آن توضیحاتی را بیان می کنیم . شایان ذکر است که مطالب مربوط به تولید بسیار مفصل بوده و در این مقاله نمی گنجد .

 

PAN(PolyAcryloNitrile

پلی اکریل نیتریل یاPAN از پلیمریزاسیون رادیکالهای آزاد آکریل نیتریل یاAN بدست می آید . برای تهیه آکریل نیتریل نیز از فرایند معروف SOHIO که توسط ژاپنیها ابداع شده است ٬ استفاده می شود . در این فرایند از واکنش شیمیایی بین دو گاز پروپیلن و آمونیاک در حضور کاتالیزورهای مناسب که شدیداً هم گرمازا می باشد ٬ آکریل نیتریل به همراه HCN تولید می شو

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

که همانطور که گفته شد از پلیمریزاسیون رادیکالهای آزاد آکریل نیتریل ٬ آکریل نیتریل بدست می آید . راکتور مورد استفاده برای پلیمریزاسیون از نوع بستر سیالی یا Fluid Bed می باشد .

بعد از تهیه پلی اکریل نیتریل خام باید تعدادی از فرایندهای مناسب برای آماده سازی و هرچه حالص تر شدن آن مورد استفاده قرار گیرد. زیرا در غیر اینصورت الیاف کربن تولیدی مقاومت کششی مطلوب را نخواهند داشت .مهمترین این فرایندها filteration می باشد که ابعاد صافی های مورداستفاده در حد میکرون µ می باشند.

 

مراحل تولید :

شمای کلی خط تولید به صورت زیر می باشد :

 

ریسش یا Spining

در این مرحله همانطور که گفته شد یکی از مراحل آماده سازی PAN می باشد . که بعد از انجام filteration مناسب پلی اکریل نیتریلها را بصورت رشته ای یا به صورت تار در می آورند .سپس در دستگاههای ریسش مخصوص به صورت نوعی فیبر در خواهند آمد .

 

اکسیداسیون oxidation

دراین مرحله در کوره های مخصوص فیبرهای اکریلیک تحت درجه حرارتی در حدود 200 الی 300 درجه سانتیگراد ودر حضور هوا یا گازهای مناسب دیگر قرار می گیرند . تا آمادگی کامل برای طی و سپری کردن سایر مراحل تولید را بدست آورند. البته به این مرحله مرحله تثبیت سازی نیز گفته می شود . فیبرهای آکریلیک باید زمانی در حدود 2 ساعت را دراین کوره ها طی کنند.

 

کربونیزاسیونCarbonization

درجه حرارت در این مرحله بین 1000تا 1700 درجه سانتیگراد میباشد . این فرایند باید در یک محیط راکد و معمولا در ح

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

ور گاز نیتروژن صورت می گیرد. خواص فیبرهای کربن بعد از طی این مرحله بصورت زیر می باشد :

مدول کششی: :200-300GPa

مقاومت فشاری: 3GPa

مدول برشی: 15GPa

 

گرافیتاسیون Graphitization

این فرایند نیز درون کوره های مخصوصی دریک محیط راکد و در درجه حرارتی بین 2500تا3000 درجه سانتیگراد صورت می گیرد. البته این مرحله در مورد فیبرهایی که باید مدول کششی بالا

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

ی داشته باشند اجرا می شود .

خواص فیبرهای کربن بعد از طی این مرحله بصورت زیر می باشد :

مدول کششی: 500-600GPa

مقاومت فشاری: 16GPa

مدول برشی: 10GPa

بعد از طی این مرحله قطر الیاف کربن به 5 الی 7 میکرون می رسد .

 

عملیات سطحی و اندازه ای surface treatment and sizing

در این مرحله سطح الیاف کربن را با باندها و نوارهای شیمیایی وبرای اینکه در هنگام استفاده از رزین در تهیه مواد کامپوزیتی چسبندگی بهتری داشته باشد ٬ آغشته می کنند. و همچنین در مرحله اندازه بندی علاوه بر بسته بندی الیاف کربن و تعیین چگونگی روش بارگیری آن ٬ برای محافظت فیبرهای کربن در طی انجام مراحل بعدی از یک اپوکسی نیز استفاده می شود .

