شنبه , ۱۳ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
فیبر کربن

تولید فیبر کربن

تولید فیبر کربن

ارسالی از : مسعود امجدی نعمان ، سهراب پناهنده ، محمد پهلوان

الیاف کربن نخستین بار در سال ۱۸۷۹ میلادی زمانی که توماس ادیسون از این ماده به عنوان رشته پرمقاومت در ایجاد روشنایی الکتریکی استفاده کرد، پای به عرصه علم وفن آوری گذاشت. با این حال در آغاز دهه ۱۹۶۰ بودکه تولید موفق تجاری الیاف کربن، با اهداف نظامی و به ویژه برای کاربرد در هواپیمای جنگی، آغاز شد. در دهه های اخیر ،الیاف کربن در موارد غیرنظامی بسیاری، همچون هواپیماهای مسافربری و باربری. خودروسازی. ساخت قطعات صنعتی، صنایع پزشکی، صنایع تفریحی-ورزشی وبسیاری موارد دیگر کاربردهای روز افزونی یافته است. الیاف کربن درکامپوزیت های پیشگفتار
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 ۹۰ درصد کربن با زمینه سبک مانند انواع رزین ها به کار میرود. کامپوزیت های الیاف کربن در مواردی که استحکام وسختی بالا و به همراه وزن کم و ویژگی های استثنایی مقاومت به خوردگی مدنظر باشند، یگانه گزینه پیش روست. همچنین نگاهی که مقاومت مکانیکی در دمای بالا، خنثی بودن از لحاظ شیمیایی و ویژگی ضربه پذیری بالا نیز انتظار برود، باز هم کامپوزیت های کربنی بهترین  گزینه هستند. با توجه به این ویژگی ها ، پهنه گسترده موارد کاربرد این ماده در گستره های گوناگون فن آوری به سادگی قابل تصور است.
میزان تولید الیاف کربن از ۱۹۹۲ تا ۱۹۹۷ رشد۲۰۰ درصدی در این فاصله ۶ساله داشته که خود نشانگر اهمیت تکنولوژی این ماده است.
هم اکنون ایالات متحده آمریکا نزدیک به ۶۰درصد تولید جهانی الیاف کربن را به مصرف می رساند وا ین در حالی است که ژاپن تلاش می‌کند به میزان مصرفی برابر با۵۰درصد تولیدات جهانی این محصول دست یابد. ژاپن به واسطه شرکت صنتی توری، خود بزرگترین تولید کننده الیافت کربن در جهان است. هم چنین عمده ترین تولید کننده الیاف کربن با استفاده از پیش زمینه قیر، ژاپن است.
پیشگویی برای سال ۲۰۱۳ میلادی..
سال ۲۰۱۳ است خودرویی جدید به نام ۱۰۰MPG”BLACKBEAUTY” بدلیل این که ضمن دارا بودن بالاترین کارایی به میزان ۱۰۰ درصد نیز دوستدار محیط زیست شناخته شده طرفداران بسیاری زیادی دارد. این خودرو پس از انقراض نسل خودروهای فولادی با سازه ای تمام کامپوزیت بر پایه کربن متولد شده است. با استفاده از مواد کربنی در ساخت بدنه و سازه های اصلی این خودرو مانند شاسی موتور و سیستم های انتقال نیرو، کاهش وزن به دست آمده موجب مصرف اندک سوخت شده است.
این مواد پیشرفته به همراه اندکی فلزات سبک که عمدتا در اتصالات به کار می روند، اقتصاد خودرو را از لحاظ میزان مصرف سالیانه سوخت با انقلابی عظیم مواجه کرده است. این مواد سبک در فریم شاسی، موتور کاتالیتیک با بازده بالا، در باتری های لیتیمی و موتورهای الکتریکی، پانل های بدنه، مخزن سوخت و مواد پیشرفته نگه دارنده متان که سوخت اصلی خودروست وخلاصه در تمام المان های اصلی که چنین وسیله نقلیه کم مصرف با توانایی های بسیار بالا را می سازد به کار رفته است. پانل های بدنه از کامپوزیت های کربنی به روش SMC با سطوح بسیار صاف وآماده رنگ کاری ساخته شده است. فیبریل های کربنی در اندازه های زیر میکرون با ویژگی هدایت الکتریکی سطح قطعات پانل های بدنه را به سادگی دارای ویژگی الکترو استاتیک می کنند. از سوی دیگر چون کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف کربن از نظر شیمیایی خنثی است به تخریب در برابر پرتو فرابنفش حساس نیست در نتیجه پانل های بدنه به هیچ نوع عملیات پایانی نیاز ندارند. بخش های دیگری که زیاد به آن ها توجه نمی شود، مانند در موتور، هوزینگ ها وگیربکس ها تماما از کامپوزیت کربنی به روش قالب گیری تزریقی ساخته شده وجایگزین قطعات سنگین ریخته شده فلزی شده اند. مخزن سوخت کامپوزیت کربنی ساخته شده به روش پیچش الیاف است که مملو از کربن فعال وفیبریل های کربنی است که موجب افزایش قابلیت نگهداری گاز مایع در فشارهای پایین می شود. موتور کاتالیتیک از کاتالیست های پوشش داده شده بر روی کره ها و لوله های ریز شیاردار کربنی که به کربن توخالی معروف هستند ودر واقع نوعی از الیاف کربن سوراخ شده هستند، استفاده می‌کند. این واحد مرکزی تولید توان الکتریکی که در واقع قلب سیستم به حساب می آید به دلیل استفاده زیاد از فراورده های الیاف کربن قادر است کارایی خودرا در دماهای بسیار بالایی که الزاما در اثر کارکرد موتور پدید می آید به خوبی حفظ کند.این دلیل اصلی بالا بودن غیرمعمول بازده چنین خودرویی است. از سوی دیگر مشکلات مربوط به آن دسته از شکست های قطعات که ناشی از اختلاف در ضرایب انبساط حرارتی در نسل خودروهای فلزی بود به واسطه استفاده از قطعات کامپوزیتی کربنی به طور کامل از بین رفته است. مهندسین مواد بادست کاری در میزان جهت یافتگی الیاف کربن نوع جدیدی از الیاف راساخته اند که به طور استثنایی دارای هدایت حرارتی یک بعدی بسیار زیادی بوده و بدین وسیله توانسته اند دستگاههای سرمازا را با بازده بسیار بالا در موتور این خودرو به کار برند.
در سیستم باتری یونی لیتیم/ لیتیم از آندهای کربنی وکاتدهای کامپوزیت کربنی استفاده شده است.
سیستم جدید تهویه هوا با استفاده از رادیاتورهای پلاستیکی تقویت شده با الیاف کربن، محفظه های کربنی وفوم های کربنی عایق،.
قراردادن المان های جهت دار کامپوزیتی بر بیشترین شرایط رفاه وآسایش سرنشین را به همراه حذف کامل گازهای ضدازن فراهم آورده است. سیستم GPS تعبیه شده برای ارتباطات ماهواره ای، تلفن همراه،دستگاه دورنگار و رایانه های on-board همگی ضمن رعایت طراحی ارگونومیک از قاب های کامپوزیت کربنی که هدایت الکتریکی مناسبی دارند بهره می برندپایه کربن در جهت اعمال لنگر سیستم تعلیق کربنی را در این خودرو به گونه ای ساخته که موجب حذف بسیاری از قطعات سنگین فلزی شده و همین موضوع خود موجب عملکرد بهتر سیستم تعلیق شده است. روتورهای کربنی ترمز و لنت ترمزهای گرافیتی وزن مجموعه سیستم ترمز را در راستای عملکرد بهتر ترمز کاهش داده است. رینگ های تقویت شده با الیاف کربن ضمن کاهش وزن موجب سرد کار کردن مجموعه ترمز و در نتیجه بالاتر رفتن ضریب امنیت ترمز می شود.تایرهای با فرمالاسیون پیشرفته شامل فیبریل های کربن وبلوک های کربنی جهت دار به همراه الیافت کربن بافته شده به صورت شعاعی ضمن سبکی موجب حذف مقاومت غلطشی تایر و سردماندن آنها در طول حرکت می شود. المان های تعلیق رینگهای وتایرهای ساخته شده از الیاف کربن باعث برقراری مطمئن اتصال با زمین و در نتیجه کمینه شدن احتمال آتش سوزی در اثر بارهای الکترواستاتیک وافزایش امنیت وراحتی سرنشین در هنگام سوار وپیاده شدن از خودرو می شود.
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. در عوض به منظور گسترش واحدهای تولید مواد کربنی جدید با کاربردهای رو به رشد در ساخت خودروهای کربنی میلیون ها فرصت شغلی در کشور پدیدار می شود.
الیافت کربن را میتوان براساس مدول الاستیک استحکام و دمای نهایی عملیات حرارتی به گروههای زیر دسته بندی کرد:
دسته بندی براساس ویژگی ها:
–    الیاف کربن با ضریب کشسانی بسیار بالا؛ بیشتر از ۴۵۰ گیگاپاسکال
–    الیاف کربن با ضریب کشسانی بالا؛ بین ۳۵۰ تا ۴۵۰ گیگاپاسکال
–    الیاف کربن با ضریب کشسانی متوسط؛ بین ۲۰۰ تا ۳۵۰ گیگاپاسکال
–    الیاف کربن با استحکام کششی بالا و ضریب کشسانی پایین؛ استحکام کششی بیش از ۳ گیگا پاسکال و ضریب کشسانی کمتر از ۱۰۰
