الیاف کربن زیرمجموعه ای از الیاف FRP هستند که از تجزیه مواد آلی کربن دار حاصل می شود. فیبر کربن سیاه رنگ، نامحلول در آب و بی بو است که مقاومت بسیار بالایی در برابر مواد خورنده مانند اسیدها، بازها و مواد آلی دارد. بافت این الیاف به 2 صورت وجود دارد: بافت یک طرفه که در آن فیبر کربن موازی با راستای صفر است و و بافت دو طرفه که در آن الیاف کربن در دو جهت (تار و پود) صفر و 90 درجه به هم بافته می شوند. ضریب انبساط حرارتی خطی الیاف CFRP در دماهای بالا و پایین ناچیز است که منجر به پایداری ابعادی الیاف کربن در دماهای مختلف شده است. فیبر کربن در بسیاری از زمینه ها مانند مقاوم سازی ساختمان، صنایع دفاعی، خودرو سازی، و بسیاری از صنایع مهم دیگر استفاده می شود.
الیاف کربن چیست؟
الیاف کربن یا CFRP خلاصه شده Carbon Fiber Reinforced Polymer می باشد. این پوشش ها به عنوان پوشش های کامپوزیت نیز شناخته می شوند. رزین توسط الیاف تقویت می شود و ماده مرکب سومی با خواصی متفاوت از اجراء اصلی تشکیل دهنده دارد. در این صنعت بسته به نوع کاربرد از رزین های مختلفی از جمله اپوکسی، پلی استر، وینیل استر استفاده می شود. همچنین نوع الیاف و روش بافت نیز با توجه به کاربردهای مختلف متفاوت است که شامل الیاف کربن، شیشه و … می شود. الیاف کربن بسیار گران است و در تماس با فلز می تواند باعث خوردگی گالوانیکی شود.
الیاف کربن cfrp چگونه ساخته می شود؟
الیاف کربن از پلیمرهای ارگانیک ساخته می شود. پلیمرهای آلی از زنجیره های بلند مولکول هایی تشکیل شده اند که توسط اتم های کربن به هم وصل شده اند. بیشتر الیاف کربن (حدود 90٪) با استفاده از فرآیند پلی اکریلونیتریل (PAN) ساخته می شود. مقدار کمی از این نوع الیاف (حدود 10 درصد) با استفاده از ابریشم مصنوعی یا نفت تولید می شود. انواع گازها و مایعات و مواد دیگر در فرآیند تولید برای ایجاد اثرات خاص، کیفیت ها و گریدهای متفاوت فیبر کربن استفاده می شود. تولید کنندگان فیبر کربن از ترکیبات مختلفی از مواد خام استفاده می کنند. آنها معمولاً فرمولاسیون های خاص خود را از اسرار تجاری می دانند و معمولا ارائه نمی دهند.
ویژگی های الیاف و فیبر کربن
الیفا کربن سیاه رنگ، بی بو و نامحلول در آب است. آنها در برابر اسیدها، بازها و حلال های آلی مقاوم هستند، حل نمی شوند و و غیرقابل انفجار نیز هستند. رایج ترین کاربرد فیبر کربن در ساخت قطعات کامپوزیتی هوافضا، مخازن تحت فشار و مقاومسازی با FRP می باشد. یکی از بارزترین خواص فیبر کربن نفوذ ناپذیری آن در برابر اشعه ایکس است. همچنین فیبر کربن دارای رسانایی الکتریکی بسیار خوبی است. فیبر کربن عنصری با چگالی 2.27 گرم بر سانتی متر مکعب است و به اشکال کریستالی گوناگونی وجود دارد. با توجه به نیاز صنعت های مختلف کشورمان، الیاف کربن در انواع الیاف 3K تا 24K و در وزن ها و عرض های مختلف عرضه می شود.
