شنبه , ۱۳ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
DipWraps-chicago-carbon-fiber-textured-black-vinyl-vehicle-wrap-material

فیبر کربن

فیبر کربن

ارسالی از : محدثه سادات وصال

دیباچه

فیبر کربن ماده ای است با طول زیاد و ضخامت بسیار کم که به طور عمده از اتم های کربن تشکیل شده است و با فواصل قطری ۰،۰۰۵ و ۰،۰۱۰ میلیمتر به هم تابیده شده اند.اتم های کربن به صورت کریستال های میکروسکوپیکی که در جهت محور اصلی فیبرهای کربن قرار گرفته اند به هم متصل شده اند جهت گیری کریستال، فیبرها را به طور خارق العاده قدرتمند می کند. هزاران هزار فیبر کربن به هم تابیده می شوند تا یک رشته نخ کربنی به وجود بیاید که می توان از آن به طور مستقل یا بافتن در یک ماده ی دیگر استفاده کرد. یک تک رشته ی فیبر کربن در آن بافته شده را با رزین اپوکسی مخلوط می کنند و توسط روش قالبگیری یا تنیدن درهم شکل داده می شوند تا مواد کامپوزیتی مختلفی از آنها بدست بیایند.

این ماده کاربردهای شگفت انگیزی دارد، الیاف کربن با توجه به خواص فوق العاده مکانیکی،حرارتی و الکتریکی از کاربردهای متنوعی برخوردار است، در صنایع هوایی در بدنه هواپیماهای بویینگ۷۸۷،ایر باس

صنایع عمرانی برای تقویت بتن،تونل،پل،ستون

صنایع پزشکی،پانسمان های سوختگی،آتل،اعضای مصنوعی داخل بدن،پروتز،داروهای گوارشی

صنایع خودروسازی،خودروهای فوق سبک،سیستم انتقال قدرت،ترمز

در ورزش نیز  شاید نقش حیاتی دارد.

 

 

تاریخچه فیبر کربن

 image003
 توماس ادیسون

شما حتما شگفت‌زده می‌شوید اگر بدانید که فیبر کربن به هیچ وجه یک کشف جدید نیست. توماس ادیسون از فیلامنت‌های (همان رشته‌های نازک یا لیف را گویند) کربن در آزمایشات لامپ خود در سال ۱۸۷۹ استفاده می‌کرده است. او این الیاف را توسط حرارت دادن خیزراندر یک محیط تحت کنترل تولید می‌کرده. لیف کربن که ادیسون ساخته بود از مواد پایه سلولزی بوده است، که امروزه از مواد پایه نفتی ساخته می‌شود. الیاف کربنی که ادیسون توسط آتش زدن خیزران می‌ساخته ضد آتش بوده که آن را برای فیلامنت‌هایی که باید ملتهب می‌شدند ایده‌آل می‌ساخته است.

 

 

بعدا در سال ۱۹۵۸ راجر بیکن (Roger Bacon) تلاش کرد تا الیاف کربن را از رشته‌های ریون (ابریشم مصنوعی) بسازد اما این الیاف خیلی محکم نبودند. تنها در سال ۱۹۶۳ بود که موسسه هواپیمایی سلطنتی در همپشایر انگلستان فیبر کربن محکم تولید کرد. رولز رویس از این فیبرها در موتورهای هواپیمایی خود استفاده کرد.

 image004
 ساختار پلی اکریلو نیتریل

امروزه الیاف کربن از پلیمر پلی اکریلو نیتریل (PAN) ساخته می‌شود. زمانیکه این پلیمر تولید می‌شود به روشی کشیده می‌شود که موازی محور لیف قرار گیرد. این پلیمر سپس در دمای ۲۰۰ الی ۳۰۰oC برای از بین بردن هیدروژن و اضافه کردن اکسیژن به مولکول اکسید می‌شود. سپس پلیمر توسط کربنیزاسیون خالص سازی می‌شود، که با گرم کردن آن تا دمای ۲۵۰۰oC در یک محیط اشباع از نیتروژن این عمل انجام می‌شود. محصول به کیفیت لیف وابسته است و پلیمری با بیش از ۹۰% کربن در آن است. مرحله نهایی در ساخت لیف کربن سایزینگ (sizing) نام دارد. در این مرحله الیفا به صورت پارچه بافته می‌شوند و درون یک رزین اپوکسی قرار داده می‌شوند. چیزی که در آخر بدست می‌آید یک صفحه فیبر کربن سیاه رنگ است که شما می‌تواند برای ساخت موارد بسیاری از آن استفاده کنید.

