-تهران - کوی نصر - خیابان علالی غربی (پیروزی) -پلاک ۱۱۵- طبقه دوم - واحد۳ | تلفکس :۹ - ۸۸۴۸۶۷۷۸ | ۸۸۲۵۹۷۹۳ مشاوره رایگان : ۰۹۱۲۱۰۰۱۷۶۳

تلفکس :۹ - ۸۸۴۸۶۷۷۸ | ۸۸۲۵۹۷۹۳ مشاوره رایگان : ۰۹۱۲۱۰۰۱۷۶۳

مشاوره رایگان

۰۹۱۲۱۰۰۱۷۶۳

فیبرهای کربنی تقویت شده با پلیمر

فیبرهای کربنی تقویت شده با پلیمر

فیبرهای کربنی تقویت شده با پلیمر که از تقویت پلیمرها به دست می آیند برای استحکام و سفتی از آن‌ها استفاده می شود، این پلیمر ماتریس منسجمی را برای محافظت و نگه داشتن الیاف در کنار هم فراهم می‌کند و مقاومت خاصی را ایجاد می‌کند و دارای خواص بسیاری هستند.

سه شنبه 14 آبان 1398 ساعت 9:23

فیبرهای کربنی تقویت شده با پلیمر که از تقویت پلیمرها به دست می آیند برای استحکام و سفتی از آن‌ها استفاده می شود، این پلیمر ماتریس منسجمی را برای محافظت و نگه داشتن الیاف در کنار هم فراهم می‌کند و مقاومت خاصی را ایجاد می‌کند و دارای خواص بسیاری هستند. از آن‌ها می‌توانند برای دستیابی به کاهش جرم که توسط فلزات قابل دستیابی نیستند، استفاده کنند. از آنجا که این مواد کامپوزیت مصنوعی هستند، خواص و عملکرد آن‌ها می‌تواند با استفاده از مقاومت، طول، جهت و میزان فیبرهای تقویت کننده و در انتخاب ماتریس پلیمر متناسب و کاربردی باشد. از بزرگ‌ترین اشکال‌های فیبرهای کربنی تقویت شده با پلیمر هزینه‌های بالا در تولید الیاف و نرخ توان پایین در تولید قطعات می‌باشد.

 

فیبرهای کربنی تقویت شده با استفاده از پلیمر

 

فیبرهای کربنی تقویت شده با استفاده از پلیمر در بخش وسایل ورزشی محبوبیت زیادی کسب می‌کنند. این مواد که ممکن است با شیشه یا الیاف دیگر نیز تقویت شوند قیمت بالایی دارند.

 

فرایند تولید فیبرهای کربنی تقویت شده با استفاده از پلیمر

 

در فرایند تولید گاهی از کربن تنها یا فیبرهای پلیمری تقویت‌شده بنام FRP استفاده می‌شود، به‌طور کلی این عنوان در مورد یک پلاستیک مخصوص تقویت شده با الیاف بسیار قوی و در عین حال سبک فیبرهای کربن کاربرد دارد، در کشورهای مشترک‌المنافع بریتانیا عنوان فیبر بدون کربن رایج است. مدل دیگری از این محصول به نام CFRPs هم وجود دارد که هزینه تولید آن بسیار بالاست اما به دلیل استحکام زیاد و وزن معقول آن در برنامه‌های هوا فضا، مهندسی خودرو، وسایل ورزشی و برنامه‌های کاربردی دیگر از آن استفاده می‌شود.

فیبرهای کربنی تقویت شده با استفاده از پلیمر (CFRP) مواد سبک و قدرتمندی هستند که در ساخت محصولات بی‌شماری که در زندگی روزمره ما مورد استفاده قرار می‌گیرند وجود دارند. از فیبر کربن به عنوان اجزای سازه اولیه استفاده می‌کند. لازم به ذکر است که "P" در CFRP همچنین می‌تواند به معنی پلیمر است. به طور کلی، کامپوزیت‌های CFRP از اپوکسی، پلی استر یا وینیل استر استفاده می‌کنند. «کامپوزیت‌های ترموپلاستیک تقویت شده با فیبر کربن» اغلب با علامت اختصاری خود، کامپوزیت‌های CFRTP شناخته می‌شوند. هنگام کار با کامپوزیت‌ها یا در صنعت کامپوزیت، درک اصطلاحات و اصطلاحات مهم است. مهم‌تر از همه، درک ویژگی‌های کامپوزیت‌های FRP و قابلیت‌های تقویت‌کننده‌های مختلف مانند فیبر کربن ضروری است.

