×

هشدار

JUser: :_بارگذاری :نمی توان کاربر را با این شناسه بارگذاری کرد: 525
اگرچه اکثر الیاف مورد استفاده در صنعت کامپوزیت از جنس شیشه می‌باشد ولی مدول آن نسبتا پایین است. در سالهای پیش تلاشهای زیادی انجام گرفت تا تقویت کننده‌های جدیدی با تبدیل حرارتی الیاف آلی به الیاف کربن ساخته شود.

شرايط مورد بحث در طول فرآيند پليمريزاسيون تا ساختار گرافيتي، به دقت انتخاب و كنترل مي‌شوند. در طول اين فرآيند عناصر غير كربني بصورت گاز خارج شده، اجزاء كربني باقي مي‌مانند. مهمترين شكل الياف كربن، پارچه است كه در بافتهاي مختلف وجود دارد.


اگرچه اكثر الياف مورد استفاده در صنعت كامپوزيت از جنس شيشه مي‌باشد ولي مدول آن نسبتا پايين است. در سالهاي پيش تلاشهاي زيادي انجام گرفت تا تقويت كننده‌هاي جديدي با تبديل حرارتي الياف آلي به الياف كربن ساخته شود.

الياف حاصل به سرعت كاربرد وسيعي در كامپوزيتهاي فنوليكي به منظور استفاده در عايقهاي فداشونده در صنايع نظامي پيدا كرد. مشخصه الياف كربن، سبكي، استحكام و سفتي بالا مي‌باشد. همه انواع الياف كربن از پيروليز الياف آلي در يك محيط خنثي بدست مي آيد. سه منبع مهم عمده براي ساخت الياف كربن وجود دارد:

پلي اكريلونيتريل (pan) رايون و قير

طرز تهيه:

كوپليمر متيل اكريلات و ايتاكونيك اسيد

اكسيداسيون الياف اكريليك، به منظور تثبيت شكل الياف به هنگام فرآيند كربنيزه كردن است.

اولين مرحله در توليد الياف كربن با استفاده از PAN شامل كشش و اكسيداسيون مي‏باشد در اين مرحله ابتدا الياف تحت گرما بين 1300 - 500 درصد كشيده مي‏شوند كه اين امر باعث آرايش‏‏‏يابي بهتر زنجيره‏هاي ملكولي در جهت الياف مي‏شود. سپس در حاليكه هنوز الياف تحت تنش هستند در مجاورت هوا تا دماي°C 280 - 200 براي چند ساعتي حرارت داده مي‏شوند اين امر باعث جابجايي درون ملكولي و تشكيل زنجيره‏هاي نردبان مانند مي‏گردد. در اين مرحله عمل اكسيداسيون نيز صورت مي‏گيرد و تقريباً بيشتر گروههاي CH2 اكسيده مي‏شوند. در مرحله بعد الياف اكسيده شده، با حرارت دادن در دماي°C1200-900 و در محيط خنثي (تحت گاز نيتروژن يا آرگون) كربونيزه مي‏شوند. تنش وارده به الياف از جمع‏شدگي (shrinkage) آنها جلوگيري مي‏كند و به آرايش ملكولي بهتر كمك مي‏نمايد. در اين مرحله با حذف بيشتر اتمهاي اكسيژن و نيتروژن، الياف عمدتاً حاوي اتمهاي كربن خواهند بود كه در حلقه‏هاي شش وجهي مستقر در صفحات نسبتا موازي قرار گرفته‏اند. الياف حاصل از اين مرحله عمدتا متخلخل‏اند و دانسيته الياف در اين حالت حدود g/cm3 74/1 مي‏باشد. الياف حاصل از اين مرحله داراي مدول نسبتا كم و استحكام بالا مي‏باشند.

در مرحله سوم عمل اصلاح حرارتي (heat treatment) بر روي الياف مرحله دوم در محيط خنثي و در دماي °C2800 صورت مي‏گيرد كه نتيجه آن نظم بيشتر ساختمان كريستالي الياف مي‏باشد. اين مرحله را گرافيته‏كردن مي‏نامند ودر اين مرحله با كاهش ميزان تخلخل الياف دانسيته آنها تا g/cm32 افزايش مي‏يابد و اليافي با مدول بالا اما استحكام كششي كمتر از مرحله دوم بدست مي‏آيند. راندمان توليد الياف با استفاده از PAN حدود 50% مي‏باشد.

