الیاف کربن چیست و انواع الیاف کربن

الیاف کربن الیافی با قطر 5 تا 10 میکرومتر هستند که بیش تر از اتم های کربن تشکیل شده اند و از مهم ترین اعضای خانواده الیاف پیشرفته است که خواصی نظیر استحکام بسیار بالا (با توجه به نوع الیاف بین ۷ تا ۱۰ برابر فولاد)، چگالی پایین (حدود ۷۰درصد آلومینیوم) و خواص بی نظیری شامل : سختی بالا، مقاومت کششی بالا،نسبت وزن کم به مقاومت بالا، مقاومت شیمیایی بالا،تحمل درجه حرارت بالا و انبساط حرارتی کم است که این الیاف را از پر کاربردترین الیاف در صنعت قرار داده است.

الیاف کربن با توجه به خواص فوق العاده مکانیکی، حرارتی و الکتریکی از کاربردهای متنوعی برخوردار است و حجم بسیار زیادی از تولید جهانی آن به صورت کامپوزیت (مواد مستحکم شده پلیمری با الیاف و یا منسوجات) مورد استفاده قرار می گیرد.

این ویژگی ها باعث شده که الیاف کربن در صنایع مختلفی از جمله صنعت ساختمان جهت مقاوم سازی سازه ها، در صنعت خودرو جهت ساخت برخی قطعات خودرو، در صنعت پزشکی جهت ساخت انواع استخوان مصنوعی، در صنعت انرژی جهت ساخت پره های توربین کربنی، در صنعت هوا فضا جهت ساخت بدنه فضاپیما و هواپیماها و اسکلت اصلی آنها و هزاران کاربری دیگر استفاده شود.

الیاف کربن در مقایسه با الیاف شیشه یا الیاف پلاستیک نسبتا گران تر است.

برای تولید فیبر کربن ، اتمهای کربن در بلورهایی بهم پیوند می خورند که کم و بیش موازی با محور طولانی فیبر قرار دارند زیرا ترازبندی کریستال نسبت مقاومت به حجم بالای فیبر را می دهد (به عبارت دیگر ، قوی است برای اندازه آن). چندین هزار الیاف کربن بهم پیوسته و یک بکسل را تشکیل می دهند.

الیاف کربن (پارچه کربن) با نوعی رزین (چسب صنعتی) ترکیب میشود و کامپوزیت کربن را می سازد که دارای نسبت مقاومت به وزن بسیار بالایی است و بسیارسفت و سخت است اگر چه تا حدودی شکننده است.

الیاف کربن هم چنین با مواد دیگر مانند گرافیت ترکیب شده کامپوزیت های کربن تقویت شده را تشکیل می دهند که از تحمل گرما بسیار بالایی برخوردار هستند.

انواع الیاف کربن

الیاف کربن را می توان براساس خصوصیات فیزیکی یا مدول یانگ، استحکام ، دمای نهایی عملیات حرارتی و تعداد فیلامنت، به گروههای مختلفی دسته بندی کرد:

دسته بندی براساس خصوصیات فیزیکی

. الیاف کربن با مدول یانگ بسیار بالا؛ بیشتر از ۴۵۰ گیگا پاسکال
. الیاف کربن با مدول یانگ بالا؛ بین ۳۵۰ تا ۴۵۰ گیگا پاسکال
. الیاف کربن با مدول یانگ متوسط؛بین ۲۵۰ تا ۳۵۰ گیگا پاسکال
. الیاف کربن با استحکام کششی بالا و مدول یانگ پایین؛ استحکام کششی بیش از ۳ گیگا پاسکال و مدول یانگ کم تر از ۲۰۰
. الیاف کربن با استحکام کششی بسیار بالا؛ بیشتر از ۵ گیگا پاسکال

