الیاف کربن

اگرچه اكثر الیاف مورد استفاده در صنعت كامپوزیت از جنس شیشه می‌باشد ولی مدول آن نسبتا پایین است. در سالهای پیش تلاشهای زیادی انجام گرفت تا تقویت كننده‌های جدیدی با تبدیل حرارتی الیاف آلی به الیاف كربن ساخته شود.
الیاف حاصل به سرعت كاربرد وسیعی در كامپوزیتهای فنولیكی به منظور استفاده در عایقهای فداشونده در صنایع نظامی پیدا كرد. مشخصه الیاف كربن، سبكی، استحكام و سفتی بالا می‌باشد. همه انواع الیاف كربن از پیرولیز الیاف آلی در یك محیط خنثی بدست می آید.
● سه منبع مهم عمده برای ساخت الیاف كربن وجود دارد:
▪ پلی اكریلونیتریل (pan) رایون و قیر
▪ كوپلیمر متیل اكریلات و ایتاكونیك اسید
▪ اكسیداسیون الیاف اكریلیك، به منظور تثبیت شكل الیاف به هنگام فرآیند كربنیزه كردن است.
این عمل در اتمسفر اكسیژن و دمای
سپس الیاف اكسید شده در یك محیط خنثی كربنیزه می‌شوند. و در نهایت الیاف كربنیزه وارد مرحله گرافیته كردن می‌شوند. این مرحله نیز در مرحله خنثی و در دمای حدود ۴۰۰تاشرایط مورد بحث در طول فرآیند پلیمریزاسیون تا ساختار گرافیتی، به دقت انتخاب و كنترل می‌شوند. در طول این فرآیند عناصر غیر كربنی بصورت گاز خارج شده، اجزاء كربنی باقی می‌مانند. مهمترین شكل الیاف كربن، پارچه است كه در بافتهای مختلف وجود دارد.
● این شكلها عبارتند از:
۱) رشته‌های پیوسته برای فرایندهای، رشته پیچی
در ابتدا دو نوع الیاف كربن با پایه pan وجود داشت كه استحكام و مدول آنها با هم تفاوت داشت:
الیاف كربن با استحكام بالا (strength ( Highیا HSكه از فرآورش در دمای OC ۱۵۰۰ بدست می‌آمد و بعنوان نوع دو درجه‌بندی می‌شد.
با افزایش دمای فرآورش، مدول نیز افزایش می‌یافت و نوع مدول بالای این الیاف (Modulus High ) یا HM كه نوع یك درجه بندی می‌شد در دمای بالاتر ازدو هزار و پانصد درجه تولید می‌شد.
با اعمال كمی كشش و افزایش آرایش یافتگی و با كاهش قطر الیاف از ۷ به ۵ میكرومتر، استحكام و مدول الیاف افزایش می‌یابد. این الیاف، الیاف با مدول متوسط (modulus Intermediate) یا IM نام دارد. در جدول زیر برخی خواص این الیاف مشاهده می‌شود.
pitch)itaconic ) یك ماده اولیه تولید الیاف كربن می‌باشد. این ماده در یك محیط آبی سنتز شده و با فیلتراسیون جدا می‌شود. سپس كوپلیمر حاصل، با سرعت چرخش و كشش كنترل شده، به روش ریسندگی مرطوب تبدیل به لیف می‌شود. بدینوسیله میزان آرایش الیاف را كنترل می‌كنند و هرچه بیشتر باشد مدول لیف نهایی بالاتر است.
مراحل تولید الیاف كربن در این روش عبارتند از :
۱) كوپلیمریزاسیون، اكسیداسیون، كربنیزه كردن و گرافیته كردنc ۲۰۰ انجام می‌شود. این كار اجازه می‌دهد آرایش القا شده به هنگام كشش در الیاف حفظ شود.c ۲۵۰۰ انجام می‌گیرد.filamant winding )، پلتروژن و فرآیند پاشش رزین (spray up)
۲) پیش آغشته (prepreg) تك جهته برای لایه گذاری
۳) الیاف خرد برای تزریق یا قالبگیری فشاری
۴‌) ‌ نوار پیوسته برای پلتروژن
۵) پارچه بافته برای قالبگیری انتقال رزین (RTM) یا لایه گذاری
دو نوع مختلف الیاف كربن در شكل دیده می‌شود: الیاف كربن تولید شده، ذاتا چسبندگی كافی به پلیمرها ندارند و اگر به همان صورت استفاده شوند، خواص تقویت كنندگی خوبی نشان نشان نمی‌دهند. بنابراین اصلاح سطح یك مرحله ضروری در آماده سازی الیاف می‌باشد.
روشهای مختلفی برای اصلاح سطح الیاف كربن وجود دارد، ولی معمولا اكسیداسیون آنودیك در یك الكترولیت آبی مانند بی كربنات آمونیم، ترجیح داده می‌شود. اكسیداسیون پلاسما نیز بكار می‌رود ولی به لحاظ تجاری رایج نشده است.
معمولاَ الیاف كربن موجود در بازار اصلاح شده است ولی در موارد خاص می‌توان الیاف بدون اصلاح سطح نیز تهیه كرد.

منبع : شبکه ایران ـکامپوزیت