الیاف کربن

[پیرجو]

تاریخچه ی تولید الیاف کربن:
سابقه ی استفاده از الیاف کربن به اینکه اولین بار توماس ادیسون این الیاف را در لامپ های روشنایی مورد استفاده قرار داد بر می گردد. در آن زمان این الیاف را از کربونیزه کردن نوعی نی به نام Bamboo و رایون تولید می کردند . ادیسون در سال 1888 این حالت را به عنوان کربن ادیسون به ثبت رسانید و از آن به عنوان تار درون لامپ برق استفاده کرد . بهترین نوع الیاف کربنی از چوب بامبوی کربنی تولید شده ، و لامپ های ساخته شده از آن ، طول عمری چندین صد ساعته داشت . ( امروزه عمر تقریبی لامپ ها در حدود 1000 ساعت می باشد ) . سه سال بعد ، یعنی در سال 1883 ، Swan برای نخستین بار فیلامنت مصنوعی و سبک کربن را با عبور دادن محلول نیترات سـلولز که از روزنه های ریزی بیـرون می آمد ( رشته ساز امروزی ) در استیـک اسـید و در حمام انعـقاد محتوی الکل بدست آورد [ 42 ] . تاریخ الیاف مصنوعی با آزمایشات Swan آغاز می شود . دو مرد ، ادیسون و سوان ، توانستند لامپی بسازند که عملاً از الکتریسیته نور تولید شود . این هر دوی آنان زمانی توانستند به این مهم دست یابند که به مهمترین ماده ی آن روز یعنی تار کربنی دسترسی پیدا کرده بودند. بدان علت که کاربرد الیاف کربن در لامپ های الکتریکی به سبب مزیت فیلامنت های تنگستن شناخته نشد ، قریب به 80 سال از تولید این الیاف مصنوعی – الیاف کربن – گذشت تاکاربرد صنعتی بیابد. در واقع ، استفاده از کربن تا سال 1907 ، زمانی که تارهای تنگستن عرضه شد ، ادامه یافت و وقتی کارایی این تار در تبدیل الکتریسیته به نور به ا ثبات رسید ، به تدریج جای تار کربنی را گرفت و تا به امروز نیز همچنان ادامه یافت . بدون توجه به رشته های طلا و نقره ، تارهای کربن نخستین تارهای ساخت دست بشر بوده که کاربردی واقعی پیدا نموده و امروزه ، یعنی یک صد سال بعد نیز با تعدیلاتی چند به عنوان جدیدترین انواع لیفهای مصنوعی در اختیار انسان قرار گرفته و همچنان دررابطه بابهبود وضعیت آن ، به پیش می رود .

-2- مواد اولیه ی مختلف جهت تهیه الیاف كربن :
الیاف كربن از مواد مختلفی ممكن است تهیه شود كه در ذیل به آنها اشاره می شود :
الف ) حالت گازی : همچون هیدروكربنها و تركیبات آلی فلزات واسطه :
ب) حالت مایع : همچون قیر (pitch)
ج) حالت جامد : الیاف پلیمری همچون :
1) الیاف سلولزی ویسكوزریون
2) پلی وینیل الكل (پی . وی . ای)
3) پلی بنزن آمید ( پی . وی . ای)
4) پلی بوتادین
5)پلی سیانوژن
6 ) پلی وینیل كلراید (پی . وی . سی)
7 ) پلی اكریلونیتریل (پی . ای . ان) [11]
1-3- تولید الیاف کربن از پلی اکریلو نیتریل ( PAN ):
PAN شاید بهترین ماده ی اولیه ای باشد که برای تولید الیاف کربن مورد استفاده قرار می گیرد . آرایش یافتگی بالا ، بالا بودن نقطه ی ذوب و ویژگیهای دیگر ، نقاط قوتی برای این ماده محسوب می شود.
همانطور که می دانیم وجود گروه نیتریل در ترکیب اکریلو نیتریل ، ماهیت قطبی را سبب شده و همین امر نشان می دهد که جهت انجام پلیمریزاسیون می بایست ا ز حضور یک رادیکال آزاد یا یک شروع کننده با بار منفی بهره جست . افزایش ماهیت قطبی بودن که با وجود گروههای نیتریل پدید می آید باعث افزایش پیوندهای جانبی قطبی ، بالا رفتن نقطه ذوب ، حلالیت فقط در حلالهای یونی و در نهایت مناسب تر بودن برای تولید الیاف کربن می گردد . اما از طرفی وجود این فعل و انفعالات قطبی باعث جلوگیری از کریستالی شدن و ایجاد نوعی جمع شدگی می شود که این حالت در حین عملیات حرارتی رخ خواهـد داد . در واقع این جمـع شـدگی PANدر نهـایت نتیـجه ی مطلوبی را نخواهد داشت چرا که آرایش یافتـگی منـاسبی ایـجاد نگـشته پس لیـف کربنی با خـواص مکانیـکی پاییـن تولیـد خواهـد شد . لـذا به نوعی می بایست جلوی این جمع شـدگی را گرفت تا نتیجه ی مطلوب حاصل شود . با انجام آزمایشـات مخـتلف این فرضـیه ثابت گشت و متوجه شـدند در صـورت ممـانعت از جمع شـدگی ، خـواص مناسب مکانـیکی را برای الیـاف کربن در انتهای پروسه ، خواهند داشت .
1-3-1- علل ترجیح الیاف PAN جهت تولید الیاف كربن
امروزه اصلی و مهمترین ماده ی اولیه برای ساخت الیاف كربن , الیاف PAN می باشد و دلایل آن عبارتند از :
الف ) ساختمان الیاف PAN به نحوی است كه اجازه می دهد پیرولیز حرارتی با سرعت بیشتری انجام شود بدون اینكه تغییری در آرایش مولكولی اولیه ی الیاف ایجاد شود .
ب) الیاف PAN قادرند تا طی ریسندگی تا 800% كشیده شوند . بزرگترین مزیت PAN در این است كه قبل از پلاستیكی شدن در دمای حدود oC 180 قادر است كه آرایش مولكولی بهتری را پذیرا باشد كه این امر برای دست یافتن به الیاف كربن مناسب ، حیاتی می باشد .
ج) الیاف PAN در مقایسه با مواد اولیه ی دیگر از میزان كربن بیشتری بهره مند می باشد كه مقدار كربن حدود 55% وزنی این الیاف است .
د) ضمناً تفـاوت اسـاسی این الیـاف با الیـاف رایون در آن است كه ازPAN یك سـاختار نردبانی در مرحــله ی مقدماتی عملیات حرارتی – كه الیاف طی آن تحت كشش هستند – ایجاد می شود و این جهتیابی اساساً در همه ی مراحل تولید نیز حفظ می شود .

 

[M.Deylamian]

تقسیم بندی الیاف کربن
...

 

[M.Deylamian]

شركت ژاپني از الياف كربني براي ساخت قطعات خودرو استفاده مي‌كند
​

[SIZE=+0]

ایرنا:شركت ژاپني "تورئي" ، براي نخستين بار در جهان استفاده از الياف كربني براي ساخت بدنه و قطعات خودرو را آغاز مي‌كند. روزنامه "نيهون كيزاي" روز سه‌شنبه به نقل از دست اندركاران گزارش داد:
الياف كربني نسبت به فلزاتي كه هم‌اكنون براي ساخت بدنه و قطعات خودرو از آنها استفاده مي‌شود از دوام بيشتري برخوردار بوده و وزن آن نيز يك چهارم سبك‌تر است.
دست اندركاران معتقد هستند كه اگر از وزن خودرو صد كيلوگرم كاسته شود، اين موضوع تا سه درصد كاهش مصرف سوخت در خودرو را به دنبال خواهد داشت. با بكارگيري از الياف كربني براي ساخت بدنه و قطعات خودرو، اين امكان نيز وجود دارد كه از سنگيني خودرويي با وزن يك هزار و پانصد کیلوگرم تا حدود دویست کیلوگرم كم كرد.
در صنعت هواپيماسازي نيز براي نخستين بار در هواپيماي مسافربري نسل نوين بويينگ هفتصد و چهل و هفت از الياف كربني براي ساخت بدنه و قطعات استفاده شده كه اين موضوع كاهش بیست درصدی مصرف سوخت را به همراه داشته است.شركت تورئي در راستاي اين تصميم خود برنامه دارد، با حدود سی ميليارد ين سرمايه‌گذاري تا سال دو هزار و ده ميلادي كارخانه ساخت قطعات خودرو با استفاده از الياف كربني را راه‌اندازي كرده و توليدات خود را به شركت‌هاي خودروسازي ژاپني بفروشد​

[/SIZE]

 

[#HAEK#]

الیاف کربن

اینم یه سری مطلب در مورد الیاف کربنی و استفاده اونا در صنعته

 

[Setayesh]

الیاف کربن

الیاف كربن

اگرچه اكثر الیاف مورد استفاده در صنعت كامپوزیت از جنس شیشه می‌باشد ولی مدول آن نسبتا پایین است. در سالهای پیش تلاشهای زیادی انجام گرفت تا تقویت كننده‌های جدیدی با تبدیل حرارتی الیاف آلی به الیاف كربن ساخته شود.

الیاف حاصل به سرعت كاربرد وسیعی در كامپوزیتهای فنولیكی به منظور استفاده در عایقهای فداشونده در صنایع نظامی پیدا كرد. مشخصه الیاف كربن، سبكی، استحكام و سفتی بالا می‌باشد. همه انواع الیاف كربن از پیرولیز الیاف آلی در یك محیط خنثی بدست می آید.

● سه منبع مهم عمده برای ساخت الیاف كربن وجود دارد:
▪ پلی اكریلونیتریل (pan) رایون و قیر
▪ كوپلیمر متیل اكریلات و ایتاكونیك اسید
▪ اكسیداسیون الیاف اكریلیك، به منظور تثبیت شكل الیاف به هنگام فرآیند كربنیزه كردن است.

