مقاله الياف كربن

 nx دارای 122 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : الیاف كربن پیشگفتارالیاف كربن نسل جدیدی از الیاف پر استحكام است . این مواد از پرولیز كنترل شده گونه هایی از الیاف مناسب تهیه می شود؛ به صورتی كه بعد از پرولیز حداقل 90 درصد كربن باقی بماند. الیاف كربن نخستین بار در سال 1879 میلادی زمانی كه توماس ادیسون از این ماده به عنوان رشته پرمقاومت در ایجاد روشنایی الكتریكی استفاده كرد، پای به عرصه علم وفن آوری گذاشت. با این حال در آغاز دهه 1960 بودكه تولید موفق تجاری الیاف كربن، با اهداف نظامی و به ویژه برای كاربرد در هواپیمای جنگی، آغاز شد. در دهه های اخیر ،الیاف كربن در موارد غیرنظامی بسیاری، همچون هواپیماهای مسافربری و باربری. خودروسازی. ساخت قطعات صنعتی، صنایع پزشكی، صنایع تفریحی-ورزشی وبسیاری موارد دیگر كاربردهای روز افزونی یافته است. الیاف كربن دركامپوزیت های با زمینه سبك مانند انواع رزین ها به كار میرود. كامپوزیت های الیاف كربن در مواردی كه استحكام وسختی بالا و به همراه وزن كم و ویژگی های استثنایی مقاومت به خوردگی مدنظر باشند، یگانه گزینه پیش روست. همچنین نگاهی كه مقاومت مكانیكی در دمای بالا، خنثی بودن از لحاظ شیمیایی و ویژگی ضربه پذیری بالا نیز انتظار برود، باز هم كامپوزیت های كربنی بهترین گزینه هستند. با توجه به این ویژگی ها ، پهنه گسترده موارد كاربرد این ماده در گستره های گوناگون فن آوری به سادگی قابل تصور است. میزان تولید الیاف كربن از 1992 تا 1997 رشد200 درصدی در این فاصله 6ساله داشته كه خود نشانگر اهمیت تكنولوژی این ماده است.هم اكنون ایالات متحده آمریكا نزدیك به 60درصد تولید جهانی الیاف كربن را به مصرف می رساند وا ین در حالی است كه ژاپن تلاش می‌كند به میزان مصرفی برابر با50درصد تولیدات جهانی این محصول دست یابد. ژاپن به واسطه شركت صنتی توری، خود بزرگترین تولید كننده الیافت كربن در جهان است. هم چنین عمده ترین تولید كننده الیاف كربن با استفاده از پیش زمینه قیر، ژاپن است.پیشگویی برای سال 2013 میلادی.. سال 2013 است خودرویی جدید به نام 100MPG”BLACKBEAUTY” بدلیل این كه ضمن دارا بودن بالاترین كارایی به میزان 100 درصد نیز دوستدار محیط زیست شناخته شده طرفداران بسیاری زیادی دارد. این خودرو پس از انقراض نسل خودروهای فولادی با سازه ای تمام كامپوزیت بر پایه كربن متولد شده است. با استفاده از مواد كربنی در ساخت بدنه و سازه های اصلی این خودرو مانند شاسی موتور و سیستم های انتقال نیرو، كاهش وزن به دست آمده موجب مصرف اندك سوخت شده است. این مواد پیشرفته به همراه اندكی فلزات سبك كه عمدتا در اتصالات به كار می روند، اقتصاد خودرو را از لحاظ میزان مصرف سالیانه سوخت با انقلابی عظیم مواجه كرده است. این مواد سبك در فریم شاسی، موتور كاتالیتیك با بازده بالا، در باتری های لیتیمی و موتورهای الكتریكی، پانل های بدنه، مخزن سوخت و مواد پیشرفته نگه دارنده متان كه سوخت اصلی خودروست وخلاصه در تمام المان های اصلی كه چنین وسیله نقلیه كم مصرف با توانایی های بسیار بالا را می سازد به كار رفته است. پانل های بدنه از كامپوزیت های كربنی به روش SMC با سطوح بسیار صاف وآماده رنگ كاری ساخته شده است. فیبریل های كربنی در اندازه های زیر میكرون با ویژگی هدایت الكتریكی سطح قطعات