 

انواع الیاف کربن با توجه به مقدار مدول الاستیسیته :

1- مدول کم (Low Modulus)

مدول الاستیسیته در این مرحله تا 200GPa می رسد و درجه حرارت فرایند کربونازیسیون تا 1000 درجه سانتیگراد خواهد بود.

-2 مدول استاندارد (Standard Modulus)

مدول الاستیسیته در این مرحله بین 200-250GPa و درجه حرارت کربونازیسیون بین 1000-1500 درجه سانتیگراد می باشد .

-3مدولهای متوسط (Intermediate Modulus)

مدول الاستیسیته در این مرحله به 250-325GPa ودرجه حرارت کربونازیسیون بین 1500تا 2000 درجه سانتیگراد می باشد .

-4 مدولهای زیاد (High Modulus)

مدول الاستیسیته در این مرحله به 350-600GPa ودرجه حرارت کربونازیسیون بیش از 2000درجه سانتیگراد به همراه مرحله گرافیتازیسیون می باشد .

-5مدولهای بسیار زیاد (Ultra High Modulus)

مدول الاستیسیته در این مرحله به بیش از 600GPa ودرجه حرارت کربونازیسیون درحدود 3000درجه سانتیگراد به همراه مرحله گرافیتازیسیون می باشد

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

کاربردهای الیاف کربن :

با یک مقایسه سریع بین خواص این الیاف و فولاد می توان به اهمیت این مواد پی برد :

فیبر کربن استاندارد :

مقاومت کششی :3.5 GPa مدول کششی230 GPa و چگالی 1.75g/ccm

فولاد با مقاومت خیلی زیاد:

مقاومت کششی:1.3 GPa مدول کششی210GPa و چگالی 7.87g/ccm

با توجه به جدول پر واضح است که الیاف کربن مقاومت کششی بالاتری نسبت به فولاد دارند در حالی که وزن تقریبا یک چهارم آن را دارا می باشند . به همین دلیل امروزه در صنایع مختلفی بویژه هوا فضا سعی می شود از این الیاف به جای فلزات استفاده شود . حتی در تهیه ابزارالات ورزشی نیز ( چوب گلف و راکت تنیس) نیز امروزه از این الیاف استفاده می شود .

در ساخت اسکلت بتنی پلها و ساختمانهای بزرگ نیز از این الیاف برای بالا بردن استحکام و کاهش وزن سازه نیز استفاده می شود . در صنایع نفت و گاز و نظامی و... کاربردهای متعددی از این الیاف وجود دارد.

تنها مشکل و ایراد وارد براین الیاف بدون توجه به مسئله زیستی و محیطی مقاومت پایین این کامپوزیتهای در برابر ضربه می باشد که برای جبران این نقص از سایر انواع کامپوزیتها به عنوان مکمل مثل فیبر شیشه استفاده می شود .

10 سال آینده را می توان دهه حکومت این الیاف در تمامی جنبه های صنعتی پیش بینی کرد .

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[Astraea 25,351]

تا به امروز در صنایع مختلف استفاده از الیاف کربن تا به این اندازه افزایش نیافته بود. در میان صنایع مذکور، صنعت هوافضا از بزرگترین مصرف کنندگان این محصول میباشد پس از صنعت هوا فضا، صنعت خودرو، صنعت توربین بادی و مخازن تحت فشار قرار میگیرند که در آنها برای استفاده از الیاف کربن پتانسیل زیادی وجود دارد. با توجه به اینکه برای تولید الیاف کربن به سرمایه هنگفتی نیاز است، چگونه میتوان سرمایه لازم برای تولید انبوه الیاف کربن را تأمین نمود و آن را در اختیار صنایع مذکور قرار داد؟ در ادامه، پیشرفت های اخیری که در این زمینه حاصل شده است، در اختیار علاقمندان قرار می گیرد.