سپس الیاف اكسید شده در یك محیط خنثی كربنیزه می‌شوند. و در نهایت الیاف كربنیزه وارد مرحله گرافیته كردن می‌شوند. این مرحله نیز در مرحله خنثی و در دمای حدود ۴۰۰تاشرایط مورد بحث در طول فرآیند پلیمریزاسیون تا ساختار گرافیتی، به دقت انتخاب و كنترل می‌شوند. در طول این فرآیند عناصر غیر كربنی بصورت گاز خارج شده، اجزاء كربنی باقی می‌مانند. مهمترین شكل الیاف كربن، پارچه است كه در بافتهای مختلف وجود دارد.

● این شكلها عبارتند از:

۱) رشته‌های پیوسته برای فرایندهای، رشته پیچی

در ابتدا دو نوع الیاف كربن با پایه pan وجود داشت كه استحكام و مدول آنها با هم تفاوت داشت:
الیاف كربن با استحكام بالا (strength ( Highیا HSكه از فرآورش در دمای OC ۱۵۰۰ 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 كه نوع یك درجه بندی می‌شد در دمای بالاتر ازدو هزار و پانصد درجه تولید می‌شد.
با اعمال كمی كشش و افزایش آرایش یافتگی و با كاهش قطر الیاف از ۷ به ۵ میكرومتر، استحكام 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.
pitch)itaconic ) یك ماده اولیه تولید الیاف كربن می‌باشد. این ماده در یك محیط آبی سنتز شده و با *****اسیون جدا می‌شود. سپس كوپلیمر حاصل، با سرعت چرخش و كشش كنترل شده، به روش ریسندگی مرطوب تبدیل به لیف می‌شود. بدینوسیله میزان آرایش الیاف را كنترل می‌كنند و هرچه بیشتر باشد مدول لیف نهایی بالاتر است.

مراحل تولید الیاف كربن در این روش عبارتند از :
۱) كوپلیمریزاسیون، اكسیداسیون، كربنیزه كردن و گرافیته كردنc ۲۰۰ انجام می‌شود. این كار اجازه می‌دهد آرایش القا شده به هنگام كشش در الیاف حفظ شود.c ۲۵۰۰ انجام می‌گیرد.filament winding )، پلتروژن و فرآیند پاشش رزین- spray up
۲) پیش آغشته (prepreg) تك 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

الیاف كربن تولید شده، ذاتا چسبندگی كافی به پلیمرها ندارند و اگر به همان صورت استفاده شوند، خواص تقویت كنندگی خوبی نشان نشان نمی‌دهند. بنابراین اصلاح سطح یك مرحله ضروری در آماده سازی الیاف می‌باشد.
روشهای مختلفی برای اصلاح سطح الیاف كربن وجود دارد، ولی معمولا اكسیداسیون آنودیك در یك الكترولیت آبی مانند بی كربنات آمونیم، ترجیح داده می‌شود. اكسیداسیون پلاسما نیز بكار می‌رود ولی به لحاظ تجاری رایج نشده است.
معمولاَ الیاف كربن موجود در بازار اصلاح شده است ولی در موارد خاص می‌توان الیاف بدون اصلاح سطح نیز تهیه كرد.

شبکه ایران ـکامپوزیت

 

[Setayesh]

الياف كربني carbon_fiber

الياف كربني carbon_fiber

درفرهنگ واژگان نساجي آمده است : الياف کربن به اليافي گفته مي شود که دست کم داراي 90 درصد کربن هستند و از پيروليز کنترل شده اليافي ويژه به دست مي آيند . اصطلاح الياف گرافيتي درمورد اليافي به کار مي رود که کربن آنها بيش از 99 درصد باشد . انواع گوناگوني از الياف به عنوان پيش زمينه توليد الياف کربن وجود دارد که داراي ويژگي هاي انحصاري و مورفولوژي ويژه هستند . پرمصرف ترين الياف پيش زمينه عبارتند از : الياف پلي اکريلونيتريل ( PAN ) ، الياف سلولزي ( مانند ريون ويسکوز و پنبه ) ، قير حاصل از قطران ذغال سنگ ( Coal tar pitch ) و نوع ويژه اي از الياف فنليک .

الياف کربن از طريق پيروليز پيش زمينه هاي آلي که به شکل الياف هستند ، ساخته مي شود . در واقع انجام عمليات حرارتي موجب حذف عناصري مانند اکسيژن ، نيتروژن و هيدروژن و باقي ماندن کربن به شکل الياف مي شود . در پژوهش هايي که برروي الياف کربن انجام شده ، مشخص گرديده که ويژگي هاي مکانيکي الياف کربن با افزايش درجه تبلور و ميزان جهت گيري الياف پيش زمينه و کاهش نواقص موجود در آنها ، بهبود مي يابد . بهترين راه براي دست يابي به الياف کربن با ويژگي هاي مناسب ، استفاده از الياف پيش زمينه با بيشترين مقدار جهت گيري و حفظ آن در طي فرآيندهاي پايدار سازي و کربنيزاسيون از طريق اعمال کشش در طول فرآيند است .
توليد الياف کربن از پيش زمينه پلي اکريلونيتريل

براي توليد الياف کربن با کيفيت بالا از پيش زمينه PAN و سه مرحله اساسي وجود دارد :

1- مرحله پايدار سازي اکسيدي : در اين مرحله الياف PAN هم زمان با اعمال کشش مورد عمليات حرارتي اکسيدي در محدوده دمايي 200 تا 300 درجه سانتي گراد قرار مي گيرد . اين عمليات ، PAN گرما نرم را به ترکيبي با ساختار نردباني يا حلقه اي تبديل مي کند .

2- مرحله کربنيزاسيون : بعد از اکسيداسيون ، الياف بدون اعمال کشش در پيرامون دماي 1000 درجه سانتي گراد در محيط خنثي ( معمولا ً نيتروژن ) براي مدت چند ساعت ، مورد عمليات حرارتي کربنيزاسيون قرار مي گيرند . درطي اين فرآيند ، عناصر غيرکربني آزاد مي شود و الياف کربن با بالانس جرمي 50 درصد به نسبت الياف PAN نخستين ، به دست مي آيد .

3- مرحله گرافيتاسيون : بسته به نوع الياف کربن مورد نظر ، از لحاظ ضريب کشساني ، و اعمال اين مرحله در محدوده دمايي مابين 1500 تا 3000 درجه سانتيگراد ، موجب بهبود درجه جهت گيري کريستاليت هاي کربني درجهت محور الياف و بنابراين مايه ي بهبود ويژگي ها مي شود .

توليد الياف کربن از ديگر پيش زمينه ها نيز کمابيش داراي مراحل اصلي است که در مورد توليد از پيش زمينه PAN آورده شد .

 

[Setayesh]

ساختار الياف کربن

ساختار الياف کربن

مشخصه هاي ساختاري الياف کربن بيشتر با دستگاههاي ميکروسکپ الکتروني و پراش پرتوي ايکس قابل بررسي است . برخلاف گرافيت ، ساختار کربن بدون هرگونه نظم سه بعدي است . در الياف کربن برپايه PAN ، ساختار الياف در طي عمليات پايدار سازي اکسيدي و متعاقب آن کربنيزاسيون ، از ساختار زنجيره اي خطي به ساختار صفحه اي تغيير مي کند . به اين ترتيب صفحات اصلي در پايان مرحله کربنيزاسيون در جهت محور طولي الياف قرار مي گيرند . بررسي هاي اشعه X با زاويه تفرق باز ( Wide angle X-ray ) نشان مي دهد که با افزايش دماي عمليات کربنيزاسيون ، ارتفاع انباشتگي و مقدار جهت گيري صفحات اصلي ، افزايش مي يابد . قطر منوفيلامنت هاي PAN تأثيرعمده اي بر نفوذ عمليات کربنيزاسيون در الياف کربن توليدي دارد ، به همين دليل تغيير در ساختار کريستالوگرافي پوسته و هسته هر منوفيلامنت در اليافي که کاملا ً پايدار شده اند ، به وضوح قابل مشاهده است . پوسته از جهت گيري مرجح طولي بالا به همراه انباشتگي زياد کريستاليت ها برخوردار است درحالي که هسته ، جهت گيري کم تر صفحات اصلي و حجم کم تر کريستاليت ها را نشان مي دهد .

عموما ً ديده شده که هرچه استحکام کششي الياف پيش زمينه بيشتر باشد ، ويژگي هاي کششي الياف کربن به دست آمده نيز بيشتر مي شود . چنان چه مرحله پايدار سازي به صورتي مناسب انجام گيرد ، در آن صورت استحکام کششي و ضريب کشساني با کربنيزاسيون تحت کشش ، به مقدار بسيار زيادي در محصول کربني نهايي بالا مي رود . بررسي هاي انجام شده با دستگاههاي پراش پرتوي ايکس و پراش الکتروني نشان داده است که در الياف کربن با ضريب کشساني بالا ، کريستاليت ها پيرامون محور طولي الياف قرار گرفته اند . اين درحالي است که صفحات لايه اي با بيشترين جهت يافتگي به موازات محور الياف استقرار يافته اند . به طور کلي استحکام الياف کربن به نوع پيش زمينه ، شرايط فرآيند ، دماي عمليات حرارتي و وجود نواقص ساختاري در الياف ، ارتباط دارد . در الياف کربن با پيش زمينه PAN و افزايش دما تا 1300 درجه سانتي گراد مايه ي افزايش استحکام مي شود ولي پس از 1300 درجه ، استحکام به آرامي کم مي شود . اين موضوع در مورد ضريب کشساني نيز صادق است .

الياف کربن بسيار ترد هستند . لايه ها در الياف با اتصالات ضعيف و اندروالسي به هم ديگر متصل شده اند . تجمع فلس مانند لايه ها موجب مي شود تا رشد ترک در جهت عمود برمحور الياف به آساني صورت بگيرد . در خمش ، الياف در کرنش هاي بسيار پايين مي شکنند . با تمام اين معايب ، الياف کربن از نقطه نظر مجموع ويژگي هاي شيميايي ، فيزيکي و مکانيکي منحصر به فردي که دارد ، در بسياري از عرصه هاي مهندسي و علوم در دو دهه اخير تقريبا ً بدون رقيب مانده است .