پانل های بدنه را به سادگی دارای ویژگی الكترو استاتیك می كنند. از سوی دیگر چون كامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف كربن از نظر شیمیایی خنثی است به تخریب در برابر پرتو فرابنفش حساس نیست در نتیجه پانل های بدنه به هیچ نوع عملیات پایانی نیاز ندارند. بخش های دیگری كه زیاد به آن ها توجه نمی شود، مانند در موتور، هوزینگ ها وگیربكس ها تماما از كامپوزیت كربنی به روش قالب گیری تزریقی ساخته شده وجایگزین قطعات سنگین ریخته شده فلزی شده اند. مخزن سوخت كامپوزیت كربنی ساخته شده به روش پیچش الیاف است كه مملو از كربن فعال وفیبریل های كربنی است كه موجب افزایش قابلیت نگهداری گاز مایع در فشارهای پایین می شود. موتور كاتالیتیك از كاتالیست های پوشش داده شده بر روی كره ها و لوله های ریز شیاردار كربنی كه به كربن توخالی معروف هستند ودر واقع نوعی از الیاف كربن سوراخ شده هستند، استفاده می‌كند . این واحد مركزی تولید توان الكتریكی كه در واقع قلب سیستم به حساب می آید به دلیل استفاده زیاد از فراورده های الیاف كربن قادر است كارایی خودرا در دماهای بسیار بالایی كه الزاما در اثر كاركرد موتور پدید می آید به خوبی حفظ كند.این دلیل اصلی بالا بودن غیرمعمول بازده چنین خودرویی است. از سوی دیگر مشكلات مربوط به آن دسته از شكست های قطعات كه ناشی از اختلاف در ضرایب انبساط حرارتی در نسل خودروهای فلزی بود به واسطه استفاده از قطعات كامپوزیتی كربنی به طور كامل از بین رفته است. مهندسین مواد بادست كاری در میزان جهت یافتگی الیاف كربن نوع جدیدی از الیاف راساخته اند كه به طور استثنایی دارای هدایت حرارتی یك بعدی بسیار زیادی بوده و بدین وسیله توانسته اند دستگاههای سرمازا را با بازده بسیار بالا در موتور این خودرو به كار برند.در سیستم باتری یونی لیتیم/ لیتیم از آندهای كربنی وكاتدهای كامپوزیت كربنی استفاده شده است. سیستم جدید تهویه هوا با استفاده از رادیاتورهای پلاستیكی تقویت شده با الیاف كربن، محفظه های كربنی وفوم های كربنی عایق، بیشترین شرایط رفاه وآسایش سرنشین را به همراه حذف كامل گازهای ضدازن فراهم آورده است. سیستم GPS تعبیه شده برای ارتباطات ماهواره ای، تلفن همراه،دستگاه دورنگار و رایانه های on-board همگی ضمن رعایت طراحی ارگونومیك از قاب های كامپوزیت كربنی كه هدایت الكتریكی مناسبی دارند بهره می برند. قراردادن المان های جهت دار كامپوزیتی بر پایه كربن در جهت اعمال لنگر سیستم تعلیق كربنی را در این خودرو به گونه ای ساخته كه موجب حذف بسیاری از قطعات سنگین فلزی شده و همین موضوع خود موجب عملكرد بهتر سیستم تعلیق شده است. روتورهای كربنی ترمز و لنت ترمزهای گرافیتی وزن مجموعه سیستم ترمز را در راستای عملكرد بهتر ترمز كاهش داده است. رینگ های تقویت شده با الیاف كربن ضمن كاهش وزن موجب سرد كار كردن مجموعه ترمز و در نتیجه بالاتر رفتن ضریب امنیت ترمز می شود.