ویژگی ها، کاربرد و توسعه فیبر کربن

ویژگی ها، کاربرد و توسعه فیبر کربن

1.ویژگی ها و خواص فیبر کربن

 مواد فیبر کربنی سیاه، سخت، استحکام بالا، وزن سبک و سایر مواد جدید با خواص مکانیکی عالی هستند.وزن مخصوص آن کمتر از 1/4 فولاد است.استحکام کششی مواد کامپوزیتی رزین فیبر کربن معمولاً بالای 35000 مگاپاسکال است که 7.9 برابر فولاد است.مدول کشش کششی بین 230000MPa و 430000MPa است.بنابراین، استحکام ویژه CFRP، یعنی نسبت استحکام ماده به چگالی آن، بالاتر از 20000MPa/(g/cm3) است، اما استحکام ویژه فولاد A3 590MPa/(g/cm3) است. مدول الاستیک نیز بالاتر از فولاد است.هر چه استحکام ویژه ماده بیشتر باشد، وزن خود قطعه کوچکتر باشد، مدول الاستیک ویژه بیشتر باشد، سفتی قطعه بیشتر می شود.در این معنا، چشم انداز کاربرد گسترده فیبر کربن در مهندسی نشان داده شده است.نگاهی به خواص عالی بسیاری از مواد کامپوزیتی در حال ظهور، مانند مواد الیاف شیشه کامپوزیت پلیمریبسیاری از کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که مواد کامپوزیت بر پایه فلز و مواد کامپوزیت بر پایه سرامیک از عصر فولاد وارد عصر کاربرد گسترده مواد خواهند شد.

مواد کامپوزیت فیبر کربن و فایبرگلاس PAN:

(1) خواص مکانیکی، چگالی کمتر از فلز، وزن سبک؛مدول بالا، استحکام بالا، استحکام بالا، استحکام خستگی بالا، مقاومت در برابر سایش و روانکاری عالی؛تضعیف ارتعاش عالی؛

(2) مقاومت حرارتی کوچک، پایداری، ضریب انبساط حرارتی، ثبات ابعادی خوب، هدایت حرارتی؛مقاومت حرارتی عالی در گاز بی اثر؛

(3) به انواع مواد رسانا تعلق دارد که خاصیت رسانایی الکتریکی و محافظ امواج الکترومغناطیسی و خاصیت محافظت از امواج الکترومغناطیسی و هدایت الکتریکی دارند.(4) در انتقال اشعه ایکس عالی است و ساختار مناسبی را می توان با توجه به هدف طراحی کرد.

در سال 2007، ژاپن اصلیتامین کننده فیبر کربنToray Co. Ltd. با نیسان موتور و سایر شرکت ها برای توسعه مواد پیشرفته با استفاده از فیبر کربن همکاری کرد که می تواند وزن قطعات اصلی خودرو مانند شاسی را تا حد زیادی کاهش دهد.فناوری جدید وزن کلی خودرو را 10 درصد کاهش می دهد و مصرف سوخت را بین 4 تا 5 درصد بهبود می بخشد.علاوه بر این، مقاومت در برابر ضربه 1.5 برابر معمولی است.سازندگان قصد دارند تا سه سال دیگر فناوری جدید را به خودروهای تجاری بیاورند.این فناوری جدید وعده می‌دهد که در شرایط سخت‌تر مقررات قبض سوخت برای کاهش گازهای گلخانه‌ای در سراسر جهان، جابه‌جایی مواد خام خودرو محور فولاد را تسریع کند.

2.کاربرد فیبر کربن

  فیبر کربن یک اصطلاح عمومی برای الیاف با محتوای کربن بیش از 90٪ است و به دلیل محتوای کربن بالای آن نامگذاری شده است.فیبر کربن دارای خواص بسیار عالی کربن عنصری مانند وزن مخصوص کوچک، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر شوک حرارتی، مقاومت شیمیایی و رسانایی و غیره است. دارای درهم تنیدگی الیاف و خواص مکانیکی عالی است.به ویژه استحکام ویژه و مدول الاستیک ویژه آن بالا است و می تواند دمای بالای 2000 را تحت شرایط ایزوله اکسیژن تحمل کند.این ماده اولیه فایبرگلاس صنعتی مهم استو برای تقویت مواد کامپوزیت، مواد فرسایشی و مواد عایق حرارتی مناسب است.این یک ماده جدید است که در اوایل دهه 1960 توسعه یافت و اکنون به یک ماده جدید ضروری در جامعه مدرن تبدیل شده است.