 

[Setayesh]

کاربردهاي الياف کربن

کاربردهاي الياف کربن

الياف کربن در موارد صنعتي گوناگوني به کارمي رود که در اين جا نمونه هايي از آن ارايه شده است :

صنعت حمل و نقل

کاربردهاي صنعت حمل و نقل بدين گونه اند : مخازن گاز مايع خودروها ، قطعات موتور ، کمک فنر ، شفت هاي انتقال نيرو ، ملحقات چرخ و جعبه فرمان ، لنت هاي ترمز ، بدنه ماشين هاي مسابقه ، بدنه کشتي ها و فنرهاي لول .

صنايع ساختماني و معماري

مواد ساختاري پل ها ، ساز و کار پل هاي جمع شونده ، تقويت کننده بتن هاي پرمقاومت ، سازه هاي باربر ، ديوارهاي جداکننده ، سازه هاي پيش تنيده براي کمک به سازه هاي بتني حمل بار ، استفاده در تعمير ساختمانهاي در حال تخريب ، استفاده در جداره داخلي تونل ها براي جلوگيري از ريزش تونل و استفاده در رمپ ها براي جلوگيري از ريزش خاک را مي توان از کاربردهاي ساختماني اين الياف دانست .

صنايع هواپيما سازي و هوافضا

سازه هاي داخلي کابين مسافرين اعم از پانل هاي جداره صندلي ها و ميزها ، پوشش ها ، اجزاي سازه اي ماهواره ها ، لبه بال هواپيماهاي جنگنده ، نوک هواپيماهاي مافوق صوت ، نازل موشک هاي دوربرد و قطعات حساس موتور هواپيماها نيز مي توانند داراي الياف کربن باشند .

صنايع پزشکي

الياف کربن در ساخت استخوان مصنوعي ، اجزاي تجهيزات پرتوي ايکس ، صندلي هاي چرخدار ، انواع اجزاي مصنوعي بدن براي معلولين و دريچه قلب به کار مي روند .

بخش انرژي

از جمله کاربردهاي الياف کربن در بخش انرژي ، مي توان بدين موارد اشاره کرد : باتريهاي سوختي ، پره هاي توربين و پره هاي آسياب هاي بادي براي توليد برق از انرژي باد .


صنايع الکترونيک ، تجهيزات الکتريکي و ماشين سازي

اين کاربردها عبارتند از : قاب رايانه هاي همراه ، اجزاي رايانه ها ، بازوي ربات هاي صنعتي ، چرخ دنده ها ، غلتک ها ، چرخدنده هاي پرسرعت ، قطعات خود روغنکاري شونده ، آنتن ها ، مواد عايق الکتريکي ، مخازن تحت فشار ، غلتک چاپ گرها و قاب تلفن هاي همراه .

منبع : فصلنامه كامپوزيت

 

[farzad.s]

ساختار و كاربرد الياف كربن

ساختار و كاربرد الياف كربن

الياف كربن(فيبر كربن):
الیاف که بدلیل سبکی و استحکام بالا و بخاطر زیبایی خاص خود جای خود را در صنعت پیدا کرده است. ایران هم بتازگی موفق به ساخت نخ های این الیاف گردیده است که توان تولید در داخل کشور را بالاتر از قبل می کند.
در اين مقاله سعي شده به مطالب زير پرداخته شود.
این الیاف چه هستند و چه تاريخچه اي دارند ؟
چگونه تولید می شوند؟
چه کاربردهایی دارند؟
آيا قابل بازيافت هستند؟

تاريخچه:
الیاف کربن نسل جدیدی از الیاف پر استحکام است . این مواد از پرولیز کنترل شده گونه هایی از الیاف مناسب تهیه می شود ؛ به صورتی که بعد از پرولیز حداقل 90 درصد کربن باقی بماند . الیاف کربن نخستین بار درسال 1879 میلادی زمانی که توماس ادیسون از این ماده به عنوان رشته پرمقاومت در ایجاد روشنایی الکتریکی استفاده کرد ، پای به عرصه علم و فن آوری گذاشت . با این حال درآغاز دهه 1960 بود که تولید موفق تجاری الیاف کربن ، با اهداف نظامی و به ویژه برای کابرد در هواپیمای جنگی ، آغاز شد . دردهه های اخیر ، الیاف کربن در موارد غیر نظامی بسیاری ، همچون هواپیماهای مسافربری و باربری ، خودروسازی ، ساخت قطعات صنعتی ، صنایع پزشکی ، صنایع تفریحی – ورزشی و بسیاری موارد دیگر کاربردهای روزافزونی یافته است . الیاف کربن در کامپوزیت های با زمینه سبک مانند انواع رزین ها به کار می رود . کامپوزیت های الیاف کربن در مواردی که استحکام و سختی بالا به همراه وزن کم و ویژگی های استثنایی مقاومت به خوردگی مدنظر باشند ، یگانه گزینه پیش روست . همچنین هنگامی که مقاومت مکانیکی در دمای بالا ، خنثی بودن از لحاظ شیمیایی و ویژگی ضربه پذیری بالا نیز انتظار برود ، بازهم کامپوزیت های کربنی بهترین گزینه هستند . با توجه به این ویژگی ها ، پهنۀ گسترده موارد کاربرد این ماده در گستره های گوناگون فن آوری به سادگی قابل تصور است .
میزان تولید الیاف کربن از 1992 تا 1997 رشد 200 درصدی در این فاصله 6 ساله داشته که خود نشانگر اهمیت تکنولوژی این ماده است .
هم اکنون ، ایالات متحده آمریکا نزدیک به 60 درصد تولید جهانی الیاف کربن را به مصرف می رساند و این در حالی است که ژاپن تلاش می کند به میزان مصرفی برابر با 50 درصد تولیدات جهانی این محصول دست یابد . ژاپن به واسطه شرکت صنعتی توری ، خود بزرگترین تولید کننده الیاف کربن درجهان است . هم چنین عمده ترین تولید کننده الیاف کربن با استفاده از پیش زمینه قیر ، ژاپن است .

معرفي الياف كربن:
الياف كربن اليافي به قطر 6 تا 10 ميكرومتر و داراي حداقل %93 كربن هستند و ساختار آن از آرايه هاي كربن كاملاً جهت دار شكل گرفته است . گرچه روش ساخت الياف كربن متنوع است ولي تنها روش هاي تجاري ساخت الياف فوق استفاده از پيش زمينه هاي آلي از قبيل ريون ، پلي اكريلونيتريل (PAN) و قير و تجزيه حرارتي آنها مي باشد . عمده الياف كربن از پيش زمينه الياف اكريلونيتريل توليد مي گردند . توليد الياف كربن از پيش زمينه الياف اكريلونيتريل شامل سه مرحله مي باشد . در مرحله اول الياف اكريلونيتريل تجاري و يا ويژه در محيط اكسيدي ساختاري نردباني شكل پيدا كرده و غير قابل ذوب مي گردند . در مرحله دوم با عمليات حرارتي در محيط خنثي، ساختار آلي آنها عمده مواد غير كربني خود را از دست داده و ساختاري كربني پيدا مي كند . در مرحله سوم با عمليات حرارت ي در محيط خنثي در دماهاي بالاتر از 1200 o C ، خواص مكانيكي و برخي خصوصيات فيزيكي الياف بهبود داده مي شوند . پارامترهاي اين فرآيند زياد و عوامل موثر بر خواص نهايي الياف كربن متنوعند لذا نياز به بررسي دقيق تري دارند . از سوي ديگر ايجاد هر گونه تغيير در مواد اوليه و روش هاي ساخت سبب تغيير در كار بردهاي نهايي اين الياف مي گردد . در اين مقاله با توجه به تجربيات پژوهشي و صنعتي قبلي در زمينه ساخت الياف كربن، پارامترهاي متعدد موثر در فرآيند ساخت اين الياف بدقت بررسي شده و نحوه تغييرات در خصوصيات و ساختار در اثر تغيير پار امترهاي ساخت تحليل مي گردد . در ادامه پارامترهاي بهينه براي ساخت الياف كربن ارائه شده و با توجه به خصوصيات و ساختار بدست آمده، كاربردهاي متنوع اين محصولات مورد بررسي قرار مي گيرند .

الیاف کربن را می توان براساس مدول الاستیک ، استحکام و دمای نهایی عملیات حرارتی به گروههای زیر دسته بندی کرد :

دسته بندی براساس ویژگی ها :
1.الیاف کربن با ضریب کشسانی بسیار بالا ؛ بیشتر از 450 گیگا پاسکال
2.الیاف کربن با ضریب کشسانی بالا؛ بین 350 تا 450 گیگا پاسکال
3.الیاف کربن با ضریب کشسانی متوسط ؛ بین 200 تا 350 گیگا پاسکال
4.الیاف کربن با استحکام کششی بالا و ضریب کشسانی پایین ؛ استحکام 5.کششی بیش از 3 گیگا پاسکال و ضریب کشسانی کم تر از 100
6.الیاف کربن با استحکام کششی بسیار بالا ؛ بالاتر از 5/4 گیگا پاسکال


دسته بندی براساس دمای نهایی عملیات حرارتی :
1. دمای عملیات حرارتی بالاتر از 2000 درجه سانتی گراد ؛ تولید کننده الیاف HM
2. دمای عملیات حرارتی حدود 1500 درجه سانتیگراد ؛ تولید کننده الیاف HS
3. دمای عملیات حرارتی کم تر یا حدود 1000 درجه سانتی گراد ؛ تولید کننده الیاف با ضریب استحکام پایین.