–    الیاف کربن با استحکام کششی بسیار بالا؛بالاتر از ۵/۴ گیگاپاسکال
دسته بندی براساس نوع پیش زمینه:
–    الیاف کربن با پیش زمینه الیاف پلی اکریلونیتریل
–    الیاف کربن با پیش زمینه قیر صنعتی
–    الیاف کربن با پیش زمینه قیر مزوفاز
–    الیاف کربن با پیش زمینه قیر ایزوتروپیک
–    الیاف کربن با پیش زمینه الیاف ریون( ابریشم مصنوعی)
–    الیاف کربن با پیش زمینه فاز گازی و
دسته بندی براساس دمای نهایی عملیات حرارتی:
–    الیاف نوع ۱، دمای عملیات حرارتی بالا از ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد؛تولید کننده الیاف HM
–    الیاف نوع ۲، دمای عملیات حرارتی حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد؛تولید کننده الیاف HS
–    الیاف نوع ۳، دمای عملیات حرارتی کم تر یا حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد ؛تولید کننده الیاف با ضریب استحکام پایین
ساختن الیاف کربن:
در فرهنگ واژگان نساجی آمده است:الیاف کربن به الیافی گفته می شود که دست کم دارای ۹۰ درصد کربن هستند و از پیرولیز کنترل شده الیافی ویژه به دست می آیند. اصطلاح الیاف گرافیتی در مورد الیافی به کار میرودکه کربن آنها بیش از ۹۹ درصد باشد. انواع گوناگونی از الیاف به عنوان پیش زمینه تولید الیاف کربن وجود دارد که دارای ویژگی های انحصاری و مورفولوژی ویژه هستند. پرمصرف ترین الیاف پیش زمینه عبارتند از: الیاف پلی اکریلونیتریل (PAN)الیاف سلولزی( مانند ریون ویسکوز و پنبه) قیر حاصل از قطران ذغال سنگ (Coal tar pitch) و نوع ویژه ای از الیاف فنلیک
الیاف کربن از طریق پیرولیز پیش زمینه هالی آلی که به شکل الیاف هستند ساخته می شود. در واقع انجام عملیات حرارتی حذف عناصری مانند اکسیژن ، نیتروژن ، هیدروژن وباقی ماندن کربن به شکل الیاف می شود. در پژوهش هایی که بر روی الیاف کربن انجام شده مشخص گردیده که ویژگی های مکانیکی الیاف کربن با افزایش درجه تبلور ومیزان جهت گیری الیاف پیش زمینه وکاهش 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 فرایندهای پایدارسازی وکربنیزاسیون از طریق اعمال کشش در طول فراینداست.
تولید الیاف کربن از پیش زمینه پلی اکریلونیتریل:
برای تولید الیاف کربن با کیفیت بالا از پیش زمینه PAN و سه مرحله اساسی وجود دارد:
۱-مرحله پایدارسازی اکسیدی:
در این مرحله الیاف PAN هم زمان با اعمال کششی مورد عملیات حرارتی اکسیدی در محدوده دمایی ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی گراد قرار میگیرد . این عملیات PAN گرما نرم را به ترکیبی باساختار نردبانی یا حلقه ای تبدیل می‌کند.
۲- مرحله کربنیزاسیون:
بعداز اکسیداسیون الیاف بدون اعمال کشش درپیرامون دمای ۱۰۰۰درجه سانتی گراد در محیط خنثی (معمولا نیتروژن) برای مدت چند ساعت مورد عملیات حرارتی کربنیزاسیون قرار می گیرد. در طی این فرایند عناصر غیرکربنی آزاد میشود والیاف کربن با بالانس جرمی ۵۰درصد به نسبت الیاف PAN نخستین به دست می آید.
۳-مرحله گرافیتاسیون:
بسته به نوع الیاف کربن مورد نظر، از لحاظ ضریب کشسانی واعمال این مرحله در محدوده دمایی بین ۱۵۰۰تا۳۰۰۰ درجه سانتیگراد موجب بهبود درجه جهت گیری کریستالیت های کربنی در جهت محور الیاف وبنابراین مایه ی بهبود ویژگی می شود.
تولید الیاف کربن از دیگر پیش زمینه ها نیز کمابیش دارای مراحل اصلی است که در مورد تولید از پیش زمینه PAN آورده شد.
ساختار الیاف کربن:
مشخصه های ساختاری الیاف کربن بیشتر با دستگاههای میکروسکوپ الکترونی و پراش پرتوی ایکس قابل بررسی است. برخلاف گرافیت ساختار کربن بدون هر گونه نظم سه بعدی است. در الیاف کربن برپایه PAN ساختار الیاف در طی عملیات پایدارسازی اکسیدی ومتعاقب آن کربنیزاسیون از ساختار زنجیره ای خطی به ساختار صفحه ای تغییر می‌کند. به این ترتیب صفحات اصلی در پایان مرحله کربنیزاسیون درجهت محور طولی الیاف قرار می گیرد. بررسی های اشعه X با زاویه تفرق باز( Wide angle X –ray) نشان می‌دهد که با افزایش دمای عملیات کربنیزاسیون ارتفاع انباشتگی ومقدار جهت گیری صفحات اصلی افزایش می یابد. قطر منوفیلامنت های PAN تاثیر عمده ای بر نفوذ عملیات کربنیزاسیون در الیاف کربن تولیدی دارد به همین دلیل تغییر در ساختار  کریستالوگرافی پوسته وهسته 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 در حالی که هسته جهت گیری کم تر صفحات اصلی وحجم کم تر کریستالیست ها را نشان می‌دهد.
عموما دیده شده که هر چه استحکام کششی الیاف پیش زمینه بیشتر باشد ویژگی های کششی الیاف کربن به دست آمده نیز بیشتر می شود. چنان چه مرحله پایدارسازی به صورتی مناسب انجام گیرد در آن صورت استحکام کششی وضریب 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 وپراش الکترونی نشان داده است که در الیاف کربن با ضریب کشسانی بالا کریستالیستها 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 و دمای عملایت حرارتی ووجود نواقص ساختاری در الیاف ارتباط دارد. در الیاف کربن با پیش زمینه PAN و  افزایش دما تا ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد مایه ی افزایش استحکام می شود ولی پس از ۱۳۰۰درجه استحکام به آرامی کم میشود. این موضوع در مورد ضریب کشسانی نیز صادق است.
الیاف کربن بسیار ترد هستند لایه ها در الیاف با اتصالات ضعیف واندروالسی به هم دیگر متصل شده اند. تجمع فلس مانند لایه ها موجب می شود تا رشد ترک در جهت عمود بر محور الیاف به آسانی صورت بگیرد. در خمش الیاف در کرنش های بسیار پایین می شکنند. باتمام 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 وعلوم در دو دهه اخیر تقریبا بدون رقیب مانده است.
کامپوزیتهای کربن- کربن (ccc) شامل سابترین الیاف کربنی در یک ماتریس و زمینه کربنی می باشند. این کامپوزیتها به فرمهای گوناگونی از یک بعدی تا n بعدی با استفاده از فایبرها و پارچه می باشد:
۱) یک بعدی با استفاده از فایبر
۲) دو بعدی با استفاده از پارچه
۳) سه بعدی
۴) n بعدی
این مواد دارای خواص مکانیکی بالا (مقاومت ویژه و چقرمگی،…) مدول یانگ بالا (stiffness) و پایداری حرارتی وشیمیایی عالی در دماهای بالا در محیط های خنثی هستند و اگر در محیطهای اکسیدی بکار برده شوند بایستی coat شوند. البته این مواد از مقاومت فرسایشی کمی دردمای بالا برخورد دارند.
در این مواد بعلت اینکه ساختار کربن می تواند از کربن آمورف تا گرافیت تغیر کند در نتیجه کامپوزیتهای مختلف با خواص متفاوت خواهیم داشت.
پارامترهای مؤثر بر خواص کامپوزیت کربن – کربن
۱) پارامترهای موثر بر خواص زمینه کربن انزوتروپی کریستال گرافیت ، جهت گیری کریستالها ، تخلخل، ساختار زمینه «گرافیت یا glassy‍‌»)
۲) پارامترهای موثر بر خواص الیاف کربنی
۳) شرایط پروسس مانند دمای عملیات حرارتی نهایی که ساختار کریستالها و ابعاد آنها را تعیین می کند و در نتیجه روی خواص مکانیکی تأثیر شدیدی می گذارد.
خواص الیاف کربن تحت تأثیر دو عامل پیش زمینه مصرفی و نوع پروسینگ ساخت می باشد که پیش زمینه مصرفی میتواندRayon(ابریشم مصنوعی)، (Polyacrylonitritc)PAN   , Petroleum pitch  باشد.
پروسه ساخت الیاف از RAYON
ابتدا الیاف rayon تا دمای ۴۰۰ حرارت داده می شوند تا سلولز آن پیرولیز گردد سپس کربنیزه کردن با حرارت دادن تا دمای ۱۰۰۰ صورت می گیرد که پس از کامل شدن کربنیزاسیون الیاف تا دمای بیش از ۲۰۰۰ حرارت می بیند تا گرافیته شدن صورت گیرد. در این روش الیاف بدست آمده دارای مدول پایین    ۲۷٫۶ Gpaیا ۴×۱۰۶ Psi  می باشد.