تایرهای با فرمالاسیون پیشرفته شامل فیبریل های كربن وبلوك های كربنی جهت دار به همراه الیافت كربن بافته شده به صورت شعاعی ضمن سبكی موجب حذف مقاومت غلطشی تایر و سردماندن آنها در طول حركت می شود. المان های تعلیق رینگهای وتایرهای ساخته شده از الیاف كربن باعث برقراری مطمئن اتصال با زمین و در نتیجه كمینه شدن احتمال آتش سوزی در اثر بارهای الكترواستاتیك وافزایش امنیت وراحتی سرنشین در هنگام سوار وپیاده شدن از خودرو می شود. با استفاده روز افزون از الیاف كربن در ساخت خودروهای پیشرفته مصرف سالیانه بنزین به سرعت رو به كاهش گذاشته و نیاز به واردات سوخت های فسیلی را كه باعث عدم تعادل تجاری می شود به حداقل می رساند. در عوض به منظور گسترش واحدهای تولید مواد كربنی جدید با كاربردهای رو به رشد در ساخت خودروهای كربنی میلیون ها فرصت شغلی در كشور پدیدار می شود.الیافت كربن را میتوان براساس مدول الاستیك استحكام و دمای نهایی عملیات حرارتی به گروههای زیر دسته بندی كرد:دسته بندی براساس ویژگی ها: الیاف كربن با ضریب كشسانی بسیار بالا؛ بیشتر از 450 گیگاپاسكال الیاف كربن با ضریب كشسانی بالا؛ بین 350 تا 450 گیگاپاسكال الیاف كربن با ضریب كشسانی متوسط؛ بین 200 تا 350 گیگاپاسكال الیاف كربن با استحكام كششی بالا و ضریب كشسانی پایین؛ استحكام كششی بیش از 3 گیگا پاسكال و ضریب كشسانی كمتر از 100 الیاف كربن با استحكام كششی بسیار بالا؛بالاتر از 5/4 گیگاپاسكالدسته بندی براساس نوع پیش زمینه: الیاف كربن با پیش زمینه الیاف پلی اكریلونیتریل الیاف كربن با پیش زمینه قیر صنعتی الیاف كربن با پیش زمینه قیر مزوفاز الیاف كربن با پیش زمینه قیر ایزوتروپیك الیاف كربن با پیش زمینه الیاف ریون( ابریشم مصنوعی) الیاف كربن با پیش زمینه فاز گازی ودسته بندی براساس دمای نهایی عملیات حرارتی: الیاف نوع 1، دمای عملیات حرارتی بالا از 2000 درجه سانتی گراد؛تولید كننده الیاف HM الیاف نوع 2، دمای عملیات حرارتی حدود 1500 درجه سانتیگراد؛تولید كننده الیاف HS الیاف نوع 3، دمای عملیات حرارتی كم تر یا حدود 1000 درجه سانتی گراد ؛تولید كننده الیاف با ضریب استحكام پایینساختن الیاف كربن: در فرهنگ واژگان نساجی آمده است:الیاف كربن به الیافی گفته می شود كه دست كم دارای 90 درصد كربن هستند و از پیرولیز كنترل شده الیافی ویژه به دست می آیند. اصطلاح الیاف گرافیتی در مورد الیافی به كار میرودكه كربن آنها بیش از 99 درصد باشد. انواع گوناگونی از الیاف به عنوان پیش زمینه تولید الیاف كربن وجود دارد كه دارای ویژگی های انحصاری و مورفولوژی ویژه هستند. پرمصرف ترین الیاف پیش زمینه عبارتند از: الیاف پلی اكریلونیتریل (PAN)الیاف سلولزی( مانند ریون ویسكوز و پنبه) قیر حاصل از قطران ذغال سنگ (Coal tar pitch) و نوع ویژه ای از الیاف فنلیك الیاف كربن از طریق پیرولیز پیش زمینه هالی آلی كه به شكل الیاف هستند ساخته می شود. در واقع انجام عملیات حرارتی حذف عناصری مانند اكسیژن ، نیتروژن ، هیدروژن وباقی ماندن كربن به شكل الیاف می شود. در پژوهش هایی كه بر روی الیاف كربن انجام شده مشخص گردیده كه ویژگی های مكانیكی الیاف كربن با افزایش درجه تبلور ومیزان جهت گیری الیاف پیش زمینه وكاهش نواقص موجود در آنها بهبود می یابد. بهترین راه برای دست یابی به الیاف كربن با ویژگی های مناسب استفاده از الیاف پیش زمینه با بیشترین مقدار جهت گیری و حفظ آن در طی فرایندهای پایدارسازی وكربنیزاسیون از طریق اعمال كشش در طول فراینداست. تولید الیاف كربن از پیش زمینه پلی اكریلونیتریل:برای تولید الیاف كربن با كیفیت بالا از پیش زمینه PAN و سه مرحله اساسی وجود دارد:1-مرحله پایدارسازی اكسیدی: در این مرحله الیاف PAN هم زمان با اعمال كششی مورد عملیات حرارتی اكسیدی در محدوده