ألياف الكربون (الكربون) هي مادة بناء المستقبل. استخدام ألياف الكربون في البناء: تقوية وتقوية الهياكل الحاملة ألياف الكربون وتطبيقاتها

توفر المقالة معلومات حول ألياف الكربون وخصائصها وخصائصها وخصائصها. سنخبرك عن تاريخ إنشائها وكذلك الحقائق التعليمية الصوتية. سوف تتعلم كيفية استخدام ألياف الكربون في الحياة اليومية والبناء، بالإضافة إلى كيفية إصلاح البلاستيك بنفسك.

إن المنتجات المصنوعة من الأقمشة والألياف والحبال والأشرطة المصنوعة من الهيدروكربونات الحديثة تتنافس بنجاح في جميع مؤشرات الأداء مع منتجاتنا المعتادة المصنوعة من الفولاذ والخرسانة. وفي الوقت نفسه، يكون سمكها ووزنها أقل بعشرات وأحيانًا مئات المرات. كيف يمكن للمرء أن يشرح لشخص لديه وجهات نظر راسخة حقيقة أن القماش المشرب بالراتنجات الصلبة بسماكة 3 مم فقط أقوى من جميع النواحي من الخشب الرقائقي التقني بسمك 15 مم؟ فقط من خلال التجربة والإثبات.

ألياف الكربون هي مادة المستقبل، من الماضي

اكتشف توماس إديسون المادة في عام 1880 كجزء من بحثه عن خيوط المصابيح المتوهجة. في السنوات العشر الماضية، وبتحريض من الزملاء الأجانب في شكل إمدادات من منتجات ألياف الكربون باهظة الثمن، بدأ المطورون والمصنعون المحليون في إحياء مشاريع الهيدروكربون التي بدأت خلال الفترة السوفيتية في جميع المجالات.

يعلم الجميع أن الكربون ضروري في كل أشكاله وفي كل صناعة. هذا هو إنتاج كل ما هو غير مصنوع من المعدن أو الزجاج أو الخشب أو الخرسانة. لكن ميزتها الرئيسية هي أنها لا تكمل المواد التقليدية فحسب، بل تستبدلها أيضًا بفوائد للإنسان والطبيعة.

تقرير فيديو عن إنتاج ألياف الكربون الروسية

ألياف الكربون في البناء

بدأ الطلب على هذه المواد الحديثة بين المصلحين والبنائين. وأسباب ذلك تكمن في خصائص مكوناته:

1. قوة عالية للخيوط التي يصنع منها القماش.
2. التصاق استثنائي لمادة البوليمر الرابطة (غراء الإيبوكسي).

مزيج هذه الخصائص يعطي كفاءة عالية في تركيب التعزيز الخارجي للهياكل الخرسانية المسلحة والطوب والخشب. يتلقى العنصر المعزز بهذه الطريقة قوة انثناء إضافية بنسبة 65% وقوة ضغط تصل إلى 120%. يبدو هذا غير مرجح، لكن الاختبارات التي تم إجراؤها وفقًا لـ GOST وTU وSNiP تؤكد ذلك.

اختبار العوارض المقواة بألياف الكربون بالفيديو

عناصر الخرسانة المسلحة المسلحة بألياف الكربون - اختبارات الفيديو

يجب على أي شخص يقوم ببناء منزل حجري أو حمام سباحة، أو القيام بإصلاحات كبيرة، أو ترميم، أن يفكر في تعزيز الكربون. تسمح الزيادة الكبيرة في القوة بتقليل حجم المادة الأساسية. أي أن القماش يمكنه تحمل الأحمال الهائلة، والشيء الرئيسي هو أن يكون لديه شيء يلتصق به.

وبالتالي، فإن التعزيز المركب يضاعف تقريبًا قوة الضغط من 280 كيلو نيوتن إلى 520 كيلو نيوتن (انظر فيديو الاختبار). هذا يعني أن حجم العنصر الداعم هو جدران حاملةوالأعمدة والأعمدة - يمكن تخفيضها بأمان بنسبة 60-80٪. وهذا له أهمية خاصة بالنسبة للمناطق النائية حيث يصعب تسليم مواد البناء الثقيلة.

المجال الرئيسي الثاني لتطبيق ألياف الكربون في البناء هو ترميم العناصر الحجرية الحاملة. تتم استعادة دعامات وعوارض الجسور الخرسانية باستخدام التعزيز اللاصق. هذه هي المرافق الحكومية الأكثر أهمية وموثوقيتها موثوق بها من خلال ألياف الكربون. في البناء الخاص، تكون الأحمال أقل بعشرات المرات، مما يعني أن تعزيز الأساس أو زوايا الجدار سيكون له هامش كبير من الأمان. يعد هذا بديلاً ممتازًا للطرق التقليدية - صب الخرسانة في الأساس أو تركيب جدران مماثلة.

آخر خاصية مفيدةالمواد المركبة - عدم سميتها وغير ضارة بعد البلمرة. عند الانتهاء يكون له سطح لامع ولا يتفاعل مع الماء. سيكون هذا مثيرًا للاهتمام لأي شخص قرر بناء حوض سباحة أو بركة أو غواص أو صومعة أو خزان صرف صحي أو خزان صرف صحي حجري. للقيام بذلك، سيكون كافيا لبناء جدران نصف من الطوب مع شبكة البناء وتغطية كلا الجانبين بألياف الكربون. المواد الصلبة ستكون بمثابة العزل المائي. تركيبه مشابه لتركيب شبكة تقوية للعزل.

تكلفة هذا العمل ستكون:

1. قماش ألياف الكربون - من 20 إلى 30 دولارًا أمريكيًا. ه. لكل 1 م 2.
2. رابط بوليمر مع مادة مقسية - من 3 إلى 5 متر مكعب. أي حسب الاستهلاك لكل 1 م2.
3. في المتوسط، تبلغ تكلفة الخدمات الجاهزة لتعزيز الهياكل الحجرية في روسيا 125 دولارًا أمريكيًا. ه. لكل 1 م 2. السعر يشمل الحساب والتسليم والمواد والعمالة.

استخدام ألياف الكربون للإصلاحات

خصائص القماش، التي تكون مرنة ومرنة في البداية، وبعد التشريب بالراتنج، تكون متينة للغاية، ويمكن (ويجب!) استخدامها في الحياة اليومية. يتعلق هذا بشكل أساسي بإصلاح أو استبدال الأجزاء البلاستيكية المكسورة. باستخدام هذه المادة، يمكنك لصق أي شيء تقريبًا، وما لا يمكن لصقه لسبب ما، يمكن إعادة إنشائه باستخدام الجزء التالف كمصفوفة.

إصلاح قضيب الألياف الزجاجية

فكر في إمكانية إصلاح مقبض المطرقة أو الفأس باستخدام غلاف من ألياف الكربون. معظم شبه المهنية الآلات الإيقاعيةلها مقابض مصنوعة من الألياف الزجاجية، وهي نفس المادة المستخدمة في صنع عصي الهوكي عالية الجودة.

للإصلاحات سوف تحتاج:

1. الأدوات - نائب، آلة صنفرة دوارة بورق الصنفرة، مشبك توجيه، مجفف شعر، فرش.
2. المواد: غلاف من ألياف الكربون أو القماش، لاصق مكون من مكونين عالي القوة، وراتنج بوليمر ومصلب. في المجموع، سيتطلب الخليط اللاصق حوالي 50 مل.
3. معدات الحماية - النظارات، جهاز التنفس الصناعي، القفازات المطاطية.

