الیاف کربن

 الیاف کربن 2

در دنیای مواد، الیاف کربن همانند آخرین امید برای افزایش خواص مکانیکی عمل میکند؛ یعنی در تقویت دیگر مواد و بهبود ویژگیهای آنها معجزه وار عمل می کند. کامپوزیت های تقویت شده با الیاف کربن دارای ویژگی های برجسته ای مانند استحکام و چقرمگی بالا، سبکی، مقاومت در برابر خوردگی و حرارت و هدایت الکتریکی هستند. از دیگر ویژگیهای الیاف کربن، قابلیت استفاده همراه با مواد گوناگون همانند دیگر الیاف، پلاستیک ها، فلزات، چوب و سیمان است.
کاربرد الیاف کربن:
۱- پلاستیک های رسانا و کاهش الکتریسیته ساکن
با توزیع الیاف کربن کوتاه در دیگر مواد می توان الکتریسته ساکن تولید شده در رایانه های لپ تاپ، چاپگرها و دیگر وسایل مشابه را پخش کرد. انتظار میرود با افزودن الیاف کربن کوتاه و آسیاب شده به مواد گرماسخت، نیاز به آغازگرهای رسانا پیش از رنگ آمیزی قطعه از بین برود. الیاف کربن با افزایش جاذبه بین رنگ الکترواستاتیک و قطعه باعث افزایش دقت در رنگ‌آمیزی پاششی می شوند و در نتیجه هزینه و آلودگی کاهش می یابند.
۲- کاربردهای صنعتی
در صنعت کاغذ، غلتک های سریعی که سبکی وزن، چقرمگی و عمر بالا را با هم داشته باشند، کلید بهبود تولید و افزایش کیفیت هستند. بسیاری از تولیدکنندگان کاغذ و چاپخانه ها در ایالات متحده و اروپا هم اکنون از نسل جدیدی از غلتک ها و میله هایی استفاده می کنند که از الیاف کربن ساخته شده اند. هم چنین در ساخت غلتک های مورد استفاده در فرایند پیچش الیاف (یکی از روش های شکل دهی کامپوزیت ها) از این فناروی استفاده می شود.
۳- صنعت ساختمان و کاهش وزن سازه ها
پیشرفت صنعت ساختمان بر استفاده از الیاف کربن در کاربردهای حساس و با حجم بالای تولید تاکید می کند. ظرفیت الیاف کربن برای تقویت و کاهش وزن سازه های بتنی مشخص شده است. یک شرکت بین المللی مصالح ساختمانی، این ایده را که هر بدنة بتنی باید سنگین و ضخیم باشد، دگرگون کرد. این شرکت در نمایشگاه بزرگ بین المللی هتل، متل و رستوران سال ۱۹۹۸ در نیویورک، یک اتاق مجزای هتل را در اندازة واقعی به نمایش گذارد. این اتاق از جنس بتن تقویت شده با کامپوزیت های الیاف کربن بوده که کامپوزیکرت نامیده می شود (Composicrete). این بازار همچنین شامل دیگر واحدهای قابل حمل و سرهم کردن برای استفاده در هتل ها، متل ها، مدرسه ها و غیره است.
۴- لوازم ورزشی با بهای باورنکردنی
روزگاری تنها ثروتمندان توان استفاده از برخی لوازم ورزشی را داشتند. ولی امروزه با استفاده از الیاف کربن، قیمت ها به طرز چشمگیری کاهش یافته اند، به گونه ای که شما به راحتی میتوانید یک چوب گلف را به بهای کمتر از ۳۰ دلار تهیه کنید. الیاف کربن به طرز قابل توجهی، کارایی بسیاری از لوازم ورزشی را بهبود داده اند. ولی تا چندی پیش، راکت های تنیس و چوب های گلف معروف به گرافیتی از الیاف کربن بسیار گران ساخته و فروخته می شدند.
۵- صنعت خودرو، کاهش وزن و افزایش استحکام
هنری فورد در سال ۱۹۲۳ گفته بود: “من نمی توانم چنین خیال واهی را تصور کنم که استحکام متناسب با وزن است. کاهش وزن خودرو حتی به میزان جزیی می تواند منجر به افزایش سرعت و کاهش مصرف سوخت شود. با کاهش وزن، مواد کمتری نیز استفاده می شود که به نوبه خود، افت قیمت را به همراه دارد”.
نگرش هنری فورد درست بود. روز به روز مردم بیشتری در جهان، توانایی خرید خودروی شخصی را پیدا می کنند و خودروها سوخت بیشتری مصرف کرده و آلودگی بیشتری تولید می کنند. بنابراین رقابتی شدید برای ساخت خودروهای ارزانتر، سبک تر و تمیزتر درگرفته است. دو طرز فکر برای کاهش وزن خودروها وجود دارد. یکی از این نگرش ها بر جایگزینی جزء به جزء تمرکز دارد. در این نگرش سعی بر این است طی پنج سال وزن خودرو ۱۵۰ تا ۲۰۰ کیلوگرم کاهش یابد. نگرش دیگر بر طراحی کلی سیستم های نوین تمرکز دارد تا میزان کاهش وزن بیشتری به دست آید. هر دوی این نگرش ها اکنون پیگیری می شوند
در اروپا و ژاپن که بهای بنزین چند برابر ایالات متحده است، در دهة آینده تلاش بیشتری برای عرضه خودروهای ابرسبک به بازار انجام می¬شود. امروزه پلاستیک ها و کامپوزیت ها نسبت به دیگر مواد به جز فولاد بیشترین سهم را در وزن خودرو دارند. در خودروهای امروزی پلیمرهای گرمانرم  عموماً در کابردهای غیرسازه ای استفاده می شوند و به جای الیاف کربن، الیاف شیشه به کار گرفته می شود. با توجه به این که الیاف کربن در واحد حجم قوی تر و سفت تر از الیاف شیشه هستند، یک خودروی تمام‌کامپوزیتی بیش از ۶۰ درصد کاهش وزن خواهد داشت.