دمایی 200 تا 300 درجه سانتی گراد قرار میگیرد . این عملیات PAN گرما نرم را به تركیبی باساختار نردبانی یا حلقه ای تبدیل می‌كند.2- مرحله كربنیزاسیون: بعداز اكسیداسیون الیاف بدون اعمال كشش درپیرامون دمای 1000درجه سانتی گراد در محیط خنثی (معمولا نیتروژن) برای مدت چند ساعت مورد عملیات حرارتی كربنیزاسیون قرار می گیرد. در طی این فرایند عناصر غیركربنی آزاد میشود والیاف كربن با بالانس جرمی 50درصد به نسبت الیاف PAN نخستین به دست می آید. 3-مرحله گرافیتاسیون:بسته به نوع الیاف كربن مورد نظر، از لحاظ ضریب كشسانی واعمال این مرحله در محدوده دمایی بین 1500تا3000 درجه سانتیگراد موجب بهبود درجه جهت گیری كریستالیت های كربنی در جهت محور الیاف وبنابراین مایه ی بهبود ویژگی می شود.تولید الیاف كربن از دیگر پیش زمینه ها نیز كمابیش دارای مراحل اصلی است كه در مورد تولید از پیش زمینه PAN آورده شد. ساختار الیاف كربن:مشخصه های ساختاری الیاف كربن بیشتر با دستگاههای میكروسكوپ الكترونی و پراش پرتوی ایكس قابل بررسی است. برخلاف گرافیت ساختار كربن بدون هر گونه نظم سه بعدی است. در الیاف كربن برپایه PAN ساختار الیاف در طی عملیات پایدارسازی اكسیدی ومتعاقب آن كربنیزاسیون از ساختار زنجیره ای خطی به ساختار صفحه ای تغییر می‌كند. به این ترتیب صفحات اصلی در پایان مرحله كربنیزاسیون درجهت محور طولی الیاف قرار می گیرد. بررسی های اشعه X با زاویه تفرق باز( Wide angle X –ray) نشان می‌دهد كه با افزایش دمای عملیات كربنیزاسیون ارتفاع انباشتگی ومقدار جهت گیری صفحات اصلی افزایش می یابد. قطر منوفیلامنت های PAN تاثیر عمده ای بر نفوذ عملیات كربنیزاسیون در الیاف كربن تولیدی دارد به همین دلیل تغییر در ساختار كریستالوگرافی پوسته وهسته هر منوفیلامنت در الیافی كه كاملا پایدار شده اند به وضوح قابل مشاهده است. پوسته از جهت گیری مرجح طولی بالا به همراه انباشتگی زیاد كریستالیت ها برخوردار است در حالی كه هسته جهت گیری كم تر صفحات اصلی وحجم كم تر كریستالیست ها را نشان می‌دهد. عموما دیده شده كه هر چه استحكام كششی الیاف پیش زمینه بیشتر باشد ویژگی های كششی الیاف كربن به دست آمده نیز بیشتر می شود. چنان چه مرحله پایدارسازی به صورتی مناسب انجام گیرد در آن صورت استحكام كششی وضریب كشسانی با كربنیزاسیون تحت كشش به مقدار بسیار زیادی در محصول كربنی نهایی بالا می رود. بررسی های انجام شده با دستگاههای پراش پرتوی ایكس وپراش الكترونی نشان داده است كه در الیاف كربن با ضریب كشسانی بالا كریستالیستها پیرامون محور طولی الیاف قرار گرفته اند.این درحالی است كه صفحات لایه ای با بیشترین جهت یافتگی به موازات محور الیاف استقرار یافته اند. به طور كلی استحكام الیاف كربن به نوع پیش زمینه شرایط فرآیند و دمای عملایت حرارتی ووجود نواقص ساختاری در الیاف ارتباط دارد. در الیاف كربن با پیش زمینه PAN و افزایش دما تا 1300 درجه سانتیگراد مایه ی افزایش استحكام می شود ولی پس از 1300درجه استحكام به آرامی كم میشود. این موضوع در مورد ضریب كشسانی نیز صادق است. الیاف كربن بسیار ترد هستند لایه ها در الیاف با اتصالات ضعیف واندروالسی به هم دیگر متصل شده اند. تجمع فلس مانند لایه ها موجب می شود تا رشد ترك در جهت عمود بر محور الیاف به آسانی صورت بگیرد. در خمش الیاف در كرنش های بسیار پایین می شكنند. باتمام این معایب الیاف كربن از نقطه نظر مجموع ویژگی های شیمیایی فیزیكی و مكانیكی منحصر به فردی كه دارد در بسیاری از عرصه های مهندسی وعلوم در دو دهه اخیر تقریبا بدون رقیب مانده است.