 

خواص فیبرکربن

فیبر کربن متشکل از مواد غیر ایزوتراپی است!این بدین معناست که تمامی فیبرها دارای نقطه تلاقی در یک جهت از فشارهستند و اگر عملی غیر از این باشد نتیجه عکس خواهد داشت.برای مثال و درک بهتر باید بگویم که چوب ایزوتراپ نیست یعنی پس از حس کردن نیروی زیاد از هم متلاشی می شود اما آلومینیوم و مس اینگونه نیستند و در خود جمع می شوند و باید بگویم که فیبر کربن ۳ برابر محکمتر و ۴برابر سبک تر از فولاد است! از فیبر کربن برای تقویت مواد پلاستیکی استفاده می شود.این مواد به مناسبت سبکی ، استحکام ، صلابت و مقاومت خود در قبال خستگی وسایل قابل توجه است که یک نوع استفاده از آن در خودرو و نیز در تیونیگ خودروها مورد استفاده قرار می گیرد.

تراکم و چگالی انبساط نیرو در فیبر کربن و فولاد نیر در مقا یسه در جدول زیر و برتری فیبر کربن کاملا مشخص می باشد:
قدرت انبساط چگالی قدرت ویژه
فیبرکربن ۳٫۵۰ ۱٫۷۵ ۲٫۰۰
فولاد ۱٫۳۰ ۷٫۹۰  ۰٫۱۷
تکنولوژی کنونی،صنعت خودرو و  فیبرکربن

امروزه استفاده از مواد جدید در صنعت خودروسازی امری کاملاً عادی و معمول شده است. در گذشته شاسی تمامی خودرو ها از فلزات سنگین و سخت ساخته می‌شد. شاید دلیل این مساله مقاومت بالای این فلزات در مقابل ضربه و خوردگی بود. اما با گذشت زمان فلزات سنگین و سخت جای خود را به مواد پلاستیکی و کامپوزیتی داده اند که نه تنها مقاومت آنها از این‌گونه فلزات بیشتر است، بلکه وزن بسیار کمتری داشته و می‌توانند در مصرف سوخت و عمر خودرو تاثیر بسیاری بگذارند.

برای نخستین بار در تولید سوپر جی تی ها این کارخانه مرسدس بنز بود که با همیاری شریکش مکلارن در سری مسابقات فرمول یک اقدام به استفاده از تکنولوژی CFRP در ساخت سوپراسپرتSLR گرفت. دکتر ” رودولف شونبرگ” مدیر بخش کسترش ایمنی در خودروهای سواری کمپانی مرسدس بنز در اینباره می گوید:شما نمی توانید از سازندگان سوپراسپرتها توقع داشته باشید که برای حفظ جان مشتریانشان از کلاه ایمنی و یا سیتمهای pre-safe ویا neck pro در خودروهایشان استفاده کنندو به همین دلیل بود که ما پای مواد فیبرکربن درپروسه تولید خودروهای سواری راباز نمودیم.برای مثال در ساختمان جلویی SLR از ۲مخروط کامپوزیتی استفاده کرده ایم که هرکدام حدود ۶۲۰ میلی متر طول و ۳٫۴ کیلوگرم وزن دارند و همین مشخصات برای دفع نیروی حاصل از تصادفات درجلو کافی است و این شاسی قابلیتی دارد تا نیروی وارده از عقب و جلو را در نقاط مختلف تقسیم نماید.

اما مرسدس بنز اخیرا نمونه ای جدید با نام SLR کابریولت روداستر را عرضه نموده که همانند همان تکنولوژی های نمونه کوپه در آن وجود دارد. این رود استر خوش تراش و زیبا در عقب و جلو دارای ۱پوسته حلزون شکل از جنس فیبرکربن است و سایر نقاطی همچون درهای پروانه ای , درپوش ,ستون A داخلی با لایه های فولاد تقویت شده , فریم پهن بدنه , بال عقب و بخش عظیمی از دوردرها نیز ازفیبرکربن تهییه شده اند که چنین شاسی را قادر می سازد ۵۰ درصد بیش ازخودروهای معمولی وزن را تحمل کند ونکته جالب در خصوص همین درهای پروا نه ای آن است که از تکنولوژیSLR افسا نه ای سال ۱۹۵۵ در ساخت آن استفاده شد.
متخصصین بخش ایمنی دایملرکرایسلر در ابتدا بروی جنس بخشهایی از هواپیما نظیر ملخ , سبکان هدایت و بالچه های تعادلی در هنگام فرود تحقیقاتی بعمل آوردند و به این نتیجه رسیدند که فیبرکربن ۵۰ % از فولاد و۳۰% از آلومینیوم مقاومتراست و با این اوصاف می توانستند خودرویی تولید کنند که در کنار مقاومت و ایمنی بسیار سبک بوده و البته دارای هندلینگ مثال زدنی , دارا بودن پایداری استثنایی بروی زمین و مصرف سوخت کمتری باشد.با استفاده از این تکنولوژی مهندسین مرسدس بنز و مکلارن توانستند میزان نیروی فشار آورنده به سقف SLRکابریو را تا میزان چشمگیری کاهش دهند و سفقی تولید نمودند که دارای ۲ فاکتور سبکی و و استحکام بود و این مزیت SLR کابریو را قادرمی سازد که دارای یک Soft Top ایمن باشد. که تنها توسط یک شاسی در کنسول وسط در عرض ۱۰ ثانیه باز شود و با چنین قالیتهایی راننده می تواند باسقف باز مرز سرعت ۳۰۰ کیلومتررادرهم شکند. شایان توجه است که سقف SLR کابریو در جلونیز دارای یک قوس آلومینیومی است که هنگام باز بودن کابریو آنرا در شرایط ایمنی نگاه می دارد.

