خصائص وتطبيق وتطوير ألياف الكربون

خصائص وتطبيق وتطوير ألياف الكربون

1.خصائص وخصائص ألياف الكربون

 مواد ألياف الكربون هي مواد سوداء وصلبة وعالية القوة وخفيفة الوزن وغيرها من المواد الجديدة ذات الخصائص الميكانيكية الممتازة.جاذبيتها النوعية أقل من 1/4 من الفولاذ.عادة ما تكون قوة الشد للمواد المركبة من راتينج ألياف الكربون أعلى من 35000MPa، أي 7.9 أضعاف قوة الفولاذ.يتراوح معامل الشد للمرونة بين 230000MPa و 430000MPa.لذلك، فإن القوة المحددة لـ CFRP، أي نسبة قوة المادة إلى كثافتها، أعلى من 20000MPa/(g/cm3)، ولكن القوة المحددة للفولاذ A3 هي 590MPa/(g/cm3) معامل المرونة أعلى أيضًا من معامل المرونة في الفولاذ.كلما زادت القوة النوعية للمادة، قل الوزن الذاتي للجزء، وكلما زاد معامل المرونة المحدد، زادت صلابة الجزء.وبهذا المعنى، تم توضيح آفاق التطبيق الواسع لألياف الكربون في الهندسة.النظر في الخصائص الممتازة للعديد من المواد المركبة الناشئة، مثل مادة الألياف الزجاجية المركبة من البوليمروالمواد المركبة القائمة على المعادن، والمواد المركبة القائمة على السيراميك، يتوقع العديد من الخبراء أن المواد المركبة ستدخل عصر تطبيق المواد على نطاق واسع من عصر الفولاذ.

PAN ألياف الكربون والمواد المركبة من الألياف الزجاجية:

(1) الخواص الميكانيكية، كثافة أقل من المعدن، خفيف الوزن؛معامل عالي، صلابة عالية، قوة عالية، قوة تعب عالية، مقاومة ممتازة للتآكل والتشحيم؛توهين الاهتزاز ممتازة.

(2) مقاومة الحرارة الصغيرة، الاستقرار، معامل التمدد الحراري، استقرار الأبعاد الجيد، التوصيل الحراري؛مقاومة ممتازة للحرارة في الغاز الخامل.

(3) ينتمي إلى مجموعة متنوعة من المواد الموصلة التي لها خصائص التوصيل الكهربائي وخصائص حماية الموجات الكهرومغناطيسية، والتوصيل الكهربائي وخصائص حماية الموجات الكهرومغناطيسية.(4) إنه ممتاز في نفاذية الأشعة السينية، ويمكن تصميم الهيكل المناسب وفقًا للغرض.

في عام 2007، الرئيسي في اليابانمورد ألياف الكربونتعاونت شركة توراي المحدودة مع شركة نيسان موتور وشركات أخرى لتطوير مواد متطورة باستخدام ألياف الكربون، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من وزن الأجزاء الرئيسية للسيارة، مثل الهيكل.وتعمل التقنية الجديدة على خفض الوزن الإجمالي للسيارة بنسبة 10% وتحسين استهلاك الوقود بنسبة 4% إلى 5%.بالإضافة إلى ذلك، فإن مقاومة الصدمات تبلغ 1.5 مرة مقارنة بالمقاومة التقليدية.وتخطط الشركات المصنعة لجلب التكنولوجيا الجديدة إلى المركبات التجارية في غضون ثلاث سنوات.تعد التكنولوجيا الجديدة بتسريع عملية التحول إلى المواد الخام للسيارات التي تركز على الفولاذ على خلفية اللوائح الأكثر صرامة لفاتورة الوقود للحد من الغازات الدفيئة في جميع أنحاء العالم.

2.تطبيق ألياف الكربون

  ألياف الكربون هو مصطلح عام للألياف التي يزيد محتوى الكربون فيها عن 90%، وقد سُميت بهذا الاسم نسبة إلى محتواها العالي من الكربون.تتميز ألياف الكربون بخصائص ممتازة مختلفة للكربون العنصري، مثل الجاذبية النوعية الصغيرة، ومقاومة الحرارة، ومقاومة الصدمات الحرارية، والمقاومة الكيميائية والموصلية، وما إلى ذلك. وتتميز بتشابك الألياف وخصائص ميكانيكية ممتازة.على وجه الخصوص، قوتها النوعية ومعامل المرونة النوعي مرتفعان، ويمكنها تحمل درجة حرارة عالية تصل إلى 2000 درجة تحت حالة عزل الأكسجين.إنها مادة خام من الألياف الزجاجية الصناعية الهامةوهو مناسب لتقوية المواد المركبة ومواد الاجتثاث ومواد العزل الحراري.هذه مادة جديدة تم تطويرها في أوائل الستينيات وأصبحت الآن مادة جديدة لا غنى عنها في المجتمع الحديث.

