ألياف الكربون، والمعروفة أيضًا باسم ألياف الجرافيت أو جرافيت الكربون، مصنوعة من خيوط دقيقة جدًا من عنصر الكربون. تتمتع ألياف الكربون بقوة شد عالية وهي قوية جدًا بالنسبة لحجمها. وهي أيضًا مادة خفيفة جدًا.
قطر كل ليف هو {{0}} ميكرون. لإعطائك فكرة عن مدى صغر حجمه، ميكرون واحد يساوي 0.0001 ملم. يتراوح قطر خيوط شبكة العنكبوت بين 3 و8 ميكرون.
الميزات والتطبيقات
ألياف الكربون أقوى بمرتين وأقوى بخمس مرات من الفولاذ. ميزة أخرى هي درجة المقاومة العالية للمواد الكيميائية، ومقاومة درجات الحرارة العالية والتمدد الحراري المنخفض.
تعتبر ألياف الكربون مادة هندسية مهمة في صناعة الطائرات والمركبات عالية الأداء والمعدات الرياضية والآلات الموسيقية.
كيف يتم صناعة ألياف الكربون
ألياف الكربون مصنوعة من البوليمرات العضوية. تتكون هذه البوليمرات من سلاسل طويلة من الجزيئات المرتبطة ببعضها بواسطة ذرات الكربون. يتم تصنيع حوالي 90% من ألياف الكربون باستخدام عملية البولي أكريلونيتريل (PAN). يتم تصنيع نسبة الـ 10٪ المتبقية باستخدام عمليات الرايون أو البيتومين البترولي.
تنتج الغازات والسوائل والمواد الأخرى المستخدمة في عملية التصنيع تأثيرات ونوعيات ودرجات معينة من ألياف الكربون. يتم استخدام أعلى درجات ألياف الكربون مع خصائص المعامل المثالية في التطبيقات الصعبة مثل صناعة الطيران.
يختلف مصنعو ألياف الكربون في مزيج المواد الخام التي يستخدمونها. غالبًا ما يتعاملون مع وصفاتهم المحددة على أنها أسرار تجارية.
عملية التصنيع
أثناء عملية التصنيع، يتم سحب المواد الخام التي تسمى السلائف إلى حزم ألياف طويلة. ثم يتم نسج الألياف في القماش. ويمكن أيضًا دمجها مع مواد أخرى، أو لفها بخيوط أو تشكيلها بالشكل والحجم المرغوب فيه.
عملية التصنيع هي كما يلي:
استدارة. يتم خلط PAN مع المكونات الأخرى ونسجها إلى ألياف، ثم يتم غسلها وتمديدها.
استقرار. التغيرات الكيميائية لتثبيت الروابط.
الكربنة. يتم تسخين ألياف التثبيت إلى درجات حرارة عالية جدًا، لتشكل بلورات كربون مرتبطة بإحكام.
علاج السطح. يتأكسد سطح الألياف لتحسين خصائص الترابط.
التحجيم. يتم تغليف الألياف وجرحها على مكبات. ثم يتم تحميلها على آلات الغزل، والتي تقوم بلف الألياف إلى خيوط بأحجام مختلفة.
يمكن تشكيل الألياف إلى مواد مركبة بدلاً من نسجها في الأقمشة. لتكوين المركب، يمكن استخدام الحرارة أو الضغط أو الفراغ لربط الألياف بالبوليمر البلاستيكي.
أشياء للإعتبار
يواجه تصنيع ألياف الكربون العديد من التحديات، منها:
هناك حاجة إلى ترميم وترميم أكثر فعالية من حيث التكلفة.
يجب تنظيم عملية معالجة السطح بعناية لتجنب تكوين حفر قد تؤدي إلى عيوب في الألياف.
مطلوب رقابة صارمة لضمان جودة متسقة.
بسبب الموصلية القوية لألياف الكربون، يمكن أن يحدث قوس كهربائي ودوائر قصيرة في المعدات الكهربائية.
مخاوف تتعلق بالصحة والسلامة مثل تهيج الجلد ومشاكل الجهاز التنفسي.