تقسیم بندی الیاف کربن برحسب نوع ماده اولیه به کار گرفته شده در تولید :
در حال حاظر چندين نوع منبع برای تولید این الیاف وجود دارد ولي چهار نو ع آنها بيشترين كاربرد را دارند.
.1الیاف کربن ساخته شده از گیاهان یا سلولزی( مانند ریون ویسکوز و پنبه )
.2الیاف کربن ساخته شده از قیر یا  pitch
.3الیاف کربن ساخته شده از پلی اکریل نیتریل(PAN)
.4 نوع ویژه ای از الیاف فنلیک

به دلیل ساختمان مولکولی و اتمی و همچنین تولید مدول کششی قابل توجه با سایر انواع الیاف نوع سوم از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و کاربردهای متعددی در صنعت دارد . ما هم توجه خود را معطوف به این نوع کرده و به اختصار درباره روش تولید آن توضیحاتی را بیان می کنیم . شایان ذکر است که مطالب مربوط به تولید بسیار مفصل بوده و در این مقاله نمی گنجد.


PAN (PolyAcryloNitrile):
پلی اکریل نیتریل یاPAN از پلیمریزاسیون رادیکالهای آزاد آکریل نیتریل یا AN بدست می آید . برای تهیه آکریل نیتریل نیز از فرایند معروف SOHIO که توسط ژاپنیها ابداع شده است٬ استفاده می شود . در این فرایند از واکنش شیمیایی بین دو گاز پروپیلن و آمونیاک در حضور کاتالیزورهای مناسب که شدیداً هم گرمازا می باشد ٬ آکریل نیتریل به همراه HCN تولید می شود که همانطور که گفته شد از پلیمریزاسیون رادیکالهای آزاد آکریل نیتریل ٬ آکریل نیتریل بدست می آید . راکتور مورد استفاده برای پلیمریزاسیون از نوع بستر سیالی یا Fluid Bed می باشد . بعد از تهیه پلی اکریل نیتریل خام باید تعدادی از فرایندهای مناسب برای آماده سازی و هرچه خالص تر شدن آن مورد استفاده قرار گیرد. زیرا در غیر اینصورت الیاف کربن تولیدی مقاومت کششی مطلوب را نخواهند داشت .مهمترین این فرایندها filteration می باشد که ابعاد صافی های مورداستفاده در حد میکرون µ می باشند.

ساخت الیاف کربن :
درفرهنگ واژگان نساجی آمده است : الیاف کربن به الیافی گفته می شود که دست کم دارای 90 درصد کربن هستند و از پیرولیز کنترل شده الیافی ویژه به دست می آیند . اصطلاح الیاف گرافیتی درمورد الیافی به کار می رود که کربن آنها بیش از 99 درصد باشد. انواع گوناگونی از الیاف به عنوان پیش زمینه تولید الیاف کربن وجود دارد که دارای ویژگی های انحصاری و مورفولوژی ویژه هستند .
الیاف کربن از طریق پیرولیز پیش زمینه های آلی که به شکل الیاف هستند ، ساخته می شود . در واقع انجام عملیات حرارتی موجب حذف عناصری مانند اکسیژن ، نیتروژن و هیدروژن و باقی ماندن کربن به شکل الیاف می شود . در پژوهش هایی که برروی الیاف کربن انجام شده ، مشخص گردیده که ویژگی های مکانیکی الیاف کربن با افزایش درجه تبلور و میزان جهت گیری الیاف پیش زمینه و کاهش نواقص موجود در آنها ، بهبود می یابد . بهترین راه برای دست یابی به الیاف کربن با ویژگی های مناسب ، استفاده از الیاف پیش زمینه با بیشترین مقدار جهت گیری و حفظ آن در طی فرآیندهای پایدار سازی و کربنیزاسیون از طریق اعمال کشش در طول فرآیند است .

تولید الیاف کربن از پیش زمینه پلی اکریلونیتریل:

مراحل تولید :
شمای کلی خط تولید به صورت زیر می باشد :
ریسش (Spining):
در این مرحله همانطور که گفته شد یکی از مراحل آماده سازی PAN می باشد . که بعد از انجام filteration مناسب پلی اکریل نیتریلها را بصورت رشته ای یا به صورت تار در می آورند .سپس در دستگاههای ریسش مخصوص به صورت نوعی فیبر در خواهند آمد .

اکسیداسیون(oxidation):
دراین مرحله در کوره های مخصوص فیبرهای اکریلیک تحت درجه حرارتی در حدود 200 الی 300 درجه سانتیگراد ودر حضور هوا یا گازهای مناسب دیگر قرار می گیرند . تا آمادگی کامل برای طی و سپری کردن سایر مراحل تولید را بدست آورند. البته به این مرحله مرحله تثبیت سازی نیز گفته می شود . فیبرهای آکریلیک باید زمانی در حدود 2 ساعت را دراین کوره ها طی کنند.


کربونیزاسیون(Carbonization):
درجه حرارت در این مرحله بین 1000تا 1700 درجه سانتیگراد میباشد . این فرایند باید در یک محیط راکد و معمولا در حضور گاز نیتروژن صورت می گیرد. خواص فیبرهای کربن بعد از طی این مرحله بصورت زیر می باشد :
مدول کششی :200-300GPa
مقاومت فشاری :3GPa
مدول برشی:15GPa

گرافیتاسیون(Graphitization):
این فرایند نیز درون کوره های مخصوصی دریک محیط راکد و در درجه حرارتی بین 2500تا3000 درجه سانتیگراد صورت می گیرد. البته این مرحله در مورد فیبرهایی که باید مدول کششی بالایی داشته باشند اجرا می شود . خواص فیبرهای کربن بعد از طی این مرحله بصورت زیر می باشد :
مدول کششی :500-600GPa
مقاومت فشاری : 16GPa
مدول برشی:10GPa
بعد از طی این مرحله قطر الیاف کربن به 5 الی 7 میکرون می رسد .


عملیات سطحی و اندازه ای( surface treatment and sizing):
در این مرحله سطح الیاف کربن را با باندها و نوارهای شیمیایی وبرای اینکه در هنگام استفاده از رزین در تهیه مواد کامپوزیتی چسبندگی بهتری داشته باشد ٬ آغشته می کنند. و همچنین در مرحله اندازه بندی علاوه بر بسته بندی الیاف کربن و تعیین چگونگی روش بارگیری آن ٬ برای محافظت فیبرهای کربن در طی انجام مراحل بعدی از یک اپوکسی نیز استفاده می شود .

ساختار الیاف کربن :
مشخصه های ساختاری الیاف کربن بیشتر با دستگاههای میکروسکپ الکترونی و پراش پرتوی ایکس قابل بررسی است . برخلاف گرافیت ، ساختار کربن بدون هرگونه نظم سه بعدی است . در الیاف کربن برپایه PAN ، ساختار الیاف در طی عملیات پایدار سازی اکسیدی و متعاقب آن کربنیزاسیون ، از ساختار زنجیره ای خطی به ساختار صفحه ای تغییر می کند . به این ترتیب صفحات اصلی در پایان مرحله کربنیزاسیون در جهت محور طولی الیاف قرار می گیرند . بررسی های اشعه X با زاویه تفرق باز ( Wide angle X-ray ) نشان می دهد که با افزایش دمای عملیات کربنیزاسیون ، ارتفاع انباشتگی و مقدار جهت گیری صفحات اصلی ، افزایش می یابد . قطر منوفیلامنت های PAN تأثیرعمده ای بر نفوذ عملیات کربنیزاسیون در الیاف کربن تولیدی دارد ، به همین دلیل تغییر در ساختار کریستالوگرافی پوسته و هسته هر منوفیلامنت در الیافی که کاملا ً پایدار شده اند ، به وضوح قابل مشاهده است . پوسته از جهت گیری مرجح طولی بالا به همراه انباشتگی زیاد کریستالیت ها برخوردار است درحالی که هسته ، جهت گیری کم تر صفحات اصلی و حجم کم تر کریستالیت ها را نشان می دهد .

عموما ً دیده شده که هرچه استحکام کششی الیاف پیش زمینه بیشتر باشد ، ویژگی های کششی الیاف کربن به دست آمده نیز بیشتر می شود . چنان چه مرحله پایدار سازی به صورتی مناسب انجام گیرد ، در آن صورت استحکام کششی و ضریب کشسانی با کربنیزاسیون تحت کشش ، به مقدار بسیار زیادی در محصول کربنی نهایی بالا می رود . بررسی های انجام شده با دستگاههای پراش پرتوی ایکس و پراش الکترونی نشان داده است که در الیاف کربن با ضریب کشسانی بالا ، کریستالیت ها پیرامون محور طولی الیاف قرار گرفته اند . این درحالی است که صفحات لایه ای با بیشترین جهت یافتگی به موازات محور الیاف استقرار یافته اند . به طور کلی استحکام الیاف کربن به نوع پیش زمینه ، شرایط فرآیند ، دمای عملیات حرارتی و وجود نواقص ساختاری در الیاف ، ارتباط دارد . در الیاف کربن با پیش زمینه PAN و افزایش دما تا 1300 درجه سانتی گراد مایه ی افزایش استحکام می شود ولی پس از 1300 درجه ، استحکام به آرامی کم می شود . این موضوع در مورد ضریب کشسانی نیز صادق است .
الیاف کربن بسیار ترد هستند . لایه ها در الیاف با اتصالات ضعیف و اندروالسی به هم دیگر متصل شده اند . تجمع فلس مانند لایه ها موجب می شود تا رشد ترک در جهت عمود برمحور الیاف به آسانی صورت بگیرد . در خمش ، الیاف در کرنش های بسیار پایین می شکنند . با تمام این معایب ، الیاف کربن از نقطه نظر مجموع ویژگی های شیمیایی ، فیزیکی و مکانیکی منحصر به فردی که دارد ، در بسیاری از عرصه های مهندسی و علوم در دو دهه اخیر تقریبا ً بدون رقیب مانده است .