پروسه ساخت الیاف از P.A.N  و Pctroleum pitch
برای تهیه الیاف مدول بالا ( ۵×۱۰۶  psi  یا ۳۴۴ Gpa ) و استحکام بالا (۳۰۰×۱۰۳ psi  یا ۲٫۰۷ Gpa) از این دو ماده استفاده می شود. در تهیه الیاف از PAN ابتدا
الیاف PAN به میزان %۵۰۰ تا %۱۳۰۰ کشیده می شوند و سپس دردمای ۲۰۰-۲۸۰OC  در محیط اکسیژن پایدارمی شوند کربنیزه شدن الیاف در دمای بین ۱۰۰۰-۱۶۰۰OC صورت می گردد در نهایت گرافیته کردن در دماهای بالاتر از ۲۵۰۰OC صورت می گردد.
پروسه ساخت الیاف از pitch مشابه پروسه ساخت الیاف از P.A.N می باشد با این تفاوت که کشش الیاف را نداریم و فرم الیاف شکل از کشش pitch مذاب از داخل حدیده حاصل می شود. شکل الیاف بدست آمده روی خواص مکانیکی آن تأثیر شایانی دارد مثلا الیاف C شکل و الیاف توخالی نسبت به الیاف کاملا گرد و یا سه گوش مقاومت بیشتری را نشان می دهند.
برای ساخت سرامیکهای کربنی از کربن اولیه (ذرات جامد کربن خالص) به عنوان Filler و کربن ثانویه به عنوان بایندر که پس از عملیات حرارتی کربن بجای می گذارد استفاده می شود.
در ساخت کامپوزیتهای کربن – کربن از الیاف  کربنی بجای کربن اولیه استفاده می شود و فضای خالی بین الیاف توسط کربن ثانویه پر می شود که کربن ثانویه از سه طریق زیر تأمین می شود:
۱- CVD
۲- استفاده از رزین ترموست
۳- استفاده از رزین ترموپلاست
استفاده ازCVD برای ساخت قطعات نازک و استفاده از رزینهای ترموست و ترموپلاست برای ساخت قطعات ضخیم مفید می باشد.

پروسه CVD :
در این روش کربن پیرولیتیک بین الیاف رسوب کرده ( دمای ۸۰۰-۲۰۰۰OC) و چون سطح محصول فاقد آلودگی است برای قطعات بیولوژیک بسیار مناسب است. بسته به دمای تجزیه و روش ورود گاز به محفظه پروسس CVD در ساخت کربن – کربن به سه روش تقسیم می شود :
۱- روش ایزوترم                 ۲- روش شیب دمایی                 ۳- روش شیب فشاری

۱- پروسه ایزوترم :
پریفرم الیاف درون کوره مقاومتی یا القایی قرار گرفته و گرم می شود تا به دمای ثابت وپایداری برسد در این دما واکنش کننده های گازی وارد محقطه شده و بصورت کربن ثانویه روی پریفرم می نشیند. چون سطح خارجی قطعه گرمتر از داخل آن است کربن تمایل به رسوب کردن روی سطح خارجی دارد. لذا قبل از اینکه عمق قطعه با کربن پوشیده شود سطح آن پوشیده می شود برای رفع این اشکال ماشینکاری مداوم قطعه و تکرار پروسه ضروری است.

۲- پروسه شیب دمایی :
برای رفع مشکل روش فوق قطعه پریفرم توسط یک (mandrel) ماندرل و از طریق القایی گرم می شوند لذا درون آن گرمتر از بیرون آن بوده و کربن ابتدا روی سطح داخل قطعه رسوب می کند و بتدریج که سطوح خارجی تر هم گرم می شوند کربن بصورت شعاعی روی سطوح خارجی تر هم رسوب می نماید.

۳- پروسه شیب فشاری :
گاز واکنش کننده تحت فشار بدرون پریفرم رانده می شود لذا کربن ابتدا روی سطح داخلی رسوب کرده و پس از پر شدن سطوح ورودی گاز از کانالایی بسمت سطوح خارجی حرکت کرده و تمام قطعه در جهت خلاف ورود گاز پر می گردد.
مشکل این دو روش ذکر شده این است که شیب دمایی و فشاری باید بطور دقیق کنترل شود لذا در یک مرحله فقط یک قطعه قابل ساخت است ولی در روش اول در هر مرحله چند قطه قابل ساخت می باشند بنابراین از روش های دوم وسوم فقط در مورد قطعات خاص استفاده می شود.