 

 

farayand

 

 

خواص فیبرهای کربنی تقویت شده با استفاده از پلیمر

 

فیبرهای کربنی تقویت شده با استفاده از پلیمر، با استفاده از مواد سنتی مانند فایبرگلاس یا الیاف آرامید متفاوت از سایر کامپوزیت‌های FRP هستند.

خواص کامپوزیت‌های CFRP که دارای مزیت هستند عبارت‌اند از:

  • وزن کم کامپوزیت تقویت شده
  • مقاومت کششی بالایی دارد
  • ضریب الاستیک بالاتری نسبت به الیاف شیشه دارد
  • ضریب انبساط گرمایی کم فیبر کربن که باعث ثابت ماندن طول فیبر کربن در دماهای مختلف می‌شود
  • مقاومت بالا در برابر مواد خورنده
  • غیر قابل انفجار بودن
  • استحکام در برابر خستگی

 

افزایش قدرت:

 

نه تنها کامپوزیت‌های فیبر کربن از وزن کمتری برخوردار هستند، بلکه کامپوزیت های CFRP از نظر وزن نیز بسیار قوی‌تر و سفت‌تر هستند.

به عنوان مثال، هنگام مقایسه فولاد با کامپوزیت های CFRP به این نتیجه می‌رسیم که کامپوزیت های CFRP از فولاد سبک تر است. شرکت‌های خودروسازی به همین دلیل در حال تحقیق برای استفاده فیبر کربن به جای فولاد هستند.

 

مضرات فیبرهای کربنی تقویت شده با استفاده از پلیمر

 

هزینه:

 

اگرچه ماده‌ای شگفت انگیز است، در حال حاضر، کامپوزیت های CFRP در بسیاری از موارد کم هزینه هستند. بسته به شرایط فعلی بازار، نوع فیبر کربن، قیمت فیبر کربن می‌تواند به طرز چشمگیری متفاوت باشد. فیبر کربن خام به ازای هر پوند می‌تواند بین 5 تا 25 برابر گران‌تر از فایبرگلاس باشد. این اختلاف هنگام مقایسه فولاد با کامپوزیت های CFRP حتی بیشتر است.

 

رسانایی:

 

این هم می‌تواند یک مزیت برای کامپوزیت‌های فیبر کربن باشد و هم بسته به کاربرد، یک ضرر محسوب می‌شود. فیبر کربن بسیار رسانا است، در حالی که فیبر شیشه عایق است. اغلب از فیبر شیشه‌ای استفاده می‌کنند و به دلیل خاصیت رسانایی، نمی‌توانند از فیبر کربن یا فلز استفاده کنند. به عنوان مثال در صنعت آب و برق، بسیاری از محصولات از الیاف شیشه‌ای استفاده می‌کنند. همچنین یکی از دلایلی که نردبان‌ها از فیبر شیشه‌ای به عنوان ریل نردبان استفاده می‌کنند. اگر یک نردبان فایبرگلاس با یک خط برق در تماس باشد، احتمال برق گرفتن بسیار کمتر است. این مورد با نردبان CFRP اتفاق نمی‌افتد. اگرچه هزینه فیبرهای کربنی تقویت شده با استفاده از پلیمر هنوز هم بالاست، اما پیشرفت‌های جدید فن آوری در تولید همچنان به تولید محصولات با صرفه‌تر ادامه می‌دهد. امیدوارم در طول عمر خود بتوانیم از فیبر کربن مقرون به صرفه که در طیف گسترده‌ای از کاربردهای مصرفی، صنعتی و خودرو استفاده کنیم.

