کاربرد های شگفت انگیز الیاف کربن CFRP در صنعت کامپوزیت

کاربردهای سنتی الیاف کربن

تاریخچه الیاف کربن کمی پیچیده است، اما نکته مهم این است که فیبرهای کربن مدرن مدت زیادی نیست که کشف شده اند. اولین ورژن این محصول،خصوصا بر اساس استانداردهای امروزی، کیفیت بسیار ضعیف داشتند. علاوه بر کیفیت فیزیکی ضعیف این مواد، پیچیدگی های تولید آن نیز موجب شده بود که تا اواخر دهه 1960 تولید انبوه و صنعتی فیبر کربن، مقرون به صرفه نباشد.

زمانی که فناوری تولید فیبرهای کربنی پیشرفت کرد، تعداد کمی از صنایع کلیدی، به سرعت این محصول را انتخاب کردند. برای آشنایی با انواع الیاف کربن مطالعه ” الیاف کربن (CFRP) چیست؟ ” را پیشنهاد می کنیم. در ادامه به کاربرد فیبر کربن در صنایع مختلف در ادامه می پردازیم:

• صنایع نظامی

صنایع نظامی اولین صنعتی بود که از ظرفیت های قابل توجه و بالقوه الیاف کربن CFRP استفاده کرد. این کار اولین بار با استفاده نیروی دریایی ایالات متحده از لامپ های حرارتی با فیلامنت های فیبر کربنی، آغاز شد. علاوه بر این، بسیاری از تحقیقات اولیه شرکت شیمیایی آمریکایی یونیون کاربید (Union Carbide) در زمینه الیاف کربن بر پایه رایون (rayon-based) توسط ارتش تامین مالی شده و از نتایج این تحقیقات برای اجزای موشک و هواپیماها استفاده شد. پس از توسعه تکنولوژی الیاف کربن و تولید فیبرهای کربنی قوی تر، صنایع نظامی با سرعت بیشتری، از ظرفیت های این محصول استفاده نمود و کاربرد الیاف کربن رواج یافت. همچنین برای آشنایی بیشتر با الیاف کربن و کاربردهای آن در صنایع مختلف مطالعه مقاله ” الیاف کربن از صنعت هوایی تا صنعت ساختمان ” را پیشنهاد می کنیم.

 

• هوافضا

پس از صنایع نظامی، صنعت هوافضا جز اولین گروه صنایعی بود که الیاف کربن CFRP را پذیرفت. آغاز آن نیز در دهه 1960 با تولید پره های کمپرسور الیاف کربنی رولز رویس در مجموعه موتورهای جت بود. صنعت هوافضا، به سرعت امکان جایگزینی آلومینیوم و تیتانیوم در اجزا و قطعات خاص با الیاف کربن آغاز نمود. اصلی ترین عامل این علاقه نیز، برتری استحکام به وزن الیاف کربن در مقایسه با سایر فلزات بود که استفاده و کاربرد الیاف کربن روایج یافت.

• تجهیزات ورزشی

در اواسط دهه 1960، محققان بریتانیایی الیاف های کربنی پلي اكريلونيتريل (PAN-based) را تولید نمودند که دارای استحکام نسبت به وزن بسیار بالاتری بود. پس از آن تولیدکننده های تجهیزات ورزشی به سرعت بر روی این محصول سرمایه گذاری نمودند. و اولین چوب های گلف، راکت های تنیس و اسکیت های الیاف کربنی توسط شرکت های انگلیسی تولید شد.

پس از این شروع ساده، تحقیقات در زمینه کاربرد فیبر کربن و فروش الیاف کربن به سرعت رشد یافت و بدین ترتیب هزینه های تولید در بسیاری از صنایع کاهش یافت.

کاربردهای جالب الیاف کربن

این روزها، تقریبا هر روز یک استفاده جدید برای الیاف کربنی تعریف می شود. و این در حالی است که نیم دهه پیش، الیاف کربنی عجیب و غریب و گران بودند. چند مورد از کاربردهای جالب الیاف کربنی عبارتند از:

• کاربرد فیبر کربن در خودرو

یکی از صنایعی که به سرعت از الیاف کربن CFRP استقبال کرد، صنعت خودروسازی است. این ماده برای اولین بار در خودروهای فرمول یک و ناسکار (NASCAR) استفاده شد. نسبت استحکام به وزن بسیار بالای این محصول به توسعه خودروهای سریع کمک شایانی نمود. همچنین، به دلیل ظاهر شیک و فناوری بالا که ایجاد می کند، به یکی از اصلی ترین گزینه ها در تولید خودروهای سطح بالا تبدیل شده است. انتظار می رود با کاهش هزینه های تولید، از الیاف کربن در اجزای خودرو مانند بدنه و سایر قطعات آن، به طور گسترده تری استفاده شود.

 

• هوافضا

نسبت استحکام به وزن بسیار بالا در استفاده از الیاف کربن CFRP، اصلی ترین عامل کاربرد این محصول در صنایع هوافضا است. در واقع 30 درصد از کل تولیدات فیبر و پارچه کربن در صنعت هوافضا استفاده می شود. از فضاپیماها و هواپیماها گرفته تا هلیکوپترها و گلایدرها، الیاف های کربنی را می توان در تمام تجهیزات هوافضای مدرن یافت.