پارامترهای مؤثر بر پروسه CVD دما وفشار می باشد پروسه ساخت کامپوزیت از
طریق CVD در فشارهای کلی کم انجام می گیرد زیرا فشارهای کلی بالا معایبی
دارند که عبارتند از:
۱- فضای آزاد جهت حرکت گازهای واکنش کننده کم بوده و لذا رسوب دهی بطور ترجیحی روی سطح خارجی قطعه انجام می شود
۲٫ فشار بالا موجب رسوب کردن کربن در موادی می گردد که قابلیت گرافیته شدن را ندارد
پس از انجام پروسه CVD قطعه گرافیته می شود تا زمینه آمورف به گرافیت تبدیل شود.

۲- استفاده از رزین ترموست
در انتخاب پیش زمینه در این روش باید به چند نکته مهم زیر توجه داشت:
الف- میزان کربن دهی آن بالا باشد یعنی کاهش وزن کمی بعد از پیرولیز داشته باشد.
ب- ویسکوزیته
ج- ساختار کریستالی پیش زمینه
د- ساخت میکروسکوپی پیش زمینه
با توجه به پارامترهای فوق و نیز تأثیر پذیری آنها حین پروسس فشار- دما –زمان تنها پیش زمینه های مناسب برای ساخت کربن – کربن رزینهای فنولیک و خانواده های. آروماتیک می باشند
مزایای رزین ترموست :
۱-  ساخت نمونه های اولیه و تلقیح کامپوزیت بوسیله آنها ساده است.
۲- اطلاعات تکنولوژی گسترده ای در مورد آنها وجود دارد که براحتی قابل کاربرد است.
معایب رزین ترموست :
عیب عمده این رزینها این است که دردمای کم پلیمریزه می شود و جامد آمورف غیر قابل ذوب با ساختاری سه بعدی می دهد که گرافیته کردن آن بسیار مشکل است. اشکال دیگر این رزینها انقباض نسبتا زیاد آنهاست که مثلا در مورد رزین فنولیک به %۲۰ انقباض طولی هم می رسد.
ویژگی های رزین های ترموست :
۱- میزان کربن دهی بین ۵۰ تا ۷۰ درصد که این میزان با اعمال فشار حین کربنیزه کردن ازدیاد نمی یابد.
۲- زمینه حاصل از این رزینها شیشه ای بوده که بتنهایی با حرارت دادن تا ۳۰۰۰ نیز گرافیته نمی شود.
۳- تنش های اعمال شده حین عملیات حرارتی می تواند تا حدودی در تشکیل ساختار گرافیتی مؤثر واقع شود.

فلوشیت ساخت کربن – کربن با استفاده از رزین ترموست:
ساخت کامپوزیت کربن – کربن با استفاده از رزینهای ترموپلاست (مانند pitch)
مزایای استفاده از pitch :
الف- نقطه نرم شوندگی پایین است.
ب- مذاب آن ویسکوزیته پایین دارد.
ج- میزان کربن دهی بالا است.
د- تمایل به تشکیل ساختار کربن – گرافیت

تغییرات pitch در اثر حرارت دیدن:
۱- با حرارت دادن تا softeniug  point    ، pitch  مصرفی نرم می شود.
۲- از نقطه نرم شوندگی تا ۴۰۰ تغیراتی در آن ایجاد می شود که عبارتند از:چ
الف. تبخیرترکیباتی با وزن مولکولی کم    ب. پلیمیری شدن   ج. کلیواژ و آرایش مجدد مولکولی
۳- از ۴۰۰ به بالا نقاط کروی در مذاب pitch ایجاد می شود که mesophase نامیده می شود و ساختار آنها مانند کریستالهای مایع کاملا جهت دار است.
۴- میزان کربن دهی pitch در فشار  ۱atmحدود %۵۰ است (مانند رزینهای ترموست) با افزایش فشار حین پیرولیز (تا ۱۰۰MPA) میزان کربن دهی آن بیشتر می شود. افزایش
فشار به بزرگتر شدن mesophase ها ساختار میکروسکوپیک کم کرده و نیز دمای تشکیل آنهار را کاهش می دهد. در فشارهای بالاتر (>200Mpa) اتصالات و mesophase ها انجام می شود انجام می شود لذا در ساخت کربن – کربن از فشارهایی حدود ۱۰۰ Mpa  استفاده می گردد.
۵- در برخی موارد برای افزایش دانسیته زمینه و کاهش میزان تخلفل از HIP استفاده می شود برای این منظور ابتدا پریفرم را در قیر پودر شده فرو می برد و یا کربن – کربن متخلخل را در پودر قیر فرو می برند.
سپس آنرا در محقطه کنسرو مانند فلزی قرار می دهند و در HIP می گذارند. ابتدا دما را بقدری بالا می برند که فقط قیر ذوب شود. سپس در این دما، فشار را افزایش داده تا قیر مذاب وارد تخلخلها شود .آن گاه فشار را بتدریج افزایش داده و حین آنکه دما را نیز جهت کربنیزه کردن و پیرولیز افزایش می دهند. استفاده از فشار همانگونه که ذکر شد میزان کربن دهی را بالا برده و تخلخل زمینه را کم کرده و از تبخیر ترکیباتی با وزن مولکولی کم جلوگیری می نماید.