کاربردهای الیاف کربن :
با یک مقایسه سریع بین خواص این الیاف و فولاد می توان به اهمیت این مواد پی برد
فیبر کربن استاندارد :
مقاومت کششی :3.5GPa مدول کششی230GPa وچگالی 1.75g/ccm
فولاد با مقاومت خیلی زیاد:
مقاومت کششی:1.3GPa مدول کششی210GPa و چگالی 7.87g/ccm
با توجه به جدول پر واضح است که الیاف کربن مقاومت کششی بالاتری نسبت به فولاد دارند در حالی که وزن تقریبا یک چهارم آن را دارا می باشند . به همین دلیل امروزه در صنایع مختلفی بویژه هوا فضا سعی می شود از این الیاف به جای فلزات استفاده شود .
خودرويي به نام XL1 ساخته شركت Volkswagen كه يك خودروي فوق كم مصرف شناخته مي شود در سال 2009 در نمايشگاه قطر به نمايش گذاشته شد.بنا به اظهارات نماينده اين شركت اين خودروي 2 نفره هيبريدي Concept در 170 مايل فقط 1 گالن بنزين مصرف ميكند كه برابر 1 ليتر در 100 كيلومتر است.كل وزن اين خودرو فقط 795 كيلوگرم مي باشد كه بسيار تاثير گزار در مصرف سوخت آن مي باشد و اين وزن بسيار پايين به كمك استفاده از فيبر كربن در قسمت هاي مختلف از جمله بدنه موتور ,سيستم تعليق, گيربكس, ديفراسيل, صندليها و داشبورد بدست آمده است.
در كل فقط 23.2% كل اين ماشين از فولاد و آهن ساخته شده است كه معادل 184Kg ميباشد.
البته بنا به اظهارات اخير شركت Volkswagen اين خودرو در سال 2013 به توليد انبوه خواهد رسيد ولي با صرف سوخت 1.5 ليتر در 100 كيلومتر.


با استفاده روز افزون از الیاف کربن در ساخت خودروهای پیشرفته ، مصرف سالیانه بنزین به سرعت رو به کاهش گذاشته و نیاز به واردات سوخت های فسیلی را که باعث عدم تعادل تجاری می شود به حداقل می رساند . درعوض به منظور گسترش واحدهای تولید مواد کربنی جدید با کاربردهای روبه رشد در ساخت خودروهای کربنی ، میلیون ها فرصت شغلی در کشور پدیدار می شود .
10سال آینده را می توان دهه حکومت این الیاف در تمامی جنبه های صنعتی پیش بینی کرد.

- الیاف کربن در موارد صنعتی گوناگونی به کارمی رود که در این جا نمونه هایی از آن ارایه شده است :

صنعت حمل و نقل:
کاربردهای صنعت حمل و نقل بدین گونه اند : مخازن گاز مایع خودروها ، قطعات موتور ، کمک فنر ، شفت های انتقال نیرو ، ملحقات چرخ و جعبه فرمان ، لنت های ترمز ، بدنه ماشین های مسابقه ، بدنه کشتی ها و فنرهای لول .

صنایع ساختمانی و معماری:
مواد ساختاری پل ها ، ساز و کار پل های جمع شونده ، تقویت کننده بتن های پرمقاومت ، سازه های باربر ، دیوارهای جداکننده ، سازه های پیش تنیده برای کمک به سازه های بتنی حمل بار ، استفاده در تعمیر ساختمانهای در حال تخریب ، استفاده در جداره داخلی تونل ها برای جلوگیری از ریزش تونل و استفاده در رمپ ها برای جلوگیری از ریزش خاک را می توان از کاربردهای ساختمانی این الیاف دانست .


صنایع هواپیما سازی و هوافضا:
سازه های داخلی کابین مسافرین اعم از پانل های جداره صندلی ها و میزها ، پوشش ها ، اجزای سازه ای ماهواره ها ، لبه بال هواپیماهای جنگنده ، نوک هواپیماهای مافوق صوت ، نازل موشک های دوربرد و قطعات حساس موتور هواپیماها نیز می توانند دارای الیاف کربن باشند.

صنایع پزشکی:
الیاف کربن در ساخت استخوان مصنوعی ، اجزای تجهیزات پرتوی ایکس ، صندلی های چرخدار ، انواع اجزای مصنوعی بدن برای معلولین و دریچه قلب به کار می روند .

بخش انرژی:
از جمله کاربردهای الیاف کربن در بخش انرژی ، می توان بدین موارد اشاره کرد :
باتریهای سوختی ، پره های توربین و پره های آسیاب های بادی برای تولید برق از انرژی باد .

صنایع الکترونیک ، تجهیزات الکتریکی و ماشین سازی:
این کاربردها عبارتند از : قاب رایانه های همراه ، اجزای رایانه ها ، بازوی ربات های صنعتی ، چرخ دنده ها ، غلتک ها ، چرخدنده های پرسرعت ، قطعات خود روغنکاری شونده ، آنتن ها ، مواد عایق الکتریکی ، مخازن تحت فشار ، غلتک چاپ گرها و قاب تلفن های همراه

حتی در تهیه ابزارالات ورزشی نیز ( چوب گلف و راکت تنیس) نیز امروزه از این الیاف استفاده می شود . تنها مشکل و ایراد وارد براین الیاف بدون توجه به مسئله زیستی و محیطی مقاومت پایین این کامپوزیتهای در برابر ضربه می باشد که برای جبران این نقص از سایر انواع کامپوزیتها به عنوان مکمل مثل فیبر شیشه استفاده می شود .
ديگر عيب آنها قيمت آنهاست كه بسيار بالا ميباشد به طور مثال در سال 1390 در ايران هر كيلو گرم فيبر كربن از 210 تا 250 هزار تومان قيمت داشت.ولي انتظار ميرود با پيشرفت و توسعه تكنولوژي ساخت فيبر كربن قيمت آن كاهش يابد.
البته در مورد ايران ميتوان با توجه به وفور و ارزاني قير و همچنين زيان بار بودن آن براي محيط زيست زمينه هاي استفاده از اين ماده براي توليد فيبر كربن را ايجاد كرد در اين صورت نه تنها از پرداخت هزينه هايي براي جبران زيان هاي زيستي جلوگيري مي شود بلكه از اين طريق درآمد زايي هم ميشود.

بازيافت الياف كربن:
در اين فرايند الياف كربن پس از تميز شدن تا دماي 480 درجه ي سانتي گراد گرم مشوند و پس از مدتي ماندن در اين دما اپوكسي و رزين از بين مي روند بدون آنكه به اليفا كربن آسيبي برسد و بدين ترتيب الياف كربن بازيافت ميشود.
با توجه به رشد بسيار تند استفاده از اين مواد،بايد همزمان زير ساخت هاي مربوط به بازيافت آنرا نيز ايجاد كرد.همچنين به علت هزينه بالاي بازيافت اين مواد ،بايد در هنگام مصرف كمترين پرتي و زايد را ايجاد كرد.

 

[hadi.textile64]

الياف كربن(فيبر كربن):
الیاف که بدلیل سبکی و استحکام بالا و بخاطر زیبایی خاص خود جای خود را در صنعت پیدا کرده است. ایران هم بتازگی موفق به ساخت نخ های این الیاف گردیده است که توان تولید در داخل کشور را بالاتر از قبل می کند.
در اين مقاله سعي شده به مطالب زير پرداخته شود.
این الیاف چه هستند و چه تاريخچه اي دارند ؟
چگونه تولید می شوند؟
چه کاربردهایی دارند؟
آيا قابل بازيافت هستند؟

تاريخچه:
الیاف کربن نسل جدیدی از الیاف پر استحکام است . این مواد از پرولیز کنترل شده گونه هایی از الیاف مناسب تهیه می شود ؛ به صورتی که بعد از پرولیز حداقل 90 درصد کربن باقی بماند . الیاف کربن نخستین بار درسال 1879 میلادی زمانی که توماس ادیسون از این ماده به عنوان رشته پرمقاومت در ایجاد روشنایی الکتریکی استفاده کرد ، پای به عرصه علم و فن آوری گذاشت . با این حال درآغاز دهه 1960 بود که تولید موفق تجاری الیاف کربن ، با اهداف نظامی و به ویژه برای کابرد در هواپیمای جنگی ، آغاز شد . دردهه های اخیر ، الیاف کربن در موارد غیر نظامی بسیاری ، همچون هواپیماهای مسافربری و باربری ، خودروسازی ، ساخت قطعات صنعتی ، صنایع پزشکی ، صنایع تفریحی – ورزشی و بسیاری موارد دیگر کاربردهای روزافزونی یافته است . الیاف کربن در کامپوزیت های با زمینه سبک مانند انواع رزین ها به کار می رود . کامپوزیت های الیاف کربن در مواردی که استحکام و سختی بالا به همراه وزن کم و ویژگی های استثنایی مقاومت به خوردگی مدنظر باشند ، یگانه گزینه پیش روست . همچنین هنگامی که مقاومت مکانیکی در دمای بالا ، خنثی بودن از لحاظ شیمیایی و ویژگی ضربه پذیری بالا نیز انتظار برود ، بازهم کامپوزیت های کربنی بهترین گزینه هستند . با توجه به این ویژگی ها ، پهنۀ گسترده موارد کاربرد این ماده در گستره های گوناگون فن آوری به سادگی قابل تصور است .
میزان تولید الیاف کربن از 1992 تا 1997 رشد 200 درصدی در این فاصله 6 ساله داشته که خود نشانگر اهمیت تکنولوژی این ماده است .
هم اکنون ، ایالات متحده آمریکا نزدیک به 60 درصد تولید جهانی الیاف کربن را به مصرف می رساند و این در حالی است که ژاپن تلاش می کند به میزان مصرفی برابر با 50 درصد تولیدات جهانی این محصول دست یابد . ژاپن به واسطه شرکت صنعتی توری ، خود بزرگترین تولید کننده الیاف کربن درجهان است . هم چنین عمده ترین تولید کننده الیاف کربن با استفاده از پیش زمینه قیر ، ژاپن است .