إجراءات التشغيل:

1. قم بتنظيف حواف الكسر بمطحنة، مع الحفاظ على منطقة التلامس.
2. ثبت جزءًا واحدًا في الرذيلة ثم ضع الجزء الثاني على المشبك، وجربه بشكل مسطح.
3. ضع الغراء على الأسطح الملامسة (الكسر) وقم بتوصيل الجزأين بمشبك. ضع الغراء على المنطقة المكسورة. تحقق بعناية من محاذاة كلا الجزأين. مدة التعرض - 6-8 ساعات (حسب التعليمات).
4. قم بإزالة المشبك وتنظيف المفصل وتعميقه في جسم القضيب بمقدار 1-2 مم.
5. وضع علامات. نظرًا لأن اللصق باستخدام الغلاف سيتم على مرحلتين، فإن الطبقة العليا ستتداخل مع الطبقة السفلية. من محور الوصلة نخصص 3.5 سم للطبقة الأولى، و6 سم في كل اتجاه للطبقة الثانية. قطع قطعتين من الأكمام إلى الحجم.
6. اصنع محلول بوليمر من الراتينج والمصلب بنسب وفقًا للتعليمات ثم ضعه بحرية على المفصل على طول العلامات الأصغر.
7. أحضر قطعة من الغلاف إلى موقع اللصق وضعها بعناية على الغراء وقم بتجعيدها بيديك.
8. ثم ضع طبقة أخرى من الغراء وأدخل قسمًا ثانيًا (أكبر) من الغلاف. اضغط عليه بنفس الطريقة. تشبع المنطقة بأكملها بالغراء.
9. أنشئ مشبكًا مؤقتًا - قم بتركيب شرائح من المواد المرنة على كلا الجانبين، ثم لفها بشريط لاصق واضغطها باستخدام المشابك (ليس بإحكام شديد). وقت التعرض - 6-8 ساعات.
10. 1نظف المفصل بمطحنة ثم قم بإنهائه يدويًا.
11. المنتج جاهز تقنيًا ويمكن استخدامه بالحمل العادي بعد 12 ساعة. يمكن طلاء المنتج الذي تم إصلاحه.

إصلاح مقبض الألياف الزجاجية على الفيديو

يتم تقديم تقنية الإصلاح بواسطة SRS (مما يعني أننا نتحدث عن الرياضات الاحترافية - ليس من الصعب تخيل الأحمال التي يمكن أن يتحملها المنتج بعد الإصلاح).

باستخدام ألياف الكربون بهذه الطريقة، يمكنك أيضًا إصلاح الأشياء التي كان من المعتاد سابقًا استبدالها:

1. أرجل الأثاث.
2. مقابض المكنسة الكهربائية أو المظلة أو السكين.
3. المساكن للمعدات والأدوات المنزلية والمكتبية.
4. إطارات النظارات (ستحتاج إلى خيط أو شريط من الكربون).
5. أي جزء غير معدني من السيارة أو الدراجة النارية أو الدراجة - من المصد إلى مقبض الباب.
6. نافذة بلاستيكيةأو عتبة النافذة وأكثر من ذلك بكثير.

بالطبع، لا يمكن عرض المجموعة الكاملة من مزايا وقدرات المواد المتقدمة متعددة الوظائف في مقال واحد. يكفي أن يعرف حرفي المنزل شيئًا واحدًا عنه - بالنسبة لأولئك الذين لديهم في ترسانتهم قماش وشريط من ألياف الكربون ومكونات إيبوكسي، لا توجد مشكلة البلاستيك المكسور.

لقد أتقنت الصناعات المتقدمة والبناء مؤخرًا العديد من التقنيات الجديدة بشكل أساسي، والتي يرتبط معظمها بالمواد المبتكرة. يمكن للمستخدم العادي أن يلاحظ ظهور هذه العملية في مثال مواد البناء مع تضمين المواد المركبة. وفي صناعة السيارات أيضًا، يتم إدخال عناصر الكربون لتحسين أداء السيارات الرياضية. وهذه ليست كل المجالات التي يتم فيها استخدام البلاستيك المقوى بألياف الكربون. أساس هذا المكون هو ألياف الكربون، وترد الصورة أدناه. في الواقع، فإن التفرد والانتشار النشط لمركبات الجيل الجديد يكمن في صفاتها التقنية والمادية غير المسبوقة.

تلقي التكنولوجيا

لإنتاج المادة، يتم استخدام المواد الخام ذات الأصل الطبيعي أو العضوي. علاوة على ذلك، نتيجة للمعالجة الخاصة، تبقى ذرات الكربون فقط من قطعة العمل الأصلية. القوة المؤثرة الرئيسية هي درجة الحرارة. تتضمن العملية التكنولوجية إجراء عدة مراحل من المعالجة الحرارية. في المرحلة الأولى، تحدث أكسدة البنية الأولية تحت ظروف درجة حرارة تصل إلى 250 درجة مئوية. في المرحلة التالية، ينتقل إنتاج ألياف الكربون إلى إجراء الكربنة، ونتيجة لذلك يتم تسخين المادة في بيئة نيتروجينية عند درجات حرارة عالية تصل إلى 1500 درجة مئوية. وبهذه الطريقة، يتم تشكيل هيكل يشبه الجرافيت. يتم الانتهاء من عملية التصنيع بأكملها من خلال المعالجة النهائية في شكل الجرافيت عند 3000 درجة مئوية. في هذه المرحلة المحتوى الكربون النقيفي الألياف تصل إلى 99٪.

أين يتم استخدام ألياف الكربون؟

إذا تم استخدام المادة في السنوات الأولى من تعميمها حصريًا في مجالات متخصصة للغاية، فهناك اليوم توسع في الإنتاج الذي تستخدم فيه هذه الألياف الكيماوية. المادة بلاستيكية تمامًا وغير متجانسة من حيث إمكانيات الاستغلال. مع احتمال كبير، ستتوسع مجالات تطبيق هذه الألياف، لكن الأنواع الأساسية لعرض المواد في السوق قد تشكلت بالفعل. على وجه الخصوص، يمكننا أن نشير إلى صناعة البناء والتشييد، والطب، وتصنيع المعدات الكهربائية، والأجهزة المنزلية، وما إلى ذلك. أما بالنسبة للمجالات المتخصصة، فإن استخدام ألياف الكربون لا يزال ذا صلة بمصنعي الطائرات والأقطاب الكهربائية الطبية و

أشكال التصنيع

بادئ ذي بدء، هذه منتجات منسوجات مقاومة للحرارة، من بينها يمكننا تسليط الضوء على الأقمشة والخيوط والتريكو واللباد وما إلى ذلك. الاتجاه التكنولوجي الأكثر هو إنتاج المواد المركبة. ربما يكون هذا هو الجزء الأوسع الذي يتم فيه تقديم ألياف الكربون كأساس لمنتجات الإنتاج الضخم. على وجه الخصوص، هذه هي المحامل والمكونات المقاومة للحرارة والأجزاء والعناصر المختلفة التي تعمل في بيئات عدوانية. تستهدف المواد المركبة بشكل أساسي سوق السيارات، ومع ذلك، فإن صناعة البناء والتشييد مستعدة أيضًا للنظر في مقترحات جديدة من الشركات المصنعة لهذه الألياف الكيميائية.

خصائص المواد

تركت تفاصيل تقنية الحصول على المادة بصماتها على جودة أداء الألياف. ونتيجة لذلك، أصبحت المقاومة الحرارية العالية هي السمة المميزة الرئيسية لهيكل هذه المنتجات. بالإضافة إلى التأثيرات الحرارية، فإن المادة أيضًا مقاومة للبيئات الكيميائية العدوانية. صحيح، إذا كان الأكسجين موجودا أثناء عملية الأكسدة عند تسخينه، فهذا له تأثير ضار على الألياف. لكن القوة الميكانيكية لألياف الكربون يمكن أن تنافس العديد من المواد التقليدية التي تعتبر صلبة ومقاومة للتلف. تتجلى هذه الجودة بشكل خاص في منتجات الكربون. خاصية أخرى مطلوبة بين تقنيي المنتجات المختلفة هي القدرة على الاستيعاب. بفضل سطحها النشط، يمكن اعتبار هذه الألياف نظامًا تحفيزيًا فعالاً.