در بین محصولات تفریحی، اولین کاربرد فیبر کربن PAN چوب ماهیگیری است.در حال حاضر تولید سالانه چوب ماهیگیری فیبر کربنی در جهان حدود 12 میلیون و میزان فیبر کربن مصرفی حدود 1200 تن است.استفاده از فیبر کربن در چوب گلف در سال 1972 آغاز شد. در حال حاضر، تولید سالانه فیبر کربنچوب گلف در جهان حدود 40 میلیون بطری است و مقدار فیبر کربن آن معادل 2000 تن است.استفاده از راکت تنیس در سال 1974 آغاز شد. اکنون در جهان در سال گذشته حدود 4.5 میلیون راکت فیبر کربن تولید شده است و استفاده از فیبر کربن به حدود 500 تن نیاز دارد.در میان چیزهای دیگر، فیبر کربن نیز به طور گسترده در اسکی، قایق های برفی، چوب اسکی، چوب بیسبال، بازی های جاده ای و ورزش های دریایی استفاده می شود.

با شناخت سبک وزن، مقاومت در برابر خستگی، مقاومت در برابر خوردگی و سایر خواص فیبر کربن، به طور گسترده در صنعت هوافضا استفاده می شود.در زمینه پرواز فضایی، الیاف کربن با مدول بالا به دلیل وزن سبک (سفتی) و رسانایی حرارتی پایداری ابعادی در ماهواره های مصنوعی استفاده شده است.در سال های اخیر در ماهواره های ارتباطی مانند ایریدیوم استفاده شده است.

ترکیب قالب‌گیری عمدتاً به شکل رزین گرمانرم مخلوط می‌شودرشته های خرد شده فیبر شیشه ایکه دارای اثر تقویت کننده، ضد الکتریسیته ساکن و محافظ امواج الکترومغناطیسی است و در لوازم خانگی، تجهیزات اداری، نیمه هادی ها و زمینه های مرتبط کاربرد فراوانی دارد.

3. وضعیت تولید محصولات فیبر کربن در کشور من

  تولید و استفاده از فیبر کربن در کشور من هنوز در مراحل اولیه است.ظرفیت تولید فیبر کربن داخلی تنها حدود 0.4 درصد از کل تولید را تشکیل می دهدپارچه فیبر کربن با کارایی بالادر دنیا بیش از 90 درصد مصرف داخلی وابسته به واردات است.کیفیت پیش ساز PAN همیشه گلوگاهی بوده است که تولید در مقیاس بزرگ صنعت فیبر کربن را در کشور من محدود می کند.علاوه بر این، از آنجا که فیبر کربن از دیرباز به عنوان یک ماده استراتژیک در نظر گرفته شده است، کشورهای توسعه یافته به روی جهان خارج بسته شده اند.بنابراین، کارشناسان صنعت بر این باورند که تقویت تحقیقات پایه، پایه و اساس نوآوری و راه اساسی برای توسعه صنعت فیبر کربن داخلی است.

کشور من از دهه 1960 تا 1970 شروع به مطالعه فیبر کربن کرد، تقریباً همگام با جهان.پس از بیش از 30 سال کار سخت، شرکت Toray ژاپن محصولات فیبر کربنی نزدیک به سطح T300 تولید کرده است، اما خروجی و کیفیت نمی تواند نیاز داخلی را که از کشورهای خارجی دور است، برآورده کند.در مقایسه با سطح پیشرفته بین المللی، مشکلات برجسته فیبر کربن داخلی استحکام فیبر کربن پایین، یکنواختی و پایداری ضعیف است و سطح توسعه نزدیک به 20 تا 30 سال از کشورهای پیشرفته عقب تر است و مقیاس تولید تجهیزات فنی کوچک است. عقب مانده است و راندمان تولید ضعیف است.

در حال حاضر ظرفیت تولید فیبرا دی کربن پرت در جهان حدود 35000 تن است و تقاضای سالانه در بازار چین حدود 6500 تن است.این یک مصرف کننده فیبر کربن بزرگ است.با این حال، تولید فیبر کربن چین در سال 2007 تنها حدود 200 تن و عمدتاً محصولات با عملکرد پایین بود.بیشتر صنعت متکی به واردات است و قیمت آن بسیار گران است.به عنوان مثال، بازار استاندارد T300 فاقد پشتیبانی فنی با حقوق مالکیت معنوی مستقل است و شرکت‌های داخلی هنوز بر فناوری هسته فیبر کربن کامل تسلط پیدا نکرده‌اند.کیفیت، فناوری و مقیاس تولید فیبر کربن در کشور من با کشورهای خارجی بسیار متفاوت است.در میان آنها، فناوری فیبر کربن با کارایی بالا در انحصار ژاپن و کشورهای غربی است.بنابراین، پی بردن به محلی سازی فیبر کربن به یک فرآیند طولانی نیاز دارد.به دلیل کمبود بازار، در سال های اخیر "تب فیبر کربن" در چین رخ داده است و بسیاری از موسسات تحقیقاتی علمی و شرکت ها تحقیقات فیبر کربن و پروژه های صنعتی هزار تنی را آغاز کرده اند.

#مواد فیبر کربنی#مواد الیاف شیشه کامپوزیت پلیمری#تامین کننده فیبر کربن#رشته های خرد شده فیبر شیشه ای#پارچه فیبر کربن با کارایی بالا