آمارهای جدید حاکی از آن است که طبق معمول تقاضا برای الیاف کربن بیشتر از ظرفیت تولید سالانه این محصول می باشد. بنابراین در آینده برای پاسخ دادن به تقاضای مشتریان باید بیشتر سرمایه گذاری شود. برخی از این مشتریان مدتهاست که در انتظارند تا به تقاضای آنها به طور کامل پاسخ داده شود.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

ظرفیت تولید الیاف کربن

در این قسمت مجال آن نیست که بار دیگر تفاوت های بین انواع مختلف الیاف کربن را مرور کنیم. در حال حاضر قسمت اعظم الیاف کربن موجود در جهان با استفاده از ماده اولیه پلی آکریلونیتریل تولید میشود. دو نوع الیاف کربن بر پایه پلی آکریلونیتریل وجود دارد که عبارتند از الیاف کربن با تاو کوچک و الیاف کربن با تاو بزرگ، الیاف کربن با تاو کوچک (حداکثر 24,000 لیف کربن در هر هسته الیاف که با نام الیاف کربن با تکس یا شماره نخ k24 شناخته میگردد) در کاربردهایی که به الیافی با مدول کششی بالا یا بسیار بالا نیاز دارند، مورد استفاده قرار میگیرد. الیاف کربن با تاو بزرگ (با تکس بیشتر ازk24)از خواص مکانیکی بالایی برخوردار میباشد اما گران است. طبق آمار، در سال 2013 میلادی ظرفیت اسمی تولید الیاف کربن با تاو کوچک سالانه 89،700 تن بود باید تا سال 2016 میلادی به 111,900 تن برسد (جدول 1 ملاحظه گردد). در همین سال ظرفیت اسمی تولید الیاف کربن با تاو بزرگ 32,700 تن در سال بود که تا سال 2016 میلادی باید به 43,200 تن برسد (به جدول 2 مراجعه شود). در سال 2013 میلادی در جهان 122،400 تن الیاف کربن تولید شد در حالیکه در سال 2015 میلادی تولید جهانی الیاف کربن به 155،100 تن خواهد رسید. در حال حاضر برای بازارهای هدف حدود 1،690 تن در سال الیاف کربن بر پایه قیر تولید میشود. از این مقدار، 1000 تن توسط شرکت میتسوبیشی پلاستیکس، 400 تن توسط شرکت سایتک و 240 تن توسط شرکت نیپون گرافیک فایبر وارد بازار می گردد.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

بحران اقتصادی سال 2008 میلادی سبب گردید که تولید الیاف کربن در مقیاس صنعتی کاهش یابد اما به دلایل مختلف در بازار خودرو تقاضا برای این محصول بیش از گذشته افزایش یافت. پیش بینی میشود که بین سالهای 2020 و 2021 میلادی در صنعت خودرو تقاضا برای الیاف کربن باز هم افزایش یابد زیرا تا آن زمان باید در اروپا میزان انتشار گاز دی اکسید کربن به 95 گرم در کیلومتر کاهش پیدا کند. در آمریکا و چین به ترتیب این میزان باید به 113 و 119 گرم در کیلومتر برسد. در غیر اینصورت تولیدکنندگان خودرو در این کشورها مجبور خواهند شد خط تولید خود را متوقف کنند. برای رسیدن به این هدف، تولیدکنندگان خودرو ناچارند که وزن خودروهای خود را کاهش دهند. این امر هم میسر نخواهد بود مگر اینکه آنها در محصولات خود از الیاف کربن بیشتر استفاده کنند. بدیهی است که این وضعیت به نفع تولید کنندگان الیاف کربن تمام خواهد شد. همچون گذشته، مقایسه بین ظرفیت اسمی تولید الیاف کربن و تقاضا برای این محصول نشان میدهد که ظرفیت تولید بیشتر از تقاضا میباشد. اما وضعیت پیچیده تر از آن چیزی است که به نظر میرسد. ظرفیت واقعی تولید با استفاده از ضریب تولید محاسبه میگردد. ضریب تولید الیاف کربن با تاو کوچک7% و ضریب تولید الیاف کربن با تاو بزرگ 9% است. البته نباید از نظر دور داشت که این ضرایب از محصولی به محصول دیگر تغییر می کنند. کشور چین ادعا می کند که 30 شرکت این کشور در زمینه تولید الیاف کربن فعالیت می کنند اما نمی توانند به تقاضای داخلی این کشور پاسخ دهند. در اواخر سال 2013 میلادی بخش مواد اولیه صنعتی وزارت صنعت و فناوری اطلاعات کشور چین اعلام کرد که این کشور قصد دارد تسهیلاتی را در اختیار شرکت های بزرگ تولید کننده الیاف کربن قرار دارد تا بتوانند با تولیدکنندگان جهانی این محصول رقابت کنند به گفته وزارت صنعت این کشور، طبق آمار در میان مدت میزان تقاضا برای الیاف کربن کاهش می یابد و میانگین ضریب تولید الیاف کربن در سطح جهانی افزایش پیدا می کند.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