الشركات المصنعة

القادة في هذا القطاع هم الشركات الأمريكية واليابانية والألمانية. لم تتطور التقنيات الروسية في هذا المجال عمليًا في السنوات الأخيرة ولا تزال تعتمد على التطورات التي حدثت في زمن الاتحاد السوفييتي. واليوم، يتم إنتاج نصف الألياف المنتجة في العالم من قبل الشركات اليابانية ميتسوبيشي وكوريها وتيجين وغيرها. والجزء الآخر يتقاسمه الألمان والأمريكيون. وهكذا، على الجانب الأمريكي، تعمل Cytec، وفي ألمانيا، يتم إنتاج ألياف الكربون بواسطة SGL. ومنذ وقت ليس ببعيد دخلت شركة Formosa Plastics التايوانية إلى قائمة الشركات الرائدة في هذا المجال. أما بالنسبة للإنتاج المحلي، فإن شركتين فقط تعملان في تطوير المواد المركبة - الأرجون وخيمفولوكنو. وفي الوقت نفسه، تم تحقيق إنجازات كبيرة في السنوات الأخيرة من قبل رجال الأعمال البيلاروسيين والأوكرانيين الذين يستكشفون مجالات جديدة للاستخدام التجاري للبلاستيك المقوى بألياف الكربون.

مستقبل ألياف الكربون

وبما أن بعض أنواع البلاستيك المقوى بألياف الكربون ستمكن في المستقبل القريب من إنتاج منتجات يمكنها الاحتفاظ ببنيتها الأصلية لملايين السنين، يتوقع العديد من الخبراء الإفراط في إنتاج هذه المنتجات. وعلى الرغم من ذلك، تواصل الشركات المهتمة السباق من أجل التطوير التكنولوجي. وهذا أمر له ما يبرره من نواح كثيرة، لأن خصائص ألياف الكربون تفوق بكثير خصائص المواد التقليدية. يكفي أن نتذكر القوة والمقاومة للحرارة. واستناداً إلى هذه المزايا، يستكشف المطورون مجالات جديدة للتطوير. من المرجح أن يغطي إدخال المادة ليس فقط المجالات المتخصصة، ولكن أيضًا المناطق القريبة من المستهلك الشامل. على سبيل المثال، يمكن استبدال العناصر البلاستيكية والألومنيوم والخشبية التقليدية بألياف الكربون، والتي، بعدة طرق، صفات الأداءسوف تكون متفوقة على المواد التقليدية.

خاتمة

هناك العديد من العوامل التي تعيق الاستخدام الواسع النطاق للألياف الكيميائية المبتكرة. واحدة من أهمها هي التكلفة العالية. نظرًا لأن ألياف الكربون تتطلب استخدام معدات عالية التقنية للإنتاج، فلا تستطيع كل شركة تحمل تكاليف إنتاجها. ولكن هذا ليس هو الشيء الأكثر أهمية. والحقيقة هي أنه ليس في جميع المجالات يهتم المصنعون بمثل هذه التغييرات الجذرية في جودة المنتج. وبالتالي، مع زيادة متانة أحد عناصر البنية التحتية، لا يمكن للشركة المصنعة دائمًا إجراء ترقية مماثلة على المكونات المجاورة. والنتيجة هي اختلال التوازن الذي يلغي كل إنجازات التكنولوجيات الجديدة.

ولكن إذا كان هناك تأثير، فإن الكربون يكون هشًا، وقوة التأثير هي 35-40 جول/جم فقط، وحتى أعلى بالنسبة للألياف الزجاجية... وكيفلر لديه 78
صحيح أن هناك الآن تطورات في مجال البلاستيك المقوى بألياف الكربون والمعزز بالأنابيب النانوية، وهي الأكثر مقاومة للصدمات، مع لزوجة تصل إلى 870 جول/جرام (!!) إلا إذا كان المطورون يكذبون بالطبع.

مواد البوليمر المركبة المصنوعة من خيوط ألياف الكربون المتشابكة الموجودة في مصفوفة من راتنجات البوليمر (على سبيل المثال، الايبوكسي). الكثافة - من 1450 كجم/م3 إلى 2000 كجم/م3.

تتميز المواد بالقوة العالية والصلابة والوزن المنخفض، وغالبًا ما تكون أقوى من الفولاذ، ولكنها أخف بكثير (من حيث الخصائص المحددة فهي تتفوق على الفولاذ عالي القوة، على سبيل المثال 25KhGSA).

نظرًا لتكلفتها العالية (مع توفير المال وعدم الحاجة إلى أقصى قدر من الأداء)، تُستخدم هذه المادة عادةً كإضافات تقوية لمواد البناء الرئيسية.

حول الكربون
لا توجد مواد يمكن مقارنتها عندما يتعلق الأمر بالعناصر المصنوعة من الكربون. يمكن تجميع طبقات الكربون بطريقتين: الرطبة (الأكثر شيوعًا) والجافة (عملية أكثر تعقيدًا).

الكربون الجاف.
هذا هو الأفضل على الإطلاق، ومن علاماته ارتفاع تكلفته. الكربون الجاف خفيف جدًا وقوي للغاية. توقع أن تدفع حوالي 3-4 آلاف دولار مقابل غطاء مصنوع من هذه المادة.

الكربون الرطب.
المادة جيدة بما فيه الكفاية، ولكنها ليست الأفضل. وهو أثقل من الكربون الجاف وليس متينًا. تكلفة غطاء محرك السيارة المصنوع من هذه المادة تبدأ من 1500 دولار.

الفرق بينهما هو أنه عندما تمرر يدك على يد جافة، يمكنك أن تشعر ببنيتها المضلعة (إذا لم تكن مطلية بالورنيش)، في حين أن الكربون الرطب يكون ناعمًا تمامًا عند اللمس.

ألياف سوداء، تتكون من خيوط عديدة يتراوح سمكها من 0.005 إلى 0.010 مم، منسوجة في أقمشة يمكن تصنيعها بأشكال مختلفة، وتتميز بخصائص تقنية عالية القوة. لا يتم استخدام الأقمشة نفسها، ولكنها تستخدم كمواد خام مشربة براتنج الإيبوكسي، ثم تتصلب لتشكل مادة متينة للغاية وخفيفة الوزن. تكون قوة بعض البلاستيك المقوى بألياف الكربون أعلى من درجة الفولاذ عالي القوة 25KhGSA ولكنها أقل وزنًا بشكل ملحوظ. جاذبية معينةألياف الكربون النهائية 1.5 - 2 كجم لكل ديسيمتر مربع - للصلب 8 كجم لكل ديسيمتر مربع. فرق الكتلة هو 4 - 6 مرات.

تعتمد قوة الكربون بشكل أساسي على جودة راتنجات الايبوكسي المستخدمة. يتم بيع أفضل الأقمشة الكربونية المشربة بالفعل بالراتنج، وكل ما تبقى هو وضعها في قالب وإرسالها إلى الأوتوكلاف لتصلب.

صنع القالب: لصنع مصفوفة بسيطة، يجب أن يكون لديك عينة جاهزة من المصد أو غطاء المحرك أو أي جزء آخر مصنوع من أي مادة، أو باستخدام عينة مصنع جاهزة. لتجنب الترابط القوي للعينة بالمصفوفة المستقبلية، يجب أن تكون مغلفة بطبقة فاصلة. يمكن استخدام الصابون، وشمع الإديل، والشمع المذاب في البنزين، وتسياتيم-221، ومواد التشحيم المصنوعة من السيليكون العضوي كفاصل. كأساس للمصفوفة، يمكنك استخدام رغوة البولي يوريثان والجبس والمواد المركبة. إذا كانت المصفوفة مصنوعة من مواد مركبة، فإن أرخص مصدر لها هو الألياف الزجاجية المشربة براتنج الإيبوكسي العادي. إذا كانت المصفوفة ذات شكل معقد، فيجب جعلها قابلة للفصل في مكان واحد أو عدة أماكن. يجب أن تكون مواقع الموصلات ثابتة وأن يكون لها موضع دقيق بالنسبة لبعضها البعض. يعتبر وضع الدبوس متبوعًا بالانشقاق هو الأنسب.

يتم تصنيع جميع الهياكل الأحادية لأحدث السيارات الخارقة والفورمولا واحد باستخدام ألياف الكربون، مع إضافة هياكل من التيتانيوم وأقراص العسل إلى الهيكل لمزيد من القوة. إن بناء ألياف الكربون هو ما يجعل هذه السيارات باهظة الثمن. ليست المادة في حد ذاتها ليست رخيصة فحسب، بل يتم الإنتاج بالكامل تقريبًا يدويًا.