معرفي الياف كربن:
الياف كربن اليافي به قطر 6 تا 10 ميكرومتر و داراي حداقل %93 كربن هستند و ساختار آن از آرايه هاي كربن كاملاً جهت دار شكل گرفته است . گرچه روش ساخت الياف كربن متنوع است ولي تنها روش هاي تجاري ساخت الياف فوق استفاده از پيش زمينه هاي آلي از قبيل ريون ، پلي اكريلونيتريل (PAN) و قير و تجزيه حرارتي آنها مي باشد . عمده الياف كربن از پيش زمينه الياف اكريلونيتريل توليد مي گردند . توليد الياف كربن از پيش زمينه الياف اكريلونيتريل شامل سه مرحله مي باشد . در مرحله اول الياف اكريلونيتريل تجاري و يا ويژه در محيط اكسيدي ساختاري نردباني شكل پيدا كرده و غير قابل ذوب مي گردند . در مرحله دوم با عمليات حرارتي در محيط خنثي، ساختار آلي آنها عمده مواد غير كربني خود را از دست داده و ساختاري كربني پيدا مي كند . در مرحله سوم با عمليات حرارت ي در محيط خنثي در دماهاي بالاتر از 1200 o C ، خواص مكانيكي و برخي خصوصيات فيزيكي الياف بهبود داده مي شوند . پارامترهاي اين فرآيند زياد و عوامل موثر بر خواص نهايي الياف كربن متنوعند لذا نياز به بررسي دقيق تري دارند . از سوي ديگر ايجاد هر گونه تغيير در مواد اوليه و روش هاي ساخت سبب تغيير در كار بردهاي نهايي اين الياف مي گردد . در اين مقاله با توجه به تجربيات پژوهشي و صنعتي قبلي در زمينه ساخت الياف كربن، پارامترهاي متعدد موثر در فرآيند ساخت اين الياف بدقت بررسي شده و نحوه تغييرات در خصوصيات و ساختار در اثر تغيير پار امترهاي ساخت تحليل مي گردد . در ادامه پارامترهاي بهينه براي ساخت الياف كربن ارائه شده و با توجه به خصوصيات و ساختار بدست آمده، كاربردهاي متنوع اين محصولات مورد بررسي قرار مي گيرند .

الیاف کربن را می توان براساس مدول الاستیک ، استحکام و دمای نهایی عملیات حرارتی به گروههای زیر دسته بندی کرد :

دسته بندی براساس ویژگی ها :
1.الیاف کربن با ضریب کشسانی بسیار بالا ؛ بیشتر از 450 گیگا پاسکال
2.الیاف کربن با ضریب کشسانی بالا؛ بین 350 تا 450 گیگا پاسکال
3.الیاف کربن با ضریب کشسانی متوسط ؛ بین 200 تا 350 گیگا پاسکال
4.الیاف کربن با استحکام کششی بالا و ضریب کشسانی پایین ؛ استحکام 5.کششی بیش از 3 گیگا پاسکال و ضریب کشسانی کم تر از 100
6.الیاف کربن با استحکام کششی بسیار بالا ؛ بالاتر از 5/4 گیگا پاسکال


دسته بندی براساس دمای نهایی عملیات حرارتی :
1. دمای عملیات حرارتی بالاتر از 2000 درجه سانتی گراد ؛ تولید کننده الیاف HM
2. دمای عملیات حرارتی حدود 1500 درجه سانتیگراد ؛ تولید کننده الیاف HS
3. دمای عملیات حرارتی کم تر یا حدود 1000 درجه سانتی گراد ؛ تولید کننده الیاف با ضریب استحکام پایین.

تقسیم بندی الیاف کربن برحسب نوع ماده اولیه به کار گرفته شده در تولید :
در حال حاظر چندين نوع منبع برای تولید این الیاف وجود دارد ولي چهار نو ع آنها بيشترين كاربرد را دارند.
.1الیاف کربن ساخته شده از گیاهان یا سلولزی( مانند ریون ویسکوز و پنبه )
.2الیاف کربن ساخته شده از قیر یا pitch
.3الیاف کربن ساخته شده از پلی اکریل نیتریل(PAN)
.4 نوع ویژه ای از الیاف فنلیک

به دلیل ساختمان مولکولی و اتمی و همچنین تولید مدول کششی قابل توجه با سایر انواع الیاف نوع سوم از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و کاربردهای متعددی در صنعت دارد . ما هم توجه خود را معطوف به این نوع کرده و به اختصار درباره روش تولید آن توضیحاتی را بیان می کنیم . شایان ذکر است که مطالب مربوط به تولید بسیار مفصل بوده و در این مقاله نمی گنجد.


PAN (PolyAcryloNitrile):
پلی اکریل نیتریل یاPAN از پلیمریزاسیون رادیکالهای آزاد آکریل نیتریل یا AN بدست می آید . برای تهیه آکریل نیتریل نیز از فرایند معروف SOHIO که توسط ژاپنیها ابداع شده است٬ استفاده می شود . در این فرایند از واکنش شیمیایی بین دو گاز پروپیلن و آمونیاک در حضور کاتالیزورهای مناسب که شدیداً هم گرمازا می باشد ٬ آکریل نیتریل به همراه HCN تولید می شود که همانطور که گفته شد از پلیمریزاسیون رادیکالهای آزاد آکریل نیتریل ٬ آکریل نیتریل بدست می آید . راکتور مورد استفاده برای پلیمریزاسیون از نوع بستر سیالی یا Fluid Bed می باشد . بعد از تهیه پلی اکریل نیتریل خام باید تعدادی از فرایندهای مناسب برای آماده سازی و هرچه خالص تر شدن آن مورد استفاده قرار گیرد. زیرا در غیر اینصورت الیاف کربن تولیدی مقاومت کششی مطلوب را نخواهند داشت .مهمترین این فرایندها filteration می باشد که ابعاد صافی های مورداستفاده در حد میکرون µ می باشند.

ساخت الیاف کربن :
درفرهنگ واژگان نساجی آمده است : الیاف کربن به الیافی گفته می شود که دست کم دارای 90 درصد کربن هستند و از پیرولیز کنترل شده الیافی ویژه به دست می آیند . اصطلاح الیاف گرافیتی درمورد الیافی به کار می رود که کربن آنها بیش از 99 درصد باشد. انواع گوناگونی از الیاف به عنوان پیش زمینه تولید الیاف کربن وجود دارد که دارای ویژگی های انحصاری و مورفولوژی ویژه هستند .
الیاف کربن از طریق پیرولیز پیش زمینه های آلی که به شکل الیاف هستند ، ساخته می شود . در واقع انجام عملیات حرارتی موجب حذف عناصری مانند اکسیژن ، نیتروژن و هیدروژن و باقی ماندن کربن به شکل الیاف می شود . در پژوهش هایی که برروی الیاف کربن انجام شده ، مشخص گردیده که ویژگی های مکانیکی الیاف کربن با افزایش درجه تبلور و میزان جهت گیری الیاف پیش زمینه و کاهش نواقص موجود در آنها ، بهبود می یابد . بهترین راه برای دست یابی به الیاف کربن با ویژگی های مناسب ، استفاده از الیاف پیش زمینه با بیشترین مقدار جهت گیری و حفظ آن در طی فرآیندهای پایدار سازی و کربنیزاسیون از طریق اعمال کشش در طول فرآیند است .

تولید الیاف کربن از پیش زمینه پلی اکریلونیتریل:

مراحل تولید :
شمای کلی خط تولید به صورت زیر می باشد :
ریسش (Spining):
در این مرحله همانطور که گفته شد یکی از مراحل آماده سازی PAN می باشد . که بعد از انجام filteration مناسب پلی اکریل نیتریلها را بصورت رشته ای یا به صورت تار در می آورند .سپس در دستگاههای ریسش مخصوص به صورت نوعی فیبر در خواهند آمد .

اکسیداسیون(oxidation):
دراین مرحله در کوره های مخصوص فیبرهای اکریلیک تحت درجه حرارتی در حدود 200 الی 300 درجه سانتیگراد ودر حضور هوا یا گازهای مناسب دیگر قرار می گیرند . تا آمادگی کامل برای طی و سپری کردن سایر مراحل تولید را بدست آورند. البته به این مرحله مرحله تثبیت سازی نیز گفته می شود . فیبرهای آکریلیک باید زمانی در حدود 2 ساعت را دراین کوره ها طی کنند.


کربونیزاسیون(Carbonization):
درجه حرارت در این مرحله بین 1000تا 1700 درجه سانتیگراد میباشد . این فرایند باید در یک محیط راکد و معمولا در حضور گاز نیتروژن صورت می گیرد. خواص فیبرهای کربن بعد از طی این مرحله بصورت زیر می باشد :
مدول کششی :200-300GPa
مقاومت فشاری :3GPa
مدول برشی:15GPa

گرافیتاسیون(Graphitization):
این فرایند نیز درون کوره های مخصوصی دریک محیط راکد و در درجه حرارتی بین 2500تا3000 درجه سانتیگراد صورت می گیرد. البته این مرحله در مورد فیبرهایی که باید مدول کششی بالایی داشته باشند اجرا می شود . خواص فیبرهای کربن بعد از طی این مرحله بصورت زیر می باشد :
مدول کششی :500-600GPa
مقاومت فشاری : 16GPa
مدول برشی:10GPa
بعد از طی این مرحله قطر الیاف کربن به 5 الی 7 میکرون می رسد .


عملیات سطحی و اندازه ای( surface treatment and sizing):
در این مرحله سطح الیاف کربن را با باندها و نوارهای شیمیایی وبرای اینکه در هنگام استفاده از رزین در تهیه مواد کامپوزیتی چسبندگی بهتری داشته باشد ٬ آغشته می کنند. و همچنین در مرحله اندازه بندی علاوه بر بسته بندی الیاف کربن و تعیین چگونگی روش بارگیری آن ٬ برای محافظت فیبرهای کربن در طی انجام مراحل بعدی از یک اپوکسی نیز استفاده می شود .