• نظامی

پس از دهه 1800، کاربردهای نظامی فیبر و الیاف کربن پیشرفت های بسیار زیادی داشته است. در ابتدا از فیبرهای کربنی در ابزار روشنایی کشتی های نیروی دریایی استفاده می شد. اما امروزه، الیاف کربن را در تمام تجهیزات نظامی، از موشک و هواپیماهای بدون سرنشین گرفته تا کلاه ایمنی و تیر های چادر، می توان یافت. استحکام و ماهیت وزن سبک، تسهیل حمل و نقل و بهبود راندمان انرژی، مزایای کلیدی این محصولات برای صنایع نظامی هستند. برای آشنایی با کاربرد الیاف FRP در صنعت ساختمان نیز مطالعه مقاله “مقاوم سازی ساختمان با الیاف کربنی” را پیشنهاد می کنیم.

• استفاده از الیاف کربن در محصولات ورزشی

بارزترین ویژگی الیاف کربن CFRP یعنی استحکام به وزن بسیار بالای آن، اصلی ترین دلیل استفاده از این محصول در تمام تجهیزات ورزشی است. در واقع، تجهیزات حاوی فیبر کربن، اولین انتخاب در ورزش های حرفه ای هستند. چوب هاکی، راکت های تنیس، کمان تیراندازی و چوب های گلف گرفته تا پوسته پاروها و اجزای دوچرخه های استاندارد جدید، همگی از جمله تجهیزات ساخته شده از الیاف کربنی هستند. حتی لباس، کفش و تجهیزات ایمنی و محافظ نیز با فیبرهای کربنی ساخته می شوند.

• پزشکی

استفاده در صنایع پزشکی یکی دیگر از کاربردهای الیاف کربن است که در سالهای اخیر پیشرفت های چشمگیری داشته است. الیاف کربن در تصاویر اشعه ایکس به صورت شفاف دیده می شود که به همین دلیل به طور گسترده ای در تجهیزات اشعه ایکس و تصویربرداری استفاده می شود. همچنین، به دلیل استحکام بالا، وزن کم و کاربرد راحت، از فیبرهای کربنی در پروتزها و اندام مصنوعی استفاده می شود.

• پره های توربین های بادی

اغلب پره های توربین های بادی از الیاف شیشه ساخته می شود. اما در پره های بزرگ (اغلب بیشتر از 4.5 متر) یک یدک وجود دارد که یک دنده سفت کننده است و در تمام طول پره کشیده شده است. این اجزا اغلب 100% الیاف کربنی می باشند و ضخامت آن در قسمت انتهایی پره، به اندازه چند اینچ است.

برای داشتن یک سختی مشخص، فیبرهای کربن بهترین گزینه هستند، چرا که بدون اضافه کردن وزن آن چنان زیاد، سختی مورد نیاز را تامین می کند. هر چه پره های توربین بادی سبک تر باشد، در تولید برق کارآمدتر خواهد بود.

 

آینده الیاف کربنی

الیاف کربن CFRP امروزی، در عین حالی که 3 برابر سبک تر از فولاد است، تقریبا 5 برابر قوی تر و مستحکم تر از آن است. همین ویژگی موجب جذابیت این محصول در بسیاری از صنایع مانند خودروسازی و هوافضا و …، شده است:

• سرعت: وزن کمتر در وسایل نقلیه به معنی حمل و نقل و جابه جایی سریعتر از قبل است، که این ویژگی به طور خاص در مسابقه ها و سفرها مورد توجه است.
• استحکام: مواد قوی تر یعنی برای رسیدن به یک سطح استحکام مشخص، به مواد کمتری نیاز خواهید داشت. در صنعت هوافضا، برای محافظت از اجزا و حفظ یکپارچگی ساختاری، به مواد مستحکم نیاز است. الیاف های کربن می توانند بدون افزایش وزن به این مهم دست یابند.
• بهره وری و راندمان: یکی از دلایل کلیدی که مهندسان خودرو و هوافضا، الیاف و فیبرهای کربن را به عنوان ماده آینده می بینند، مربوط به راندمان سوخت است. به عنوان مثال، بوئینگ دریم لاینر 787، پرفروش ترین هواپیمای مسافربری تاریخ است که دلیل آن هم، استفاده از الیاف کربن است. استفاده از الیاف کربن به این معنی است که هواپیما سبک تر است و برای بلند شدن از زمین و ماندن در هوا به انرژی کمتری نیاز دارد. انرژی کمتر به معنی مصرف سوخت کمتر است که هزینه کار و نگهداری هواپیما را تا حد زیادی کاهش می دهد. این موضوع برای صنایع خودروسازی و نظامی نیز صادق است. وسایل نقلیه سبک تر بازده سوخت بهتری دارند که برای کاربر و محیط زیست هر دو، بهتر است.

با توجه به مطالب گفته شده و کاربرد الیاف کربن و لمینیت FRP شرکت مقاوم سازی افزیر آماده ارائه خدمات در جهت مشاوره و قیمت خرید لمینیت و ورق FRP و فروش پارچه کربن دو جهته می باشد.