پارچه کربن فعال

پارچه کربن فعال چیست؟ پارچه کربن فعال یا فیبر کربن فعال (ACF) یک ماده کربن دار است که از رشته های الیافی به قطر 5 تا 10 میکرون و از زنجیره های بلند و محکمی از اتم های کربن در ساختار بلوری میکروسکوپی تشکیل شده است. پارچه کربن فعال دارای الیاف بسیار سفت، محکم و سبک با سرعت جذب فوق العاده بالا می باشد. پارچه کربن فعال (ACF)  به عنوان یک جاذب عالی در کاربردهای مختلف از جمله لباس محافظ هسته ای، بیولوژیکی و شیمیایی (NBC)، صنایع عمرانی مورد استفاده قرار می گیرد.

پارچه کربن فعال یا ACF دارای ریز منافذ به طور مستقیم هستند و جاذب ها سطح ویژه حدود 2000 تا 2500 متر مربع/گرم و حجم ریز منافذ 1 · 6 میلی لیتر / گرم برای ACF  می باشد. کربن فعال می تواند آغشته با فلزاتی مانند آلومینیوم، منگنز، روی، آهن، لیتیوم،کلسیم، پالادیوم، نقره شده و به منظور حذف مواد سمی مورد استفاده قرار گیرد.

اگر شما به دنبال خرید کربن اکتیو  با کیفیت بالا و قیمت مناسب هستید می توانید از طریق همین لینک اقدام کنید.

فهرست

• مراحل نحوه تولید پارچه کربن فعال
• کاربردهای الیاف و پارچه کربن اکتیو
• مزایای الیاف کربنی
• معایب الیاف کربنی
• خواص الیاف کربنی

 

مراحل نحوه تولید پارچه کربن فعال

• مرحله اول: تهیه ماده اولیه برای تولید پارچه کربن فعال است که اغلب الیاف پلاستیکی با هزاران رشته بسیار نازک می باشد. الیاف اکریلیک با داشتن بیش از ۵۵ درصد کربن در ساختار خود، یکی از بهترین مواد اولیه جهت تولید الیاف کربن هستند.
• مرحله دوم: تبدیل شیمیایی که در این مرحله فیبر پلاستیکی از نظر شیمیایی تغییر پیدا می کند تا زنجیره کاملی از اتم‌های کربن تشکیل شود.
• مرحله سوم: اکسیداسیون است که در این مرحله الیاف کربن به مدت چند دقیقه در یک کوره اکسیداسیون در معرض دمای بالا (حدود 480 درجه فارنهایت) قرار می گیرند که ساختار اتمی الیاف تغییر پیدا میکند. حرارت بالا باعث مقاومت بیشتر الیاف می شود. اگر الیاف اکریلیک باشند هم‌ زمان با اعمال کشش تحت عملیات حرارتی اکسیداسیون در محدوده دمایی ۲۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سلسیوس قرار می‌گیرند.
• مرحله چهارم: در این مرحله نوبت کربن‌ سازی الیاف یا (فاز گرافیتاسیون) است. ابتدا کربن در یک مخلوط گازی بدون اکسیژن در کوره‌های کربن‌ سازی گرم می‌شوند، که اتم‌های غیر کربنی خارج شده و اتم‌های کربن باقیمانده را به کریستال‌ هایی با پیوند محکم تبدیل می‌کند. در فاز گرافیتاسیون با توجه به نوع الیاف کربن مورد نظر، از لحاظ ضریب ارتجاعی و اعمال این مرحله در محدوده دمایی ۳۰۰۰ – ۱۵۰۰ درجه سلسیوس، موجب بهبود درجه جهت گیری بلورهای کربنی در جهت محور الیاف و سایر ویژگی‌های مکانیکی می‌شود.
• مرحله پنجم: فیبرهای کربنی در مرحله قبل آماده شده اند باید از طریق آب باردار الکتریکی عبور کنند تا سطح فیبر را برای بهبود جذب رزین آماده نمایند.
• مرحله ششم: بر اساس کاربرد پارچه کربن، یک پوشش اولیه سبک از رزین روی الیاف کربن قرار می گیرد تا پیوند شیمیایی الیاف را با رزین تقویت کند.
• مرحله هفتم: الیاف کربن بر روی یک بوبین پیچیده می شوند و به آن یدک فیبر کربنی می گویند، که سپس می تواند به یک پارچه فیبر کربن بافته شود یا با رزین مخلوط شود تا یک محصول را قالب گیری کند.
• مرحله هشتم: محصول نهایی از طریق مراحل مختلف ساخت مانند گرمایش و قرار گرفتن تحت فشار، خنک‌ سازی و …  شکل می‌گیرد که منجر به تولید یک رول فیبر کربن خواهد شد.