خواص کربن – کربن
–    الیاف مقاومت کششی و مقاومت به ضربه را بالا می برند و زمینه مقاومت فشاری و سایشی را و در ضمن امکان انتقال نیرو به الیاف و توزیع نیرو در دسته الیاف را فراهم می سازد.
–    کربن – کربن با افزایش دما افزایش استحکام می دهد.
–    الیاف حرارت را بهتر از زمینه منتقل می سازند سپس کامپوزیتهای دو بعدی در یک جهت هادی حرارت و در جهت دیگر عایق حرارتی می باشند.
–    ماده ای ترد است و کرنش شکست زیر %۲ دارد و این مسئله باعث افت مقاومت بین لایه ها می باشد.
–    خنثایی شیمیایی داشته و لذا در بافتهای زنده بدن کاربرد دارد.
–    پایداری حرارتی عالی داشته و مقاومت شوک حرارتی عالی دارد.
–    انبساط حرارتی کم ، هدایت حرارتی بالا و مدول ومقاومت مکانیکی ویژه بالایی دارد.
عوامل مؤثر بر خواص کربن – کربن
۱- نوع الیاف بکاررفته و درصدآن، اعداد وارقام نشان دهنده آن است که نوع الیاف، درصدد جهت گیری آنها در خصوصیاتی از قبیل مقاومت کششی تأثیری گذارد.
۲- نوع پیش زمینه
۳- طراحی پریفرم
۴- شرایط پروسس:
الف. حین پرولیز، کامپوزیت متحمل ۶۰% تا ۶۵% انقباض می شود و این امر منجر به تخریب خواص کامپوزیت می گردد.
ب. عدم انطباق ضرایب انبساط حرارتی الیاف در زمینه نیز حین عملیات حرارتی منجر به ایجاد تنش و در نتیجه تخریب خواص کامپوزیت می شود.
ج. تبدیل فصل مشترک الیاف کربن – ماده آلی به الیاف کربن – کربن نیز در خواص تأثیر می گذارد. طبیعت این فصل مشترک به شرایط پروسس وابسته است و طبیعت آن خواص کربن – کربن را تعیین می نماید.
د.در اثر عملیات حرارتی خواص خود الیاف نیز تغیر می یابد مثلا در مورد الیافی که کاملا گرافیته نشده اند با عملیات حرارتی (۰۰۲)d کاهش و Lc افزایش می یابد یعنی این الیاف بیشتر گرافیته می شوند لذا مقاومت کششی ازدیاد می یابد.
ه. در اثر پیرولیز و خروج گازهای خورنده مانند آمونیاک و Co خصوصیات خوب الیاف تخریب می شود.
تحقیقات جهت بررسی اثردانسیته بر روی استحکام کششی کامپوزیت های کربن – کربن انجام شد. در این بررسی ها تنش و کرنش شکست کامپوزیت زمینه کربن تقویت شده با فیبر کربن (C-Cs) به عنوان تابعی از دانسیته مطالعه شد. این مطالعات نشان داد که با افزایش دانسیته، استحکام فصل مشترکC-Cs  به طور یکنواخت افزایش می یابد و کرنش شکست کششی کاهش می یابد. بررسی مکانیزم شکست کششی C-Cs نشان داد که در مناطقی که دانسیته پایین است، توانایی انتقال بار در فصل مشترک زمینه – فیبر و در مناطقی که دانسیته بالا است، تمرکز تنش در نوک ترک زمینه در شکست کششی C-Cs فاکتورهای اصلی
می باشند. در شکست کششی، تنشی که باعث جدایش در فصل مشترک می شود در شکست کششی نقش مهمی دارد و لغزش فصل مشترک فاکتور اصلی نمی باشد. البته جهت مشخص شدن مکانیزم های تسلیم، اثر فاکتورهای مختلف شامل عملیات حرارتی، استحکام فصل مشترک ماتریس – فیبر و عیوب در C-Cs باید مورد بررسی قرار گیرد. مدلهای آماری نشان می دهد که خواص فصل مشترک زمینه – فیبر اثر قابل ملاحظه ای بر کرنش شکست کششی نهایی کامپوزیت زمینه سرامیکی تقویت شده با فیبر پیوسته (CFCCS) دارد.
البته C-Cs  رفتار کششی مشابهی را نشان می دهد. با کم شدن پیوند فصل مشترک استحکام کششیC-C  بهبود می یابد.
بررسی های مختلف نشان می دهد که استحکام کششی C-Cs با افزایش استحکام فصل مشترک فیبر – زمینه کاهش می یابد. با افزایش دانسیتهC-C   پیوند فصل مشترک بهبود می یابد. عملیات ساخت ۲D-C-Cs  که با فیبر کربنی با استحکام بالا IM-600 تقویت شده است در شکل ۸ نشان داده شده است. ۲D-C-Cs  اولیه یک کامپوزیت رزین فنولیک تقویت شده با الیاف کربنی (CFRP) با ضخامت ۲mm است. کسر حجمی فیبر VF، ۶۵% است. CFRP  در دمای ۱۲۷۳K کربونیزه شده و پروسه ساخت در دو مسیر رخ می دهد. مسیر اول متد(RC) resin cher است.رزین در دمای ۱۲۳۷k کربونیزه شده و عملیات حرارتی در ۲۲۷۳k برای ۶-۱  سیکل تکرار می شود. در مسیر دوم بعد از کربونیزه شدن ، مواد ۵-۱ سیکل عملیات  HIP  انجام می شود. پروسه HIP تحت فشار ۱۰۰Mpa و در ۹۲۳k انجام می شود و در ۱۲۷۳k کربونیز شده و در ۲۵۷۳k عملیات حرارتی
انجام می شود. پروسه RC و HIP جهت بدست آوردن C-Cs با دانسیته کم و زیاد
انجام می شود.
۳D-C-Cs با روش مشابه اقتباس شده جهت ساخت ۲D-C-Cs برای مقایسه رفتار شکست کششی ۳D-C-C   و ۲D ساخته شد. فیبر تقویت کننده در ۳D-C-Cs ،
IM-600 می باشد. کسر حجمی تقویت کننده ها برای۳D-C-Cs  در سه جهت
z وy وx ، ۳ و۱۳ و%۴۰ است. , و استحکام کششی و روابط کرنش – تنش C-Cs
در مراحل مختلف densi fication با استفاده از نمونه های نشان داده
شده در شکل ۹ تعیین شد. استحکام فصل مشترک C-Cs با استفاده از
متد(FBP) Fiber – bundle push – out   مطابق شکل ۱۰ ارزیابی شد.

در این روش بوسیله بار ایجاد شده توسط indenter به یک لایه یا دسته الیاف ، که الیاف به طور موازی با جهت بار اعمال شده قرار می گیرند در فصل مشترک شکست رخمی دهد شکل ۱۱ ضخامت لایه ۲D-C-Cs حدود ۱۲۵μmوضخامت دسته،t ، ۳D-C-Cs ،۲۰۰-۳۰۰μm  می باشد. قطر ۵۰μm ,indenter است.
شکل ۱۲ ریز ساختار C-Cs را نشان می دهد. شکل a12 یک مقطع از
۲D-RC-C-Cs با دانسیته کم می باشد. فضای خالی در زمینه پراکنده است و این فضای خالی توسط densification پر می شود b12 در ۲D-RC-C-Cs (a-c) خسارات شدید در فصل مشترک فیبر- زمینه مشاهده می شود در مقابل
درHIP -C-Cs   (d) و (e) ، خسارات فصل مشترک کم است.
با مقایسه d و e ،۳D-HIP-C-C  جدایش فصل مشترک بیشتری نسبت به ۲D-HIP-C-C دارد. در شکل d به خصوص در نزدیکی فصل مشترک زمینه – فیبر زمینه – فیبر بافت لامل کمی مشاهده می شود. که این بافت در تمام زمینه e توسعه می یابد. این بافت نشان دهنده ساختار گرافیتی گسترش یافته بوسیله دما و فشار بالا را نشان می دهد. منحنی بار که توسط آزمایش FBP بدست آمده است در شکل ۱۳ دیده می شود.
جدایش فصل مشترک زمینه – فیبر تحت بار ماکزییم Fmax رخ می دهد و لغزش فصل مشترک تحت بار Fs  ایجاد می شود. بنابراین تنش جدایش τd  و تنش لغزش τs توسط معادله زیر حساب می شود. L طول رشته فیبرهای جدایش شده می باشد و t ضخامت نمونه است.
FMax
۱)    ______    =    τd
Lt

