فیبر کربن CFRP

کاربرد الیاف و فیبر کربن در صنعت خودرو

مخازن سوخت کربنی خودروها، ساخت سپرهای کربنی خودروها، شفت‌های انتقال نیرو، قطعات موتور، کمک فنر، ملحقات چرخ و جعبه فرمان، لنت ترمز،بدنه ماشین مسابقه، بدنه کشتی‌ها، فنرهای لول و…

در ادامه برای آشنایی بیشتر با دیگر کاربردهای الیاف کربن مطالعه مقاله “کاربردهای نوار و ورق کربن” را پیشنهاد می کنیم.

کاربرد فیبر کربن در صنایع هوا فضا و هواپیما سازی

اجزای سازه ای ماهواره‌ها، ماشین‌های با فناوری جدید و قطعات هواپیماهای مسافربری اعم از پنل صندلی‌های کربنی، میزهای کربنی و سایر پوشش‌های کربنی، نوک هواپیماهای مافوق صوت، قطعات حساس موتور هواپیماها و جت‌ها.

کاربرد الیاف کربن در صنایع نظامی

کاربرد الیاف کربن در صنایع پزشکی

ساخت اجزای تجهیزات پزشکی کربنی، صندلی چرخدار کربنی، استخوان مصنوعی و انواع اجزای مصنوعی بدن و …

کاربرد الیاف کربن در بخش انرژی

• ساخت پره توربین‌های کربنی و آسیاب‌های بادی جهت تولید برق از انرژی باد، ساخت و تولید باتری‌های سوختی و…
• کاربرد الیاف کربن در صنایع تجهیزات الکتریکی، الکترونیک و ماشین سازی
• ساخت چرخ دنده‌های کربنی، غلتک‌های کربنی، چرخ دنده‌های پرسرعت کربنی، قطعات خود روغنکاری شونده، آنتن‌های کربنی، مخازن تحت فشار کربنی، قاب تلفن‌های همراه و …

فاز پایدارسازی اکسیداسیونی: در این مرحله الیاف اکریلیک همزمان با اعمال کشش تحت عملیات حرارتی اکسیداسیونی در محدوده دمایی ۲۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سلسیوس قرار می‌گیرد.

فاز کربونیزاسیون: پس از فاز پایدارسازی اکسیداسیون، الیاف بدون اعمال کشش در پیرامون دمای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس در محیط خنثی برای مدت چند ساعت، تحت عملیات حرارتی کربونیزاسیون قرار می‌گیرند.

فاز گرافیتاسیون: با توجه به نوع الیاف کربن مورد نظر، از لحاظ ضریب ارتجاعی و اعمال این مرحله در محدوده دمایی ۳۰۰۰ – ۱۵۰۰ درجه سلسیوس، موجب بهبود درجه جهتگیری بلورهای کربنی در جهت محور الیاف و سایر ویژگی‌های مکانیکی می‌شود.

فرآیند تولید الیاف کربن بر مبنای سایر پیش‌زمینه‌ها نیز، مشابه مراحل فوق است. مشخصه‌های ساختاری الیاف کربن بیشتر با دستگاه‌های میکروسکوپ الکترونی و پراش پرتوی ایکس قابل بررسی است. در ساخت CFRP بر پایه پلی اکریلونیتریل، ساختار الیاف در طی عملیات پایدار سازی اکسیداسیونی و متعاقب آن کربونیزاسیون، از ساختار زنجیره ای خطی به ساختار صفحه ای تغییر می‌کند.

هر چه مقاومت کششی الیاف پیش زمینه بیشتر باشد، مشخصات کششی کامپوزیت CFRP بدست آمده بیشتر خواهد شد. هرگاه مرحله پایدارسازی به شکلی مناسب صورت گیرد، مقاومت کششی و ضریب ارتجاعی با کربونیزاسیون تحت کشش، به مقدار بسیار زیادی در محصول الیاف کربنی نهایی بالا می‌رود. در مجموع مقاومت نهایی و گسیختگی CFRP به نوع الیاف مبنای پیش زمینه، شرایط فرآیند، دمای عملیات حرارتی و وجود نواقص ساختاری در الیاف، مرتبط است.

مقاوم سازی با استفاده از سیستم‌های کامپوزیت CFRP (الیاف کربن)

برای تقویت و مقاوم سازی انواع سازه‌های بتنی و ساختمان‌ها که نیاز به تعمیر دارند، سیستم تقویت کننده پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) افریز، روش کارآمد و موثری است.

روش مقاوم سازی با کامپوزیتی CFRP، راهکاری برای حل انبوهی از کم و کاستی‌های سازه‌ای در ساختمان‌های موجود است، مشکلاتی از قبیل:

• مشکلات استحکامی‌ ناشی از مصالح ساختمانی ضعیف یا نامناسب
• طراحی یا ساخت نامناسب
• افزایش بارگذاری تجهیزات به دلیل تغییر کاربری
• افزایش طول عمر تجهیزات در زیر ساخت بناهای قدیمی
• بارگذاری فوق‌العاده و یا تصادفی
• مقاوم سازی لرزه‌ای
• کاهش اثرات انفجار که در اثر انرژی و تکانه‌های فشاری ایجاد می‌شود.