تكلفة ألياف الكربون مرتفعة للغاية وكذلك الأجزاء المنتجة منها. سعر القماش الكربوني يبدأ من 5000 روبل لكل 1 كجم أو 5 متر مربع بسمك 0.25 ملم. كما أن بعض المقاتلات والقاذفات الأمريكية تصنع من ألياف الكربون وتكلفة القاذفة B2 مثلا : أكثر من 2 مليار دولار !!!

في المنزل، على الأرجح، لن يكون من الممكن صنع نفس ألياف الكربون القوية كما هو الحال في المصنع، لأنه بالنسبة لقولبة الأجزاء الكبيرة عالية الجودة، ستحتاج إلى موصد فراغ كبير، مما يسمح بالقولبة في فراغ وفي وقت معين في بعض الأحيان درجة حرارة كبيرة، أكثر من 150 درجة.

راتنجات الإيبوكسي التي تتصلب في درجات حرارة الغرفة لا تتمتع بنصف قوة تلك التي تتبلمر بخريطة درجة حرارة معينة تحت ظروف الأوتوكلاف الفراغي.

قائمة صغيرة من الشركات المنتجة للكربون:

توراي
شركة نيبون للألياف الجرافيتية
فورماكس
صناعات بورشر
سيل سبا
مجموعة اس جي ال
مابي
زولتيك
سارتكس
بالار
شركة هيكسيل
تايوان عازل كهربائي
تكنولوجيا ايه اند بي
FTS سبا
Epotech
زيفكس تكنولوجيز
ايسوفولتا ايه جي

طلب

يستخدم البلاستيك المقوى بألياف الكربون على نطاق واسع في صناعة الأجزاء خفيفة الوزن ولكنها قوية، لتحل محل المعادن، في العديد من المنتجات بدءًا من أجزاء السفن الفضائية وحتى قضبان الصيد، بما في ذلك:

· تكنولوجيا الصواريخ والفضاء.

· هندسة الطائرات (تصنيع الطائرات، وتصنيع طائرات الهليكوبتر (على سبيل المثال، الدوارات الرئيسية))؛

· بناء السفن (السفن، بناء السفن الرياضية)؛

· صناعة السيارات (السيارات الرياضية (على سبيل المثال، المصدات، والعتبات، والأبواب، وأغطية المحركات)، والدراجات النارية، ونماذج الدراجات النارية (MotoGP)، وسيارات الفورمولا 1 (مقصورات القيادة والواجهات)، وكذلك في التصميم الداخلي؛

· العلوم والبحث.

· تقوية الهياكل الخرسانية المسلحة.

· المعدات الرياضية (الزلاجات الدوارة، الدراجات، أحذية كرة القدم، عصي الهوكي، الزلاجات، أعمدة التزلج والأحذية، مضارب التنس، شفرات تنس الطاولة، شفرات التزلج، السهام، معدات ركوب الأمواج شراعيًا، أحادية)، المجاديف؛

· معدات طبية؛

· البناء الاصطناعي

· معدات الصيد (قضبان)؛

· حوامل ثلاثية احترافية للصور والفيديو؛

· الأجهزة المنزلية (تشطيب حافظات الهاتف، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، ومقابض السكاكين القابلة للطي، وما إلى ذلك)؛

· النمذجة.

· الآلات الموسيقية (الأوتار)؛

· إنتاج دعامات مشط القدم الفردية (خاصة في مجال الرياضة)؛

· أدوات الحرف اليدوية (إبر الحياكة).

· يمتص الكربون الأشعة السينية بشكل ضعيف، فتصنع منه نوافذ الأشعة السينية وكاشفات جاما واسعة النطاق (التي من خلالها يخترق الإشعاع إلى الكاشف).

ترتبط ميزة الكربون على المواد الأخرى بخصائصه المتميزة. بادئ ذي بدء، إنها خفيفة الوزن وفي نفس الوقت قوة مذهلة وثبات عالي ومقاومة ممتازة للتعب. إن الجمع بين كل هذه المزايا في مادة واحدة يجعلها فريدة ولا غنى عنها في العديد من الصناعات.
لفهم كيف يمكن لمادة واحدة أن تمتلك العديد من الخصائص الرائعة بشكل أفضل، عليك أن تعرف ما هو الكربون، وما هو مصنوع وكيف يتم الحصول عليه.
الكربون، المعروف أيضًا باسم ألياف الكربون، والمعروف أيضًا باسم الجرافيت - يشير هذا المصطلح غالبًا إلى منتج مصنوع من مادة مركبة تستخدم ألياف الكربون.
يتضمن المركب مزيجًا من مكونين أو أكثر بخصائص مختلفة. على سبيل المثال، الورق المعجن (ألياف الورق والغراء)، والخشب (ألياف السليلوز واللجنين)، والبلاستيك المقوى (البوليمر ومواد التسليح)، والخرسانة المسلحة (الإطار المعدني والخرسانة).
لا تمتلك مكونات هذه المواد في حد ذاتها أي خصائص قوة فريدة، ولكنها تعمل معًا، وتعطي خصائص جديدة للمادة، حيث تكمل أفضل جوانب مادة واحدة أفضل جوانب مادة أخرى. يمكن اعتبار جميع الهياكل تقريبًا وجميع أنسجة الكائنات الحية في عالم النبات والحيوان مركبات. ولذلك، يمكننا أن نقول بأمان أن جميع المواد الأكثر تقدما هي مركبة.

نسج القماش بدوره يمكن أن يكون له أنواع عديدة. الشائعة هي: عادي - عادي، عادي، نسج؛ نسيج قطني طويل (نسيج قطني طويل) – نسيج قطني طويل، نسج قطري (عظم متعرج)؛ الساتان - سطح أمامي ناعم ولامع تسود عليه خيوط اللحمة.

عند الحديث عن ألياف الكربون، لا يسعنا إلا أن نذكر الميزة التالية الأكثر أهمية على المواد الأخرى - وهي تباين الخواص. على عكس المعادن، التي تكون متناحية الخواص (أي خصائص مستقلة عن الاتجاه)، تتميز ألياف الكربون بتباين الخواص، أي. اعتماد واضح عليهم الخصائص الفيزيائيةمن الاتجاه. يمكن استخدام هذه الخاصية الفريدة لإعطاء الهيكل الخصائص المطلوبة. باستخدام اتجاه الألياف في المنتج عند إنشاء، على سبيل المثال، إطار دراجة من الكربون، يمكن للمهندس زيادة الصلابة الالتوائية مع جعلها مرنة ومتوافقة مع الأحمال الطولية. ستسمح هذه الخاصية للإطار بامتصاص التأثيرات بشكل أفضل.

بالإضافة إلى ذلك، وعلى عكس المعادن، فإن ألياف الكربون لا تقتصر على حرية اختيار شكل المنتجات. إذا كان تعقيد الشكل في الهيكل المعدني يقتصر على الانحناءات والمفاصل (التي تقلل حتما من القوة وتكون مركزات للأحمال)، فيمكن قولبة منتج الكربون كوحدة واحدة، بغض النظر عن مدى تعقيد الهيكل. هذا يسمح لك بتجنب ظهور نقاط الضعف - تحميل المكثفات، لأن يتم توزيع الحمل على المنطقة بأكملها.

يمكنك أيضًا ملاحظة خصائص التخميد والاحتكاك الممتازة لألياف الكربون. وبفضل هذا الأخير، يتم استخدام الكربون بشكل متزايد في إنتاج القوابض والمكابح المتطورة.

إن الجمع بين الصفات المذكورة أعلاه يجعل هذه المادة المذهلة لا غنى عنها في العديد من الصناعات. ليس من المستغرب أن ينمو نطاق منتجات ألياف الكربون بشكل كبير خلال العقود الماضية. اليوم، لا يمكن تصور صناعات التكنولوجيا الفائقة مثل الملاحة الفضائية والطيران والرياضات الاحترافية بدون هذه المادة الجميلة الفريدة التي لا يمكن الاستغناء عنها. مادة الحاضر والمستقبل هي ألياف الكربون.