 

 

resanayi

 

 

موارد استفاده فیبرهای کربنی تقویت شده با پلیمر

 

این مواد در ساخت اتومبیل‌های اسپرت گران قیمت، در جایی که مواد قوی و سبک مورد نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرند. سازندگان دوچرخه‌ها و موتورسیکلت‌های گران قیمت، تمایل دارند که از فریم‌های CFRP، در دسته‌های نگهدارنده استفاده کنند تا وزن خود را به حداقل برسانند و در عین حال قدرت زیادی را حفظ کنند. صنعت هوافضا استفاده از CFRP را در ساخت هواپیماها پذیرفته است. اروپا اخیراً هواپیماهای جنگنده‌ای تولید کرده است که 70٪ کامپوزیت فیبر کربن (CFC) در آن استفاده شده است، در نتیجه هواپیما 30٪ سبک‌تر از آن است که از فلزات مدرن ساخته شده باشد.

 

موارد استفاده فعلی:

 

صنایع پزشکی، بخش انرژی، صنعت ساختمان، ساختمان قایق، قطعات خودرو، تجهیزات هوافضا، دوچرخه و موتور سیکلت

Eurofighter (نوعی جنگنده) که از پلاستیک تقویت شده با فیبر کربن ساخته شده است. فیبر کربن در برابر حرارت مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهد. به همین دلیل در دسته الیاف غیر قابل انفجار قرار می‌گیرد. هم چنین وزن سبک و مقاومت بالا دلیل استفاده گسترده این ماده در صنعت فیبرهای پلیمری تقویت شده و بهسازی لرزه ای است و همچنین ضریب ارتجاعی بیشتری نسبت به کولار و الیاف شیشه دارد.

 

مقاوم سازی با CFRP

 

اگر بخواهیم از سازه آسیب دیده‌ای که در شرایط خاصی مثل گودبرداری یا زلزله قرار دارد یا ساختمانی که نیاز به تغییر کاربری و افزایش در میزان طبقات است، استفاده کنیم، دیگر سازه یا ساختمان مورد نظر ایمنی لازم برای تحمل بارهای وارده را نخواهد داشت و نیاز به مقاوم سازی یا ترمیم و تقویت دارد. فیبرهای کربنی تقویت شده با پلیمر یکی از انواع کامپوزیت های FRP برای مقاوم سازی و تعمیر ساختمان‌ها و سازه‌های بتنی هستند که از اواسط سال ۱۹۸۰ مورد توجه مهندسان قرار گرفته‌اند. در این الیاف تقویت کننده کامپوزیت، الیاف کربن هستند که سازگار با انواع ماتریس‌های به کار رفته مانند رزین اپوکسی، رزین ونیل استر، رزین فنولیک و … می‌باشد. این ماده در سازه‌های چوبی، فولادی و بنایی کاربرد بسیاری دارد. نحوه استفاده CFRP به این صورت است که به قسمت بیرونی خرپاها و دودکش‌ها و تونل و تیر، ستون، دال، دیوارها می‌چسبد و یک جایگزین مناسب برای تقویت سازه‌هایی است که در گذشته از آن‌ها استفاده می‌شد. استفاده از CFRP نه تنها به مقاوم سازی کمک می‌کند بلکه موجب محافظت از سازه در برابر خورندگی و همچنین سبک‌تر شدن وزن آن می‌شود.

 

 

moghavem

 

 

نحوه ساخت CFRP

 

عنصر اولیه تشکیل دهنده فیبرهای کربنی تقویت شده توسط پلیمر یک رشته کربن است؛ و از یک پلیمر پیش ساز مانند پلی اکریلونیترول که از نفت به دست می‌آید. برای پلیمرهای مصنوعی مانند پلی اکریلونیترول یا ابریشم مصنوعی، پیش ماده ابتدا به نخ‌های رشته‌ای تبدیل می‌شود، با استفاده از فرآیندهای شیمیایی و مکانیکی، ابتدا زنجیره‌های پلیمری را به ترتیب برای بالا بردن خواص فیزیکی نهایی فیبر کربن طی می‌کند. ترکیبات که در پیش ساز طناب نخ ریسی استفاده می‌شود در میان تولیدکنندگان مختلف متفاوت است. بعد از چرخش، نوبت گرم شدن رشته‌های پلیمری پلیمر برای گرم کردن اتم‌های غیر کربن می‌شود و تولید فیبر کربن نهایی، انجام می‌شود. فیبر کربن نهایی، در آب حل نمی‌شود و بدون بو بوده و مقاومت بسیار بالایی در برابر خورنده‌ها مثل اسیدها، بازها و مواد عالی را دارد.