[Astraea 25,351]

در اواخر سال 2013 میلادی شرکت تورِی اعلام کرد که شرکت زولتِک را خریداری نموده و به این ترتیب سهم بزرگی از بازار الیاف کربن را در اختیار گرفته است. قبلاً شرکت تورِی از چنین جایگاهی برخوردار نبود زیرا فقط الیاف کربن با تاو کوچک را به بازار عرضه می کرد. اما در حال حاضر ظرفیت تولید شرکت تورِی به طور چشمگیری افزایش یافته است و می تواند نیازهای صنایع خودرو و توربین بادی که از مصرف کنندگان عمده الیاف کربن هستند را تأمین نماید.

شرکت تورِی با خریداری کردن شرکت زولتِک ثابت کرد که قصد دارد در بازار الیاف کربن همچنان جایگاه خود را حفظ نماید. در اوایل سال 2014 میلادی شرکت تورِی مجدداً به عنوان پرچمدار تولید الیاف کربن مطرح گردید. اما شرکت تورِی قصد دارد که جایگاه برتری را کسب نماید و قبلاً نیز اعلام کرده بود که برای تولید الیاف کربن بر پایه پلی اکریلونیتریل مبالغ هنگفتی را در کشورهای فرانسه و آمریکا سرمایه گذاری کرده است. شرکت هِکسِل نیز در کشور آمریکا شعبه ای را تأسیس نموده است و برای نسل جدید هواپیمای ایرباس a350xwb الیاف کربن تولید می کند.

شرکت سایتِک نیز خط تولید جدیدی را در آمریکا راه اندازی نموده و به این ترتیب ظرفیت تولید خود را افزایش داده است. پتانسیل بالای بازار الیاف کربن به علاوه نیاز روز افزون صنایع نظامی و توربین بادی به محصولاتی سبک تر سبب گردیده است که تولیدکنندگان جدیدی نظیر شرکت روستِک (واقع در کشور روسیه) و شرکت رادیسی (واقع در کشور برزیل) به جمع تولیدکنندگان الیاف کربن بپیوندند.

 

 

نتیجه گیری

در حال حاضر بازار الیاف کربن از بی ثباتی رنج می برد. به این ترتیب که موقعیت برخی تولیدکنندگان الیاف کربن به خطر افتاده است، شرکتهای با تجربه سعی می کنند که در بازار الیاف کربن جایگاه خود را تثبیت نمایند و برخی شرکتهای نوظهور به این بازار ملحق شده اند. فناوری تولید الیاف کربن نیز دستخوش تحولاتی گشته است و با استفاده از فناوری های نوین، الیاف کربن جدیدی به بازار آمده است. تحقیقاتی در حال انجام است که اگر به نتیجه برسد، برای تولید الیاف کربن از مواد اولیه جدیدی استفاده خواهد شد. مشتریان الیاف کربن مشتاقانه در انتظار به سر می برند تا در میان مدت خبرهای خوشی از بازار الیاف کربن به گوششان برسد.

 

منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت