در اینجا ما درباره تفاوت و شباهت های موجود بین فیبر کربن و کولار بحث میکنیم. همچنین به مزایا و معایب آنها می پردازیم و نحوه تولید هر دو را بررسی میکنیم.
فیبر ( الیاف ) کربن چیست؟
رشته های فیبر کربن باریک و بلند هستند و در ساختار آنها از اتم کربن استفاده شده است. کربن ها در ابعاد میکروسکوپی در کنار یکدیگر قرار گرفته اند تا بتوانند شبکه بلوری تشکیل بدهند. شبکه بلوری متشکل از کربن باعث شده است تا این جنس مقاومت و سختی خوبی داشته باشند. برای ساخت پارچه فیبر کربنی ابتدا کربن ها(90 درصد کربن) را در کنار هم قرار میدهند(در مقیاس اتمی و میکروسکوپی). سپس الیاف(نخ) تشکیل شده را بهم می بافند تا پارچه فیبر کربن تشکیل شود(مانند فرایند تبدیل پنبه به نخ). بافت الیاف کربن دارای انواع مختلفی است که در پایین هر کدام را بررسی میکنیم.
- ساده: این نوع بافت رایج ترین نوع است که مقاومت خوبی نیز دارد. در این نوع بافت، فیبر کربن به صورت تار و پود بافته میشوند. نحوه قرار گیری تار و پود ها به صورت یک در میان، زیر و رو است.
2. بافت دوگانه: اگر یک بافت دو در دو را درنظر بگیرید. یک رشته افقی روی دو رشته عمودی قرار میگیرد. در مرحله بعد همان رشته(افقی) به زیر دو رشته مجاور خود میرود. این نوع به دلیل بافت خاص آن، دارای انعطاف پذیری بالاتری است.
3. بافت ساتن: در این نوع بافت، تک رشته افقی از مجموع رشته های عمودی (برای مثال 3 عدد رشته قائم) عبور میکند و با گذر از زیر یک رشته عمودی، چرخه بعدی را شروع میکند. نام تعداد مشخص از بافت های عمودی ای که بافت افقی از روی آنها گذر میکند را هارنس میگویند. این نوع بافت برای پارچه هایی که در حالت انحنا قرار میگیرند، مناسب است.
4. بافت یکطرفه: همانطور که از نامش پیدا است؛ این نوع بافت به صورت یکطرفه تولید میشود. تعداد تار های نگهداشته شده توسط یک پود(و یا بالعکس) می تواند نامتقارن باشد(برای مثال میتواند 3*5 یا 2*2 یا غیره باشد). این نوع بافت برای مکان هایی استفاده می شود که نیروی وارده در راستای تار یا پود بیشتر از دیگری است.
فیبر کربن چگونه ساخته میشود؟
هر کارخانه ای فیبر مختص به خود را تولید میکنند. همچنین کاربرد فیبر کربن در روند ساخت آن موثر است. اما به طور کلی فیبر کربن از پلیمر های آلی که از قرار گیری شبکه کربنی بوجود می آید، تشکیل می شوند. 90 درصد فیبر های کربنی از روش PNA(پلی اکریلونیتریل) تولید میشوند که 5 مرحله کلی دارد.
- پلی اکریلونیتریل با مواد دیگر مخلوط شده و چرخش آنها، باعث تولید ماده ای کشیده(بلند) و تمیز تر میشود.
- مواد شیمیایی مختلفی اضافه می گردد تا باعث تثبیت مخلوط شود.
- گرمای اعمال شده باعث میشود تا ساختار کربنی محکم تر شود.
- الیاف برای ایده آل شدن شرایط پیوندی، اکسید میشوند.
- در نهایت رشته های نخ کربنی در اندازه های مختلف و به صورت روکش شده مونتاژ میشوند. قبل از اینکه فیبر کربن به کامپوزیت(مواد ترکیبی) تبدیل شود، پلیمر اضافه میشود و ماده تحت گرما و فشار قرار میگیرد. در این مرحله نخ کربنی(الیاف کربنی) به پلیمر متصل میشود و کامپوزیت را تشکیل میدهد.
- مواد مختلف با ویژگی های مختلف میتواند ویژگی های خاصی را در کامپوزیت بوجود بیاورند. این ویژگی ها متناسب با کاربرد شما تعیین میشوند.
مزایای استفاده از فیبر کربن
الیاف کربنی، به دلیل استحکام بالا و وزن کم در صنایع خودروسازی، دریایی، هوافضا و غیره بسیار محبوب و مورد استفاده هستند. مزیت های این نوع الیاف در پایین نام برده شده است.
- استحکام بالا نسبت به وزن کم
- مقاوم در برابر حرارت
- مقاوم در برابر خوردگی و مواد شیمیایی
- بسیار انعطاف پذیر است
- با انواع مواد سازگاری دارند
- هدایت الکتریکی و حرارت خوبی دارند
- ضریب انبساط حرارتی پایینی دارند
معایب فیبر کربن
علی رغم داشتن مزایا، فیبر کربن یک کامپوزیت تازه متولد شده است که دارای معایبی نیز هست.
- در مقایسه با کامپوزیت های دیگر، گران است.
- فرایند تولید طولانی و زمان بر است.
- از این کامپوزیت بیشتر به جای مواد قابل بازیافتی مانند آلومینیوم و فولاد استفاده میشود. در صورتی که فیبر کربن بازیافت شونده نیست.
- هنگام که بیش از تنش تسلیم به آن نیرو وارد شود، می شکند و خرد میشود.
- قابلیت تعمیر ندارد و باید تعویض شود(در صورت آسیب دیدن).
کولار( Kevlar )/ آرامید چیست؟
کولار از اتصال موازی پلیمر های آرامید(نومکس، تکنورا و …) تشکیل میشود. سپس نخ ها به هم متصل میشوند و پارچه کولار را تشکیل میدهند. پارامید ها به پارچه مقاومت خوبی میدهند.
کولار چگونه ساخته میشود؟
برای ساخت این نوع پارچه به دو مرحله نیاز است.
- در قدم اول، طی یک فرآیند، کولار(ماده شیمیایی و اولیه) به الیاف های بلند تبدیل میشود.
- در این مرحله فرآیند تراکم رخ میدهد. در این فرایند زنجیره های مولکولی مرتب میشوند و به کمک پیوند هیدروژنی، استحکام کششی و مقاومت خوبی پیدا میکنند.
مزایای کولار
- قوی و سبک
- مقاوم در برابر حرارت(در درجه 450 درجه شروع به تجزیه شدن میکند)
- مقاوم در برابر مواد شیمیایی
- تحت تاثیر رطوبت قرار نمی گیرد
معایب کولار
- مقاومت کم در برابر تنش
- نسبت به عوامل محیطی حساس تر است
- برای برش پارچه به قیچی نیاز است
- پس از ساخته شدن فقط میتوان با مته های مخصوص آنها را سوراخ کرد.
کولار یا فیبر کربن؛ کدام بهتر است؟
فیبر کربن دارای استحکام بالا و وزن مناسب است؛ اما به عنوان گران ترین تقویت کننده در جهان یاد میشود. فیبر کربن در مقایسه با کولار، راحت تر ماشین کاری، برش کاری و… میشود. با این وجود، کولار مقاومت سایشی بهتری نسبت به کربن دارد. همچنین کولار در دمای شدید، بهتر از کربن ظاهر میشود که این ویژگی کولار را برای کاربرد های دریایی مناسب تر میکند.همچنین شما میتوانید دستکش کولار ضد برش را از تخصصی ترین مرکز دستکش ایمنی ایران( shop.daytg.com ) تهیه کنید.