كامپوزیتهای كربن- كربن (ccc) شامل سابترین الیاف كربنی در یك ماتریس و زمینه كربنی می باشند. این كامپوزیتها به فرمهای گوناگونی از یك بعدی تا n بعدی با استفاده از فایبرها و پارچه می باشد: 1) یك بعدی با استفاده از فایبر2) دو بعدی با استفاده از پارچه 3) سه بعدی4) n بعدی این مواد دارای خواص مكانیكی بالا (مقاومت ویژه و چقرمگی،;) مدول یانگ بالا (stiffness) و پایداری حرارتی وشیمیایی عالی در دماهای بالا در محیط های خنثی هستند و اگر در محیطهای اكسیدی بكار برده شوند بایستی coat شوند. البته این مواد از مقاومت فرسایشی كمی دردمای بالا برخورد دارند.در این مواد بعلت اینكه ساختار كربن می تواند از كربن آمورف تا گرافیت تغیر كند در نتیجه كامپوزیتهای مختلف با خواص متفاوت خواهیم داشت. پارامترهای مؤثر بر خواص كامپوزیت كربن – كربن 1) پارامترهای موثر بر خواص زمینه كربن انزوتروپی كریستال گرافیت ، جهت گیری كریستالها ، تخلخل، ساختار زمینه «گرافیت یا glassy‍‌») 2) پارامترهای موثر بر خواص الیاف كربنی3) شرایط پروسس مانند دمای عملیات حرارتی نهایی كه ساختار كریستالها و ابعاد آنها را تعیین می كند و در نتیجه روی خواص مكانیكی تأثیر شدیدی می گذارد. خواص الیاف كربن تحت تأثیر دو عامل پیش زمینه مصرفی و نوع پروسینگ ساخت می باشد كه پیش زمینه مصرفی میتواندRayon(ابریشم مصنوعی)، (Polyacrylonitritc)PAN , Petroleum pitch باشد. پروسه ساخت الیاف از RAYONابتدا الیاف rayon تا دمای 400 حرارت داده می شوند تا سلولز آن پیرولیز گردد سپس كربنیزه كردن با حرارت دادن تا دمای 1000 صورت می گیرد كه پس از كامل شدن كربنیزاسیون الیاف تا دمای بیش از 2000 حرارت می بیند تا گرافیته شدن صورت گیرد. در این روش الیاف بدست آمده دارای مدول پایین 276 Gpaیا 4×106 Psi می باشد. پروسه ساخت الیاف از P.A.N و Pctroleum pitch برای تهیه الیاف مدول بالا ( 5×106 psi یا 344 Gpa ) و استحكام بالا (300×103 psi یا 207 Gpa) از این دو ماده استفاده می شود. در تهیه الیاف از PAN ابتداالیاف PAN به میزان %500 تا %1300 كشیده می شوند و سپس دردمای 200-280OC در محیط اكسیژن پایدارمی شوند كربنیزه شدن الیاف در دمای بین 1000-1600OC صورت می گردد در نهایت گرافیته كردن در دماهای بالاتر از 2500OC صورت می گردد. پروسه ساخت الیاف از pitch مشابه پروسه ساخت الیاف از P.A.N می باشد با این تفاوت كه كشش الیاف را نداریم و فرم الیاف شكل از كشش pitch مذاب از داخل حدیده حاصل می شود. شكل الیاف بدست آمده روی خواص مكانیكی آن تأثیر شایانی دارد مثلا الیاف C شكل و الیاف توخالی نسبت به الیاف كاملا گرد و یا سه گوش مقاومت بیشتری را نشان می دهند. برای ساخت سرامیكهای كربنی از كربن اولیه (ذرات جامد كربن خالص) به عنوان Filler و كربن ثانویه به عنوان بایندر كه پس از عملیات حرارتی كربن بجای می گذارد استفاده می شود.