در بخش عقب SLR نیز ۲ لایه داخلی از ورقه های روی هم رفته فیبرکربن که بصورت ستبر یکدیگررا قطع نموده اند و قادرهستند به میزان چشمگیری نیروی حاصله از ضربات را جذب نمایند استفاده شده که درکنار انها ۲ لایه آلمینیومی محکم در درها هم دیده می شود. البته جنس دیواره حائل میان موتور با اطلاق ( Firewall ) از فیبرکربن نمی باشد.همچنین نکته قابل توجه در خصوص این محصول جدید مرسدس بنز انجام تست آیرو استاتیکس و آیرودینامیک درتونل باد است که نقاطی همچون سقف , اسپویلرهای شکاف دهنده هوا , دفیوزرها وششهای کنار درها مورد آزمایش قرارگرفته و سبب بروز تعادل مناسب در اکسلها و ایجاد نیروی مناسب down Force در اکسلهای عقب و جلو شده است که نتیجه پایانی کار دسترسی به میزان cd 0.367باسقف بسته و ۰٫۴۰۷۸ با سقف باز شده است و این سور اسپرت را در کنارقدرت و توان مثال زدنی حرکتیش از نظر ایمنی یک محصول سرآمد و باکیفیت فوق العاده در سراسرجهان معرفی نموده که اگرچه همانند فرراری , بوگاتی , لمبو , کونیخ و یا آسکاری در تعداد کمیابتولید نشده اما همانند یک اطلاقک ضد ضربه است که هر هزارم ثانیه از جان سرنشین را بیمه می کند

تولید ارزانتر فیبر کربن و چشم انداز آن در صنعت خودرو

         ترکیب الیاف گرافیتی کربن بافته شده با رزین در لایه های متناوب می تواند منجر به ساخت قطعه ای با کیفیت و مقاومت بالا و در عین حال سبک و شیک شود. از سوی دیگر هزینه بالای تولید که بیش از ۲۰ دلار در هر کیلوگرم می باشد، می تواند بزرگترین مانع در صنایع برای استفاده از الیاف کربن باشد. این در حالیست که این هزینه تنها شامل مواد اولیه می باشد و ساخت قطعات نیاز به دقت بالا و ظرافت و در عین حال زمانی طولانی برای پخت دارد.

برای کاهش هزینه تولید در صنایع خودروسازی، هر کدام از شرکتها راهکار منحصر به فرد خود را بکار گرفته اند. که عمدتا شامل شراکت با سازندگان بزرگ این مواد یا سرمایه گذاری روی روشهای صنعتی تولید می شود.
قسمت عمده هزینه تولید فیبرها از پلی اکریلو نیتریل (PAN) به میزان انرژی الکتریکی مورد نیاز این رشته ها برای تبدیل به الیاف گرافیتی مربوط می شود. بنابراین BMW با کمک توربینهای بادی و خورشیدی و تاسیسات نزدیک به یک سد با برق آبی، هزینه های برق مصرفی کارخانه را به ۲٫۸ سنت به ازای هر کیلو وات کاهش داده که ۶۰ درصد کمتر از میانگین هزینه برق مصرفی در تاسیسات SGL می باشد. این امر یکی از بهترین روشهای کاهش هزینه تولید الیاف می شود. یکی دیگر از سرمایه گذاریهای مشترک بین SGL و میتسوبیشی برای تولید الیاف از ابریشم مصنوعی و با تکنیک گرم کردن تدریجی است.
در مرحله نهایی تا ۵۰ هزار نخ از الیاف کربن برای ایجاد یک نوار کربنی در هم تنیده و بافته می شوند. این نوارها در نهایت در ساختارهایی نظیر مشبک یا راه راه، بافته و تبدیل به پارچه می شوند. در نهایت برای ساخت هر قطعه از بدنه خودرویی مثل ب ام و i8 یا i3 باید از روی هم نهادن حداقل ۵ لایه از این پارچه های برش داده شده همراه با تزریق مقدار کافی رزین و سایر مواد و سپس پخت در اتوکلاو نام برد. مرحله پخت اکنون با روشهای سرد و گرم کردن اتوکلاو توسط روغن تنها ۱۷ دقیقه زمان می برد و یک تاسیسات بزرگ نظیر Plasan میشیگان قادر است سالانه ۴۰ هزار قطعه برای خودروهای کوروت، وایپر و احتمالا نسل بعدی خودروی الکتریکی ولت تولید کند.آزمایشها نشان می دهد که استفاده از قطعات فیبر کربنی با کاهش مصرف سوخت و افزایش پیمایش به میزان ۱۰ درصد، در نهایت نسبت به نمونه های فولادی یا آلومینیومی به صرفه نیز می باشد. مخصوصا زمانیکه بدانیم تا سال ۲۰۲۵ میزان مصرف سوخت خودروها باید به ۴٫۳ لیتر در صد کیلومتر کاهش یابد

