الیاف کربن تک جهته UD چیست و چرا به این نام خوانده می‌شوند؟
بافت الیاف کربن تک جهته بصورت بافت موازی است و عبارت UD کوتاه شده‌ی عبارت Unidirectional است که به معنای تک جهته و در یک راستا بودن الیاف است.از الیاف کربن تک جهته در صنایع و زمینه‌های مختلفی استفاده میشود که از جمله آنها میتوان به مقاوم سازی سازه، صنایع کامپوزیت، هوایی، دفاعی، خودروسازی و … اشاره کرد.
همانطور که اشاره شد فیبر کربن تک جهته UD دارای مقاومت کششی بالا و وزن کم هستند که همین دو عامل در کنار سایر ویژگی‌های منحصر به فرد این الیاف باعث گستردگی استفاده و خرید و فروش الیاف کربن در سطح دنیا و ایران شده است. الیاف کربن پس از اشباع سازی با رزین‌ها و چسب‌های مخصوص FRP (انواع رزین اپوکسی و …) تشکیل سیستم کامپوزیت CFRP داده و جهت افزایش تاب آوری و کارایی سازهها در برابر انواع نیروها استفاده می‌شوند.
همه این ویژگی‌ها در کنار افزایش تولید الیاف کربن و فیبر کربن در بازار جهانی و کاهش قیمت الیاف باعث افزایش روز افزون خرید و فروش فیبر کربن تک جهته و استفاده از آنها در پروژه‌های مختلف بهسازی و ترمیم و تقویت سازهها شده است. پارچه فیبر کربن تک جهته را میتوان برای دستیابی به استحکام در جهات مختلف بدون کاهش سفتی روی هم قرار داد. همچنین، پارچه‌های تک جهته را میتوان با پارچه‌های فیبر کربن دیگر هم لایه‌بندی کرد تا ویژگی‌های گوناگونی از مقاومت و زیبایی‌شناسی را به دست آورد. مانند سایر پارچه‌ها، پارچه‌های تک جهته از نظر وزن به عنوان “گرم بر متر مربع” طبقه بندی می‌شوند.
الیاف فیبر کربن تک جهته یک نوع تقویت کننده کربنِ غیر بافته شده است که همه الیاف را در یک جهت موازی نشان می‌دهد. با این شیوه شکافی بین الیاف نخواهد بود و الیافی صاف شکل می‌گیرد. هیچ بافت دیگری وجود ندارد که استحکام الیاف را با جهت دیگری تقسیم کند. این امکان برای چگالی متمرکز الیاف فراهم میشود تا حداکثر پتانسیل کششی طولی را بیشتر از هر نوع از بافتِ پارچه ایجاد می‌کند. برای مقایسه، میتوان گفت به همین شکل، قطعات کامپوزیتی ساخته شده از فیبر کربن در جهت استحکام نهایی الیاف کمک می‌کنند. بنابراین، قطعات کامپوزیت که از پارچه فیبر کربن تک جهته به عنوان تقویت کننده استفاده می‌کنند، حداکثر استحکام ممکن را در جهت الیاف ارائه می‌دهند و بسیار سفت هستند. پارچه‌های تک جهته نیـز در وزن‌های خیلی سبک وجـود دارند. حتی سبک تر از دیگر بافته‌های مشابه. این امکان به وجود می‌آید تا ساخت و سازهای کنترل شده تری از قطعات و مهندسی با دقت خوبی انجام شود.
فیبر کربن تک جهته در مقایسه با فیبر کربن بافته شده مقـرون به صرفه تر است. این به خاطر تمرکز الیاف میتواند در هزینه‌های تولید قطعات گران ولی با کارایی بالا صرفه جویی کند.