کاربردهای الیاف CFRP
الیاف کربن دارای خواص منحصر به فردی است که در طیف وسیعی از پروژه های ساختمانی، پزشکی، خودروسازی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از الیاف کربن، چه به صورت پارچه، ورق جامد یا لوله، هر روز در صنعت هوافضا و هم چنین برای مقاومسازی ساختمانهای قدیمی و جدید در حال گسترش است. یکی از مهمترین کاربردهای الیاف CFRP در صنعت مقاوم سازی ترمیم و تقویت سازه های بتنی است. اگر سازه بتنی به دلایل مختلف آسیب ببیند از الیاف CFRP می توان برای افزایش مقاومت بتن استفاده کرد و مانع از گسترش آسیب در سازه شد. هر چند قیمت الیاف کربن ممکن است گران باشد؛ اما ویژگی هایی مانند استحکام بالا و سبکی به آن جایگاه ویژه ای داده است.
کاربرد الیاف CFRP در استحکام سازه
بااهمیت ترین کاربرد الیاف CFRP مقاوم سازی انواع ساختمان ها و ساختمان های اداری و تجاری می باشد. این امر ساختمان ها را در برابر شرایط آب و هوایی خاص مانند گردباد و طوفان و حوادثی مانند زلزله و تخریب مقاوم می کند. به دلیل مقاومت بالای این الیاف علاوه بر استحکام سازه، برای ترمیم آن نیز به استفاده می شود. این الیاف در سال 1980 در صنعت ساختمان سازی مورد استفاده قرار گرفت. اگرچه کربن جزء اصلی الیاف CFRP است. اما ماتریس های دیگر مانند رزین فنولیک، رزین اپوکسی، رزین وینیل استر و غیره. برای تشکیل این الیاف استفاده می شود. این محصول هم چنین برای مقاوم سازی انواع سازه های بتنی، فولادی و چوبی مورد استفاده قرار می گیرد. بسیاری از مهندسان از این الیاف برای تقویت انواع ستون ها، دیوارها، خرپاها، دودکش ها، راهروها، پله ها، تونل ها و … استفاده می کنند. در گذشته سیستم های تقویت سازی ساختمان ها بیشتر از طاق های بتنی و ژاکت های فولادی استفاده می شد.
مزایای استفاده الیاف کربن برای مقاوم سازی ساختمان
- الیاف کربن، یک ماده با چگالی کم با نسبت مقاومت به وزن بسیار بالا است.
- یکی از با استحکام ترین الیاف تقویت کننده تجاری است.
- خمش الیاف کربن بسیار دشوار است.
- در شرایط سرد یا گرم، بسیار کمتر از موادی مانند فولاد و آلومینیوم منبسط یا منقبض می شود.
- زمانی که با رزینهای مناسب تولید میشود، یکی از مقاومترین مواد موجود در برابر خوردگی است.
- کامپوزیت های فیبر کربن رسانای عالی الکتریسیته هستند و یکی از دلایل استفاده از فیبر کربن در صنایع مختلف رسانایی آن است.
- فیبر کربن با استفاده از رزینهای مناسب در برابر اشعه ماوراء بنفش مقاوم است.
- و…
کلام آخر
الیاف کربنی مقاومت بالایی در برابر گرما و حرارت دارد، بنابراین از جمله الیاف غیر قابل انفجار به حساب می آید. به دلیل سبکی الیاف کربنی، دارای مقاومت و مدول مناسبی باشد و به همین دلیل است که اغلب در صنعت کامپوزیت و مقاوم سازی استفاده می شود. بهترین مزیت الیاف کربنی استحکام کششی بسیار بالای آن نسبت به وزن آن است. الیاف کربن در برابر اشعه X نفوذناپذیر می باشد. رشته های الیاف کربن از فیبر کربنی ساخته شده اند که در اشکال بلوری گوناگونی تولید می شوند. الیاف CFRP کربنی جدیدترین تکنولوژی مقاوم سازی انواع سازه و ساختمان محسوب می شود. نه تنها وزن بسیار کمی دارد، بلکه در برابر خوردگی مقاوم است و سطح زیرین را نیز در برابر فرسایش مقاوم می کند. ساختمان هایی که از این محصولات در ساخت خود استفاده می کنند در برابر فرسایش، زلزله، رطوبت و … مقاومت بالایی دارند.
