پارچه فیبر کربن بافته شده: خواص، موارد استفاده و سوالات متداول پاسخ داده شده

• پارچه فیبر کربن بافته شده یک منسوجات صنعتی است که از رشته‌های کربنی به هم پیوسته ساخته شده است نه مناسب به عنوان پارچه لباس های روزمره
• در حالی که از نظر فنی حاوی کربن است، از نظر تغذیه ای یا بیولوژیکی "پارچه ای با کربن" نیست.
• فیبر کربن مصنوعی و مشتق از نفت است - اینطور است نه vegan-friendly با استانداردهای سختگیرانه وگان که از مواد پتروشیمی اجتناب می کنند، اگرچه اکثر گیاهخواران بدون نگرانی از آن استفاده می کنند.
• فیبر کربن در طول زمان در استفاده معمولی به طور قابل توجهی ضعیف نمی شود، اما می تواند تحت قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، ضربه یا خستگی چرخه ای تخریب می شود.

پارچه فیبر کربن بافته شده چیست؟

پارچه فیبر کربن بافته شده یک ماده تقویت‌کننده با کارایی بالا است که با بافتن دسته‌هایی از رشته‌های کربنی - معمولاً 3K، 6K یا 12K بکسل (به معنی 3000 تا 12000 رشته در هر بسته) - در یک پارچه ساختاریافته ایجاد می‌شود. قطر هر رشته تقریباً 5 تا 10 میکرون است که نازک‌تر از موی انسان است. پارچه به دست آمده سبک، بسیار سفت و دارای استحکام کششی است که بسته به درجه الیاف می تواند بیش از 3500 مگاپاسکال باشد.

دو الگوی بافت رایج عبارتند از:

• بافت ساده - هر یدک به طور متناوب و زیر، یک الگوی شطرنجی با ثبات ابعادی بالا ایجاد می کند.
• بافت دوقلو (2×2 یا 4×4) - یدک‌ها از دو و زیر دو عبور می‌کنند و ظاهر مورب نمادین «هرینگ‌بون» را در قطعات خودرو و هوافضا ایجاد می‌کنند.

پس از آغشته شدن به رزین اپوکسی و پخت، پارچه به پلیمر تقویت‌شده با فیبر کربن (CFRP) تبدیل می‌شود - یک کامپوزیت سفت و سخت که در بدنه هواپیما، اتومبیل‌های مسابقه، تیغه‌های توربین بادی، کالاهای ورزشی و ابزارآلات صنعتی استفاده می‌شود.

آیا می توان از فیبر کربن برای لباس استفاده کرد؟

در شکل خام بافته شده آن، پارچه فیبر کربنی است مانند لباس های روزمره کاربردی نیست . در اینجا دلیل آن است:

• سختی: الیاف کربن خشک بافته شده دارای پوشش محدودی است. مانند پنبه یا نایلون انعطاف پذیر نیست و با بدن مطابقت ندارد.
• سایش پوست: لبه های فیبر کربن بریده شده رشته های میکروسکوپی آزاد می کنند که می تواند پوست و غشاهای مخاطی را تحریک کند. رسیدگی به آن نیاز به دستکش دارد.
• عدم تنفس: فیبر کربن رطوبت را جذب نمی کند و اجازه گردش هوا را نمی دهد و از نظر حرارتی ناراحت کننده است.
• هزینه: حتی پارچه الیاف کربن ساده بافته شده 3K برای هر متر مربع 15 تا 50 دلار قیمت دارد، در مقایسه با سنت در هر متر برای پنبه.

جایی که فیبر کربن در پوشیدنی ها ظاهر می شود

گفته شد، فیبر کربن است مورد استفاده در کاربردهای پوشیدنی تخصصی:

تحقیقات در مورد منسوجات فیبر کربن برای پوشاک نرم در حال انجام است. شرکت‌هایی مانند Toray و Teijin ترکیب الیاف کربن فوق‌العاده ظریف با نخ‌های پلیمری را برای تولید منسوجات هوشمند یکپارچه رسانا مورد بررسی قرار داده‌اند – اما این منسوجات همچنان جا افتاده و به‌عنوان پوشاک در بازار موجود نیستند.

آیا پارچه کربن دارد؟

تقریبا هر پارچه از نظر شیمیایی حاوی کربن است. همه ترکیبات آلی - پنبه، پشم، ابریشم، پلی استر، نایلون - مولکول‌های مبتنی بر کربن هستند. به عنوان مثال، پنبه عمدتاً سلولز است، یک زنجیره پلیمری از واحدهای گلوکز، که هر یک از آنها در اطراف اتم‌های کربن ساخته شده‌اند.

با این حال، سوال "آیا پارچه دارای کربن است" به معنای بیشتری در زمینه پاسخ داده می شود پارچه های کربن فعال و پارچه های فیبر کربنی ، که دو دسته مجزا هستند:

• پارچه کربن فعال: منسوجات بافته شده یا نبافته با ذرات زغال فعال. در لباس‌های محافظ شیمیایی/بیولوژیکی (مانند لباس‌های NBC)، لباس‌های ورزشی مسدودکننده بو و پانسمان‌های زخم استفاده می‌شود. کربن فعال دارای سطح وسیعی است - تا 3000 متر مربع در هر گرم - به آن اجازه می دهد گازها و سموم را جذب کند.
• پارچه فیبر کربن: همانطور که در بالا توضیح داده شد - یک ماده تقویت کننده ساختاری که به طور کامل از رشته های کربن گرافیتی ساخته شده است. محتوای کربن بر حسب وزن معمولاً 92-99٪ است.

بنابراین وقتی مردم می پرسند که آیا پارچه "کربن دارد"، معمولاً منظورشان یکی از این کاربردهای کاربردی است - و پاسخ کاملاً به نوع پارچه بستگی دارد.

