دانستنی های جالب در مورد ورق فیبر کربن که بهتر است بدانید

ورق فیبر کربن چیست ؟

ورق‌های فیبر کربن یا کامپوزیت‌های فیبر کربن، از چند لایه پارچه‌ی الیاف کربن که با استفاده از رزین اپوکسی روی هم قرارگرفته و سخت شده‌اند ساخته می‌شود. فیبر کربن از الیاف بسیار نازک تشکیل شده است که به هم پیچیده شده و یک نخ را تشکیل می دهند. این نخ دوباره به صورت پارچه ای به نام پارچه الیافی بافته می شود. پارچه‌های الیاف کربن در انواع بافت، سایز وضخامت مختلف موجود هستند. نوع بافت این نوع از پارچه‌ها بر استحکام، عملکرد و مشخصات فنی محصول نهایی تاثیرگذار است. بدین منظور نوع پارچه الیاف کربن استفاده شده در ساخت لمینت‌ و ورق فیبر کربن، در مشخصات فنی نهایی ورق بسیار موثر است. ورق‌های الیاف کربن، مسطح هستند، بنابراین معمولا برای استفاده در سطوح صاف مفیدند. الیاف کربن ذاتا سبک وزن است، بنابراین، ورق‌های فیبر کربن، بسیار سبک وزن بوده و در عین حال از مقاومت کششی، چقرمگی، حرارتی و مقاومت در برابر ضربه، دوام و… بالایی برخوردارند. استحکام ورق‌های فیبر کربن به مراتب بالاتر از پارچه‌های الیاف کربن است. زیرا این ورق‌ها از ترکیب مجموعه‌ای از پارچه‌های الیافی به همراه رزین ساخته شده‌اند. اما ورق‌های کربن از شکل‌پذیری پایین‌تری نسبت به پارچه‌های الیافی برخوردار هستند. بدین منظوراستفاده از آن در سطوحی با هندسه نامنظم پیشنهاد نمی‌شود. در ادامه ورق‌های فیبرکربن را بیشتر مورد بررسی قرار می‌دهیم.

ویژگی و مزایا ورق فیبر کربن

• سبک وزن: فیبر کربن دارای چگالی کم است، بنابراین بسیار سبک است. به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا، ورق کربن بهتر از فولاد در نظر گرفته می شود.
• انبساط حرارتی کم: یکی از مسائل مربوط به مواد صنعتی این است که آنها تمایل به انبساط یا انقباض در تغییرات دما دارند که عملکرد کلی صنعت را مختل می کند. ورق فیبر کربن این کار را نمی کند. نسبت به سایر مواد بسیار کمتر منبسط و منقبض می شود.
• استحکام کششی بالا: وقتی صحبت از استحکام کششی می شود، ورق کربن یکی از قوی ترین ها در میان سایر الیاف و ورق های تجاری است. ورقه های کربن به سختی خم می شوند یا کشیده می شوند.
• دوام: ورق های فیبر کربن به آسانی سایر مواد فرسوده نمی شوند. به این دلیل است که آنها خواص خستگی استثنایی دارند.
• مقاوم در برابر خوردگی: اگر ورق فیبر کربن با رزین مناسب ساخته شود، یکی از مقاوم ترین مواد در برابر خوردگی در بازار خواهد بود.
• رادیولوسنس: ورقه های فیبر کربن در اشعه ایکس نامرئی و در برابر تشعشع شفاف هستند. به همین دلیل است که آنها کاربردهای پزشکی متعددی دارند.
• رسانایی الکتریکی: رسانای خوبی برای الکتریسیته هستند و این خاصیت دامنه کاربرد آنها را افزایش می دهد.
• مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش: در صورت استفاده از رزین های مناسب، در برابر اشعه ماوراء بنفش نیز مقاوم خواهند بود.

مشخصات فیزیکی ورق فیبر کربن

رنگ ورق کربن : رنگ ذاتی الیاف کربن مشکی است. بنابراین رنگ استاندارد لمینت‌های الیاف کربن یا لمینت FRP، مشکی می‌باشد. امروزه ورق‌های الیاف کربن رنگی نیز  موجود است. این نوع از ورق‌ها در داخل از الیاف کربن ساخته شده و در نمای بیرونی آن، یک لایه پارچه‌ای رنگی نازک قرارداده شده است. این لایه رنگ، خواص مکانیکی کربن را تهدید نمی‌کند و فقط جلوه تزیینی دارد.