تیم های فرمول ۱

عموم تیمهای فرمول۱ از اشباع نمودن صمغهای اپوکسی و لایه های طبقه بندی شده شانه عسلی آلومینیوم که بصورت ساندویچی میان ۲ لایه از فیبرکربن قرار می گیرد استفاده می نمایند.این شاسی معمولا نخستین مرحله از تولید یک خودرو است و مراحل دیگری آنراتکمیل می کنند.شاسی اصلی همیشه متشکل از ۸ پنل یا لایه است . بنابراین نخستین مرحله تولید شامل ساخت یک نقشه جامد برای آشنایی با ساخت قطعات دیگر است و مدل اصلی , تولیدشده از۱۰ لایه دربرگیرنده فیبر کربن با ” صمغ اشباع ” شده که در بالای هرالگو قالب اصلی را تولید می نمایند.همچنین تولید کالبد اصلی هم شامل مراحلی همچون : درگیر و پرنمودن نمودن فضاهای خالی و انباشتن توده های گرم بروی یکدیگر می گردد و حال , کالبد اصلی آماده استفاده کردن است .
فاز بعدی ساخت قطعات واقعی خودرو است که از تکه قطعات آلومینیوم و فیبر کربن اشباع شده تشکیل شده و با دقت کم نظیری درداخل قالبها ریخته می شوند. بدین وسیله است که ورقه های حیاتی فیبرکربن در یک جهت برای تولید جسمی با استحکام مثال زدنی قرار می گیرند و برای مثال مجموع ۵ لایه از فیبرکربن پوسته بیرونی شاسی را تشکیل می دهند . مرحله بعدی تقویت و بهینه سازی فیبرکربن در یک زودپزبخار است که این عمل فیبرکربن را عریان در مقبل گرما قرار داده و انرا با مواد دیگر که مورد نیاز است همگرا می کند.در طول این عمل ” صمغ ” با فیبرکربن لقاح داده شده و یکباردیگر پوسته بیرونی تقویت و سپس سرد شد و بعد لایه های آلومینیومی شانه عسلی با صمغ به پوسته بیرونی چسبانده شده تا بتوانند با قراردادن مواد درکنار یکدیگر از آنها محافضت نمایند . پس از آن قاب شاسی به زود پز بخار برای استحکام بیشتر برگردانده می شوند. پس از خارج نمودن از زود پز و سرد نمودن مجد د, یک لایه متشکل از ورقه های اشباع شده فیبرکربن بروی لایه اصلی و زنده بدنه قرار می گیرند و برای قرار گرفتن در بار آخر در زودپز آماده می شوند و بعد از ان آماده تولید محصول می گردند. شایان ذکر است هر ورقه فیبرکربن از ۴۸ لایه تشکیل شده که به یکدیگر دوخته می شوند.هرکدام از این تکه ها سپس بریده و به شکل دلخواه درآمده ودر۲بخش Tشکل جاسازی می شوند و توسط تارهایی به هسته اصلی پلیستر الحاق می شوند.مرحله بعدی هم بافتن این لایه توسط ماشین مخصوص بافندگی است که از ۲۵۰۰۰ مغز تشکیل شده . این تکنولوژی تولد کننده راقادر می ساز دکه به اندازه نیار ضخامت و یا نازکی هر لایه را خودش تعیین کند. در برخی دیگر ازمراحل تولید نیز یک کامپیوتر مراحل پرزدارکردن را کنترل می کند .