ساختار الیاف کربن :
مشخصه های ساختاری الیاف کربن بیشتر با دستگاههای میکروسکپ الکترونی و پراش پرتوی ایکس قابل بررسی است . برخلاف گرافیت ، ساختار کربن بدون هرگونه نظم سه بعدی است . در الیاف کربن برپایه PAN ، ساختار الیاف در طی عملیات پایدار سازی اکسیدی و متعاقب آن کربنیزاسیون ، از ساختار زنجیره ای خطی به ساختار صفحه ای تغییر می کند . به این ترتیب صفحات اصلی در پایان مرحله کربنیزاسیون در جهت محور طولی الیاف قرار می گیرند . بررسی های اشعه X با زاویه تفرق باز ( Wide angle X-ray ) نشان می دهد که با افزایش دمای عملیات کربنیزاسیون ، ارتفاع انباشتگی و مقدار جهت گیری صفحات اصلی ، افزایش می یابد . قطر منوفیلامنت های PAN تأثیرعمده ای بر نفوذ عملیات کربنیزاسیون در الیاف کربن تولیدی دارد ، به همین دلیل تغییر در ساختار کریستالوگرافی پوسته و هسته هر منوفیلامنت در الیافی که کاملا ً پایدار شده اند ، به وضوح قابل مشاهده است . پوسته از جهت گیری مرجح طولی بالا به همراه انباشتگی زیاد کریستالیت ها برخوردار است درحالی که هسته ، جهت گیری کم تر صفحات اصلی و حجم کم تر کریستالیت ها را نشان می دهد .

عموما ً دیده شده که هرچه استحکام کششی الیاف پیش زمینه بیشتر باشد ، ویژگی های کششی الیاف کربن به دست آمده نیز بیشتر می شود . چنان چه مرحله پایدار سازی به صورتی مناسب انجام گیرد ، در آن صورت استحکام کششی و ضریب کشسانی با کربنیزاسیون تحت کشش ، به مقدار بسیار زیادی در محصول کربنی نهایی بالا می رود . بررسی های انجام شده با دستگاههای پراش پرتوی ایکس و پراش الکترونی نشان داده است که در الیاف کربن با ضریب کشسانی بالا ، کریستالیت ها پیرامون محور طولی الیاف قرار گرفته اند . این درحالی است که صفحات لایه ای با بیشترین جهت یافتگی به موازات محور الیاف استقرار یافته اند . به طور کلی استحکام الیاف کربن به نوع پیش زمینه ، شرایط فرآیند ، دمای عملیات حرارتی و وجود نواقص ساختاری در الیاف ، ارتباط دارد . در الیاف کربن با پیش زمینه PAN و افزایش دما تا 1300 درجه سانتی گراد مایه ی افزایش استحکام می شود ولی پس از 1300 درجه ، استحکام به آرامی کم می شود . این موضوع در مورد ضریب کشسانی نیز صادق است .
الیاف کربن بسیار ترد هستند . لایه ها در الیاف با اتصالات ضعیف و اندروالسی به هم دیگر متصل شده اند . تجمع فلس مانند لایه ها موجب می شود تا رشد ترک در جهت عمود برمحور الیاف به آسانی صورت بگیرد . در خمش ، الیاف در کرنش های بسیار پایین می شکنند . با تمام این معایب ، الیاف کربن از نقطه نظر مجموع ویژگی های شیمیایی ، فیزیکی و مکانیکی منحصر به فردی که دارد ، در بسیاری از عرصه های مهندسی و علوم در دو دهه اخیر تقریبا ً بدون رقیب مانده است .

کاربردهای الیاف کربن :
با یک مقایسه سریع بین خواص این الیاف و فولاد می توان به اهمیت این مواد پی برد
فیبر کربن استاندارد :
مقاومت کششی :3.5GPa مدول کششی230GPa وچگالی 1.75g/ccm
فولاد با مقاومت خیلی زیاد:
مقاومت کششی:1.3GPa مدول کششی210GPa و چگالی 7.87g/ccm
با توجه به جدول پر واضح است که الیاف کربن مقاومت کششی بالاتری نسبت به فولاد دارند در حالی که وزن تقریبا یک چهارم آن را دارا می باشند . به همین دلیل امروزه در صنایع مختلفی بویژه هوا فضا سعی می شود از این الیاف به جای فلزات استفاده شود .
خودرويي به نام XL1 ساخته شركت Volkswagen كه يك خودروي فوق كم مصرف شناخته مي شود در سال 2009 در نمايشگاه قطر به نمايش گذاشته شد.بنا به اظهارات نماينده اين شركت اين خودروي 2 نفره هيبريدي Concept در 170 مايل فقط 1 گالن بنزين مصرف ميكند كه برابر 1 ليتر در 100 كيلومتر است.كل وزن اين خودرو فقط 795 كيلوگرم مي باشد كه بسيار تاثير گزار در مصرف سوخت آن مي باشد و اين وزن بسيار پايين به كمك استفاده از فيبر كربن در قسمت هاي مختلف از جمله بدنه موتور ,سيستم تعليق, گيربكس, ديفراسيل, صندليها و داشبورد بدست آمده است.
در كل فقط 23.2% كل اين ماشين از فولاد و آهن ساخته شده است كه معادل 184Kg ميباشد.
البته بنا به اظهارات اخير شركت Volkswagen اين خودرو در سال 2013 به توليد انبوه خواهد رسيد ولي با صرف سوخت 1.5 ليتر در 100 كيلومتر.


با استفاده روز افزون از الیاف کربن در ساخت خودروهای پیشرفته ، مصرف سالیانه بنزین به سرعت رو به کاهش گذاشته و نیاز به واردات سوخت های فسیلی را که باعث عدم تعادل تجاری می شود به حداقل می رساند . درعوض به منظور گسترش واحدهای تولید مواد کربنی جدید با کاربردهای روبه رشد در ساخت خودروهای کربنی ، میلیون ها فرصت شغلی در کشور پدیدار می شود .
10سال آینده را می توان دهه حکومت این الیاف در تمامی جنبه های صنعتی پیش بینی کرد.

- الیاف کربن در موارد صنعتی گوناگونی به کارمی رود که در این جا نمونه هایی از آن ارایه شده است :

صنعت حمل و نقل:
کاربردهای صنعت حمل و نقل بدین گونه اند : مخازن گاز مایع خودروها ، قطعات موتور ، کمک فنر ، شفت های انتقال نیرو ، ملحقات چرخ و جعبه فرمان ، لنت های ترمز ، بدنه ماشین های مسابقه ، بدنه کشتی ها و فنرهای لول .

صنایع ساختمانی و معماری:
مواد ساختاری پل ها ، ساز و کار پل های جمع شونده ، تقویت کننده بتن های پرمقاومت ، سازه های باربر ، دیوارهای جداکننده ، سازه های پیش تنیده برای کمک به سازه های بتنی حمل بار ، استفاده در تعمیر ساختمانهای در حال تخریب ، استفاده در جداره داخلی تونل ها برای جلوگیری از ریزش تونل و استفاده در رمپ ها برای جلوگیری از ریزش خاک را می توان از کاربردهای ساختمانی این الیاف دانست .


صنایع هواپیما سازی و هوافضا:
سازه های داخلی کابین مسافرین اعم از پانل های جداره صندلی ها و میزها ، پوشش ها ، اجزای سازه ای ماهواره ها ، لبه بال هواپیماهای جنگنده ، نوک هواپیماهای مافوق صوت ، نازل موشک های دوربرد و قطعات حساس موتور هواپیماها نیز می توانند دارای الیاف کربن باشند.

صنایع پزشکی:
الیاف کربن در ساخت استخوان مصنوعی ، اجزای تجهیزات پرتوی ایکس ، صندلی های چرخدار ، انواع اجزای مصنوعی بدن برای معلولین و دریچه قلب به کار می روند .

بخش انرژی:
از جمله کاربردهای الیاف کربن در بخش انرژی ، می توان بدین موارد اشاره کرد :
باتریهای سوختی ، پره های توربین و پره های آسیاب های بادی برای تولید برق از انرژی باد .

صنایع الکترونیک ، تجهیزات الکتریکی و ماشین سازی:
این کاربردها عبارتند از : قاب رایانه های همراه ، اجزای رایانه ها ، بازوی ربات های صنعتی ، چرخ دنده ها ، غلتک ها ، چرخدنده های پرسرعت ، قطعات خود روغنکاری شونده ، آنتن ها ، مواد عایق الکتریکی ، مخازن تحت فشار ، غلتک چاپ گرها و قاب تلفن های همراه

حتی در تهیه ابزارالات ورزشی نیز ( چوب گلف و راکت تنیس) نیز امروزه از این الیاف استفاده می شود . تنها مشکل و ایراد وارد براین الیاف بدون توجه به مسئله زیستی و محیطی مقاومت پایین این کامپوزیتهای در برابر ضربه می باشد که برای جبران این نقص از سایر انواع کامپوزیتها به عنوان مکمل مثل فیبر شیشه استفاده می شود .
ديگر عيب آنها قيمت آنهاست كه بسيار بالا ميباشد به طور مثال در سال 1390 در ايران هر كيلو گرم فيبر كربن از 210 تا 250 هزار تومان قيمت داشت.ولي انتظار ميرود با پيشرفت و توسعه تكنولوژي ساخت فيبر كربن قيمت آن كاهش يابد.
البته در مورد ايران ميتوان با توجه به وفور و ارزاني قير و همچنين زيان بار بودن آن براي محيط زيست زمينه هاي استفاده از اين ماده براي توليد فيبر كربن را ايجاد كرد در اين صورت نه تنها از پرداخت هزينه هايي براي جبران زيان هاي زيستي جلوگيري مي شود بلكه از اين طريق درآمد زايي هم ميشود.

بازيافت الياف كربن:
در اين فرايند الياف كربن پس از تميز شدن تا دماي 480 درجه ي سانتي گراد گرم مشوند و پس از مدتي ماندن در اين دما اپوكسي و رزين از بين مي روند بدون آنكه به اليفا كربن آسيبي برسد و بدين ترتيب الياف كربن بازيافت ميشود.
با توجه به رشد بسيار تند استفاده از اين مواد،بايد همزمان زير ساخت هاي مربوط به بازيافت آنرا نيز ايجاد كرد.همچنين به علت هزينه بالاي بازيافت اين مواد ،بايد در هنگام مصرف كمترين پرتي و زايد را ايجاد كرد.