نظرًا للطبيعة الليفية لهذه المادة، فهي تحتوي على "حبيبات" أكثر وضوحًا من المعدن. قد يكون للإطار الكربوني المصمم جيدًا بنية مبنية بطريقة توفر أقصى قدر من القوة في اتجاهات الضغط الأقصى.

عيب

عند إنتاج البلاستيك المقوى بألياف الكربون، من الضروري الالتزام الصارم بالمعايير التكنولوجية، إذا تم انتهاك هذه المعلمات، فسيتم تقليل خصائص قوة المنتجات بشكل حاد. يلزم اتخاذ إجراءات معقدة ومكلفة لمراقبة جودة المنتج (بما في ذلك الكشف عن العيوب بالموجات فوق الصوتية، والأشعة السينية، والتيار الدوامي، والتصوير المجسم البصري، وحتى الاختبار الصوتي).

هناك عيب خطير آخر للبلاستيك المقوى بألياف الكربون وهو مقاومته المنخفضة لأحمال الصدمات. الأضرار التي تلحق بالهياكل عند اصطدامها بأجسام غريبة (حتى عندما تسقط عليها أداة) في شكل شقوق داخلية وتصفيحات قد تكون غير مرئية للعين، ولكنها تؤدي إلى انخفاض في القوة؛ يمكن أن يحدث تدمير الهيكل المتضرر من التأثيرات حتى عند التشوه النسبي بنسبة 0.5٪.

لسوء الحظ، في تطبيقات الدراجات، لا تعد ألياف الكربون تقنية ناضجة تمامًا مثل الإطارات المعدنية المصنوعة من الأنابيب. تتعرض الدراجات لمجموعة واسعة جدًا من الضغوط المختلفة من العديد من الاتجاهات المختلفة. وحتى مع المحاكاة الحاسوبية، لا يمكن التنبؤ بالأحمال بشكل كامل مسبقًا. تتمتع ألياف الكربون بإمكانيات كبيرة، لكن إطارات الكربون الحالية لا تظهر مستوى الموثوقية والمتانة المرغوب فيه للاستخدام في الرحلات الشاقة. على وجه الخصوص، نقاط الضعف هي المناطق التي تتصل فيها الأجزاء المعدنية مثل أطراف الشوكة وأغطية الدعامة السفلية وأنابيب الرأس وما إلى ذلك بإطار الكربون. يمكن أن تضعف هذه المناطق بسبب التآكل بمرور الوقت وتؤدي إلى الفشل.
في الهندسة، لا يوجد شيء صلب مثل المثلث. تتكون الدراجات ذات الإطار "الماس" أساسًا من مثلثين. أناقة وبساطة هذا الحل لا يمكن إنكارها. تم تصنيع مليارات الدراجات ذات الإطار الماسي من الأنابيب لأكثر من قرن من الزمان، وخلال ذلك الوقت، قضى مئات الآلاف من الأشخاص الأذكياء للغاية مليارات الساعات في ركوب الدراجات والتفكير في طرق لتحسين دراجاتهم. تم "ضبط" الإطار الأنبوبي ذو الشكل الماسي بشكل واضح من خلال عملية تطورية للوصول إلى الكمال، والنسب الأساسية والمواد المستخدمة.

ألياف الكربون (الألياف الزجاجية مع إضافة الكربون)

إنها مادة رخيصة. يمكنك الحصول على إما ألياف زجاجية محلية الصنع (خليط من الألياف الزجاجية المرشوشة) كحشو، أو طبقة رقيقة من نسيج الكربون "للمظهر". هذا هو أفضل ما يمكن توقعه من هذه المواد، وذلك لأن الناس يندمون على الاستثمار في مواد عالية الجودة. يمكن شراء غطاء من هذا النوع بأقل من 1000 دولار (في مزادات مثل موقع ebay).

الكربون أو التيتانيوم أو الألومنيوم؟

دعونا نحاول أن ننظر إلى اختيار إطار الدراجة من زاوية مختلفة قليلاً عن السعر. وهذا هو، النظر في المواد اللازمة لتصنيعها، بناء على الخصائص الفيزيائية وقوة المواد.

وللقيام بذلك، دعونا ننتقل إلى بعض مصطلحات وتعريفات فيزياء الحالة الصلبة، وهي نظرية المرونة.

يعد الاختيار الصحيح للمواد مهمة معقدة، حيث يتيح لك الحل الذي لا لبس فيه تحسين تكنولوجيا التصنيع وزيادة متانة الهيكل ككل. حاليًا، يتم استخدام ثلاث مواد هيكلية فقط لإنتاج إطارات دراجات متطورة: الألومنيوم والتيتانيوم والكربون. الأولان عبارة عن سبائك معدنية، والأخير عبارة عن مادة مركبة تعتمد على ألياف الكربون ومادة الإيبوكسي.

السمة الميكانيكية الرئيسية للمواد الإنشائية هي قوة الشد. هذه هي نسبة قيمة قوة الشد مباشرة قبل التمزق إلى أصغر منطقةمقطع عرضي للعينة في موقع الكسر. بالنسبة للكربون (المعتمد على ألياف الكربون T700) تبلغ هذه القيمة حوالي 1500 ميجا باسكال، ولسبائك التيتانيوم (3 Al/2.5 فولت) حوالي 800 ميجا باسكال، وللألومنيوم (6061) حوالي 60 ميجا باسكال. العلامات التجارية الأكثر استخدامًا في صناعة الدراجات مدرجة بين قوسين.

السمة المهمة التالية هي قوة الخضوع، والضغط الذي يبدأ عنده تشوه البلاستيك، وبعبارة أخرى، عند التفريغ الذي يحدث منه تشوه متبقي بحجم معين. بالنسبة لألياف الكربون، لا يتم توفير هذه البيانات، وبالنسبة للتيتانيوم فهي حوالي 300 ميجا باسكال، وبالنسبة للألمنيوم فهي حوالي 20 ميجا باسكال.

حسنًا، في الختام، بضع كلمات عن الكثافة. كلما انخفضت الكثافة، كانت المادة أخف وزنا. تبلغ كثافة الكربون حوالي 2 جم / سم 3 والتيتانيوم 4.5 جم / سم 3 والألومنيوم 2.7 جم / سم 3.

ويترتب على ما سبق أن كل مادة لها نقاط القوة والضعف الخاصة بها. ومع ذلك، بالنسبة لخصوصية الدراجة، من المستحيل تحديد أي خاصية محددة للمادة. على سبيل المثال، مع أفضل خصائص القوة/الوزن، يكون الكربون هشًا للغاية ومقاومًا للصدمات والخدوش. الألومنيوم خفيف الوزن ولكنه قابل للسحب وله خصائص منخفضة القوة. التيتانيوم قوي ومرن، ولكنه ثقيل نسبيًا.

وتصبح الصورة الحقيقية أكثر وضوحا إذا نظرنا إلى خصائص كل مادة ككل. ثم يصبح التيتانيوم هو القائد بلا منازع. هذا أمر مفهوم.

السبب وراء تدمير إطار الدراجة ليس الأحمال المفرطة، ولكن تراكم الأضرار الداخلية الطفيفة أثناء تشغيل المنتج (والتي تسمى عادة الشقوق أو الاضطرابات)، الناجمة عن التأثير الدوري للقوى الخارجية (حالة الإجهاد). السمة المميزة للمعادن التي تتفاعل بطريقة أو بأخرى مع الحالة المجهدة هي اللدونة.

إن لدونة المعدن هي دالة على حالته، اعتمادًا على المظهر الخارجي و العوامل الداخلية، وهو ما يعبر عنه بالقدرة المواد الصلبةيغير شكله بشكل لا رجعة فيه دون تدمير تحت تأثير القوى المطبقة. بمعنى آخر، هناك حد أقصى معين لقيمة الحمل، عند الوصول إليه يتم كسر الروابط بين الجزيئات للشبكة البلورية المعدنية، مما يؤدي إلى تكوين عيوب هيكلية داخلية لا يمكن أن تختفي، بل يمكن أن تتراكم فقط. أظهر التحليل أنه بالنسبة لمعظم المعادن الإنشائية، فإن الفشل الأكثر شيوعًا هو أنه يبدأ في التطور قبل وقت طويل من الوصول إلى هذا الحمل الأقصى. هذا بسبب الأحمال الدورية. في هذه الحالة، يتبين أن تشوه البلاستيك والكسر مرتبطان ارتباطًا وثيقًا بحيث يمكن اعتبارهما عملية واحدة ذات طاقة تنشيط مشتركة.