 

کمپانی معروف Lamborghini در یکی از محصولات بسیار زیبای خود که دارای طراحی بدنه کاملا جدیدی می باشد از کامپوزیت فیبر کربن ((CFC استفاده کرده است . اجزای بیرونی خودرو با این نوع کامپوزیت و همینطور فولاد کار شده که کاملا با یکدیگر مقاوم شده است کمپانی BMW در برخی از محصولات خود در قسمت ورودی هوا از الیاف فیبر کربن استفاده کرده است مه علاوه بر زیبایی از استحکام بسیار خوبی برخوردار می باشد .صندلی های بسیار سبک وزن با ساختار فیبر کربن مجهز به کمربندهایی با شش نقطه اتصال ساخت کمپانی معروف sparco همراه با بارها ( لوله های واژگونی و تصادف ) علاوه بر خود نمایی ایمنی راننده را تضمین می کند .

استفاده از فیبر کربن در ساخت رینگهای خودرو که باعث شده است وزن خودرو به صورت محصوصی کاهش پیدا کند و نیز علاوه بر سبک بودن بسیار مقاوم نسبت به ذربه می باشد .در مسابقات اتومبیلرانی به دلیل این که هر چه خودرو از وزن کمتری برخوردار باشد می تواند سریعتر حرکت کند و امتیاز بیشتری را کسب کنند از این نوع رینگها استفاده می کنند .

در بدنه خودرو به خصوص در صنایع تیونیگ خودرو تیونرها در قسمتهای مختلف اتومبیل از الیاف فیبر کربن استفاده می کنند به دلیل شکل پذیری بیشتر نسبت به مواد فلزی و مقاومت بالا.از این الیاف در داخل خودرو نیز استفاده می شود قسمتهایی که بیشتر در دسترس استفاده قرار می گیرد مانند فرمان ، کنسول میانی ،در قسمت رکاب از داخل خودرو و … که نمای بسیار زیبایی به داخل خودرو می دهد .

لامبورگینی و سبک شدن

Gallardo LP 570-4 Spyder یکی از تاز هترین محصولات لامبورگینیا ست که قرارا ست ا ز سال ۲۰۱۱ به تولیدا نبوه برسد. ا ین خودرو دو مشخصه سبکی وزن و ساختار آیرودینامیکی را یکجا به همراه دارد. در محصول جدید لامبورگینی که نسخه به روز شده ایا ز یک خط تولید با عمر چند ساله است به لطف بهر هگیری از تازه ترین دستاوردهای علم مواد از ترکیبات مخصوصی برای ساخت بدنه خودرو استفاده شده است که وزن آن را تا ۶۵ کیلوگرم نسبت به نسخه قبلی کاهش داده و به ۱۴۸۵ کیلوگرم رسانده است. معمولا در خودروهایی که رو باز به شمار می آیند وزن خودرو قابل توجه است، ا ما در این محصول جدید تلاش چشمگیری برای رفع این نقیصه شده است. بهره گیریا ز مواد ساخته شدها ز فیبرکربنی دربخشهای زیادیا ز قسم تهای داخلی و خارجی خودرو موجب شده تا برخی حتی آن راب ه عنوان یکیا ز سبک وزن ترین خودروهای اسپرت و سرعتی جهان به شمار آورند. معمولا در خودروهای اسپرت به کارگیری مواد ساخته شدها ز فیبر کربنی بیشتر از سایر خودروها به شمار می آید چون سبکی وزن خودرو موجب می شود سطح مانوردهی آن به طرز قابل توجهی افزایش یابد. در عین حال تولید آلاینده دی اکسیدکربن نیز در این خودرو در سطح بسیار پایینی قرار دارد. موتور این خودرو ۱۰ سیلندری است که با گنجایش۵ /۲  لیتر توان قابل توجه ۵۷۰ ا سب بخار را تولید می کند.ا ین توان برای حرکت شتابان خودرو و عقب نماندن در کورس رقابت با خودروهای رقیب کافی است.

در محصول جدید لامبورگینی حتیب ه سبکی تایرها نیز توجه شده است. تایرهایی که برای این خودرو در نظر گرفته شدها ست محصول شرکت پیرلی هستند. پسا ز بررس یهای فراوان تایرهای مختص خودروهای اسپرت زیر این خودرو بسته شده تا آنها نیز Pirelli P Zero Corsa در سب کتر کردن وزن نهایی خودرو سهم داشته باشند. باید پذیرفت در تمامی خودروهای ساخت لامبورگینی قدرت قابل توجه موتور و عملکرد دقیق، دو مشخصه بارز باید تمرکز صورت LP 570به شمار م یآیند،ا ما در ۴ گرفته بر روی جوهره زبان طراحی را نیز بها ین فاکتورها اضافه کرد. بدنه خودرو ساختاری کشیده و عاریا ز هر گونه زوائد و دکوربند یهاست. به عبارت دیگر خبریا ز خطوط زوائد و دکوربند یهاست. به عبارت دیگر خبریا ز خطوط نیز در بدنه دیده م یشود نشانا زا بتکارعملی برای کاهش مصرف سوخت و در عین حال افزایش ساختار آیرودینامیکی خودرو دارد.

