آنچه در مقاله “الیاف کربن” می خوانید:

• ساختار الیاف کربن
• انواع الیاف کربن
• خواص الیاف کربن
• مقایسه خواص الیاف کربن برپایه PAN و قیری

Carbon fiber :

الیاف کربن که در که در آمریکا با نام گرافیت شناخته می شود متشکل از عناصر کربنی است که به صورت لایه های شش ضلعی کنار یکدیگر قرار گرفته و بلور تشکیل می دهند. قطر این الیاف به مراتب نازکتر از موی انسان و در مقداری بین 6 تا 10 میکرومتر می باشد و بخاطر خواص منحصر به فردی چون نسبت بالای استحکام و مدول کششی به وزن، هنوز متقاضیان زیادی مایل به مصرف این نوع لیف نسبتا گران قیمت هستند.

ساختار بلور الیاف گرافیت متشکل از لایه های شش ضلعی عناصر کربن

همانطور که در تصویر مشاهده می شود لایه های بلور این الیاف توسط نیرو های ضعیف واندروالسی کنار یکدیگر قرار گرفته اند در حالیکه میان اتم های کربن در هر لایه پیوند محکم کووالانسی برقرار است. این ساختار منحصر به فرد منجر به رفتار ناهمسان (Anisotropic) در خواص فیزیکی و مکانیکی الیاف می گردد، به نحوی که مدول در جهت صفحات بنیادی حدود 1000 گیگاپاسگال و در جهت عمود بر آن نزدیک به 35 گیگا پاسگال اندازه گیری شده است. لذا الیاف با محور طولی هم راستا با لایه های ساختار بلوری گرافیت منجر به مدول ویژه بسیار بالا می شود.

انواع الیاف کربن:

الیاف کربن از مواد اولیه مختلفی تهیه می شوند. خواص مکانیکی محصول بسته به نوع مواد اولیه و شرایط فرآیند می تواند بسیار متفاوت باشد، زیرا این عوامل تعیین کننده ی خلوص و جهت یافتگی کریستالها(بلورها) می باشند. الیاف کربنی ساخته شده بسته به نوع مواد اولیه مصرفی در دو نوع تقسیم می شوند:

1. بر پایه مواد اولیه لیفی(textile precursors) مانند پلی آکریلونیتریل(PAN) و رایون
2. بر پایه مواد اولیه قیری (Pitch precursors)

مراحل فرآیند و نوع تهیه انواع الیاف کربن بر پایه این دو نوع مواد اولیه را می توانید در مقاله “فرآیند ساخت الیاف کربن” مطالعه نمایید.

شرکت ایران کامپوزیت کاویان به عنوان یک مرجع تخصصی فروش مواد اولیه صنعت کامپوزیت، الیاف کربن را در اشکال مختلف برای کاربرد های مختلف ارائه می کند، در صورت علاقه مندی به تهیه این الیاف می توانید به بخش “فروشگاه/الیاف کربن” مراجعه نمایید.

شماره تماس شرکت ایران کامپوزیت کاویان تولید کننده تخصصی صنعت کامپوزیت، رزین و الیاف

خواص الیاف کربن:

آرایش شبیه به لایه های پیاز در سطح الیاف باعث صافتر شدن سطح لیف یا نوارها می شود و قابلیت تر شوندگی را کاهش یابد، به علاوه از درگیر شدن مکانیکی الیاف با ماتریس نیز کاسته می شود لذا در الیاف کربنی با مدول بالاتر و آرایش لایه بیشتر شاهد استحکام برشی و فشاری کمتر خواهیم بود؛بنابراين اصلاح سطح يك مرحله ضروري در آماده سازي الياف مي‌باشد.

روشهاي مختلفي براي اصلاح سطح این دسته از الياف وجود دارد، ولي معمولا اكسيداسيون آنوديك در يك الكتروليت آبي مانند بي كربنات آمونيم، ترجيح داده مي‌شود. اكسيداسيون پلاسما نيز بكار مي‌رود ولي به لحاظ تجاري رايج نشده است.البته الياف كربن موجود در بازار اصلاح شده است ولي در موارد خاص مي‌توان الياف بدون اصلاح سطح نيز تهيه كرد.

بیان شماتیک ساختار سه بعدی آرایش لایه های گرافیت در الیاف کربن

یکی از خصوصیات غیر معمول این الیاف  ضریب انبساط حرارتی منفی آنهاست که با افزایش مدول منفی تر هم کی شود و بخاطر همین ویژّگی این الیاف در ساخت دستگاه های اندازه گیری یک کاندید قوی به شمار میروند. علاوه بر آن ضریب هدایت گرمایی الیاف کربن برابر یا بیشتر از مس و ضریب هدایت الکتریکی آن حدود 1/50 مس می باشد. لذا باید در محیط هایی که با الیاف کربن کار می شود دقت نمود موتور های الکتریکی  از پوشش مناسب برخوردار باشند، زیرا ذرات معلق کربن می تواند منجر به ایجاد اتصال کوتاه در ابزار آلات برقی شود.

الیاف کربن در دمای محیط تحت تاثیر رطوبت هوا، حلال ها، بازها، و اسید های ضعیف قرار نمی گیرند. اما در دما های بالا مانند 350 الی 450 درجه سانتی گراد امکان ظهور اکسیداسیون می تواند مشکل آفرین باشد.

از دیگر خواص این الیاف می توان به استحکام بالای خستگی اشاره کرد. این خاصیت باعث کاربرد این مواد در صنایع هواپیمایی، خوردویی و ساخت کالا های ورزشی و آلات موسیقی شده است. همچنین در صنایع شیمیایی و تولید مواد زیست سازگار خاصیت مقاومت خوردگی بالا باعث کارآمدی بسیار این نوع الیاف شده است.

مشخصه الياف كربن، سبكي، استحكام و سفتي بالا مي‌باشد در همین راستا کاربرد وسیعی در كامپوزيتهاي فنوليكي به منظور استفاده در عايق هاي فداشونده در صنايع نظامي دارد.

مقایسه خواص انواع الیاف کربن بر پایه PAN و قیری:

• الیاف بر پایه Pitch دارای مدول بسیار بسیار بالاتری نسبت به PAN هستند.
• الیاف  PAN دارای مقاومت بسیار بسیار بالاتری نسبت به Pitch هستند.
• الیاف بر پایه PAN دارای Elongation at break بیشتری نسبت به Pitch هستند.