كيفية صناعة ألياف الكربون
ألياف الكربون هي مادة عالية الأداء تستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران وتصنيع السيارات والمعدات الرياضية وغيرها من المجالات. إن عملية التصنيع الخاصة بها معقدة وتحتاج إلى تكنولوجيا مكثفة، وتتضمن خطوات حاسمة متعددة. فيما يلي العملية التفصيلية والبيانات ذات الصلة بتصنيع ألياف الكربون.
1. خطوات تصنيع ألياف الكربون
يتم تقسيم تصنيع ألياف الكربون بشكل أساسي إلى الخطوات التالية:
| خطوات | الوصف | المعلمات الرئيسية |
|---|---|---|
| 1. تحضير المواد الخام | عادة يتم استخدام بولي أكريلونيتريل (PAN) أو الأسفلت كمواد خام | نقاء المقلاة ≥90% |
| 2. الغزل | يتم إذابة المواد الخام ثم تمريرها عبر آلة الغزل لتشكيل الألياف. | سرعة الدوران: 100-500 م/دقيقة |
| 3. الأكسدة المسبقة | التسخين عند درجة حرارة 200-300 درجة مئوية لتثبيت الألياف | الوقت: 30-120 دقيقة |
| 4. الكربنة | تتم معالجته في درجات حرارة عالية (1000-2000 درجة مئوية) لإزالة العناصر غير الكربونية | تدرج درجة الحرارة: 5-10 درجة مئوية/دقيقة |
| 5. الرسم البياني | مزيد من المعالجة عند 2500-3000 درجة مئوية لتحسين قوة ألياف الكربون | الوقت: 1-5 دقائق |
| 6. المعالجة السطحية | تحسين الالتصاق بين الألياف والراتنج من خلال الطرق الكيميائية أو الفيزيائية | تركيز عامل العلاج: 1-5% |
| 7. التحجيم | ضع طبقة واقية لمنع تلف الألياف | معدل التحجيم: 0.5-2% |
2. التقنيات الرئيسية لتصنيع ألياف الكربون
تشمل التقنيات الأساسية لتصنيع ألياف الكربون ما يلي:
1.اختيار المواد الخام: تعتبر ألياف الكربون المعتمدة على PAN هي السائدة حاليًا نظرًا لأدائها الممتاز وتقنياتها الناضجة.
2.التحكم في درجة الحرارة: التحكم في درجة الحرارة في مراحل ما قبل الأكسدة والكربنة يؤثر بشكل مباشر على الخواص الميكانيكية للألياف.
3.المعالجة السطحية: من خلال الأكسدة أو معالجة البلازما، يتم تعزيز قوة الترابط بين الألياف والمصفوفة.
3. بيانات أداء ألياف الكربون
وفيما يلي مقارنة أداء ألياف الكربون والمواد التقليدية:
| مادة | قوة الشد (GPa) | معامل المرونة (GPa) | الكثافة (جم/سم³) |
|---|---|---|---|
| ألياف الكربون | 3.5-7.0 | 230-600 | 1.75-2.00 |
| الصلب | 0.5-2.0 | 200-210 | 7.85 |
| سبائك الألومنيوم | 0.3-0.5 | 70-80 | 2.70 |
4. مجالات تطبيق ألياف الكربون
تستخدم ألياف الكربون على نطاق واسع في المجالات التالية بسبب وزنها الخفيف وقوتها العالية:
1.الفضاء الجوي: جسم الطائرة، مكونات الأقمار الصناعية، الخ.
2.صناعة السيارات: مكونات خفيفة الوزن مثل الجسم والهيكل.
3.المعدات الرياضية: نوادي الجولف، رفوف الدراجات، إلخ.
4.مجال الطاقة: شفرات توربينات الرياح، وخزانات تخزين الهيدروجين، وما إلى ذلك.
5. اتجاهات التطوير المستقبلية لصناعة ألياف الكربون
ومع تقدم التكنولوجيا، سوف يظهر تصنيع ألياف الكربون الاتجاهات التالية:
1.تخفيض التكلفة: تطوير مواد خام وعمليات منخفضة التكلفة لخفض أسعار ألياف الكربون.
2.أداء عالي: تحسين قوة ومعامل الألياف من خلال تقنية النانو وغيرها من الوسائل.
3.التصنيع الأخضر: تقليل استهلاك الطاقة والتلوث وتحقيق التنمية المستدامة.
يعد تصنيع ألياف الكربون عملية متخصصة للغاية تتضمن دمج تقنيات متعددة التخصصات. في المستقبل، مع التقدم التكنولوجي، سيتم توسيع نطاق تطبيق ألياف الكربون بشكل أكبر.
تحقق من التفاصيل
تحقق من التفاصيل
ar