کارایی فیبر کربن تک جهته
در پروژه‌هایی که با نیروهای عمودی و محوری سروکار داریم بکارگیری الیاف کربن جهته میتواند گزینه مناسبی باشد. به عنوان مثال، برای تقویت سازه‌های لوله ای بلند که با نیروی سیال در جهت عمود بر سطح مقطع لوله و یا به عبارتی همراستا با محور طولی لوله سروکار داریم اغلب از فیبر کربن تک جهته استفاده می‌کنند. همچنین برای موشک‌ها، هواپیماها، قایق‌ها، دوچرخه‌ها و کوله پشتی‌ها که وزن مخصوص کم و دوام و استحکام بالا مدنظر است از فیبر کربن تک جهته استفاده می‌کنند. فیبر کربن تک جهته با این خواص در وسایل تفریحی و سرگر‌می‌مانند پهباد و هواپیمای مد و قایق مدل و دوچرخه و موشک مدل و چوبهای بازی نیز کاربرد دارد.
پیشرفت‌هایی که در زمینه الیاف کربنی انجام شده، فیبر کربن تک جهته را به عنوان تقویت کننده برای استفاده در مهندسی معماری و سازه محبوب ساخته است.
فیبر کربن به دلیل استحکام فوق‌العاده، جایگزینی ایده‌آل برای چوب یا فلز در پل‌ها و بازسازی ساختمان میشود. فیبر کربن، به علت دارا بودن شکل‌های ترکیبی خود، زمان ساخت و ساز را کاهش می‌دهد، دوام بیشتری هم دارد و هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد.
وزن سبک و استحکام فیبر کربن تک جهته باعث شده در پره‌های توربین با پهنای بزرگ کاربرد داشته باشد. بکارگیری فیبر کربن در توربین‌ها، طول بیشتر با ضخامت کمتر به همراه کارایی افزون پره‌ی توربین‌ها را بهمراه داشته است. طول افزوده شده به تیغه‌های توربین، پوشش بیشتر سطح را بهمراه دارد و افزون بر آن تیغه‌های نازک‌تر و سبک‌تر نسبت به حرکت هوا حساس‌تر هستند، که در هر دو حالت، یعنی سطح بزرگ تر و تیغه‌های سبک تر، انرژی خروجی بیشتری تولید میشود.
انتخاب فیبر کربن تک جهته مناسب
تا این جا به این موضوع پرداختیم که هنگا‌می که فیبر کربن چیست و چه مزایا و کاربرد هایی دارد. اما چرا باید فیبر کربن را انتخاب کرد؟ زمانی که CFRP را برای یک راه حل جهت تعمیر یا مقاوم سازی در نظر می‌گیرید، فیبر کربن انتخاب خوبی است که میتواند تا حد زیادی بر عملکرد و هزینه نصب سیستم تأثیر بگذارد. شرکت افریز خطی کامل از پارچه‌های الیاف کربن تک جهته را ارائه می‌دهد که مطابق با نیازهای هر پروژه طراحی شده اند.
مانند سایر پارچه‌ها، پارچه‌های تک جهته از نظر وزن به عنوان “گرم بر متر مربع” طبقه بندی می‌شوند. بنابراین یک پارچه 160 گرمی160 گرم در هر متر مربع وزن دارد. هر چه پارچه سنگین‌تر باشد، تعداد الیافی که برای ایجاد ضخامت و در نتیجه استحکام در قسمت کامپوزیتی نهایی استفاده میشود، بیشتر میشود. همچنین، مانند سایر پارچه‌ها، می‌توانید لایه‌های اضافی را برای استحکام بیشتر بچینید.
تمام پارچه‌های تک جهته افریز 50-100 سانتی متر عرض دارند. که کار را آسان می‌کند، زیرا میتوان آنها را در کنار هم قرار داد تا یک قسمت نهایی بدون درز ایجاد شود. این امر همچنین ذخیره، حمل و ارسال آنها را آسان تر می‌کند. همه پارچه‌های ما همچنین از فیبر با مدول کششی 230 گیگا پاسکال برای سفتی فوق العاده و 4900 مگاپاسکال برای استحکام کششی استفاده می‌کنند.
شرکت افزیر در حال حاضر چهار نوع پارچه فیبر کربنی تک جهته را عرضه می‌کند. در زیر خلاصه ای از هر پارچه آورده شده است، بنابراین می‌توانید یکی را برای رفع نیاز منحصر به فرد خود بیابید.