ضخامت ورق فیبر کربن : ضخامت ورق‌های الیاف کربن از 0.25 میلی‌متر تا 25.4 میلی‌متر برای کاربردهای مختلف وجود دارد. علاوه براین، در صورت نیاز به ضخامت بالاتر، می‌توان آن را ساخت.

نکته : انعطاف‌پذیری ورق‌های الیاف کربن، بسته به ضخامت آن متغییر است. به طوریکه، هرچقدر ضخامت ورق بالاتر برود، انعطاف‌پذیری آن نیز کاهش می‌یابد. بنابراین از ورقه‌هایی با ضخامت بالا، تنها می‌توان در سطوحی صاف استفاده نمود. علاوه براین، ابزار برش ورق‌های الیاف کربن نسبت به ضخامت آن متفاوت است. بدیهی است که برش کامپوزیت‌های فیبر کربن با ضخامت کم نسبت به ضخامت بالا به مراتب راحت‌تر و به ابزار ساده‌تری نیاز دارد.

چگالی و وزن ورق‌های فیبرکربن   : چگالی لمینت‌های فیبر کربن در محدوده 1.3 الی 1.5 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. وزن ورقه‌های الیاف کربن به ابعاد ورق نیز وابسته است.

چه رزینی برای ورق فیبر کربن استفاده می‌شود؟

سازگارترین مواد چسباننده موجود با الیاف کربن، که می‌تواند بهترین عملکرد را ارائه دهد، رزین اپوکسی است. رزین اپوکسی و الیاف کربن، موادی هستند که در صورت ترکیب، نقاط قوت یکدیگر را افزایش می‌دهند. بدین منظور تولیدکنندگان کامپوزیت FRP به شدت طرفدار استفاده از این ترکیبات هستند.

نحوه ساخت ورق‌های الیاف کربن

برای ساخت ورق‌های الیاف کربن باید از دو ماده اولیه یعنی پارچه‌های الیاف کربن و رزین‌اپوکسی استفاده نمود. ساخت ورقه‌های فیبر کربن می‌تواند به صورت لایه‌گذاری دستی توسط انسان و یا توسط ماشین آلات انجام بگیرد. هردو فرآیند یکسانی را طی می‌کنند. به طوریکه پارچه‌های الیافی در قطعات دلخواه برش خورده و به صورت لایه لایه به رزین اپوکسی آغشته شده و در قالب موردنظر قرار می‌گیرند. در نهایت با اعمال دمای موردنیاز پخت، محصول نهایی سخت شده و آماده استخراج از قالب است.

نکنه : لایه‌های آغشته به رزین اپوکسی، در دمای معمولی، پس از چند دقیقه سخت می‌شوند. بدین منظور قبل از لایه گذاری و شروع فرآیند، برای جلوگیری از سخت شدن زود هنگام لایه‌های آغشته به رزین، آن‌ها را در هوای سرد نگه می‌دارند.

یکی دیگر از روش‌های ساخت لمینت‌های الیاف کربن، استفاده از روش پالتروژن است. در این روش، رول‌های پارچه‌های الیاف کربن  و ورق فیبر کربن به تعداد مورد نیاز در قفسه الیاف قرار می‌گیرند و توسط غلطک کششی به حمام رزین و آغشته سازی انتقال می‌یابند. سپس توسط قالب اولیه شکل دهی شده و توسط نوار نقاله به سمت قالب اصلی حرکت می‌کند. در این قسمت فشار و حرارت لازم برای شکل‌گیری و پخت قطعه تامین می‌شود. در این حین باید سرعت فرآیند کنترل شد تا قطعه مورد نظر به خوبی پخته و سخت شود. سیستم کشنده وظیفه کنترل سرعت فرآیند را بر عهده دارد. در نهایت محصول نهایی آماده برش و بسته‌بندی است.  برای آشنایی با این موضوع که چگونه ورق های فیبر کربن را برش دهیم؟ مطالعه مقاله “ورق فیبر کربن در مقاوم سازی ساختمان، خواص و کاربردهای آن” را پیشنهاد می کنیم.