آیا پارچه بافته شده وگان است؟

بیشتر پارچه های بافته شده به وضوح در دسته های گیاهی یا غیر وگان قرار می گیرند:

*توجه به فیبر کربن و گیاهخواری: فیبر کربن از پلی اکریلونیتریل (PAN) یا گهگاهی (یک محصول فرعی نفتی) تولید می شود که هر دو مشتقات سوخت فسیلی هستند. وگان های سختگیر که از فرآورده های نفتی اجتناب می کنند، فیبر کربن را به عنوان وگان طبقه بندی نمی کنند. با این حال، جایگاه اصلی گیاهخواری - که بر اجتناب از استثمار حیوانات تمرکز دارد - فیبر کربن را قابل قبول می داند زیرا هیچ حیوانی در تولید آن آسیب نمی بیند. سازمان هایی مانند PETA الیاف مصنوعی را به طور کلی به عنوان گیاهخوار طبقه بندی می کنند.

آیا فیبر کربن با گذشت زمان ضعیف می شود؟

این یک سوال مهندسی حیاتی است. پاسخ کوتاه: فیبر کربن بسیار بادوام است، اما در برابر تخریب مصون نیست.

چه فیبر کربن به خوبی مقاومت می کند

• خوردگی: بر خلاف فولاد یا آلومینیوم، فیبر کربن زنگ نمی‌زند یا خورده نمی‌شود. این دلیل اصلی استفاده از آن در محیط های دریایی و هوافضا است.
• خزش: فیبر کربن خزش بسیار کم (تغییر شکل آهسته تحت بار پایدار) را در مقایسه با فلزات نشان می دهد.
• خستگی تحت تنش: کامپوزیت های فیبر کربن می توانند تا 60 تا 70 درصد از استحکام کششی نهایی خود را تحت بارگذاری چرخه ای برای میلیون ها چرخه قبل از شکست حفظ کنند.

چه چیزی می تواند فیبر کربن را تخریب کند

• اشعه ماوراء بنفش: قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اشعه ماوراء بنفش ماتریکس رزین اپوکسی را تخریب می کند و باعث ایجاد گچی سطحی و ایجاد ترک های ریز می شود. این می تواند استحکام برشی بین لایه ای را در طی چندین سال قرار گرفتن در معرض فضای باز بدون پوشش محافظ UV 10 تا 20 درصد کاهش دهد.
• آسیب ضربه: بر خلاف فلزات، فیبر کربن به صورت پلاستیکی تغییر شکل نمی‌دهد و می‌شکند. آسیب ضربه (ناشی از سنگ، سقوط، سقوط) می تواند لایه لایه داخلی نامرئی ایجاد کند که به طور قابل توجهی یکپارچگی سازه را کاهش می دهد.
• جذب رطوبت: ماتریس رزین می تواند رطوبت را در طول زمان جذب کند و دمای انتقال شیشه ای کامپوزیت را تا 20 درجه سانتیگراد کاهش دهد و خواص مکانیکی را اندکی کاهش دهد.
• خوردگی گالوانیکی: هنگامی که فیبر کربن مستقیماً با آلومینیوم یا فولاد تماس می گیرد (بدون مانع)، خوردگی گالوانیکی در فلز را تسریع می بخشد - که در مجموعه های مواد مخلوط نگران کننده است.

داده های طول عمر در دنیای واقعی

در هوافضا، اجزای فیبر کربن برای عمر مفید درجه بندی می شوند 20-30 سال با بازرسی و نگهداری مناسب مونوکوک های فیبر کربن فرمول 1 هر فصل به دلیل قوانین ایمنی و نه خرابی مواد تعویض می شوند. قاب‌های دوچرخه فیبر کربن تفریحی معمولاً برای 5 تا 10 سال ضمانت دارند، با عمر مفید دنیای واقعی اغلب بیش از 15 تا 20 سال در استفاده معمولی.

نکته کلیدی: ساختارهای فیبر کربنی که به درستی محافظت شده و نگهداری می شوند در شرایط عادی خدمات به طور معنی داری ضعیف نمی شوند. عامل محدود کننده تقریباً همیشه سیستم رزین است - نه خود فیبرهای کربن.

انتخاب پارچه فیبر کربن بافته شده مناسب برای کاربرد شما

هنگام انتخاب پارچه فیبر کربن بافته شده ، مشخصات زیر بیشترین اهمیت را دارد:

• درجه فیبر: مدول استاندارد (230-240 گیگا پاسکال) برای اکثر کاربردهای ساختاری مناسب است. الیاف مدول متوسط ​​(290-300 گیگا پاسکال) یا مدول بالا (350 گیگا پاسکال) در تجهیزات هوافضا و ورزشی با کارایی بالا استفاده می شود.
• اندازه یدک کش: 3K یک سطح ظریف تر را با رزین یکنواخت تر فراهم می کند. 12K مقرون به صرفه تر است و برای ورقه های ضخیم تر که ظاهر سطح آن اهمیت کمتری دارد مناسب است.
• سبک بافت: بافت ساده برای حداکثر ثبات ابعادی؛ بافت پارچه جناغی برای چسباندن بهتر روی منحنی های پیچیده.
• وزن منطقه: به طور معمول 100-400 گرم در متر مربع. پارچه های سبک تر (100-200 گرم در متر مربع) برای لایه های سطحی استفاده می شود. پارچه های سنگین تر ضخامت ساختاری را سریعتر ایجاد می کنند.
• سازگاری: قبل از خرید، سازگاری با سیستم رزین خود (اپوکسی، وینیل استر یا پلی استر) را تأیید کنید.