در ساخت كامپوزیتهای كربن – كربن از الیاف كربنی بجای كربن اولیه استفاده می شود و فضای خالی بین الیاف توسط كربن ثانویه پر می شود كه كربن ثانویه از سه طریق زیر تأمین می شود:1- CVD2- استفاده از رزین ترموست3- استفاده از رزین ترموپلاستاستفاده ازCVD برای ساخت قطعات نازك و استفاده از رزینهای ترموست و ترموپلاست برای ساخت قطعات ضخیم مفید می باشد. پروسه CVD :در این روش كربن پیرولیتیك بین الیاف رسوب كرده ( دمای 800-2000OC) و چون سطح محصول فاقد آلودگی است برای قطعات بیولوژیك بسیار مناسب است. بسته به دمای تجزیه و روش ورود گاز به محفظه پروسس CVD در ساخت كربن – كربن به سه روش تقسیم می شود :1- روش ایزوترم 2- روش شیب دمایی 3- روش شیب فشاری 1- پروسه ایزوترم :پریفرم الیاف درون كوره مقاومتی یا القایی قرار گرفته و گرم می شود تا به دمای ثابت وپایداری برسد در این دما واكنش كننده های گازی وارد محقطه شده و بصورت كربن ثانویه روی پریفرم می نشیند. چون سطح خارجی قطعه گرمتر از داخل آن است كربن تمایل به رسوب كردن روی سطح خارجی دارد. لذا قبل از اینكه عمق قطعه با كربن پوشیده شود سطح آن پوشیده می شود برای رفع این اشكال ماشینکاری مداوم قطعه و تكرار پروسه ضروری است. 2- پروسه شیب دمایی :برای رفع مشكل روش فوق قطعه پریفرم توسط یك (mandrel) ماندرل و از طریق القایی گرم می شوند لذا درون آن گرمتر از بیرون آن بوده و كربن ابتدا روی سطح داخل قطعه رسوب می كند و بتدریج كه سطوح خارجی تر هم گرم می شوند كربن بصورت شعاعی روی سطوح خارجی تر هم رسوب می نماید. 3- پروسه شیب فشاری : گاز واكنش كننده تحت فشار بدرون پریفرم رانده می شود لذا كربن ابتدا روی سطح داخلی رسوب كرده و پس از پر شدن سطوح ورودی گاز از كانالایی بسمت سطوح خارجی حركت كرده و تمام قطعه در جهت خلاف ورود گاز پر می گردد.مشکل این دو روش ذكر شده این است كه شیب دمایی و فشاری باید بطور دقیق كنترل شود لذا در یك مرحله فقط یك قطعه قابل ساخت است ولی در روش اول در هر مرحله چند قطه قابل ساخت می باشند بنابراین از روش های دوم وسوم فقط در مورد قطعات خاص استفاده می شود. پارامترهای مؤثر بر پروسه CVD دما وفشار می باشد پروسه ساخت كامپوزیت ازطریق CVD در فشارهای كلی كم انجام می گیرد زیرا فشارهای كلی بالا معایبیدارند كه عبارتند از: 1- فضای آزاد جهت حركت گازهای واكنش كننده كم بوده و لذا رسوب دهی بطور ترجیحی روی سطح خارجی قطعه انجام می شود2 فشار بالا موجب رسوب كردن كربن در موادی می گردد كه قابلیت گرافیته شدن را نداردپس از انجام پروسه CVD قطعه گرافیته می شود تا زمینه آمورف به گرافیت تبدیل شود. 2- استفاده از رزین ترموستدر انتخاب پیش زمینه در این روش باید به چند نكته مهم زیر توجه داشت:الف- میزان كربن دهی آن بالا باشد یعنی كاهش وزن كمی بعد از پیرولیز داشته باشد.ب- ویسكوزیته ج- ساختار كریستالی پیش زمینهد- ساخت میكروسكوپی پیش زمینهبا توجه به پارامترهای فوق و نیز تأثیر پذیری آنها حین پروسس فشار- دما –زمان تنها پیش زمینه های مناسب برای ساخت كربن – كربن رزینهای فنولیك و خانواده های آروماتیك می باشند.