توجه داشته باشید مراحل تولید پارچه کربن اکتیو بر مبنای مواد اولیه به همین طریق است.

فرایند تولید الیاف کربن بر مبنای سایر پیش‌زمینه‌ها نیز، مشابه مراحل فوق است. الیاف کربن بر پایه پلی اکریلونیتریل، ساختار الیاف در طی عملیات پایدارسازی اکسیداسیونی و متعاقب آن کربونیزاسیون، از ساختار زنجیره‌ای خطی به ساختار صفحه‌ای تغییر می‌ کند.

 

بیشتر بخوانید: چگونه زغال فعال درست کنیم؟

 

کاربردهای الیاف و پارچه کربن اکتیو

• کاربرد الیاف کربن در صنعت ساختمان

به منظور مقاوم‌ سازی ساختمان ها و تقویت سازه‌ ها از الیاف کربن استفاده می شود. ایجاد صفحات، ورقها و لمینیت کربن، استفاده از الیاف تقویت‌ کننده برای افزایش مقاومت بتن‌ ها، ساخت دیوارهایی با مقاومت بالا و سبک کربنی، ساخت سازه‌ های پس کششی و پیش تنیده کربنی در سازه‌ های بتنی، استفاده در جداره داخلی تونل‌ها همگی کاربردهای مهم الیاف کربن در صنعت ساختمان هستند.

• کاربرد الیاف کربن در صنعت خودرو

کاربرد در مخازن سوخت کربنی خودروها، ساخت سپرهای کربنی برای خودروها، شفت‌های انتقال نیرو، قطعات موتور، کمک فنر، ملحقات چرخ و جعبه فرمان، لنت ترمز، بدنه ماشین مسابقه، بدنه کشتی‌ها، فنرهای لول و … همگی از الیاف کربن می باشند.در صنایع خودرو سازی به ویژه صنایع خودروهای مسابقه‌ای که حالت لوکس دارند هم قطعات کربنی می باشند از جمله سپر و اسپویلر طرفداران زیادی پیدا کرده و حتی برخی خودروهای چند صد هزار دلاری با بدنه‌ای که بیشتر بخش‌هایش از فیبر کربن است، عرضه می‌شوند. با وجود اینکه فیبر کربن زیبایی خاص و دلفریبی دارد، اما گران است و شکننده می باشد. به همین دلیل استفاده از فلزات برای صنایع خودروسازی کاربردشان را حفظ کرده‌اند و در صورت نیاز از کربن هم استفاده می‌شود.

• کاربرد الیاف کربن در صنایع هوا فضا و هواپیما سازی

اجزای سازه‌ای ماهواره‌ها، سازه‌های داخلی هواپیماهای مسافر بری اعم ازصندلی‌ ها، میزها و سایر پوشش‌ها کربنی هستند. نوک هواپیماهای مافوق صوت، قطعات حساس موتور هواپیماها و … نیز از الیاف کربن می باشد. در صنایع هوایی وزن کم و استحکام بسیار بالای فیبر های کربن باعث شده کمپانی‌های بزرگ مثل بویینگ و ایرباس به وفور از کامپوزیت‌ها استفاده می‌کنند.

• کاربرد الیاف کربن در صنایع پزشکی

اما در علم پزشکی ساخت اجزای تجهیزات پزشکی، صندلی چرخدار،ساخت استخوان مصنوعی و انواع اجزای مصنوعی بدن و … از این موارد است.

• کاربرد الیاف کربن در بخش انرژی

برای ساخت پره های توربین‌ های بادی جهت تولید برق، ساخت و تولید باتری‌ های سوختی و… از الیاف کربنی استفاده می شود. به عنوان مثال برای ساخت چرخ دنده‌ها، غلتک‌ها، چرخ دنده‌های پرسرعت، قطعات خود روغن کاری شونده، آنتن‌ها، مخازن تحت فشار، قاب تلفن‌های همراه و … از الیاف کربنی استفاده می شود.