دسته بندی براساس نوع پیش زمینه

. الیاف کربن با پیش زمینه الیاف اکریلیک (پلی اکریلونیتریل)
.الیاف کربن با پیش زمینه قیر صنعتی
. الیاف کربن با پیش زمینه قیر مزو فاز
. الیاف کربن با پیش زمینه قیر ایزوتروپیک
. الیاف کربن با پیش زمینه الیاف ویسکوز ریون (ابریشم مصنوعی)
. الیاف کربن با پیش زمینه فاز گازی

دسته بندی براساس دمای نهایی عملیات حرارتی

. الیاف نوع ۱، دمای عملیات حرارتی بالاتر از ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد؛ الیافHM
.HS الیاف نوع ۲، دمای عملیات حرارتی حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد؛ الیاف
. الیاف نوع ۳، دمای عملیات حرارتی کمتر یا حدود ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد؛ الیاف با استحکام پایین

دسته بندی بر اساس تعداد فیلامنت

دسته الیاف کمتر از ۲۴۰۰۰ فیلامنت که اصطلاحاً توو (TOW) سبک یا کوچک نامیده می شوند.

دسته الیاف بیشتر از ۲۴۰۰۰ فیلامنت که اصطلاحاً توو سنگین یا بزرگ نامیده می شوند.


ساختار اتمی الیاف کربن شبیه ساختار گرافیت است که متشکل از ورق های اتم کربن است که به صورت شش ضلعی منظم مرتب شده اند ، تفاوت در نحوه بهم پیوستن این ورق ها است. گرافیت یک ماده بلوری است که در آن ورق ها به صورت منظم به موازات یکدیگر چیده می شوند. نیروهای بین مولکولی بین ورق ها نیروهای نسبتاً ضعیف هستند و ویژگی های نرم و شکننده آن را به گرافیت می دهند.

الیاف کربن بسته به پیش ساخته فیبر ، ممکن است توربوسترات یا گرافیت باشد ، یا ساختاری ترکیبی داشته باشد که هم قطعات گرافیتی و هم توربوسترات وجود داشته باشد. در الیاف کربن توربوسترات ، ورق های اتم کربن به طور ناخواسته ای با هم تا می شوند ، یا مچاله می شوند. الیاف کربن توربوسترات دارای استحکام کششی بالایی هستند ، در حالی که الیاف کربن مشتق شده از مزوفاز با حرارت آرام شده دارای مدول یانگ بالا (یعنی سختی زیاد یا مقاومت در برابر گسترش در برابر بار) و هدایت گرمایی بالایی هستند.

لوله های الیاف کربن هم برای سرگرمی و هم در صنعت حرفه ای استفاده میشوند. با استفاده از استحکام الیاف کربن، می توان از یکساختار لوله ای بسیار سخت و در عین حال سبک وزن در طیف گسترده ای از برنامه ها مانند هواپیماهای مدل استفاده کرد.امروزه جهت ساخت و تقویت بدنه انواع هواپیماهای مدل و حتی مولتی روتورها از فیبر کربن استفاده میشود.در هواپیماهای آکروباتیک از کامپوزیت الیاف کربن استفاده میشود.

همانطور که گفته شد کامپوزیت الیاف کربن وزن بسیار پایین و مقاومت بسیار بالایی دارند.لوله های فیبر کربن میتوانند جایگزین مواد شوند اما در بیشتر مواقع جایگزین آلومینیوم میشوند.در بسیاری از موارد یک لوله فیبر کربن میتواند یک سوم یک لوله آلومینیومی وزن داشته باشد در حالیکه هنوز هم دارای خصوصیت قدرت یکسان یا حتی بهتری باشد.

به همین دلیل ، گوی های تقویت شده با الیاف کربن اغلب در برنامه های کاربردی یافت میشود که سبک بودن آنها بسیار حائز اهمیت است.

برای تقویت بال و بدنه در هواپیماهای مدل از انواع لوله کربن توخالی و توپر و لوله های کربنی چهارگوش استفاده میشود.