پارچه فیبر کربن تک جهته 160 گرمی
این پارچه الیاف کربن 160 گرم در متر مربع، سبک ترین وزن تقویت کننده‌های کربنی تک جهته است. این ماده تنها 160 گرم در هر متر مربع چگالی دارد و ضخامت آن 0.09 میلی متر است. وزن سبک آن را برای چیدمان‌های دقیق عالی می‌کند و برای قطعات بسیار سبک وزن که به استحکام فوق العاده ارائه شده توسط پارچه‌های حجیم نیاز ندارند بی نظیر است. به همین دلیل، برای قطعات فوق سبک مانند هواپیماهای مدل، قایق‌ها، پهپادها یا موشک‌ها محبوب است. همچنین میتوان از آن برای برنامه‌های تفریحی مانند چوب‌هاکی و چوبهای پیاده روی استفاده کرد.
پارچه فیبر کربنی تک جهته 200 گرمی
پارچه 200 گر‌می‌ما ضخامت (0.11 میلی متر) و استحکام برای مقاومت در برابر خستگی بیشتر در قطعات سخت تر را فراهم می‌کند. کار با آن آسان تر از برخی از پارچه‌های نازک تر و سبک تر (160 گرم متر) است.
پارچه فیبر کربن تک جهته 240 گرمی
پارچه فیبر کربن تک جهته 240 گر‌می‌بر اساس بالاترین استانداردهای ساخت طراحی شده است و به طور خاص برای استفاده در کامپوزیت‌های ساختاری که در آن استحکام و وزن در نظر گرفته شده، طراحی میشود. این پارچه کربن تک جهته، پارچه ای با ضخامت 0.13 میلی متر است که کاملاً با رزین‌های پلی استر، ژل کت پلی استر، رزین اپوکسی، رزین وینیل استر و رزین تزریق سازگار است.
پارچه فیبر کربن تک جهته 300 گرمی
این پارچه فیبر کربن 300 گرم در متر مربع، سنگین ترین پارچه تک جهته موجود در شرکت ما با ضخامت 0.17 میلی متر است. این ماده با استفاده از رزین اپوکسی AFZIR لمینیت میشود تا یک پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) را شکل دهد که برای تقویت عناصر بتن سازه استفاده میشود.
مزایای فیبر کربن تک جهته
استحکام بالای فیبر کربن یکی از مزایای مهم فیبر کربن است. در ادامه به مزایای دیگری از آن می‌پردازیم. وزن سبک مواد به تنهایی یک مزیت عالی است. با توجه به وزن کم این فیبر کربن، میتوان به دقت بیشتری در قطعات و مهندسی دست یافت.
انعطاف پذیری به اندازه مقاومت مهم است. با استفاده از الیاف کربن تک جهته، می‌توانید آن را در زوایای مختلف و جهت گیری‌های مختلف روی هم قرار دهید تا در نواحی مختلف استحکام را به حداکثر برسانید و در عین حال پارچه را سفت و محکم نگه دارید. همه ما می‌دانیم که زیبایی شناسی بخش مهمی از هر طراحی است. با الیاف فیبر کربن تک جهته، می‌توانید طرح جدیدی ایجاد کنید مثلا آن را با انواع بافت‌های کربنی ترکیب کنید تا به ظاهری جدید دست پیدا کنید که بسیار دلپذیر است.آیا هنوز متقاعد نشده اید که از فیبر کربن تک جهته استفاده کنید؟ این نکته را نیز در نظر بگیرید که در هزینه‌های تولید هم صرفه جویی خواهد شد.