لقد ثبت أن تدمير المادة من التعب (تحت الأحمال الدورية) يسبقه تراكم المقصات الدقيقة المحلية، وبالتالي ظهور التشوهات البلاستيكية، التي يؤدي استنفادها إلى التدمير المحلي.

كل هذا يشير إلى أن المعادن اللدنة أكثر عرضة لتراكم التشوهات غير المرنة (التعب) وبالتالي فإن مدة خدمتها أقل بكثير.

السمة الفيزيائية للدونة المعدن هي قوة الخضوع (قوة الخضوع المشروطة). تحدد هذه القيمة القوة التي يظهر بها تشوه البلاستيك في المادة. كلما انخفضت قوة الخضوع، زادت كمية البلاستيك في المادة، وبالتالي قلت مواردها. قوة إنتاج الألومنيوم أقل 15 مرة من قوة التيتانيوم!

سبب آخر للتدمير مواد بناءهي عيوب خارجية (خدوش). يتم تحديد مقاومة المادة للخدش من خلال صلابتها. تبلغ صلابة برينيل للتيتانيوم 103 وحدات، وصلابة الألومنيوم 25 وحدة، أي أنها أعلى بأربع مرات بالنسبة للتيتانيوم!

يتمتع التيتانيوم، وفقًا لهذه الخاصية، بميزة أخرى عظيمة - فهو يحتفظ بأصله مظهرويستعيدها بسهولة (بمساعدة معالجة ميكانيكية إضافية).

تلخيصًا لكل ما قيل، يتبين أنه عند تطبيقه على إطار الدراجة، يبدو التيتانيوم مادة مثالية تقريبًا. ويمكن قول ذلك أيضًا عن مزيج التيتانيوم وألياف الكربون (ألياف الكربون). ومع ذلك، عزيزي القارئ، يبقى الخيار النهائي لك.

ألياف الكربون هي مادة مركبة متعددة الطبقات، وهي عبارة عن شبكة من ألياف الكربون في غلاف من راتنجات البوليمر المتصلد بالحرارة (عادةً الإيبوكسي)، والبوليمر المقوى بألياف الكربون.

الاسم الدوليالكربون هو الكربون الذي تصنع منه ألياف الكربون.

لكن في الوقت الحاضر، تشمل ألياف الكربون كل ما تكون القاعدة الداعمة فيه عبارة عن ألياف الكربون، ولكن يمكن أن يكون الرابط مختلفًا. لقد تم دمج الكربون وألياف الكربون في مصطلح واحد، مما تسبب في حدوث ارتباك في أذهان المستهلكين. أي أن الكربون أو ألياف الكربون هما نفس الشيء.

هذه مادة مبتكرة، وترجع تكلفتها المرتفعة إلى العملية التكنولوجية كثيفة العمالة ونسبة كبيرة من العمل اليدوي. ومع تحسن عمليات التصنيع وتحولها إلى آلية، سينخفض ​​سعر الكربون. على سبيل المثال: تكلفة 1 كجم من الفولاذ أقل من دولار واحد، وتكلفة 1 كجم من ألياف الكربون الأوروبية الصنع تبلغ حوالي 20 دولارًا. لا يمكن تقليل التكلفة إلا من خلال الأتمتة الكاملة للعملية.

تطبيق الكربون

تم تطوير ألياف الكربون في البداية للسيارات الرياضية وتكنولوجيا الفضاء، ولكن نظرًا لخصائص أدائها الممتازة، مثل الوزن المنخفض والقوة العالية، فقد أصبحت منتشرة على نطاق واسع في صناعات أخرى:

• في صناعة الطائرات،
• للمعدات الرياضية: النوادي والخوذات والدراجات.
• قضبان الصيد،
• المعدات الطبية، الخ.

تتيح لك مرونة نسيج الكربون وإمكانية القطع والقطع المريح والتشريب اللاحق باستخدام راتنجات الإيبوكسي تشكيل منتجات الكربون من أي شكل وحجم، بما في ذلك بنفسك. يمكن صقل الفراغات الناتجة وصقلها ورسمها وطباعتها فليكسو.

الخصائص التقنية وخصائص الكربون

ترجع شعبية بلاستيك ألياف الكربون إلى خصائص أدائه الفريدة، والتي يتم الحصول عليها من خلال الجمع بين مواد ذات خصائص مختلفة تمامًا في مركب واحد - ألياف الكربون كقاعدة حاملة وكمواد رابطة.

عنصر التسليح المشترك بين جميع أنواع ألياف الكربون هو ألياف الكربون بسمك 0.005-0.010 مم، والتي تعمل بشكل جيد في حالة التوتر، ولكن لها قوة انحناء منخفضة، أي أنها متباينة الخواص وقوية في اتجاه واحد فقط، لذا فإن استخدامها له ما يبرره فقط في شكل لوحة قماشية.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن إجراء التعزيز باستخدام المطاط، مما يعطي لونًا رماديًا لألياف الكربون.

يتميز الكربون أو ألياف الكربون بالقوة العالية ومقاومة التآكل والصلابة والوزن المنخفض مقارنة بالفولاذ. كثافته من 1450 كجم/م3 إلى 2000 كجم/م3. يمكن رؤية الخصائص التقنية لألياف الكربون في الكثافة ونقطة الانصهار وخصائص القوة.

عنصر آخر يستخدم للتعزيز مع خيوط الكربون هو . وهي نفس الخيوط الصفراء التي يمكن رؤيتها في بعض أنواع ألياف الكربون. تقوم بعض الشركات المصنعة عديمة الضمير بتمرير الألياف الزجاجية الملونة والفيسكوز المصبوغ وألياف البولي إيثيلين على أنها كيفلر، والتي يكون التصاقها بالراتنجات أسوأ بكثير من ألياف الكربون، وقوة الشد أقل عدة مرات.

كيفلر هو اسم تجاري أمريكي لفئة من بوليمرات الأراميد المرتبطة بالبولي أميدات واللافسان. لقد أصبح هذا الاسم بالفعل اسمًا شائعًا لجميع ألياف هذه الفئة. يزيد التعزيز من مقاومة أحمال الانحناء، لذلك يتم استخدامه على نطاق واسع مع ألياف الكربون.

كيف يتم تصنيع ألياف الكربون؟

يتم الحصول على ألياف تتكون من أجود خيوط الكربون المعالجة الحراريةفي الهواء، أي عن طريق أكسدة البوليمر أو الخيوط العضوية (بولي أكريلونيتريل، الفينول، اللجنين، الفسكوز) عند درجة حرارة 250 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، أي عن طريق تفحمها عمليًا. هذا هو شكل خيط الكربون تحت المجهر بعد التفحم.

بعد الأكسدة، تحدث الكربنة - تسخين الألياف في النيتروجين أو الأرجون عند درجات حرارة تتراوح من 800 إلى 1500 درجة مئوية لبناء هياكل مشابهة لجزيئات الجرافيت.

ثم يتم إجراء عملية الجرافيت (التشبع بالكربون) في نفس البيئة عند درجة حرارة 1300-3000 درجة مئوية. يمكن تكرار هذه العملية عدة مرات، مما يؤدي إلى تجريد ألياف الجرافيت من النيتروجين، مما يزيد من تركيز الكربون ويجعله أقوى. كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما كانت الألياف أقوى. يؤدي هذا العلاج إلى زيادة تركيز الكربون في الألياف إلى 99%.

أنواع ألياف الكربون. اللوحة القماشية

يمكن أن تكون الألياف قصيرة ومقطعةمُسَمًّى"مدبسة"، أو قد تكون هناك خيوط متصلة على البكرات.يمكن أن تكون هذه عبارة عن سحب وخيوط ومتجولة يتم استخدامها بعد ذلك في صناعة الأقمشة والأشرطة المنسوجة وغير المنسوجة. في بعض الأحيان يتم وضع الألياف في مصفوفة بوليمر بدون تشابك (UD).