Fs
۲)    ______    =    τs
Lt
τs , τd   تابع ضخامت و قطر indenter است.
شکل ۱۴ استحکام کششی  uδ  ۲D-C-C ,  را به عنوان تابعی از دانسیته (ρ)
را نشان می دهد.RC-2273k و RC-2573k وHIP-2573k مسیر
عملیات را نشان می دهد. پروسه ها HIP یا resin char و در نهایت HTTs
به ترتیب می باشند. همانطور که در شکل مشخص است  δu  RC-C-C  , ،
با افزایش ρ ،افزایش می یابد. اما  δu  , HIP-C-C کاهش می یابد.  در
حالیکه کرنش شکست کششی (εus) درهردوC-Cs  با افزایش ρ
کاهش می یابد.
وابستگی تنش – کرنش نمونه های C-C  در شکل ۱۵ نشان داده شده است.
مدول یانگ Ec  RC-C-Cs   ، تعیین شد و با مقدار تخمین زده شده از روی نقش ترکیب مقایسه شد. مواد مورد استفاده در جدول ۱ مشخص است.
جهت تخمین مدول یانگ از معادله Halpin – Tsai استفاده شد و فرض شد که همه عیوب در زمینه پراکنده هستند و شکل جای خالی کروی است.
مشاهدات ومحاسبات  ۲D-RC-C-CS , ECS  در شکل ۱۶ نشان داده شده است. این مقایسه نشان می دهد که دانسیته به مقدار ECS وابسته است و شیب خط چین از مقدار مشاهده شده کمتر است. زمانیکه مدول یانگ فیبر از ماتریس بالاتر است این کاهش مربوط به فیبر تقویت کننده می باشد.
در تست کشش ، RC-C-CS دانسیته پایین، معمولا ازلایه های سطحی می شکند و شکست نمونه ها غالبا شامل لغزش لایه های داخلی نزدیک سطح است. به خصوص اگر دانسیته C-C کم می باشد. در تست کشش بار ایجاد شده از سطح به مرکز بوسیله تنش برشی منتقل می شود وقتی دانسیته C-C کم باشد استحکام برشی با کاهش دانسیته کمتر می شود. این استحکام برشی کم باعث توانایی انتقال بار کم از خارج به داخل  C-C می شود.بنابراین بارکششی به مقدار کافی به مرکز نمونه کششی منتقل نمی شود. و بار بوسیله لایه های نزدیک سطح تحمل می شود.
شکل ۱۵ نشان می دهد که HIP,C-Cs εu  شده با افزایش P نسبت به RC-C-Cs   کاهش شدیدی می کند. این کاهش شدید به علت کاهش فیبر است. شکل ۱۷ نشان می دهد که شعاع فیبر در HIP-C-C   با عملیات HIP تکراری کم می شود. این کاهش در شعاع فیبر با کاهش استحکام فیبر مرتبط است. عملیات حرارتی با افزایش HTT باعث کاهش شعاع فیبر می شود.
بعد از ۱و۳و۵ سیکل عملیات HIPمیانگین قطر فیبر از hm4.95μm به ۴٫۹ و ۴٫۸۱ کوچک می شود. بررسی ها نشان می دهد که کرنش شکست کشش نهایی C-Cs با استحکام پیوند بین زمینه و فیبر کنترل می شود.۲D-C-Cs  , τs,τd, εu به عنوان تابعی از  ρ در شکل ۱۸ نمایان است.
با افزایش τs,τd, ρبه شکل خطی افزایش می یابد. و εu با ρ کاهش می یابد. شکل ۱۸ نشان می دهد که شکست کششیC-Cs   در ابتدا می تواند بوسیله استحکام فیبر وپیوند زمینه – فیبر کنترل می شود. وابستگی بین  ρ و پیوند فصل مشترک در شکل a,b 19مشخص است.
۳D-C-Cs    استحکام فصل مشترک کمتری نسبت به ۲D-C-Cs   دارد. و
۳D-C-C    εus از εus 2D-C-Cs   باید بالاتر باشد.
این نتایج نشان می دهد که استحکام پیوند فصل مشترک در استحکام کششیC-Cs   یک پارامتر اصلی است. εus به عنوان تابعی از تنش جدایش فصل مشترک در شکل ۲۰ نشان داده شده است.
شیب  εu    نشان دهنده اثر پیوند فصل مشترک است. میانگین  εu   فیبرها از شکل ۲۱ مدول یانگ تخمین زده می شود. از شکل ۲۰ مشخص است که C-Cs , εus در ابتدا بوسیله استحکام فیبر وپیوند فصل مشترک کنترل می شود. و شکست کششی نهایی CFCCS به پیوند فصل مشترک بین فیبرهای تقویت کننده و زمینه مرتبط می باشد.
جهت بررسی مکانیزم های شکست کششی C-Cs   ، معادله Curtin بکار رفت و نتایج محاسبه شده با مشاهدات تجربی مقایسه گردید. طبق معادله Curtin شکست کششی کامپوزیت با زمینه ترد بوسیله استحکام فیبر و تنش لغزش فصل مشترک بین فیبر و زمینه کنترل می شود. برای محاسبه استحکام کششی C-C   از معادله curtin استفاده شده. و پارامترهای weibull و پارامترهای m و پارامتراندازه Xo  فیبرها محاسبه شدند، تست های کششی فیبر کربنIM600 بعد از عملیات حرارتی در ۲۲۷۳K و۲۵۷۳K انجام شد.شکل ۲۲ نشان می دهد که با  εu با افزایش دانسیته C-C افزایش می یابد. اما εu پیش بینی شده کاهش می یابد. البته مدلهای curtin  جهت توضیح شکست کششیC-Cs   کافی نسیت. در این مدل فرض می شود که فصل مشترک زمینه – فیبر قبل از شکست کششی نهایی جدا می شود. و بار کششی توسط فیبرهای شکسته نشده کنترل می شود.
معمولا استحکام فصل مشترک C-Cs   از CFCCS بالاتر است. در C-Cs فصل مشترک زمینه – فیبر حتی در شکست کششی نهایی به طور کامل جدا
نمی شود. درCFCCS  که استحکام فصل مشترک بالایی دارد رفتار مشابه مشاهده می شود.مقالات زیادی است که نویسندگان براین باورند که شکست کششی C-Cs بوسیله ترک زمینه آغاز می شود و ترک درون فیبر نفوذ می کند. همانطور که گفته شد در مناطق دانسیته پایین، استحکام کششی C-Cs با افزایش دانسیته زیاد می شود در این افزایش به دلیل بهبود مدول یانگ C-C  است. و با کاهش در تنش جدایش فصل مشترک کرنش کششی نهایی C-C  بهبود می یابد و با عملیات HIP تکراری فیبرهای کربن در C-Cs کم
می شود. شکست کششی C-C بوسیله نفوذ ترک زمینه در فیبر ایجاد می شود. بنابراین تنش جدایش فصل مشترک ماتریس – فیبر نقش قطعی در شکست کششی C-Cs دارد.
آزمایشات نشان می دهد که C-Cs  ,  δus و فیبر پایه PANبا افزایش HTT کاهش می یابد. و کاهش استحکام فیبر با کاهش قطر فیبر بیشتر می شود و استحکام فصل مشترک به مقدار جزئی با افزایش HTT کاهش می یابد استحکام کششی C-Cs با کاهش استحکام پیوند فصل مشترک زیاد می شود. استحکام کم C-Cs بوسیله استحکام کم زمینه توجیه می شود. زمانیکه زمینه در یک کرنش کم می شکند فیبرها در C-Cs  به شکل هم زمان می شکند. با بررسی اثرات HTT بر استحکام کششی C-Cs تقویت شده با فیبر بر پایه PAN در می یابیم زمانیکه C-Cs در دمای بالا عملیات حرارتی می شود استحکام کششی به طور قابل ملاحظه ای بهبود می یابد . و بهبود استحکام به دلیل ضعف استحکام فصل مشترک است، که در نتیجه تغییر ساختار کریستالی کربن زمینه نزدیک فصل مشترک فیبر است. استحکام کششی و کرنش کششی نهایی IM600-C-Cs که در دماهای مختلف عملیات حرارتی شدند در شکل b،a23 نشان داده شده است. این شکل نشان میدهد که استحکام کششی با افزایش دانسیته حجمی بهبود می یابد و کرنش کششی نهای به مقدار جزئی کاهش می یابد.
شکل ۲۴، SEM مقطعی از IM600-C-Cs را نشان می دهد. فیبرها در IM600-C-C   بواسطه عملیات حرارتی از شکل طبیعی خارج می شوند. دو نوع تغییر فرم ، انحراف از یک بخش دایره ای و کاهش قطر فیبر d دیده می شود.  rبوسیله نسبت می نیمم قطر به ماکزیمم قطر یک فیبر تعیین شد. همانطور که در شکل ۲۵ ۲۶ نشان داده می شود قطر متوسط فیبر با افزایش HTT کم می شود. در شکل ۲۵،d فیبر IM600 عملیات حرارتی شده بوسیله دایره توخالی نشان داده شده است.
استحکام پیوند فصل مشترک بدست آمده با جدایش فصل مشترک و درجه گرافیته شده نزدیک فصل مشترک ارتباط دارد. عملیات حرارتی جدایش جزئی و گرافیته شدن زمینه را در نزدیکی فصل مشترک آسان می کند. در شکل ۲۴ زمینه گرافیته شده به عنوان بافت لامل در نزدیک فصل مشترک زمینه – فیبر وقتی که HTT بالاتر از ۲۸۷۳K است مشاهده می شود. این تغییر ریز ساختاری از آمورف به بافت لامل استحکام پیوندی فصل مشترک را کاهش می دهد. گرافیته شدن از فصل مشترک فیبر – زمینه به درون زمینه گسترش می یابد. در شکل b 24 گرافیته شدن توسط خط خمیده سفید مشاهده می شود. همانطور که از شکل ۲۷ مشخص است تنش جدایش فصل مشترک IM600-C-C  با افزایش HTT ، بالای ۲۸۷۳K کاهش می یابد و بالای ۲۸۷۳K ثابت می شود در حالیکه تنش لغزش فصل مشترک ثابت است ، این مسئله با گسترش ساختار گرافیتی در مجاورت فصل مشترک در دمای بالاتر از ۲۵۷۳K توسعه می یابد.
شکل ۲۸، استحکام کششی  δuo  فیبرهای IM600 که در دمای مختلف عملیات حرارتی شده اند را نشان می دهد. δuo    با افزایش HTTکاهش می یابد.
در شکل ۲۹ و ۳۰  توزیع و پارامترهای شکل C-Cs  که در دماهای مختلف حرارتی شده است نشان داده شده است شکل ۳۱ نشان می دهد که با افزایش HTT، m کاهش می یابد. میانگین استحکام کششی در C-Cs  خیلی سریعتر از فیبر با افزایش HTTکاهش می یابد. که این مسئله با کاهش m با افزایش HTTارتباط دارد.
با مقایسه رفتار شکست IM600-C-Cs   و UM46-C-Cs   (با فیبر مدول بالا بر اساس PAN تقویت می شود) می بینیم استحکام کششی UM46-C-C با افزایش دانسیته افزایش می یابد اما کرنش نهایی کاهش می یابد. شکل ۳۱٫ دراین شکل استحکام و کرنش شکست UM46-2273 و۲۵۷۳K نزدیک هم است.
در حالیکه در مورد UM46-2873K به مقدار کمی کاهش می یابد. با عملیات حرارتی، قطر فیبر در UM46-C- Cs   کاهش نمی یابد شکل a 32 و استحکام فیبر با HTTدر ۲۸۷۳K به مقدار کمی کاهش می یابد b33 استحکام پیوند فصل مشترک M46 S-C-Cs مشابه IM600-C-Cs  است. بنابراین تفاوت رفتار شکست کششی بین
IM600-C-Cs  و UM46-C-Cs   به دلیل کاهش فیبر با عملیات حرارتی در
IM600-C-Cs   است. فاکتور اصلی در کاهش استحکام درIM600-C-Cs   با افزایش دمای عملیات حرارتی کاهش فیبر است.
فیبرهای کربی پایه PAN با عملیات حرارتی در دمای بالاتر از دمای ساخت فیبر قطرشان کم می شود. بواسطه این تغییر شکل، استحکام کششی فیبر کاهش می یابد. کاهش فیبر باعث کاهش استحکام کششی C-Cs می شود. استحکام فصل مشترک بین فیبر و زمینه به مقدار جزئی با افزایش HTT کم می شود.
کاربردهای الیاف کربن:
الیاف کربن در موارد صنعتی گوناگون به کار می رود که در این جا نمونه هایی از آن ارایه شده است:
صنعت حمل ونقل:
کاربرداهی صنعت حمل ونقل بدین گونه اند: مخازن گاز مایع خودروها، قطعات موتور. کمک فنر، شفت های انتقال نیرو، ملحقات چرخ و جعبه فرمان، لنت های ترمز، بدنه ماشینهای مسابقه ،بدن کشتی ها و فنرهای لول.
صنایع ساختمانی و معماری:
مواد ساختاری پل ها ساز وکار پل های جمع شوند تقویت کننده بتن های پر مقاومت ،سازه های باربر، دیوارهای جداکننده، سازه های پیش تنیده برای کمک به سازه های بتنی حمل بار، استفاده از تعمیر ساختمانهای در حال تخریب، استفاده در جداره های داخلی تونل ها برای جلوگیری از ریزش تونل و استفاده در رمپ ها برای جلوگیری از ریزش خاک رامی توان از کاربردهای ساختمانی این الیاف دانست.