راه حل‌های مقاوم سازی با استفاده از سیستم‌های تقویت کامپوزیت CFRP
سیستم تقویت پلیمری تقویت‌شده با فیبر کربن افزیر (CFRP) راه‌حل‌های کارآمدی را برای تقویت و استحکام سازه‌های بتنی، بنایی و سازه‌های چوبی که نیاز به تعمیر یا ارتقا دارند، ارائه می‌کند. سیستم تقویت کامپوزیت CFRP برای حل بسیاری از کمبودها یا نیازهای سازه ای مشخص و نصب شده است:
- مشکلات دوام ناشی از مصالح ساختمانی ضعیف یا نامناسب
- طراحی یا ساخت نامناسب
- افزایش نیاز به بارگذاری به دلیل تغییر الزامات آیین نامه ای یا کاربری
- افزایش طول عمر الزامات ایجاد شده در زیـرساخت‌های قدیمی
- بارگذاری خاص یا تصادفی
- مقاوم سازی لرزه ای
- کاهش اثرات انفجار
قیمت فیبر کربن تک جهته چقدر است؟
پیش بینی میشود که بازار جهانی و قیمت الیاف کربن از 2.33 میلیارد دلار در سال 2021 به 4.08 میلیارد دلار در سال 2028 با CAGR 8.3 درصد در دوره پیش بینی شده 2021-2028 رشد کند. توسعۀ روز افزون آتی در زمینه خودرو، هوافضا و صنایع دفاعی و انرژی بادی، رشد بازار را بهتر خواهد کرد. افزایش تقاضا و احساس نیاز به خودروهای سبک وزن و مقررات موجود در مورد انتشار کربن، چشم انداز بهبود صنعت پیش بینی میشود.
نحوۀ لایه گذاری الیاف کربن یک جهته
هنگام استفاده از تقویت‌کننده‌های تک جهته، پس از تمیز کردن سطح سمت صاف و کربنی پارچه را به سمت بیرون قرار دهید. همچنین، رزین را در جهت الیاف پخش کنید. اگر در جهت مخالف رزین را پخش کنید باعث میشود الیاف از چسب خود جدا شوند.
توصیه ما در شرکت افزیر برای ساخت یک قطعه کامـپوزیت از تقویت کننده‌های فیبر کربنی تک جهته، رزین اپوکسی ERS™200 و یا ژل اپوکسی ERS™400 است.
الیاف یک جهته چه تفاوتی با فیبر کربن بافته شده دارد؟ قبلاً به این موضوع اشاره کردیم که فیبر کربن تک جهته، بافته نشده است. پس چرا یک کسب و کار ترجیح می‌دهد از فیبر کربن بافته نشده به جای الیاف کربن استفاده کند؟
در یک کلام، مقاومت الیاف تک جهته بسیار قوی تر (معمولاً دو برابر قوی تر) از الیاف بافته شده است. این ویژگی به دوام محصولات فیبر تک جهته، می‌افزاید. علاوه بر این، چنین الیافی در هنگام برخورد با نیرو خم نمی‌شود. به همین دلیل است که فیبر تک جهته در تایرها بسیار خوب عمل می‌کند؛ سواری بسیار نر‌می را برای رانندگان فراهم می‌کند.
فروش پارچه کربن یک جهته UD و میزان مورد نیاز آن
پارچه‌های کربنی به صورت متری یا به صورت بسته بندی‌های آماده در واحد متر مربع سطح به فروش می‌رسد. اندازه‌های استاندارد این پارچه‌ها 50 متر مربع است که بنا به خواسته مشتری و با اندازه‌ی دلخواه برش می‌خورد. با این حال، اگر اندازه پارچه طوری باشد که از 100 مترمربع بیشتر شود، پیشنهاد میکنیم آن را به صورت پیوسته و “برش طولی” خریداری کنید. در این صورت پارچه‌های کربن در محل برای شما برش داده می‌شوند و تحویل شما می‌شوند.
شرکت افزیر متخصص در زمینۀ فروش الیاف کربن مفتخر است شما را برای خرید پارچه فیبر کربن و الیاف تک جهته کربن راهنمایی کند و محصولی با کیفیت و قیمت مناسب در اختیار شما قرار دهد. برای استعلام قیمت پارچه کربن، خرید الیاف کربن و اطلاع از میزان مورد نیاز آن برای پروزۀ خود با کارشناسان ما در افزیر تماس بگیرید.
نکویی –
مقاومت الیاف کربن در برابر فولاد چگونه است؟
اشکان محمدی –
با عرض سلام؛ می توان گفت که به طور کلی، و هنگام در نظر گرفتن نسبت استحکام به وزن، اکثر الیاف کربن تقریباً پنج برابر مقاوم تر از فولاد و دو برابر مستحکم تر هستند! بالاترین درجه الیاف کربن (“مدول فوق العاده بالا”) از استحکام فولاد به میزان ده برابر بیشتر است. برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه مقاومت الیاف کربن به مقاله ورق فیبر کربن مراجعه نمایید.