شكلهاي مختلف الياف از قبيل رشته، پارچه و الياف كوتاه از اين ماده وجود دارد.

روینگ کربن
پارچه کربن

در ابتدا دو نوع الیاف کربن با پایه pan وجود داشت که استحکام و مدول آنها با هم تفاوت داشت:

الیاف کربن با استحکام بالا (strength ( Highیا HSکه از فرآورش در دمای OC 1500 بدست می‌آمد و بعنوان نوع دو درجه‌بندی می‌شد.

با افزایش دمای فرآورش، مدول نیز افزایش می‌یافت و نوع مدول بالای این الیاف (Modulus High ) یا HM که نوع یک درجه بندی می‌شد در دمای بالاتر ازدو هزار و پانصد درجه تولید می‌شد.

با اعمال کمی کشش و افزایش آرایش یافتگی و با کاهش قطر الیاف از ۷ به ۵ میکرومتر، استحکام و مدول الیاف افزایش می‌یابد. این الیاف، الیاف با مدول متوسط (modulus Intermediate) یا IM نام دارد. در جدول زیر برخی خواص این الیاف مشاهده می‌شود.

 

Properties Strength, GPa Modulus, GPa Failure Strain
High Strength (HS) Type I ۳٫۰-۳٫۳ ۲۲۰-۲۴۰ ۱٫۳-۱٫۴
High Modulus (HM), Type II ۲٫۳-۲٫۶ ۳۳۰-۳۵۰ ۱٫۳-۱٫۴
Intermediate Modulus (IM) ۲٫۹-۳٫۲ ۲۸۰-۳۰۰ ۱٫۰

pitch) itaconic) یک ماده اولیه تولید الیاف کربن می‌باشد. این ماده در یک محیط آبی سنتز شده و با فیلتراسیون جدا می‌شود. سپس کوپلیمر حاصل، با سرعت چرخش و کشش کنترل شده، به روش ریسندگی مرطوب تبدیل به لیف می‌شود. بدینوسیله میزان آرایش الیاف را کنترل می‌کنند و هرچه بیشتر باشد مدول لیف نهایی بالاتر است.

مراحل تولید الیاف کربن در این روش عبارتند از :کوپلیمریزاسیون، اکسیداسیون، کربنیزه کردن و گرافیته کردنc 200 انجام می‌شود. این کار اجازه می‌دهد آرایش القا شده به هنگام کشش در الیاف حفظ شود.c 2500 انجام می‌گیرد.filamant winding )، پلتروژن و فرآیند پاشش رزین (spray up)

۲-‌ پیش آغشته (prepreg) تک جهته برای لایه گذاری
۳-‌ الیاف خرد برای تزریق یا قالبگیری فشاری
۴‌-‌ نوار پیوسته برای پلتروژن
۵-‌ پارچه بافته برای قالبگیری انتقال رزین (RTM) یا لایه گذاری

دو نوع مختلف الیاف کربن در شکل دیده می‌شود: الیاف کربن تولید شده، ذاتا چسبندگی کافی به پلیمرها ندارند و اگر به همان صورت استفاده شوند، خواص تقویت کنندگی خوبی نشان نشان نمی‌دهند. بنابراین اصلاح سطح یک مرحله ضروری در آماده سازی الیاف می‌باشد.

روشهای مختلفی برای اصلاح سطح الیاف کربن وجود دارد، ولی معمولا اکسیداسیون آنودیک در یک الکترولیت آبی مانند بی کربنات آمونیم، ترجیح داده می‌شود. اکسیداسیون پلاسما نیز بکار می‌رود ولی به لحاظ تجاری رایج نشده است.

معمولاَ الیاف کربن موجود در بازار اصلاح شده است ولی در موارد خاص می‌توان الیاف بدون اصلاح سطح نیز تهیه کرد.

 

فروشگاه ایران کامپوزیت, عرضه کننده انواع الیاف کربن و پارچه کربن

گالری

Template Design:Dima Group