نظرًا لأن الألياف تعمل بشكل جيد في حالة التوتر، ولكنها تعمل بشكل سيئ في الانحناء والضغط الخيار المثالياستخدام ألياف الكربون هو استخدامه على شكل نسيج الكربون. يتم الحصول عليها من خلال أنواع مختلفة من النسيج: متعرجة، حصيرة، وما إلى ذلك، والتي لها أسماء عالمية عادي، نسيج قطني طويل، الساتان. في بعض الأحيان يتم قطع الألياف ببساطة بالعرض بغرز كبيرة قبل ملئها بالراتنج. تعد الخصائص التقنية الصحيحة للألياف ونوع نسج ألياف الكربون مهمة جدًا للحصول على ألياف كربون عالية الجودة.

غالبًا ما تستخدم راتنجات الإيبوكسي كقاعدة داعمة، حيث يتم وضع القماش طبقة تلو الأخرى، مع تغيير اتجاه النسيج، لتوزيع الخواص الميكانيكية للألياف الموجهة بشكل موحد. في أغلب الأحيان، يحتوي 1 مم من سمك ورقة الكربون على 3-4 طبقات.

مميزات وعيوب ألياف الكربون

يتم تفسير ارتفاع سعر الكربون مقارنة بالألياف الزجاجية والألياف الزجاجية من خلال تقنية متعددة المراحل أكثر تعقيدًا وتستهلك الكثير من الطاقة والراتنجات باهظة الثمن والمعدات الأكثر تكلفة (الأوتوكلاف). لكن القوة والمرونة أعلى أيضًا، إلى جانب العديد من المزايا الأخرى التي لا يمكن إنكارها:

• 40% أخف من الفولاذ، 20% أخف من الألومنيوم (1.7 جم/سم3 - 2.8 جم/سم3 - 7.8 جم/سم3)،
• الكربون المصنوع من الكربون والكيفلر أثقل قليلاً من الكربون والمطاط، ولكنه أقوى بكثير، وعند الاصطدام يتشقق ويتفتت ولكنه لا يتفتت إلى أجزاء،
• مقاومة عالية للحرارة: يحتفظ الكربون بشكله وخصائصه حتى درجة حرارة 2000 درجة مئوية.
• لديه خصائص تخميد اهتزاز جيدة وقدرة حرارية،
• المقاومة للتآكل،
• قوة الشد العالية والحد من المرونة العالية،
• الجماليات والديكور.

ولكن بالمقارنة مع الأجزاء المعدنية والألياف الزجاجية، فإن الأجزاء الكربونية لها عيوب:

• حساسية لتحديد التأثيرات،
• صعوبة الترميم مع الرقائق والخدوش،
• البهتان، البهتان تحت تأثير ضوء الشمس، مطلي بالورنيش أو المينا للحماية،
• عملية تصنيع طويلة،
• في أماكن التلامس مع المعدن يبدأ تآكل المعدن، لذلك يتم تثبيت إدخالات الألياف الزجاجية في مثل هذه الأماكن،
• صعوبة إعادة التدوير وإعادة الاستخدام.

كيف يتم تصنيع الكربون

هناك الطرق الرئيسية التالية لتصنيع منتجات نسيج الكربون.

1. طريقة الضغط أو "الرطب".

يتم وضع القماش في قالب ومشرب بمادة الإيبوكسي أو راتنجات البوليستر. تتم إزالة الراتنج الزائد إما عن طريق التشكيل بالفراغ أو الضغط. تتم إزالة المنتج بعد بلمرة الراتنج. يمكن أن تحدث هذه العملية بشكل طبيعي أو يتم تسريعها عن طريق التسخين. عادة، تنتج هذه العملية صفائح من ألياف الكربون.

2. صب

يتم تصنيع نموذج للمنتج (المصفوفة) من الجبس والمرمر ورغوة البولي يوريثان، حيث يتم وضع قماش مشرب بالراتنج عليه. عند التدحرج بالبكرات، يتم ضغط المركب وإزالة الهواء الزائد. ثم يتم إجراء البلمرة والمعالجة المتسارعة في الفرن، أو بشكل طبيعي. وتسمى هذه الطريقة "الجافة"، وتكون المنتجات المصنوعة منها أقوى وأخف وزنا من تلك المصنوعة بالطريقة "الرطبة". يكون سطح المنتج المصنوع بالطريقة "الجافة" مضلعًا (إذا لم يكن ملمعًا).

تتضمن هذه الفئة أيضًا قوالب من الفراغات الورقية - مواد التقوية المسبقة.

بناءً على قدرتها على البلمرة مع ارتفاع درجة الحرارة، تنقسم الراتنجات إلى "باردة" و"ساخنة". يتم استخدام الأخير في تقنية التقوية المسبقة، عندما يتم تصنيع المنتجات شبه النهائية على شكل عدة طبقات من ألياف الكربون المطلية بالراتنج. اعتمادا على العلامة التجارية للراتنج، يمكن تخزينها لمدة تصل إلى عدة أسابيع في حالة غير مبلمرة، مع طبقات من البلاستيك وتمريرها بين البكرات لإزالة فقاعات الهواء والراتنج الزائد. في بعض الأحيان يتم تخزين المواد الأولية في الثلاجات. قبل صب المنتج، يتم تسخين قطعة العمل، ويصبح الراتنج سائلاً مرة أخرى.

3. لف

يتم لف الخيوط والشريط والنسيج على قطعة أسطوانية فارغة لتصنيع أنابيب الكربون. يتم وضع الراتينج طبقة تلو الأخرى باستخدام فرشاة أو بكرة وتجفيفه بشكل أساسي في الفرن.

في جميع الحالات، يتم تشحيم سطح التطبيق بعوامل تحرير لسهولة إزالة المنتج الناتج بعد التصلب.

ألياف الكربون DIY

يمكن تشكيل المنتجات المعتمدة على ألياف الكربون بشكل مستقل، والتي تم استخدامها بنجاح منذ فترة طويلة في إصلاح الدراجات والمعدات الرياضية وضبط السيارات. توفر القدرة على تجربة حشوات الراتينج ودرجة شفافيتها مجالًا واسعًا للإبداع لمحبي الضبط التلقائي لألياف الكربون. يمكنك قراءة المزيد عن الطرق الرئيسية لتصنيع أجزاء الكربون.

على النحو التالي من التكنولوجيا الموضحة أعلاه، من الضروري إجراء عملية التشكيل:

• شكل مصفوفة,
• ورقة الكربون,
• مادة تشحيم القالب لسهولة إزالة قطعة العمل النهائية،
• مادة صمغية.

أين يمكنني الحصول على ألياف الكربون؟ تايوان، الصين، روسيا. لكنها في روسيا تشير إلى "الأقمشة الهيكلية عالية القوة القائمة على ألياف الكربون". إذا وجدت طريقة للدخول إلى المشروع، فأنت محظوظ جدًا. تقدم العديد من الشركات مجموعات جاهزة من ألياف الكربون للسيارات والدراجات النارية، بما في ذلك أجزاء ألياف الكربون والراتنج.

يتم إنتاج 70% من سوق نسيج الكربون العالمي من قبل العلامات التجارية التايوانية واليابانية الكبيرة: Mitsubishi، TORAY، TOHO، CYTEC، Zoltec، إلخ.

في المخطط العامتبدو عملية صنع ألياف الكربون بيديك كما يلي:

1. يتم تشحيم النموذج بمادة مضادة للالتصاق.
2. وبعد أن يجف، يتم وضع طبقة رقيقة من الراتينج، حيث يتم لف ألياف الكربون أو الضغط عليها لإطلاق فقاعات الهواء.
3. ثم يتم تطبيق طبقة أخرى من راتنج التشريب. يمكن تطبيق عدة طبقات من القماش والراتنج، اعتمادًا على المعلمات المطلوبة للمنتج.
4. يمكن أن يتبلمر الراتنج في الهواء. يحدث هذا عادةً خلال 5 أيام. يمكنك وضع قطعة العمل في خزانة التسخين التي تم تسخينها إلى درجة حرارة 140 - 180 درجة مئوية، الأمر الذي سيسرع بشكل كبير عملية البلمرة.