سپر سه بعدی

در سرعتهای بالا کاستن از مقاومت شدید هوا تنها ابزار ممکنب رای دستیابیب ه حداکثر سرعت و در عین حال کاستن از مصرف سوخت است. مهندسان لامبورگینی برای این منظور در مرکز Lamborghini’s Centro Stile دست بها نجام یک سری آزمایشات پیشرفته زدند که در آن تونل باد نقش یک کانون مرکزی را داشت. آنها درا ین تونل سپر جلویی لامبورگینی جدید را که ساختاری سه بعدی و ذوزنق های دارد بارها مورد بررسی قرار دادند. وجود حفر ههای بزرگ در این سپر موجب م یشود تا جریان هوا با کمترین مقاومت وارد بخش موتور شده و در عین حال به خنک سازی آن نیز کمک کند سری به قسمتهای داخلی خودرو م یزنیم درا ین بخش وسیع نیز ردپای فیبر کربنی دیده م یشود. مهندسان لامبورگینیا ز پن لهای در گرفته تا پوشش اطراف کنسول میان دو صندلی،ا ز فیبر کربنی برای ساخت قسمتهای مختلفا ستفاده کرد هاند تاب دین ترتیب گرمب ه گرم از وزنن هایی خودرو کاسته شود. صندل یهای خودرون یزا زا ین ابتکار عمل ب ینصیب نبود هاند به طوری که باا ستفادها زا ین مواد نه تنها احتمال تعریق پشت بدن راننده و سرنشین بسیار کم م یشود بلکه باز هم به کاستن ا ز وزن نهایی خودرو کمک م یشود. با بهر هگیریا ز تاز هترین دستاوردهای علم مواد، به جای استفاده از چرم برای پوشش صندل یها از ماد های موسوم به Alcantara ا ستفاده شدها ست که نه تنها وزن بسیار کمی دارد بلکه طول عمر مفید چشمگیری نیز داشته و در عین حال به زیبایی فضای داخلی خودرو کمک م یکند. البته تلاش برای دستیابی به خودرویی با وزن بسیار کم به معنای آن نبوده است که توجهی به برخی نکات و امکانات مورد نیاز درون خودرو نشود. در همین راستا سیست مهای تهویه مطبوع هوا و شیشها لکتریکی خودرو همچون بسیاری از بخ شهای دیگر سر جای خود قرار دارند. استفاده از عنصر گران قیمت تیتانیوم در ساخت پی چها و بخ شهاییا ز سیستم نگه دارنده چر خها باا ین نگرشا نجام شدها ست که خودرو نه تنهاا ستحکام بیشتری پیدا کند بلکه با وزن کمتری در جاده به حرکت خود ادامه دهد. در نگاه کلی م یتوان Gallardo LP 570-4 Spyder را تلاشی برای رسیدن به سبکی و شتاب مضاعف دانست.

 

صنایع هوافضا و فیبر کربن

صنایع هوا فضا یکی از اولین صنایعی است که از فیبر کربن استفاده کرده است. استاندارد های بالای فیبر کربن آنرا جایگزین مناسبی برای آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم ساخته است. اولین دلیلی که صنایع هوا فضا به فیبر کربن علاقه نشان می دهند سبک بودن آن است.

هر کیلوگرم که از وزن صرفه جویی می شود تاثیر قابل توجهی در کاهش مصرف سوخت دارد، به همین دلیل است که هواپیمای ۷۸۷ دریم لاینر که به کمک فیبر کربن مقدار قابل توجهی از وزنش کم شده است به پر فروش ترین هواپیمای مسافربری در تاریخ لقب گرفت در این هواپیما مقدار زیادی از بدنه و شاسی از فیبر کربن ساخته شده است

ورزش و لوازم ورزشی و فیبر کربن

یکی دیگر از بازار های پر رونق برای فیبر کربن لوازم ورزشی است. ورزشکاران برای دستیابی به رکورد های بالاتر و پیروزی در برابر رقبا حاضرند برای تجهیزات سبک وزنی که با فیبر کربن ساخته می شوند پول بیشتر بپردازند. لوازم ورزشی مانند: راکت تنیس، چوب گلف، چوب بیس بال، چوب هاکی، تیر و کمان و… محصولاتی هستند که برای ساخت آنها از فیبر کربن استفاده می شود.