مزایای رزین ترموست : 1- ساخت نمونه های اولیه و تلقیح كامپوزیت بوسیله آنها ساده است.2- اطلاعات تكنولوژی گسترده ای در مورد آنها وجود دارد كه براحتی قابل كاربرد است. معایب رزین ترموست :عیب عمده این رزینها این است كه دردمای كم پلیمریزه می شود و جامد آمورف غیر قابل ذوب با ساختاری سه بعدی می دهد كه گرافیته كردن آن بسیار مشكل است. اشكال دیگر این رزینها انقباض نسبتا زیاد آنهاست كه مثلا در مورد رزین فنولیك به %20 انقباض طولی هم می رسد. ویژگی های رزین های ترموست :1- میزان كربن دهی بین 50 تا 70 درصد كه این میزان با اعمال فشار حین كربنیزه كردن ازدیاد نمی یابد.2- زمینه حاصل از این رزینها شیشه ای بوده كه بتنهایی با حرارت دادن تا 3000 نیز گرافیته نمی شود.3- تنش های اعمال شده حین عملیات حرارتی می تواند تا حدودی در تشكیل ساختار گرافیتی مؤثر واقع شود. فلوشیت ساخت كربن – كربن با استفاده از رزین ترموست: ساخت كامپوزیت كربن – كربن با استفاده از رزینهای ترموپلاست (مانند pitch)مزایای استفاده از pitch :الف- نقطه نرم شوندگی پایین است.ب- مذاب آن ویسكوزیته پایین دارد.ج- میزان كربن دهی بالا است.د- تمایل به تشكیل ساختار كربن – گرافیت تغییرات pitch در اثر حرارت دیدن:1- با حرارت دادن تا softeniug point ، pitch مصرفی نرم می شود.2- از نقطه نرم شوندگی تا 400 تغیراتی در آن ایجاد می شود كه عبارتند از:چالف. تبخیرتركیباتی با وزن مولكولی كم ب. پلیمیری شدن ج. كلیواژ و آرایش مجدد مولكولی 3- از 400 به بالا نقاط كروی در مذاب pitch ایجاد می شود كه mesophase نامیده می شود و ساختار آنها مانند كریستالهای مایع كاملا جهت دار است.4- میزان كربن دهی pitch در فشار 1atmحدود %50 است (مانند رزینهای ترموست) با افزایش فشار حین پیرولیز (تا 100MPA) میزان كربن دهی آن بیشتر می شود. افزایش فشار به بزرگتر شدن mesophase ها ساختار میکروسکوپیک کم کرده و نیز دمای تشکیل آنهار را کاهش می دهد. در فشارهای بالاتر (>200Mpa) اتصالات و mesophase ها انجام می شود انجام می شود لذا در ساخت كربن – كربن از فشارهایی حدود 100 Mpa استفاده می گردد.5- در برخی موارد برای افزایش دانسیته زمینه و كاهش میزان تخلفل از HIP استفاده می شود برای این منظور ابتدا پریفرم را در قیر پودر شده فرو می برد و یا كربن – كربن متخلخل را در پودر قیر فرو می برند. سپس آنرا در محقطه كنسرو مانند فلزی قرار می دهند و در HIP می گذارند. ابتدا دما را بقدری بالا می برند كه فقط قیر ذوب شود. سپس در این دما، فشار را افزایش داده تا قیر مذاب وارد تخلخلها شود .آن گاه فشار را بتدریج افزایش داده و حین آنكه دما را نیز جهت كربنیزه كردن و پیرولیز افزایش می دهند. استفاده از فشار همانگونه كه ذكر شد میزان كربن دهی را بالا برده و تخلخل زمینه را كم كرده و از تبخیر تركیباتی با وزن مولكولی كم جلوگیری می نماید. خواص كربن – كربن – الیاف مقاومت كششی و مقاومت به ضربه را بالا می برند و زمینه مقاومت فشاری و سایشی را و در ضمن امكان انتقال نیرو به الیاف و توزیع نیرو در دسته الیاف را فراهم می سازد. – كربن – كربن با افزایش دما افزایش استحكام می دهد.– الیاف حرارت را بهتر از زمینه منتقل می سازند سپس كامپوزیتهای دو بعدی در یك جهت هادی حرارت و در جهت دیگر عایق حرارتی می باشند.– ماده ای ترد است و كرنش شكست زیر %2 دارد و این مسئله باعث افت مقاومت بین لایه ها می باشد.– خنثایی شیمیایی داشته و لذا در بافتهای زنده بدن كاربرد دارد.– پایداری حرارتی عالی داشته و مقاومت شوك حرارتی عالی دارد.– انبساط حرارتی كم ، هدایت حرارتی بالا و مدول ومقاومت مكانیكی ویژهبالایی دارد. عوامل مؤثر بر خواص كربن – كربن1- نوع الیاف بكاررفته و درصدآن، اعداد وارقام نشان دهنده آن است كه نوع الیاف، درصدد جهت گیری آنها در خصوصیاتی از قبیل مقاومت كششی تأثیری گذارد.2- نوع پیش زمینه3- طراحی پریفرم4- شرایط پروسس: الف. حین پرولیز، كامپوزیت متحمل 60% تا 65% انقباض می شود و این امر منجر به تخریب خواص كامپوزیت می گردد.