ثم تتم إزالة المنتج من القالب أو صقله أو صقله أو تلميعه أو تغليفه بالجيلم أو طلاءه.

نأمل أن تجد إجابة شاملة لسؤال "ما هو الكربون"؟

إيرينا خيميتش، مستشارة فنية

ومن المعروف أن المؤشر الصلب لقوة الشد بالنسبة لوزنها الذي تمتلكه ألياف الكربون يعد إنجازًا فريدًا للمادة ويفتح آفاقًا مشرقة لاستخدامها في الاقتصاد الوطني. إن استخدام الكربون في البناء الحديث لم ينتشر بعد على نطاق واسع، على الرغم من أنه ليس من الصعب شراء الكربون في الوقت الحاضر. لكن طرق التطبيق البسيطة والموثوقة تعد بأن تستمر لفترة طويلة.

ألياف كربونيه

أول إنتاج لألياف الكربون عن طريق الانحلال الحراري لألياف الفسكوز واستخدامها في الخيوط المتوهجة حصل على براءة اختراع من قبل إديسون في نهاية القرن الثامن عشر.

ظهر الاهتمام المتزايد بالألياف في القرن العشرين نتيجة البحث عن مادة للمكونات المركبة في صناعة محركات الصواريخ والطائرات.

من حيث صفاتها: مقاومة الحرارة وخصائص العزل الحراري، وكذلك مقاومة التآكل، فإن ألياف الكربون لم تكن متساوية.

كانت خصائص العينات الأولى من ألياف بولي أكريلونيتريل (PAN) منخفضة، لكن التحسينات في التكنولوجيا جعلت من الممكن الحصول على ألياف هيدروكربونية ذات قوة ألياف كربون تبلغ 2070 ميجا باسكال ومعامل مرن يبلغ 480 جيجا باسكال.

اليوم، ألياف الكربون أو ألياف الكربون لديها مجموعة واسعة من التطبيقات في البناء:

• لنظام التعزيز الخارجي
• لإصلاح الهياكل الحاملة للمستودعات والجسور والمباني الصناعية والسكنية.

إن استخدام منتجات ألياف الكربون يجعل من الممكن تنفيذ أنشطة البناء بسرعة وكفاءة، مقارنة بالطرق الحالية لإعادة الإعمار أو التعزيز.

لكن القصة عن إنجازات ألياف الكربون لن تكتمل دون ذكر استخدامها في صناعة أجزاء الطائرات.

إن إنجازات الشركات المصنعة للطائرات المحلية توفر منافسة صحية لشركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة، التي تنتج قطع غيار طائرات بوينج 787.

إنتاج المنتجات من مادة البوليمر

مادة البوليمر - الكربون عبارة عن خيط من الألياف الرقيقة ø من 5 إلى 15 ميكرون، يتكون من ذرات الكربون ويتم دمجه في بلورات دقيقة. إن المحاذاة أثناء توجيه البلورات هي التي تمنح الخيوط قوة واستطالة جيدة، وجاذبية نوعية منخفضة ومعامل التمدد الحراري، والخمول الكيميائي.

تتضمن عمليات الإنتاج لإنتاج ألياف PAN تقنية الأوتوكلاف والتشريب اللاحق لتعزيزها بالراتنج. ألياف الكربون مشبعة بالبلاستيك (مسبق التقوية) ومملوءة بالبلاستيك السائل، مما يقوي خيوط الألياف تحت الضغط.

وفقا للخصائص الفيزيائية، وتنقسم ألياف الكربون إلى أنواع:

• ألياف الكربون عالية القوة (تكوين 12000 ألياف متواصلة)
• ألياف الكربون المتفحمة للأغراض العامة (خيط ملتوي مكون من ليفتين أو أكثر يصل طولهما إلى 100 مم).

تعمل هياكل ألياف الكربون المقواة بمنتجات مصنوعة من المادة على تقليل وزن الهيكل بنسبة 30٪، كما يسمح الخمول الكيميائي باستخدام الأقمشة الكربونية عند تنقية السوائل والغازات العدوانية من الشوائب كمرشح.

يتم عرض إنتاج ألياف الكربون في هذا الفيديو.

مجموعة من منتجات ألياف الكربون

الأقمشة الكربونية

المنتج الرئيسي المصنوع من ألياف الكربون ذات المعامل العالي هو نسيج الكربون بسمك يتراوح من 1.6 إلى 5.0 مم، وله هيكل منسوج عادي بكثافة تتراوح من 520 إلى 560 جم/م2.

تتميز الأقمشة الكربونية، التي لها معامل تمدد خطي صفر، بمقاومة عالية للتشوه والتآكل.

خصائص الأقمشة الكربونية القياسية هي:

معلمات الأقمشة الكربونية هي:

• عرض الشفرة 1000-2000 مم
• محتوى الكربون 98.5%
• الكثافة 100-640 جم/م2
• سمك 0.25-0.30 ملم.

بالإضافة إلى الأقمشة الكربونية، فإن المنتجات الرئيسية للألياف ذات المعامل العالي هي الأشرطة والأسلاك.

هناك الأنواع التالية من نسج الأقمشة الكربونية التي تؤثر إلى حد ما على حركة المنتج:

• الكتان تم إنشاء النسيج عن طريق تشابك كل خيط سداة بخيط لحمة 1/1، مما يخلق قوة وحركة أفضل للنسيج
• صقيل نسج يتشابك فيه خيط لحمة واحد مع 4-5 خيوط السداة، مما يقلل من احتمالية انحناء القماش أكثر من اللازم
• نسيج قطني طويل نسج يكون فيه عدد خيوط السدى مغطى بنفس عدد خيوط اللحمة.

مثال على إمكانية نسج نسيج قطني طويل هو نسيج الكربون متعدد الألوان. تم استخدام نسيج الكربون متعدد الألوان بنجاح في صناعة ملابس كيفلر والأشياء التي تتميز بالرطوبة والقادرة على تبادل الهواء. الكيفلار، المصنوع من خيوط تقنية ذات كثافات وهياكل مختلفة، دخل حيز الاستخدام بالفعل في صناعات السيارات والصناعات العسكرية، ليحل محل الألياف الزجاجية والصلب.

يتم التعبير عن مزايا الكربون بوضوح في المنتجات المصنوعة من ألياف الكربون المتفحمة.

منتجات الألياف المتفحمة

تم توسيع نطاق المنتجات المصنوعة من الألياف المتفحمة بشكل أكبر ويتمثل في:

• نسيج الكربون المتفحم RK-300 (بديل للألياف الزجاجية)
• قماش مطلي بطبقة من الألومنيوم من جانب واحد RK-300AF (تسمح الخصائص المحسنة بسبب الشاشة الحرارية باستخدام الكربون كمواد لف عازلة للحرارة)
• أقمشة البناء الكربونية 1k، 3k، 6k، 12k، 24k، 48k
• الأشرطة والحبال المتفحمة.

يؤدي القماش المنسوج المصنوع من الكربون أو الألياف المتفحمة وظائف تقوية ممتازة، بغض النظر عن نوع الحشو.

بالإضافة إلى ذلك، يتم تصنيع الشاشات التي تمتص الإشعاع الكهرومغناطيسي والمزدوجات الحرارية والأقطاب الكهربائية، وكذلك منتجات الهندسة الراديوية باستخدام الألياف المتفحمة.

إنتاج حمامات السباحة المدعمة بالكربون

عند إنتاج حمامات السباحة المدعمة بألياف الكربون فإن التقنية تشمل مرحلة إضافة ألياف الكربون المعززة وخشب البلسا والمطاط الرغوي إلى طبقة السيراميك. كان الأساس لإنشاء إطار مزدوج لحوض السباحة مع تعزيز الكربون هو مخططات التحميل التي تم إنشاؤها والضغوط المسموح بها على المادة.

دعونا نستنتج أن الشعبية المتزايدة لاستخدام ألياف الكربون في المستقبل ستكون قادرة على إزاحة مواد التسليح من السوق.