مقایسه ورق‌های الیاف کربن با دیگر مواد :

همانطور که در بالا بیان شد، الیاف کربن بسیار سبک وزن بوده و در عین حال از استحکام بسیار بالایی برخوردار است. برای اثبات خواص فوق‌العاده این ماده می‌توان خصوصیات مکانیکی آن را با مصالح هم رده خود مانند فولاد و آلومینیوم مقایسه نمود. در این مقایسه، خواص مختلف مواد مورد بررسی و مقایسه قرار می‌گیرد. ویژگی‌های مقایسه شده در این مقاله، شامل موارد زیر است :

• مدول الاستیسیته : نسبت تنش به کرنش یک ماده در ناحیه الاستیک است. در واقع مدول الاستیسیته، قابلیت ارتجاعی یک ماده را نمایش می‌دهد.
• استحکام کششی نهایی : حداکثر تنشی که یک ماده قبل از شکستن می‌تواند تحمل کند.
• انبساط حرارتی : چگونگی تغییر ابعاد یک ماده نسبت به تغییر دما را بیان می‌کند.

حال با آشنا شدن به این ویژگی‌ها، خصوصیات مکانیکی الیاف کربن را با آلومینیوم و فولاد مورد مقایسه قرار می‌دهیم :

مقایسه الیاف کربن با آلومینیوم و فولاد :

سنجش	الیاف کربن	آلومینیوم	فولاد
مدول الاستیسیتهGPA	228	69	200
مقاومت کششی MPA	3500	90-690	400
چگالی gr/cm3	1.75-1.93	2.7	7.85
انبساط حرارتی	2in/in/°F	13in/in/°F	6.45in/in/°F

همانطور که از جدول بالا پیدا است، مشخصات مکانیکی الیاف کربن به مراتب بالاتر از آلومینیوم و فولاد است. به طوری که وزن آن تقریبا 2 برابر کمتر از آلومینیوم و 5 برابر کمتر از فولاد است. علاوه بر این انبساط حرارتی الیاف کربن نیز تقریبا 7 برابر کمتر از آلومینیوم و سه برابر کمتر از فولاد است. مقاومت کششی الیاف کربن نیز طبق جدول فوق، به مراتب بالاتر از آلومینیوم و فولاد است. این مقادیر به صورت کلی بیان شده است. زیرا الیاف کربن با تنوع بالایی موجود است و هرکدام از آن‌ها مشخصات فنی مختص خود را دارند. اما این مقادیر مربوط به معمول‌ترین انواع الیاف کربن، آلومینیوم و فولاد است. با توجه به ویژگی های گفته شده مقاوم سازی با لمینت و ورق های FRP راهکاری  برای مقابله با زلزله نیز می باشد که برای آشنایی با این موضوع مطالعه مقاله “مقاوم سازی با FRP راهکاری مقرون به صرفه برای مقابله با کابوس زلزله” را پیشنهاد می کنیم.

کاربرد ورق‌های الیاف کربن

ورق‌ها و یا لمینت‌‎های الیاف کربن با ابعاد مختلف، به طور گسترده‌ایی در صنایع مختلف کاربرد دارد. علاوه بر این روز به روز، استقبال از این مواد در کاربردهای متنوع دیده می‌شود. اما به طور کلی، برخی از کابردهای آن به شرح زیر است :

• تقویت دال
• تقویت تیر
• تقویت ستون
• تقویت دیوار
• صنعت خودروسازی
• هوا و فضا
• صنعت پزشکی
• صنایع نظامی
• صنعت روباتیک

قیمت ورق‌های الیاف کربن

ورق های الیاف کربن از نظر نوع پارچه الیاف کربن و تعداد لایه مصرف شده در ساخت ورق، تنوع زیادی دارند. قیمت ورق های الیاف کربن نیز بر این اساس متغییر است. علاوه بر این طول، عرض، ضخامت و وزن ورق فیبر کربن مورد نظر نیز در قیمت لمینت فیبر کربن موثر است. همچنین به علت تورم موجود در کشور، قیمت ورقه‌های فیبر کربن نیز دارای نوسانات زیادی است. بنابراین بهتر است، برای استعلام قیمت روز محصول به شرکت‌های معتبری چون شرکت مقاوم‌سازی افزیر تماس حاصل فرمایید. این شرکت در زمینه طراحی، اجرا، مشاوره و همچنین تامین محصولات مقاوم‌سازی فعالیت می‌کند.