ألياف الكربون

تركيبة ألياف الكربون وخصائصها

ألياف الكربون هي نوع من مواد الألياف عالية الأداء مع عنصر الكربون كمكون رئيسي.

• قوة عالية

وتأتي هذه القوة العالية من بنيته المجهرية الفريدة من نوعها. فبنيتها المحكمة تجعلها قادرة على تحمل القوى الخارجية الضخمة دون أن تنكسر بسهولة. فيما يتعلق بضغط ألياف الكربون، على الرغم من أن أداءها الانضغاطي أسوأ قليلاً من أداء الشد، إلا أنها لا تزال تُظهر قدرة تحمل جيدة، كما أن قوة ضغط ألياف الكربون مقارنةً بالفولاذ، في القوة النوعية (نسبة القوة إلى الكثافة) لها ميزة كبيرة، في مجال الطيران والمجالات الأخرى التي تكون حساسة للغاية لوزن المادة، وهذه الخاصية تجعلها تبرز.

• كثافة منخفضة

وتبلغ كثافة ألياف الكربون حوالي 1.5-2.0 جم/سم مكعب، أي حوالي 1/4-1/5 من كثافة الفولاذ. ترجع الكثافة المنخفضة لألياف الكربون بشكل أساسي إلى بنيتها المجهرية الخاصة. يتم تفحيم الألياف العضوية عند درجة حرارة عالية، يتم خلالها إزالة عدد كبير من العناصر غير الكربونية مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين، وتشكل ذرات الكربون الجرافيت-بنية بلورية تشبه البلورات مرتبة على طول محور الألياف. ويمنح هذا الترتيب ألياف الكربون قوة عالية وبنية داخلية فضفاضة نسبيًا، مع تباعد ذري كبير وغالبية خفيفة الوزن ذرات الكربونلذا فإن الكثافة الكلية منخفضة.

• ثبات كيميائي جيد

تتمتع ألياف الكربون بقدرة تحمل جيدة للمواد الكيميائية العامة، ويمكنها الحفاظ على أداء مستقر في مجموعة متنوعة من البيئات الكيميائية مثل الأحماض والقلويات، وليس من السهل أن تسبب تفاعلات كيميائية تؤدي إلى تدهور الأداء، وبالتالي ضمان عملها الموثوق به على المدى الطويل في ظل ظروف معقدة. وسواء كانت بيئة بحرية رطبة أو موقعًا صناعيًا مليئًا بالتآكل الكيميائي، يمكن لمنتجات ألياف الكربون الحفاظ على السلامة الهيكلية واستقرار الأداء على المدى الطويل.

تصنيع ألياف الكربون

ألياف الكربون التصنيع أكثر تعقيدًا ودقة. الأول هو تحضير المواد الخام، وتستخدم ألياف البولي أكريلونيتريل (PAN) كسلائف. ثم يتم إجراء معالجة ما قبل الأكسدة، بحيث يتم تسخين الألياف في الهواء إلى حوالي 200-300 درجة مئوية، مما يشكل بنية شبه منحرف مستقرة حراريًا. يلي ذلك الكربنة تحت حماية غاز خامل، يتم تسخين الألياف المؤكسدة مسبقًا إلى 1000-1500 درجة مئوية لإزالة عنصر الكربون وتشكيل ألياف كربونية ذات الكربون المحتوى. ويمكن بعد ذلك رسمها بيانيًا لتحسين بلورة الألياف وخصائصها.

في مرحلة التشكيل، تُعد عملية التشكيل بالضغط باستخدام ألياف الكربون إحدى الطرق الشائعة الاستخدام، أي يتم خلط ألياف الكربون والراتنج ومواد المصفوفة الأخرى بنسبة معينة، وتوضع في القالب، ويتم ترسيخها تحت ظروف ضغط ودرجة حرارة معينة لصنع مواد مركبة بأشكال مختلفة، مثل ألواح ألياف الكربون والأنابيب وما إلى ذلك. في هذه العملية، يعد التحكم الدقيق في الضغط ودرجة الحرارة والوقت والمعلمات الأخرى أمرًا ضروريًا لضمان جودة المنتج. ولذلك، عند اختيار ألياف الكربون عالية الجودة، يجب مراعاة مؤشرات الأداء الرئيسية مثل قوة شد ألياف الكربون Mpa، وقوة الضغط، ومعامل المرونة، والكثافة بشكل كبير.

إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن ألياف الكربون، فإن مورّدي ألياف الكربون سيقدمون لك توضيحات وإرشادات احترافية ويقدمون لك ثروة من النصائح الفنية. وبالإضافة إلى ذلك، يمكنك الاختيار من بين مجموعة واسعة من أنواع منتجات ألياف الكربون، مثل ألياف الكربون أحادية الاتجاه، أو ألياف الكربون المضفورة، أو ألياف الكربون المقطوعة أو ألياف الكربون المقطوعة مسبقًا.

تطبيقات ألياف الكربون

الطيران والفضاء

يمكنك استخدام ألياف الكربون لأجنحة الطائرات وجسم الطائرة والمكونات الهيكلية الأخرى. فهي تتمتع بوزن خفيف وخصائص عالية القوة. ويمكنها تقليل وزن الطائرة في الوقت نفسه، وتلبية المتطلبات الميكانيكية المختلفة أثناء الطيران، مثل تحمل قوة الشد وقوة الانضغاط أثناء الطيران، وتحسين كفاءة استهلاك الوقود.

صناعة السيارات

يمكنك استخدام ألياف الكربون لتصنيع إطارات الهيكل والمكونات وما إلى ذلك. يمكن أن يؤدي استخدام ألياف الكربون إلى تقليل وزن السيارة بشكل فعال، وتحسين أداء التسارع والاقتصاد في استهلاك الوقود في السيارة، وعندما تتعرض السيارة لقوى خارجية مثل التصادمات، يمكن أن توفر قوتها الانضغاطية الجيدة حماية معينة للسلامة.

السلع الرياضية

كما لا يمكن فصل قطاع السلع الرياضية عن ألياف الكربون. مضارب كرة الريشة الراقية ومضارب التنس ومضارب التنس ومضارب الجولف مصنوعة من ألياف الكربون. يمكن أن توفر قوة شد جيدة وأداءً جيدًا في التعامل مع المعدات الرياضية، بحيث يمكن للرياضيين اللعب بمستوى أفضل أثناء الاستخدام.