سبک بودن فیبر کربن باعث میشود که وزن زیادی را به مدل تحمیل نکند و به دلیل استحکام بالای فیبر کربن بدنه و بال هواپیما میستحکم شده تا در هنگام مانورهای سنگین و حتی کرش کمترین آسیب راببیند.

لوله های فیبر کربن به آسانی نمی شکند و طول عمر بالایی دارد و در مقابل، قیمت بسیار بالای آن از معایب این لوله های پر کاربرد به حساب می آید.

این لوله ها در ابعاد و قطرهای مختلف با طول یک متر در بازار به فروش میرسد.

متداول ترین شکل های پروفیل لوله ای از فیبر کربن کربع، مستطیل و دایره است.پروفیل های مستطیلی و مربعب معمولا به پرتو جعبه معروف هستند.پرتو جعبه های فیبر کربنی استحکام بسیار خوبی را در یک سازه ایجاد کرده و دو پرتو موازی را شبیه سازی میکند.

ساخت و ساز لوله های تو خالی وشوار است زیرا فشار باید در قسمت های داخلی و خارجی لوله اعمال شود.

لوله های مورب مقرون به صرفه ترین روش برای تولید پروفیل های کامپوزیت هستند.

برای افزایش استحکام و خاصیت در همه جهات ، سیم پیچ رشته ای یک روش مؤثر در ساخت لوله های فیبر کربن است. لوله های زخم رشته ای مقرون به صرفه بوده و دارای خواص عالی هستند ، اما بیشترین محدودیت مربوط به طول دستگاه سیم پیچ است..

پیچ خوردگی و سیم پیچ رشته ها ، قالب فشرده سازی ، تزریق خلاء و پردازش اتوکلاو همه روش هایی برای ساخت لوله های فیبر کربن هستند. هر کدام مزیت و مضرات خود را نیز دارند.

صفحات الیاف کربنی چیست؟

الیاف کربن بر اساس ظریف کششی فیبر طبقه بندی می شوند. بنابراین ، قوی ترین الیاف کربن ده برابر فولاد و هشت برابر آلومینیوم قوی تر هستند ، نیازی به ذکر نیست بسیار سبک تر از هر دو ماده ، 5برابر سبک تر از فولاد و 1.5 برابرسبک تر از آلومینیوم هستند.

از صفحات کربنی معمولا جهت ساخت فریم مولتی روتور ها استفاده می شود. این صفحات هم به صورت خام و در ضخامت های مختلف موجود بوده و هم به صورت برش شده جهت استفاده در فریم مولتی روتور ها مورد استفاده قرار می گیرند

فیبر کربن با ضریب بالا چیست؟

الیاف کربن با مدول بالا ممکن است سفت باشد ، اما بسیار محکم نیست و بنابراین - مانند ماکارونی - با نیروی کمتری نسبت به الیاف مدول پایین می شکند. به زبان ساده: الیافی که دارای مدول بالاتر (سفت تر) هستند نیز ضعیف تر هستند و الیافی که مدول پایین تری دارند عموماً مقاومت بالاتری را ارائه می دهند یعنی شکستن آن سخت تر است..

مفهوم K در الیاف کربن

این عدد نشان دهنده تعداد تار های فیبر کربن در هر بسته نرم افزاری است. مثلا وقتی میگوییم الیاف کربن 1K بدین معنی است که در هر بسته نرم افزاری تعداد ۱۰۰۰ تار از الیاف کربن موجود است و وقتی میگوییم الیاف کربن 3K به این معنی است که در هر بسته نرم افزار تعداد ۳۰۰۰ تار از الیاف کربن وجود دارد. نکته مهم اینجاست که هر یک از تار های کربن ضخامتی برابر با یک بیستم تار موی انسان را دارد. از رایج ترین الیاف کربن 3K بوده که جهت ساخت تجهیزات مختلفی از جمله لوله های کربنی توخالی جهت ساخت هواپیمای مدل مورد استفاده قرار می گیرند.


محصول به سبد خرید شما اضافه شد