ب. عدم انطباق ضرایب انبساط حرارتی الیاف در زمینه نیز حین عملیات حرارتی منجر به ایجاد تنش و در نتیجه تخریب خواص كامپوزیت می شود.ج. تبدیل فصل مشترك الیاف كربن – ماده آلی به الیاف كربن – كربن نیز در خواص تأثیر می گذارد. طبیعت این فصل مشترك به شرایط پروسس وابسته است و طبیعت آن خواص كربن – كربن را تعیین می نماید. د.در اثر عملیات حرارتی خواص خود الیاف نیز تغیر می یابد مثلا در مورد الیافی كه كاملا گرافیته نشده اند با عملیات حرارتی (002)d كاهش و Lc افزایش می یابد یعنی این الیاف بیشتر گرافیته می شوند لذا مقاومت كششی ازدیاد می یابد.ه. در اثر پیرولیز و خروج گازهای خورنده مانند آمونیاك و Co خصوصیات خوب الیاف تخریب می شود. تحقیقات جهت بررسی اثردانسیته بر روی استحكام كششی كامپوزیت های كربن – كربن انجام شد. در این بررسی ها تنش و كرنش شكست كامپوزیت زمینه كربن تقویت شده با فیبر كربن (C-Cs) به عنوان تابعی از دانسیته مطالعه شد. این مطالعات نشان داد كه با افزایش دانسیته، استحكام فصل مشتركC-Cs به طور یكنواخت افزایش می یابد و كرنش شكست كششی كاهش می یابد. بررسی مكانیزم شكست كششی C-Cs نشان داد كه در مناطقی كه دانسیته پایین است، توانایی انتقال بار در فصل مشترك زمینه – فیبر و در مناطقی كه دانسیته بالا است، تمركز تنش در نوك ترك زمینه در شكست كششی C-Cs فاكتورهای اصلی می باشند. در شكست كششی، تنشی كه باعث جدایش در فصل مشترك می شود در شكست كششی نقش مهمی دارد و لغزش فصل مشترك فاكتور اصلی نمی باشد. البته جهت مشخص شدن مكانیزم های تسلیم، اثر فاكتورهای مختلف شامل عملیات حرارتی، استحكام فصل مشترك ماتریس – فیبر و عیوب در C-Cs باید مورد بررسی قرار گیرد. مدلهای آماری نشان می دهد كه خواص فصل مشترك زمینه – فیبر اثر قابل ملاحظه ای بر كرنش شكست كششی نهایی كامپوزیت زمینه سرامیكی تقویت شده با فیبر پیوسته (CFCCS) دارد. البته C-Cs رفتار كششی مشابهی را نشان می دهد. با كم شدن پیوند فصل مشترك استحكام كششیC-C بهبود می یابد.بررسی های مختلف نشان می دهد كه استحكام كششی C-Cs با افزایش استحكام فصل مشترك فیبر – زمینه كاهش می یابد. با افزایش دانسیتهC-C پیوند فصل مشترك بهبود می یابد. عملیات ساخت 2D-C-Cs كه با فیبر كربنی با استحكام بالا IM-600 تقویت شده است در شكل 8 نشان داده شده است. 2D-C-Cs اولیه یك كامپوزیت رزین فنولیك تقویت شده با الیاف كربنی (CFRP) با ضخامت 2mm است. كسر حجمی فیبر VF، 65% است. CFRP در دمای 1273K كربونیزه شده و پروسه ساخت در دو مسیر رخ می دهد. مسیر اول متد(RC) resin cher است.رزین در دمای 1237k كربونیزه شده و عملیات حرارتی در 2273k برای 6-1 سیكل تكرار می شود. در مسیر دوم بعد از كربونیزه شدن ، مواد 5-1 سیكل عملیات HIP انجام می شود. پروسه HIP تحت فشار 100Mpa و در 923k انجام می شود و در 1273k كربونیز شده و در 2573k عملیات حرارتی انجام می شود. پروسه RC و HIP جهت بدست آوردن C-Cs با دانسیته كم و زیادانجام می شود. ادامه خواندن مقاله الياف كربن

نوشته مقاله الياف كربن اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.