۶- وسایل نقلیه دیگر (هواپیماها، قطارها، اتوبوس ها)
یک شرکت صنعتی اروپایی روی برنامه جدیدی برای بررسی امکان ساخت واگن های تمام کامپوزیتی کار می کند. تیرهای باربر این واگن از الیاف کربن ساخته خواهد شد. کاربرد الیاف کربن در اتوبوس ها، کامیون ها و دیگر وسایل نقلیه رو به افزایش است. کارایی نسل جدید هواپیما (نظامی یا تجاری) با استفاده از الیاف کربن افزایش یافته و کاربرد الیاف کربن در این زمینه روز به روز بیشتر می شود. هم زمان ما شاهد تاکید بیشتر کاهش هزینه در صنعت هوا و فضا هستیم. هم اکنون شرکت های بویینگ و لاک‌هید، الیاف کربن رده تجاری را در برنامه های طراحی خود گنجانده اند.
۷- الیاف کربن در توربین های بادی
یکی از قدیمی ترین و تمیز ترین روش های تولید انرژی استفاده از نیروی باد است. در طول دهه گذشته ظرفیت تولید الکتریسته از توربین های بادی به سرعت افزایش یافته است.
هم اکنون اگر توربین های بادی در جای مناسبی قرار داده شوند بهای الکتریسته تولید شده حدود ۵ سنت بر کیلو وات ساعت است. ولی برای همه گیرشدن این روش، این بها باید کاهش یابد تا الکتریسیته تولید شده توانایی رقابت با دیگر روش ها را داشته باشد. یعنی توربین های بادی جدید باید بزرگتر و کارآمدتر از توربین های امروزی(که طول بیشینه ی پره های آنها ۳۰ متر است) باشند. امروزه پره های توربینی به طول ۵۵ متر طراحی شده است. این امر مستلزم استفاده از الیاف کربن به جای الیاف شیشه است تا استحکام و سفتی مورد نیاز را تامین کند. هم چنین انتظار می رود الیاف کربن در مخازن گاز طبیعی فشرده و پیل های سوختی نقش مهمی داشته باشند و کاهش وزن، کلید عملی شدن این فناوری ها است.
۸- الیاف کربن در تقویت سازه ها
صدها هزار پل، پارکینگ، ساختمان بلند و دیگر سازه های بتنی و چوبی در دنیا، به تقویت و ترمیم نیاز دارند. بازار محصولاتی که بتوانند این کار را انجام دهند بسیار گسترده است. بیش از ۱۵۰۰ سازه بتنی تاکنون با کامپوزیت تقویت شده اند. هنگامی که از کامپوزیت ها به جای فولاد استفاده می شود، زمان ساخت‌و‌ساز کاهش یافته و وزن کلی سازه به مقدار قابل‌توجهی کم می شود و در اغلب موارد اختلال ایجاد شده در کارهای دیگر کاهش می یابد. تقویت کننده های کامپوزیتی معمولاً از صفحات فولادی ارزان تر نیستند ولی کارایی بهتری دارند.
۹- الیاف کربن و مقاومت در برابر سایش
در دماهای بالا فولاد و دیگر مواد ذوب می شوند ولی الیاف کربن قوی تر می شوند. الیاف کربن به عنوان ماده اصلی تقریباً ۵۰ درصد از ترمزهای کامپوزیتی کربن در هواپیماهای تجاری به کار می رود. برنامه هایی برای به کاربری ترمزهای کامپوزیتی قطارهای پرسرعت اروپا در حال بررسی و گسترش است. این ترمزها شبیه ترمزهای هواپیما طراحی شده است. کاربرد الیاف کربن در دیگر بخش های سایشی خودور همانند کلاچ و جعبه دنده در حال گسترش است.
۱۰- صنایع دریایی و قایق های تقویت شده با الیاف کربن
یکی دیگر از بازارهایی که الیاف کربن در آن کاربرد گسترده ای دارد، صنایع دریایی است. این کابردها عبارتند از ساخت دکل ها، بادبان ها عرشه و بدنه ی قایق های بادبانی، پارویی و موتوری تندرو.
آب های عمیق یکی از بزرگ ترین مشکلات صنعت نفت هستند. برای غلبه بر این مشکل نمی توان به ابزار فولادی اعتماد کرد. محدودیت های فولاد از پیش در لوله ها و دیگر سازه ها مشخص شده است.
تحلیل:
متن فوق نشان‌دهندة فراگیر شدن استفاده از الیاف کربن در کاربردهای گوناگون است و جایگزینی گسترده ای که در آینده به نفع الیاف کربن رخ خواهد داد. این مساله ایجاد بازار بزرگی برای این الیاف و قطعات تقویت شده با این مواد را نوید میدهد. بازاری که با توجه به زمینه هایی که در بالا برای کاربرد این الیاف بیان شده است ارزش زیادی خواهد داشت. علاوه بر این با توجه به خصوصیاتی که کامپوزیت های ساخته شده از این الیاف دارند مانند مقاومت بالا و عدم خوردگی، هزینه های تعمیر و نگهداری را به شدت کاهش می دهند.

الیاف کربن1