در رقابت های ورزشی تجهیزات و لوازم سبک و با استقامت بالا برای ورزشکاران برتری ارزشمندی هستند. به عنوان مثال با یک راکت تنیس سبک تر ورزشکار می تواند توپ را با سرعت بالاتری به سمت حریف روانه کند و سریع تر واکنش نشان دهد. و همچنین در مسابقات دوچرخه سواری ورزشکاران از دوچرخه های فیبرکربن و کفش های ورزشی فیبر کربن استفاده می کنند تا در برابر رقبا برتری خود را حفظ کنند.

image005

انرژی و فیبر کربن

بیشتر توربین های بادی از پره هایی استفاده می کنند که از فیبر کربن ساخته شده اند این پره ها بیش از ۴۵ متر طول دارند، چنین پره هایی باید علاوه بر اینکه سبک باشند استحکام بالایی هم داشته باشند معمولاً ۱۰۰ درصد پره های توربین های بادی از فیبر کربن ساخته می شود و در محل اتصال به مرکز یا ریشه توربین چند اینچ ضخامت دارند..

برای یک توربین بادی هر چه پره ها سبک تر باشند راندمان تولید انرژی الکتریسته از باد بیشتر است و در عین حال باید استحکام بالایی هم داشته باشند تا در بتوانند در برابر نیروی بالای ناشی از گشتاور اعمالی به پره ها مقاومت کنند و فیبر کربن به خوبی از عهده این وظیفه بر آمده است.

فیبرکربن جایگزین فولاد در سیم بکسل های آسانسور های آینده

کابل‌های فولادی که در آسانسور مورد استفاده قرار می‌گیرند، بسیار سنگین بوده و علاوه بر افزایش مدت زمان طی کردن مسیر، حداکثر تا ارتفاع ۵۰۰ متری قابل استفاده هستند و در بسیاری از آسمانخراش‌ها، افراد مجبور به پیاده شدن و استفاده از آسانسور دیگر برای رسیدن به طبقات بالاتر هستند. اما محققان شرکت فنلاندی تولیدکننده آسانسور Kone در طی ۹ سال تحقیق و آزمایش موفق به یافتن روشی برای ساخت آسانسوری شده‌اند که قادر به صعود تا ارتفاع یک کیلومتری است. محققان ابرطنابی (Ultarrope) طراحی کرده‌اند که از فیبرکربن در یک پوشش ضداصطکاک ساخته شده است.

طول عمر این ابرطناب دو برابر و وزن آن یک هفتم کابل‌های فولادی است که در مقایسه با نمونه‌های مشابه براحتی نصب شده و هزینه‌های نگهداری و مصرف انرژی را بطور قابل توجهی کاهش می‌دهد. بلندترین آسانسور جهان با استفاده از این ابرطناب در برجی در شهر جده عربستان نصب خواهد شد؛ برج ۶۶۰ متری The Kingdom Tower سال ۲۰۲۰ تکمیل خواهد شد و آسانسور آن با سرعت ۱۰ متر بر ثانیه حرکت خواهد کرد که مدت زمان انتظار و میزان مصرف انرژی را بطور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

محققان پیش‌بینی می‌کنند که تا سال ۲۰۳۰ نسل جدیدی از آسانسورها بر پایه فناوری قطارهای مغناطیسی بر روی آسمانخراش‌های عظیم نصب شوند. چندی قبل شرکت آلمانی ThyssenKrupp از طرح مفهومی آسانسوری رونمایی کرده که امکان حرکت‌کردن چندین کابین را به صورت افقی و عمودی در یک محور به صورت همزمان فراهم می‌کند.

سامانه مفهومی Multi نخستین آسانسور بدون کابل در جهان به شمار می‌آید که از فناوری به کاررفته در ساخت قطارهای فوق سریع مگلو استفاده خواهد کرد؛ محققان امیدوارند که از این طرح در سال ۲۰۱۶ رونمایی کنند

پرینتر سه بعدی که با فیبر کربن پرینت می‌کند و کامپوزیت می‌سازد!

image006

فیبر کربن ماده‌ای با مقاومت بسیار بالا و در عین حال بسیار سبک است و به طور کلی خصوصیات فیزیکی جالبی مثل هدایت خوب گرما و الکتریسیته را در خود جمع کرده است. کامپیوزیت‌هایی با فیبر کربن این روزها کاملاً معروف شده‌اند ولیکن تولید کامپیوزیت کار ساده‌ای نیست مخصوصاً که کیفیت آن متأثر از عوامل زیادی است. با پیشرفت صنعت پرینترهای سه بعدی، راه جدیدی برای استفاده از فیبر کربن در قطعات پیدا شده که به آن می‌پردازیم