 

الیاف کربن

فیبر کربن

پارچه ساخته شده از الیاف کربن

الیاف کربن[۱] یکی از مهم ترین خانواده های الیاف پیشرفته است که استحکام بسیار بالا (بین ۷ تا ۱۰ برابر فولاد ساختمانی بسته به گرید الیاف)، چگالی پایین(حدود دو سوم آلومینیوم)،رسانایی الکتریکی بسیار خوب، قابلیت بافت و تولید پارچه ، ساخت کامپوزیت های سبک و مستحکم و پایداری در برابر حرارت آن را از سایر مواد مهندسی متمایز می سازد. مواد اولیه ای که در تولید الیاف کربن به کار می رود، الیاف اکریلیک ویژه(تولید شده با هدف تبدیل به الیاف کربن) است که بر اساس فناوری های پیشرفته و تجهیزات خاص تولید می شود.

کاربرد

الیاف کربن با توجه به خواص فوق العاده مکانیکی،حرارتی و الکتریکی از کاربردهای متنوعی برخوردار است. کامپوزیت های ساخته شده از این الیاف در صنایع هوایی در بدنه هواپیما های بوئینگ ۷۸۷،ایرباس و هواپیماهای هم رده آنها به کار می رود. هم چنین در صنایع عمرانی برای تقویت بتن و بناهای ساخته شده مانند ستون ها،پل ها ،تونل ها و اجزای ساختمان،صنایع خودروسازی و حمل و نقل و تولید مخازن CNG ،سیستم انتقال قدرت،ترمز و قطعات بدنه،صنایع پزشکی و مهندسی پزشکی برای ساخت اعضای مصنوعی،پروتز های داخل بدن،آتل های فوق سبک، پانسمان های سوختگی و داروهای گوارشی ،صنایع انر‍‍ژی چون ساخت پره های توربین بادی،مخازن و تجهیزان استخراج نفت در دریا. ملزومات پیل سوختی کاربرد دارد.

تولید در ایران و رتبه جهانی

الیاف اکریلیک تجاری مورد استفاده(برای تولید الیاف کربن) همان الیاف به کار رفته در پوشاک،فرش و پتو هستند که از این حیث هیچ محدودیتی در تولید یا واردات نداریم. بستر تکنولو‍ژی و دانش فنی کاملاً بومی صد در صد قابل توسعه است. ایران با دست یابی به دانش فنی و بومی سازی تولید الیاف کربن T۳۰۰ ، به عنوان یازدهمین کشور دنیا و اولین در خاورمیانه در دست یابی به این دانش معرفی شد.