نصب و اجرای سیستم‌های کامپوزیت CFRP

نصب و اجرای کامپوزیت پلیمری تقویت شده با فیبر کربن CFRP تنها توسط پیمانکاران و نیروهایی انجام می‌شود که در شرکت افریز آموزش دیده‌اند. موارد زیر کلیات اجرای الیاف کربن و پارچۀ آن را بیان می‌کند:

• اعمال خمیر بر روی بستر: در مواردی که سطح دارای عیوب جزئی است، بتونه اپوکسی FRP را در ضخامت کمتر از 25 میلی‌متر اعمال کنید.
• آماده سازی بستر اولیه: یک لایه پرایمر اپوکسی FRP را با استفاده از غلطک بر روی بستر اعمال نمایید.
• اشباع کردن پارچه: فیبر کربن را با رزین اپوکسی اشباع کننده به صورت مکانیکی و یا دستی، اشباع کنید تا زمانی که اطمینان بیابید اشباع الیاف کربن به صورت کامل انجام شده است.
• پارچه را اعمال کنید: پیش از آنکه خمیر و پرایمر (و یا اپوکسی تغلیظ شده) خشک شود و خود را بگیرد، پارچه را اعمال کنید. می‌توانید ورق‌ها را با استفاده از یک قیچی سنگین در ابعاد مورد نیاز برش دهید.
• پارچه را صاف کنید: پارچه اشباع شده را بر روی سطح پرایمر زده قرار داده و با استفاده از فشار دست، غلتک یا ماله، هوای محبوس شده در زیر آن را خارج کنید.
• بر روی لبه‌های پارچه خمیر بزنید: تمام درزها و لبه‌ها را با رزین اشباع پر کنید. قبل از اعمال پوشش نهایی، اجازه دهید اپوکسی به طور کامل خشک شود و سپس آن را کمی‌ سنباده بزنید.

تفاوت بین فایبرگلاس و فیبرکربن

در مقایسه بین فیبر کربنی با فایبر گلاس، متوجه خواهید شد که هر کدام ویژگی‌های منحصر به فردی داشته و در کاربردهای خاص خودشان عملکردهای بی نظیری دارند. اما برای اینکه بدانید کدام یک برای نیاز شما مناسب‌تر است، باید تفاوت بین آن‌ها را بدانید (یا اطمینان داشته باشید که تولید کننده‌ الیاف کربن، می‌توانند شما را به مسیر درست هدایت کنند).

در ادامه با بیان خواص این دو ماده متوجه خواهید شد که تفاوت بین فایبرگلاس و فیبرکربن چیست، باید بگوییم گرچه فیبر کربن و فایبرگلاس، تعدادی ویژگی مشابه دارند و در برخی موارد انگشت شمار به جای یکدیگر استفاده می‌شوند، اما دو ماده بسیار متفاوتی هستند. به عنوان مثال:

• استحکام
  هر دو این مواد، نسبت به فولاد استحکام بالاتری دارند، اما فیبر کربن صنعتی بیش از 20% قوی‌تر از بهترین فایبرگلاس است. نسبت وزن به استحکام این الیاف تقریبا دو برابر فایبرگلاس است.

• سختی
  فیبر کربن نسبت به فایبرگلاس، به طور قابل توجهی انعطاف‌پذیری کمتری دارد و برای کاربردهایی که سختی و استحکام ضروری هستند (برای مثال قطعات مکانیکی) ترجیح داده می‌شود. مدول کششی این الیاف 4 برابر فایبرگلاس است. در کاربردهایی که انعطاف پذیری نیاز است یا سختی ضروری نیست، اغلب فایبرگلاس ترجیح داده می‌شود.

• وزن
  در مقایسه با فلزاتی مانند فولاد یا آلومینیوم، هر دو مواد با توجه به استحکام ذاتی خود، وزن بسیار کمتری دارند. در محیط‌ها و کاربردهایی که حداقل وزن یک ضرورت است (مثلا در هوافضا یا مسابقات اتومبیل‌رانی) اغلب هر دو ماده استفاده می‌شوند. با این حال، به طور معمول، فیبر کربن نسبت به فایبرگلاس، %15 وزن کمتری دارد.

• مقاومت  فیبر کربن و فایبر گلاس در برابر خوردگی
  در شرایطی که فیبر کربن و فایبرگلاس هر دو در معرض مواد شیمیایی خورنده، اسیدها یا محیط‌های ساینده قرار داشته باشند، این مژده را به شما می‌دهیم که هر دو این مواد در برابر محیط‌های خورنده یا ساینده بسیار مقاوم هستند.

سوالات متداول