 

بیشتر بخوانید: زغال فعال از کجا بخریم؟

 

مزایای الیاف کربنی

• نسبت به وزن سبک دارای استحکام و مقاومت کششی بالایی اهستند. در اصل الیاف کربن تقریباً یک سوم فولاد وزن دارند این در حالی است که مقاومت کششی آنها نسبت به فولاد  ۵ الی ۱۰ برابر است.
• در برابر عوامل فرسایش استحکام مناسبی دارند.
• ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین است. کامپوزیت‌ ها به دلیل سبک بودن و استحکام و پایداری در برابر حرارت نسبت به سایر مواد متمایز هستند.
• امکان بافت و تولید پارچه ها برای کاربردهای مختلف
• مقاومت در برابر خودرگی که می تواند بر اثر مواد شیمیایی و یا در برابر اشعه X  باشد.

معایب الیاف کربنی

• قیمت بالا
• شکننده بودن
• کربن به دلیل هدایت الکتریکی بالا ممکن است سبب ایجاد اتصالات کوتاه در قطعات غیر عایق الکتریکی گردد.
• انعطاف کمتر
• مقاومت ضربه ای کم

خواص الیاف کربنی

خواص الیاف کربنی بسته به ماده اولیه خام، شرایط کربنیزاسیون و عملیات حرارتی و همچنین افزودنی‌های خاص می تواند متفاوت باشد. این خواص شامل خواص فیزیکی، شیمیایی و الکتریکی می شوند.

خواص فیزیکی

الیاف کربن بر پایه PAN ,Gpa 400- 200 مدول یانگ، تحت کشش طولی الیاف نشان می‌دهند. هنگامی که از جهت عرضی کشیده شود مدول یانگ Gpa 25- 5 و استحکام فشاری نیز Gpa است. مدول یانگ الیاف کربن، به آرایش یافتگی بلورهای گرافیت در الیاف کربن وابسته است. این در حالی است که استحکام کربن با نحوه اتصال بین لیفی تعیین می‌شود.

مقاومت شیمیایی

یکی از خواص شیمیایی الیاف کربنی مقاومت در برابر عوامل خورنده است این خاصیت به ویژگی‌ های ساختاری الیاف کربن مرتبط است و اصولاً به نوع ماده خام اولیه، دمای عملیات حرارتی و به حالت وجودی برخی پارامترها در الیاف بستگی دارد. الیاف کربن برای مقاومت در برابر اسید باید دمای عملیات حرارتی آنها افزایش یابد. به صورت معمول مقاومت الیاف کربنی در برابر مواد خورنده در دمای معمولی (دمای اتاق) باعث تغییرات ناچیزی در الیاف کربن می شود. این در حالی است که مقاومت الیاف کربن در برابر مواد خورنده به همراه دمای بالا می تواند باعث کاهش پایداری الیاف شود. این مساله بخصوص در برابر مواد خورنده ای مانند اسید نیتریک، هیپوکلرید سدیم بیشتر است.

خواص الکتریکی

به‌طور کلی، مقاومت الکتریکی الیاف کربن با استفاده از سه روش اصلی کنترل می‌شود:

• یکی از مهم ترین عواملی که می تواند در خواص الکتریکی تاثیر بگذارد دما و میزان حرارت در طول مراحل تشکیل الیاف کربنی است.
• کشش آرایش دهنده الیاف در طول مراحل تشکیل و کربنیزاسیون
• اضافه کردن المان‌های شیمیایی و گروه‌ های عاملی به ساختار مواد خام اولیه یا الیاف کربن.

مقاومت الکتریکی الیاف کربن در مرحله کربنیزاسیون وابسته به دما است و اگر دمای کربنیزاسیون در محدوده ۸۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد می تواند باعث کاهش سریع مقاومت الکتریکی شود. اگر دمای کربنیزاسیون ۹۰۰تا۸۰۰ درجه سانتی گراد باشد. مقاومت الکتریکی بهتر خواهد شد و اگر فرایند کربنیزاسیون در دماهای بالاتر از ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد باشد مقاومت الکتریکی با تغییرات ناچیزی همراه است.

 

منابع: fa.wikipedia.org/wiki – linkedin.com/pulse/carbon-fiber-manufacturing-process-mohammad-el-naggar