كيف تصنع ألياف الكربون؟

تسمى أيضًا ألياف الجرافيت أو الجرافيت الكربوني ، وتتكون ألياف الكربون من خيوط رفيعة جدًا من عنصر الكربون. تتمتع ألياف الكربون بمقاومة شد عالية وهي قوية جدًا بالنسبة لحجمها. إنها أيضًا مادة خفيفة الوزن جدًا.

 

يبلغ قطر كل ألياف {{0} ميكرون. لإعطاء فكرة عن مدى صغر ذلك ، فإن ميكرون واحد يساوي 0.0001 ملليمتر. يتراوح حجم خصلة واحدة من حرير نسيج العنكبوت بين 3 و 8 ميكرون.

 

الخصائص والتطبيق

ألياف الكربون ضعف صلابة وخمس مرات من الفولاذ. خاصية أخرى هي أنها شديدة المقاومة من الناحية الكيميائية وتتحمل درجات الحرارة العالية مع التمدد الحراري المنخفض.

 

تعتبر ألياف الكربون مواد هندسية مهمة عندما يتعلق الأمر ببناء الطائرات والمركبات عالية الأداء والمعدات الرياضية والآلات الموسيقية ، من بين أشياء أخرى كثيرة.

 

كيف تصنع ألياف الكربون

ألياف الكربون مصنوعة من البوليمرات العضوية. تتكون هذه البوليمرات من سلاسل طويلة من الجزيئات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة ذرات الكربون. حوالي 90 في المائة من ألياف الكربون مصنوعة من عملية البولي أكريلونيتريل (PAN). 10 في المائة المتبقية مصنوعة من الرايون أو عملية طبقة البترول.

 

تخلق الغازات والسوائل والمواد الأخرى المستخدمة في عملية التصنيع تأثيرات وخصائص ودرجات معينة من ألياف الكربون. يتم استخدام ألياف الكربون عالية الجودة مع أفضل خصائص المعامل في التطبيقات الصعبة ، مثل صناعة الطيران.

 

يختلف مصنعو ألياف الكربون عن بعضهم البعض من حيث توليفات المواد الخام التي يستخدمونها. وعادة ما يتعاملون مع تركيباتهم الخاصة على أنها أسرار تجارية.

 

عملية التصنيع

في عملية التصنيع ، يتم سحب المواد الخام ، التي تسمى السلائف ، إلى خيوط طويلة من الألياف. ثم يتم نسج الألياف في القماش. يمكن أيضًا دمجها مع المواد الأخرى التي يتم لفها أو تشكيلها بالأشكال والأحجام المرغوبة.

 

تتم عملية التصنيع على النحو التالي:

 

الدوران. يتم خلط البان مع مكونات أخرى ويتم غزلها إلى ألياف يتم غسلها وامتدادها.

استقرار. التغيير الكيميائي لتثبيت الترابط.

التفحيم. يتم تسخين الألياف المستقرة إلى درجة حرارة عالية جدًا لتكوين بلورات كربونية مرتبطة بإحكام.

معالجة السطح. يتأكسد سطح الألياف لتحسين خصائص الترابط.

تحجيم. يتم تغليف الألياف وتلفها على بكرات. ثم يتم تحميلها على آلات غزل تقوم بلف الألياف إلى خيوط مختلفة الأحجام.

 

بدلاً من نسجها في الأقمشة ، يمكن تشكيل الألياف في مركبات. لتشكيل مواد مركبة ، يمكن استخدام الحرارة أو الضغط أو الفراغ لربط الألياف مع بوليمر بلاستيكي.

 

الأشياء التي يجب مراعاتها

ينطوي تصنيع ألياف الكربون على عدد من التحديات ، منها:

 

الحاجة إلى عمليات استرداد وإصلاح أكثر فعالية من حيث التكلفة.

يجب تنظيم عملية المعالجة السطحية بعناية لتجنب إنشاء حفر قد تؤدي إلى ألياف معيبة.

مطلوب رقابة دقيقة لضمان جودة متسقة.

الانحناء والقصور في المعدات الكهربائية بسبب الموصلية الكهربائية القوية لألياف الكربون.

قضايا الصحة والسلامة ، من بينها تهيج الجلد ومشاكل التنفس.