خواص فیبر کربن

خواص فیبرکربن

فیبر کربن متشکل از مواد غیر ایزوتراپی است!این بدین معناست که تمامی فیبرها دارای نقته 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
تولید فیبرکربن
بطورعادی فیبر کربن از پلیمری به نام PAN تولید می شود که در صنایع مورد استفاده دارد. پیش ازانجام عمل بهینه سازی که سبب بروز فعل و انفعال ” آ مونواکسید” بین محلول آمونیاک و پروپن می شود نتیجه تولید ” اکریل لونیتریک ” است که مبدل به ” پلی اکریل لونیتیریک ” می گردد . بعد ار انجام این مراحل است که کارخانه مشغول به تولید فیبرکربن می شود. مرحله نخست کار, منبسط نمودن این پلیمر می باشد که در راستای تولید محصول است که سرانجام آن , تبدیل به محور یا قطب فیبر شود.پس از انجام آن , پلیمر در هوایی ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی گراد ” اکسید زدایی ” شده که در این فرایند هیدروزن از آن جدا و مولکولهای اکسیژن به آن اضافه شده و سبب شکل دهی ساختمان ” هگزاگونال”می شوند که تصویر انرا در پایین مشاهده می نمایید.
حالا زنجیره های سفید پلیمر با انجام عمل کربن زدایی تصفیه شده و به رنگ سیاه تغییر داده می شوند.این درگیرشدن سبب حرارت دادن پلیمر تا دمای ۲۵۰۰ درجه سانتیگراد توسط نیتروژن خالص می شود که باعث خارج نمودن ناپاکی ها از پلیمر و دسترسی به ۹۲ تا ۱۰۰% کربن خالص می گردد که تفاوت این۸%وابستگی مستقیم به کیفیت فیبرها دارد. حال مرحله پایانی فرارسیده و آن بافتن رگه های فیبر به ورقه ها و سپس جاسازی آنه در صمغهای ” اپوکسی ” می باشد که عموما با لفظ ” آهار” یا چسب زدن بیان می شود و در پایان تولید ورقه های از فیبرکربن مشکی است که با آن می توان محصولات متعددی راساخت .
تیمهای 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 .

تکنولوژی کنونی فیبرکربن
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.
تقسیم بندی الیاف فیبر کربن:

در حال حاظر سه نوع منبع برای تولید این الیاف وجود دارد

۱- الیاف ساخته شده از گیاهان یا سلولزی

۲- الیاف کربن ساخته شده از قیر

۳- الیاف کربن ساخته شده از پلی اکریل نیتریل

به دلیل ساختمان مولکولی و اتمی و همچنبین تولید مدول کششی قابل توجه با سایر انواع الیاف نوع سوم از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و کاربردهای متعددی دارد.

با مقایسه سریع بین خواص این الیاف و فولاد می توان به اهمیت این مواد پی برد :

فیبر کربن استاندارد:

مقاومت کششی : ۳٫۵ پاسگال

مدول کششی : ۲۳۰ پاسگال

چگالی : ۱٫۷۵ g/cm

فولاد با مقاومت زیاد :

مقاومت کششی: ۱٫۳ GPa

مدول کششی: ۲۱۰ GPa

چگالی : ۷٫۸۷ g/cm

با توجه به جدول واضح است که الیاف کربن مقاومت کششی بالاتری نسبت به فولاد دارند در حالی که وزن تقریبا آن را دارا می باشند . به همین دلیل امروزه در صنایع مختلفی به ویژه خودروسازی سعی می شود از الیاف به جای فلزات استفاده شود.

چند نمونه از محصولاتی که در ساخت آنها از الیاف فیبر کربن استفاده شده است :

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. ۵ /۲ موتور این خودرو ۱۰ سیلندری است که با گنجایش 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.

قبولی در امتحان صفر تا۱۰۰

از روزی کها ستارت طرحی۴ LP 570 زده شد قرار بود شتابا ولیه چشمگیری برای آن تعریف شود. معمولا برای خودروهای اسپرت روباز طی کردن صفر تا۱۰۰ کیلومتر بر ساعت در کمتر از چهار ثانیه یک موفقیت / زمان ۹ LP 570خوب به شمار م یآید حال آنکه ۳٫۴ ثانیه را درا ختیار دارد کها زا ین نظر می توان آن را خودروی برنده در ا متحان صفر تا ۱۰۰ عنوان کرد. در ا ین خودرو حداکثر سرعت نیز رقمی چشمگیر است. ۳۲۴ کیلومتر بر ساعت رکوردیا ست که در آزمایشات مختلف به ثبت رسیدها ست که تقریبا می توان آن را همطراز بسیاریا ز خودروهای رقیب در نظر گرفت.

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 کاستنا 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.

در بین مواد فیبری تقویت شده فایبرگلاس نقش اسب باری صنعت را بازی می کند. و در مقایسه با مواد اولیه و مصالح سنتی مانند چوب، فلزات، سیمان و.. مورد استفاده در صنعت توانسته گوی سبقت را از آنها برباید. محصولاتی که با فایبرگلاس ساخته می شوند استحکام خوبی دارند، عایق الکتریکی خوبی هستند، سبک وزن بوده و مواد اولیه آن بسیار ارزان است.

اما در کاربرد هایی که به استحکام بیشتر و وزن کمتری نیاز است، زیبایی کار هم مهم است ترکیبات فیبری قوی تر پا به میدان می گذارند.

آرامید فیبر، مانند دوپونت کلوار در کاربرد هایی با مقاومت کششی بالا مورد استفاده قرار می گیرد و یک مثال از جایی که از این ترکیبات استفاده می شود در خودروها و لباس های ضد گلوله است.

و همچنین فیبر کربن برای مصارفی که به وزن کم، سختی بالا، رسانایی بالا یا مصارفی که نیاز به بافت دارند مورد استفاده قرار می گیرند. در ادامه نمونه هایی از مصارف فیبر کربن را رائه می کنیم:

فیبر کربن

فیبر کربن در صنایع هوا فضا

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.

لوازم ورزشی

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.

پره های توربین های بادی

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.

Untitled

صنعت خودرو سازی

خودرو های تولید انبوه هنوز خود را برای استفاده از فیبر کربن سازگار نکرده اند. به این دلیل است که هنوز هزینه های اصلاح خط تولید و مواد اولیه توجیه اقتصادی ندارد. اگر چه برای خودرو هایی که از آخرین فناوری ها استفاده می کنند، خودروهای سفارشی و دست ساز و خودرو های مورد استفاده در مسابقات اتومبیلرانی مانند فرمول ۱ و نسکار فیبر کربن بسیار پر مصرف است. ولی همیشه هم از فیبر کربن برای کاهش وزن استفاده نمی شود بلکه بخاطر ظاهر خوب آن نیز در این رقابت ها مورد توجه است.

همچنین در بازار قطعات خودرو می توانید برای بسیاری از قطعات نمونه فیبر کربن آنرا پیدا کنید که از نظر زیبایی و قدرت جلب توجه هم حرف های زیادی برای گفتن دارند و به همین دلیل بازار قطعات بدنه خودرو فیبر کربن بسیار داغ است. این قطعات به جای اینکه رنگ شوند روی آنها یک لایه کشیده می شود. و بسیار معمول است که می بینید قطعات فایبرگلاس خودرو را با یک لایه نازک از فیبر کربن می پوشانند تا به آن جلوه بیشتری بدهند همچنین در بین ماشین باز ها کلاس استفاده از قطعات فیبر کربن جایگاه ویژه ای دارد.

آنچه گفته شد فقط مصارف معمول فیبر کربن در صنعت است اما استفاده از فیبر کربن هر روز بیشتر می شود و رواج بیشتری پیدا می کند

 

منابع :

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

Untitled

مقدمه ای بر فایبر گلاس (Fiberglass)

مقدمه ای بر فایبر گلاس (Fiberglass) ارسالی از : هانیه سعادتی فایبر گلاس (Fiberglass) : کامپوزیتی …

پاسخ دهید

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

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.