من بين المنتجات الترفيهية، أول استخدام لألياف الكربون PAN هو صنارة الصيد.في الوقت الحاضر، يبلغ الإنتاج السنوي لقضبان الصيد المصنوعة من ألياف الكربون في العالم حوالي 12 مليونًا، وتبلغ كمية ألياف الكربون المستخدمة حوالي 1200 طن.بدأ تطبيق ألياف الكربون في نوادي الجولف في عام 1972. وفي الوقت الحاضر، يبلغ الإنتاج السنوي من ألياف الكربونوتبلغ كمية مضارب الجولف في العالم حوالي 40 مليون زجاجة، وكمية ألياف الكربون تعادل 2000 طن.بدأ تطبيق مضارب التنس في عام 1974. والآن، أنتج العالم حوالي 4.5 مليون مضرب من ألياف الكربون في العام الماضي، ويتطلب استخدام ألياف الكربون حوالي 500 طن.من بين أشياء أخرى، تُستخدم ألياف الكربون أيضًا على نطاق واسع في الزلاجات وقوارب الثلج وعصي التزلج ومضارب البيسبول وألعاب الطريق والرياضات البحرية.

نظرًا للوزن الخفيف، ومقاومة التعب، ومقاومة التآكل وغيرها من خصائص ألياف الكربون، فإنها تستخدم على نطاق واسع في صناعة الطيران.وفي مجال الرحلات الفضائية، تم استخدام ألياف الكربون ذات المعاملات العالية في الأقمار الصناعية بسبب وزنها الخفيف (صلابتها) والتوصيل الحراري لثبات الأبعاد.وفي السنوات الأخيرة، تم استخدامها في أقمار الاتصالات مثل الإيريديوم.

يتم خلط مركب القولبة بشكل أساسي في راتينج لدن بالحرارة على شكلخيوط من الألياف الزجاجية مقطعة، الذي له تأثير التعزيز والحماية من الموجات الكهرومغناطيسية والمضادة للكهرباء الساكنة، ويستخدم على نطاق واسع في الأجهزة المنزلية والمعدات المكتبية وأشباه الموصلات والمجالات ذات الصلة.

3. حالة إنتاج منتجات ألياف الكربون في بلدي

  لا يزال إنتاج واستخدام ألياف الكربون في بلدي في مرحلة مبكرة.تمثل الطاقة الإنتاجية لألياف الكربون المحلية حوالي 0.4% فقط من إجمالي إنتاج الصينقماش من ألياف الكربون عالي الأداءفي العالم، وأكثر من 90% من الاستهلاك المحلي يعتمد على الواردات.لقد كانت جودة سلائف PAN دائمًا هي عنق الزجاجة الذي يقيد الإنتاج على نطاق واسع لصناعة ألياف الكربون في بلدي.بالإضافة إلى ذلك، ولأن ألياف الكربون تعتبر منذ فترة طويلة مادة استراتيجية، فقد انغلقت البلدان المتقدمة على العالم الخارجي.ولذلك، يعتقد خبراء الصناعة أن تعزيز البحوث الأساسية هو أساس الابتكار والطريقة الأساسية لتطوير صناعة ألياف الكربون المحلية.

لقد بدأت بلادي في دراسة ألياف الكربون منذ ستينيات القرن العشرين وحتى سبعينياته، وهي تكاد تواكب العالم.بعد أكثر من 30 عامًا من العمل الشاق، قامت شركة Toray اليابانية بتطوير منتجات ألياف الكربون قريبة من مستوى T300، لكن الإنتاج والجودة لا يمكنهما تلبية الطلب المحلي، وهو بعيد عن الدول الأجنبية.بالمقارنة مع المستوى المتقدم الدولي، فإن المشاكل العالقة لألياف الكربون المحلية هي انخفاض قوة ألياف الكربون، وضعف التوحيد والاستقرار، ومستوى التطوير متأخر بما يقرب من 20 إلى 30 عامًا عن مستوى الدول المتقدمة، وحجم الإنتاج صغير، والمعدات التقنية متخلفة، وكفاءة الإنتاج ضعيفة.

في الوقت الحاضر، تبلغ الطاقة الإنتاجية العالمية لألياف الكربون حوالي 35000 طن، ويبلغ الطلب السنوي في السوق الصينية حوالي 6500 طن.إنه مستهلك كبير لألياف الكربون.ومع ذلك، بلغ إنتاج ألياف الكربون في الصين في عام 2007 حوالي 200 طن فقط، ومعظمها منتجات منخفضة الأداء.تعتمد معظم الصناعة على الواردات، والسعر باهظ الثمن.على سبيل المثال، يفتقر سوق T300 القياسي إلى الدعم الفني مع حقوق الملكية الفكرية المستقلة، ولم تتقن الشركات المحلية بعد التكنولوجيا الأساسية الكاملة لألياف الكربون.تختلف جودة ألياف الكربون والتكنولوجيا وحجم إنتاجها في بلدي كثيرًا عن تلك الموجودة في البلدان الأجنبية.من بينها، تكنولوجيا ألياف الكربون عالية الأداء محتكرة ومحظورة من قبل اليابان والدول الغربية.لذلك، يستغرق الأمر عملية طويلة لتحقيق توطين ألياف الكربون.بسبب نقص السوق، كانت هناك "حمى ألياف الكربون" في الصين في السنوات الأخيرة، وبدأت العديد من معاهد ومؤسسات البحث العلمي أبحاث ألياف الكربون ومشاريع التصنيع بآلاف الأطنان.

#مواد ألياف الكربون#مادة الألياف الزجاجية المركبة من البوليمر#مورد ألياف الكربون#خيوط من الألياف الزجاجية مقطعة#قماش من ألياف الكربون عالي الأداء