بسیاری از قطعات CFRP با یک لایه از پارچه کربن ساخته شده‌ است که با فایبرگلاس پشتیبانی می‌شود. به منظور ایجاد سریع قطعات این کامپوزیت یک ابزار به نام تفنگ هلی کوپتر استفاده می‌شود. وقتی که یک پوسته نازک از فیبر کربن ایجاد شد، تفنگ هلی کوپتر رول‌های فایبر گلاس را که طول کوتاهی دارند و اسپری رزین را در همان زمان برش داده تا فایبرگلاس و رزین با هم مخلوط شوند. رزین مخلوط خارجی است که به عنوان سخت‌کننده از آن استفاده می‌شود و رزین به‌طور جداگانه اسپری شده در غیر این صورت مخلوط داخلی، بعد از هر استفاده باید تمیز ‌شود.

 

روش‌های تولید ممکن است شامل موارد زیر باشند:

 

یکی از روش‌های تولید قطعات CFRP استفاده از ورق‌های پارچه‌ای کربن به صورت قالب بندی است. بافندگی الیاف پارچه و تراز آن موجب بهینه‌سازی خواص قدرت و سختی مواد می‌شود. قالب از اپوکسی پرشده سپس گرمای هوا را می‌گیرد. CFRP در برابر خوردگی بسیار مقاوم شده و سفت و سخت است. قطعاتی که اهمیت کمتری دارند، از پارچه‌ها روی یک قالب ساخته می‌شوند و اپوکسی به دو صورت الیاف یا رنگ آمیزی شده ‌است. قطعات با کارایی بالا و اهمیت زیاد با استفاده از قالب‌های تک و با کیسه‌های خلاء و یا اتوکلاو ساخته می‌شوند. حباب‌های کوچک هوا در مواد باعث کاهش قدرت می‌شوند. برای روش اتوکلاو، استفاده از فشار داخلی از طریق پمپ‌های هوای برقی و یا فوم EPS در داخل فیبر کربن یک جایگزین می‌باشد.

 

 

nahve sakht

 

 

تولید فیبرهای کربنی تقویت شده با پلیمر بر مبنای پلی اکریلونیتریل شامل سه مرحله است:

 

مرحله اول پایدارسازی اکسیداسیونی:

 

در این مرحله همزمان الیاف اکریلیک با انجام فرایند کششی در عملیات حرارتی اکسیداسیونی در دمایی حدود ۲۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سلسیوس قرار می‌گیرد.

 

مرحله دوم کربونیزاسیون:

 

بعد از مرحله پایدارسازی اکسیداسیون، الیاف بدون انجام فرایند کششی در محیطی خنثی برای چند ساعت مجاور دمای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس، تحت عملیات حرارتی کربونیزاسیون قرار داده می‌شود.

 

مرحله سوم گرافیتاسیون:

 

با در نظر گرفتن نوع الیاف کربن، ازنظر ضریب ارتجاعی آن و انجام این مرحله در دمایی حدود ۳۰۰۰ – ۱۵۰۰ درجه سلسیوس، موجب بهبود یافتن درجه جهت‌گیری بلورهای کربنی برای محور الیاف و ویژگی‌های مکانیکی دیگر می‌شود.

فرآیند تولید بر مبنای دیگر نیز، شبیه مراحل بالاست. ساختار الیاف کربن اغلب با دستگاه‌های پراش پرتوی ایکس و میکروسکوپ الکترونی قابل بررسی است. در تولید CFRP بر مبنای پلی اکریلونیتریل، ساختار فیبرهای کربنی تقویت شده با پلیمر از ساختار زنجیره‌ای خطی به ساختار صفحه‌ای تغییر می‌کند.

برای کسب اطلاعات بیشتر به سایت آرین تیس مراجعه نمائید.

ثبت نظر

ارسال