در حال حاضر امکان پیش‌خرید پرینتر سه بعدی که قادر به پرینت کردن با فیبر کربن باشد، وجود دارد. استفاده از فیبر شیشه یا فایبرگلَس و همچنین الیاف کِولار هم امکان‌پذیر است. پرینتر Mark One محصولی از MarkForged است که در این عرصه روز به روز معروف‌تر و کاربردی‌تر می‌شود. مدیر عامل اجرایی و در عین حال بنیان‌گذار این کمپانی معتقد است که پرینترهای سه بعدی جدید، طرز تفکر مردم در مورد فیبر کربن را تغییر می‌دهند. فیبر کربن از دنباله‌های طولانی از اتم‌های کربن تشکیل شده است. رشته‌های کربنی در کنار هم قرار می‌گیرند و سپس به شکل پارچه عرضه می‌شوند. با روی هم قرار دادن صفحات گرافن می‌توان کامپوزیت‌کاری را شروع کرد. الیاف فیبر کربن بسیار محکم و در عین حال منعطف هستند. رسانایی گرمایی و الکتریکی بالایی هم دارند. اما مشکل اصلی قیمت بالا و زمان زیادی است که صرف استفاده از آن می‌شود.

اهمیت پرینت کردن سه بعدی فیبر کربن

تمام حجم یک جسم ساخته شده از فیبر کربین معمولاً شامل فیبر کربن نیست بلکه بخشی از آن از رزین یا جنس پلاستیک‌مانند تشکیل می‌شود. در واقع منظور از کامپوزیت همین است که ماده شامل ترکیبی از جنس‌های مختلف باشد. بنابراین برای تولید یک جسم از فیبر کربن، به مقدار کمی از آن نیاز است. یک پرینتر سه بعدی از این جهت مهم است که می‌تواند جسم را با ترکیبی از مواد مختلف پرینت کند. در واقع کاربر باید نقاط حساس را شناسایی کرده و برای افزایش استحکام، فیبر کربن را به مناطق مورد نظر اضافه کند. پرنتر سه بعدی Mark One دارای دو سوزن پرینت است، بنابراین می‌تواند جسم را با ترکیبی از فیبر کربن و ماده‌ای دیگر مثل پلاستیک یا نایلون پرینت کند.

image007

یکی دیگر از راه‌های استفاده از فیبر کربن، خرد کردن آن است. در نتیجه پودری به دست می‌آید که می‌توان به جای صفحات الیاف کربن از آن استفاده کرد. برخی کمپانی‌ها مثل Proto-Pasta از این روش برای تولید پرینترهای سه بعدی و رشته‌های کربنی استفاده کرده‌اند. اما مشکل این روش کاهش استحکام کامپوزیت است چرا که ۵ برابر ضعیف‌تر می‌شود. پرینتر Mark One رشته‌های کامل کربن را مورد استفاده قرار می‌دهد و چنین عیبی ندارد.

با استفاده از پرینتر سه بعدی دیگر نیازی به لایه‌لایه گذاشتن صفحات کربن نیست، عمل‌آوری کامپیوزیت حذف می‌شود. نکته‌ی دیگر اتلاف پارچه‌هاست چرا که باید به شکل مورد نیاز برش خورده و روی جسم زده شوند. تکه‌های اضافی قیمت زیادی دارند ولیکن بدون استفاده باقی می‌مانند.

عکس دوچرخه فوق العاده زیبا با فیبر کربن ساخته شده

به گزارش لرستانی  استفاده از دوچرخه همچنان ارزان ترین راه برای حمل و نقل است و طرفداران بسیاری در دنیا دارد. دوچرخه ها با همه مزیت ها، معایبی هم دارند که یکی از مهمترین آن ها بدنه سنگین و البته ایمنی کم است.

 

Hydro bike          یک دوچرخه متفاوت است که به صورتی هیبریدی و دو موتوره ساخته شده است. این دوچرخه با استفاده از یک موتور هیدروژنی کار می کند و کاملا با محیط زیست سازگار است همچنین شما می توانید از پدال های تعبیه شده نیز استفاده کنید.

image008
بدنه این دوچرخه از جنس فیبرکربن است و به شکل یک انبر طراحی شده است. این بدنه به دوچرخه سوار قدرت عمل بیشتری می دهد و سرعت دوچرخه نیز افزایش می یابد.

پدال های این دوچرخه کاربرد بسیار کمی دارند و غالبا به عنوان یک جای پا استفاده می شوند. قرار دادن این پدال های بی مصرف تنها برای آن است که این وسیله در زمره دوچرخه ها حساب شود و نیازی به پلاک یا گواهینامه نخواهد داشت.

image010

image009

 

منابع:

  • ویکی پدیا، دانشنامه ازاد
  • مجله تکنولوژی نمونه
  • تاد جانسون، ترجمه: علی یزدی مقدم
  • مجله شبانه ، باشگاه ، دوچرخه جالب ، بدنه عجیب ، دوچرخه آینده ، خواندنی
درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

152647

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.