سلام
با تشکر از مطالب مفیدتون
دوست عزیز ذکر حداقل یک منبع برای درج مطالب الزامیست
لطف کنید مشخص کنید
ممنون

 

[tsp.co]

سلام!
دوستانی که علاقه و حو صله برای یک کار جدی در زمینه الیاف کربن رو دارن به تاپیک زیر سری بزنن!
با تشکر مدیر تالارمکانیک!
http://www.www.www.iran-eng.ir/showthread.php/391968-طراحی-خطوط-تولید/page1

 

[nmaali]

سلام دوستان در صورت امکان به سوالات زیر پاسخ بدید. باتشکر فراوان

1- در الیاف کربن پایه پلی اکریلو نیتریل(PAN) چرا با افزایش دما از400 به 2800 درجه سانتیگراد علیرغم افزایش مدول یانگ استحکام مکانیکی تا محدوده ای افزایش وسپس کاهش می یابد؟
2-چرا در ساختار فروالکتریک پروسکایتی با کاهش اندازه ذرات ثابت دی الکتریک افزایش می یابد؟

باتشکر مجدد

 

[P O U R I A]

عوامل مؤثر بر افزایش تولید الیاف کربن (قسمت اول)

عوامل مؤثر بر افزایش تولید الیاف کربن (قسمت اول)

تا به امروز در صنایع مختلف استفاده از الیاف کربن تا به این اندازه افزایش نیافته بود. در میان صنایع مذکور، صنعت هوافضا از بزرگترین مصرف کنندگان این محصول میباشد پس از صنعت هوا فضا، صنعت خودرو، صنعت توربین بادی و مخازن تحت فشار قرار میگیرند که در آنها برای استفاده از الیاف کربن پتانسیل زیادی وجود دارد. با توجه به اینکه برای تولید الیاف کربن به سرمایه هنگفتی نیاز است، چگونه میتوان سرمایه لازم برای تولید انبوه الیاف کربن را تأمین نمود و آن را در اختیار صنایع مذکور قرار داد؟ در ادامه، پیشرفت های اخیری که در این زمینه حاصل شده است، در اختیار علاقمندان قرار می گیرد.
آمارهای جدید حاکی از آن است که طبق معمول تقاضا برای الیاف کربن بیشتر از ظرفیت تولید سالانه این محصول می باشد. بنابراین در آینده برای پاسخ دادن به تقاضای مشتریان باید بیشتر سرمایه گذاری شود. برخی از این مشتریان مدتهاست که در انتظارند تا به تقاضای آنها به طور کامل پاسخ داده شود.

ظرفیت تولید الیاف کربن
در این قسمت مجال آن نیست که بار دیگر تفاوت های بین انواع مختلف الیاف کربن را مرور کنیم. در حال حاضر قسمت اعظم الیاف کربن موجود در جهان با استفاده از ماده اولیه پلی آکریلونیتریل تولید میشود. دو نوع الیاف کربن بر پایه پلی آکریلونیتریل وجود دارد که عبارتند از الیاف کربن با تاو کوچک و الیاف کربن با تاو بزرگ، الیاف کربن با تاو کوچک (حداکثر 24,000 لیف کربن در هر هسته الیاف که با نام الیاف کربن با تکس یا شماره نخ k24شناخته میگردد) در کاربردهایی که به الیافی با مدول کششی بالا یا بسیار بالا نیاز دارند، مورد استفاده قرار میگیرد. الیاف کربن با تاو بزرگ (با تکس بیشتر ازk24)از خواص مکانیکی بالایی برخوردار میباشد اما گران است. طبق آمار، در سال 2013 میلادی ظرفیت اسمی تولید الیاف کربن با تاو کوچک سالانه 89،700 تن بود باید تا سال 2016 میلادی به 111,900 تن برسد (جدول 1 ملاحظه گردد). در همین سال ظرفیت اسمی تولید الیاف کربن با تاو بزرگ 32,700 تن در سال بود که تا سال 2016 میلادی باید به 43,200 تن برسد (به جدول 2 مراجعه شود). در سال 2013 میلادی در جهان 122،400 تن الیاف کربن تولید شد در حالیکه در سال 2015 میلادی تولید جهانی الیاف کربن به 155،100 تن خواهد رسید. در حال حاضر برای بازارهای هدف حدود 1،690 تن در سال الیاف کربن بر پایه قیر تولید میشود. از این مقدار، 1000 تن توسط شرکت میتسوبیشی پلاستیکس، 400 تن توسط شرکت سایتک و 240 تن توسط شرکت نیپون گرافیک فایبر وارد بازار می گردد.

 

[P O U R I A]

بحران اقتصادی سال 2008 میلادی سبب گردید که تولید الیاف کربن در مقیاس صنعتی کاهش یابد اما به دلایل مختلف در بازار خودرو تقاضا برای این محصول بیش از گذشته افزایش یافت. پیش بینی میشود که بین سالهای 2020 و 2021 میلادی در صنعت خودرو تقاضا برای الیاف کربن باز هم افزایش یابد زیرا تا آن زمان باید در اروپا میزان انتشار گاز دی اکسید کربن به 95 گرم در کیلومتر کاهش پیدا کند. در آمریکا و چین به ترتیب این میزان باید به 113 و 119 گرم در کیلومتر برسد. در غیر اینصورت تولیدکنندگان خودرو در این کشورها مجبور خواهند شد خط تولید خود را متوقف کنند. برای رسیدن به این هدف، تولیدکنندگان خودرو ناچارند که وزن خودروهای خود را کاهش دهند. این امر هم میسر نخواهد بود مگر اینکه آنها در محصولات خود از الیاف کربن بیشتر استفاده کنند. بدیهی است که این وضعیت به نفع تولید کنندگان الیاف کربن تمام خواهد شد. همچون گذشته، مقایسه بین ظرفیت اسمی تولید الیاف کربن و تقاضا برای این محصول نشان میدهد که ظرفیت تولید بیشتر از تقاضا میباشد. اما وضعیت پیچیده تر از آن چیزی است که به نظر میرسد. ظرفیت واقعی تولید با استفاده از ضریب تولید محاسبه میگردد. ضریب تولید الیاف کربن با تاو کوچک7% و ضریب تولید الیاف کربن با تاو بزرگ 9% است. البته نباید از نظر دور داشت که این ضرایب از محصولی به محصول دیگر تغییر می کنند. کشور چین ادعا می کند که 30 شرکت این کشور در زمینه تولید الیاف کربن فعالیت می کنند اما نمی توانند به تقاضای داخلی این کشور پاسخ دهند. در اواخر سال 2013 میلادی بخش مواد اولیه صنعتی وزارت صنعت و فناوری اطلاعات کشور چین اعلام کرد که این کشور قصد دارد تسهیلاتی را در اختیار شرکت های بزرگ تولید کننده الیاف کربن قرار دارد تا بتوانند با تولیدکنندگان جهانی این محصول رقابت کنند به گفته وزارت صنعت این کشور، طبق آمار در میان مدت میزان تقاضا برای الیاف کربن کاهش می یابد و میانگین ضریب تولید الیاف کربن در سطح جهانی افزایش پیدا می کند.

 

[P O U R I A]

عوامل مؤثر بر افزایش تولید الیاف کربن (قسمت سوم)

عوامل مؤثر بر افزایش تولید الیاف کربن (قسمت سوم)

خبرهایی در مورد تولیدکنندگان جدید الیاف کربن
در اواخر سال 2013 میلادی شرکت تورِی اعلام کرد که شرکت زولتِک را خریداری نموده و به این ترتیب سهم بزرگی از بازار الیاف کربن را در اختیار گرفته است. قبلاً شرکت تورِی از چنین جایگاهی برخوردار نبود زیرا فقط الیاف کربن با تاو کوچک را به بازار عرضه می کرد. اما در حال حاضر ظرفیت تولید شرکت تورِی به طور چشمگیری افزایش یافته است و می تواند نیازهای صنایع خودرو و توربین بادی که از مصرف کنندگان عمده الیاف کربن هستند را تأمین نماید. شرکت تورِی با خریداری کردن شرکت زولتِک ثابت کرد که قصد دارد در بازار الیاف کربن همچنان جایگاه خود را حفظ نماید. در اوایل سال 2014 میلادی شرکت تورِی مجدداً به عنوان پرچمدار تولید الیاف کربن مطرح گردید. اما شرکت تورِی قصد دارد که جایگاه برتری را کسب نماید و قبلاً نیز اعلام کرده بود که برای تولید الیاف کربن بر پایه پلی اکریلونیتریل مبالغ هنگفتی را در کشورهای فرانسه و آمریکا سرمایه گذاری کرده است. شرکت هِکسِل نیز در کشور آمریکا شعبه ای را تأسیس نموده است و برای نسل جدید هواپیمای ایرباس A350XWB الیاف کربن تولید می کند. شرکت سایتِک نیز خط تولید جدیدی را در آمریکا راه اندازی نموده و به این ترتیب ظرفیت تولید خود را افزایش داده است. پتانسیل بالای بازار الیاف کربن به علاوه نیاز روز افزون صنایع نظامی و توربین بادی به محصولاتی سبک تر سبب گردیده است که تولیدکنندگان جدیدی نظیر شرکت روستِک (واقع در کشور روسیه) و شرکت رادیسی (واقع در کشور برزیل) به جمع تولیدکنندگان الیاف کربن بپیوندند.


نتیجه گیری
در حال حاضر بازار الیاف کربن از بی ثباتی رنج می برد. به این ترتیب که موقعیت برخی تولیدکنندگان الیاف کربن به خطر افتاده است، شرکتهای با تجربه سعی می کنند که در بازار الیاف کربن جایگاه خود را تثبیت نمایند و برخی شرکتهای نوظهور به این بازار ملحق شده اند. فناوری تولید الیاف کربن نیز دستخوش تحولاتی گشته است و با استفاده از فناوری های نوین، الیاف کربن جدیدی به بازار آمده است. تحقیقاتی در حال انجام است که اگر به نتیجه برسد، برای تولید الیاف کربن از مواد اولیه جدیدی استفاده خواهد شد. مشتریان الیاف کربن مشتاقانه در انتظار به سر می برند تا در میان مدت خبرهای خوشی از بازار الیاف کربن به گوششان برسد.



منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت