ألياف الكربون هي عبارة عن بوليمر وتُعرف أحيانًا باسم ألياف الجرافيت. إنها مادة قوية جدًا وخفيفة الوزن أيضًا. ألياف الكربون أقوى بخمس مرات من الفولاذ ومرتين في الصلابة.
على الرغم من أن ألياف الكربون أقوى وأكثر صلابة من الفولاذ، إلا أنها أخف من الفولاذ. مما يجعلها مادة التصنيع المثالية للعديد من الأجزاء.
هذه فقط بعض الأسباب التي تجعل المهندسين والمصممين يفضلون ألياف الكربون للتصنيع. سنتعرف هنا على المزيد من المعلومات عن ألياف الكربون.
ما هي ألياف الكربون؟
تتكون ألياف الكربون من خيوط بلورية رفيعة وقوية من الكربون تُستخدم لتقوية المادة. يمكن أن تكون ألياف الكربون أرق من خصلة شعر الإنسان وتكتسب قوتها عند لفها معًا مثل الخيوط.
ثم يمكن نسجها معًا لتشكيل القماش، وإذا لزم الأمر لاتخاذ شكل دائم، يمكن وضع ألياف الكربون فوق قالب ومغطاة بالراتنج أو البلاستيك.
علاوة على كونها قوية، ألياف الكربون:
- عالية في الصلابة.
- عالية في مقاومة الشد.
- لديها نسبة وزن منخفضة إلى القوة.
- مقاومة عالية للمواد الكيميائية.
- القدرة على تحمل الحرارة الزائدة.
- لديها تمدد حراري منخفض.
لهذا السبب، تحظى ألياف الكربون بشعبية كبيرة في العديد من الصناعات مثل تطبيقات الفضاء والسيارات والعسكرية والترفيهية.
إقرأ أيضاً… عنصر الكربون (C): الخصائص والحقائق.
تاريخ موجز لألياف الكربون.
يعود تاريخ ألياف الكربون إلى عام 1879 عندما قام توماس إديسون بخبز خيوط قطنية أو فضيات الخيزران في درجات حرارة عالية، مما أدى إلى تفحيمها في خيوط من ألياف الكربون بالكامل.
بحلول عام 1958، تم اختراع ألياف الكربون عالية الأداء خارج مدينة كليفلاند بولاية أوهايو. على الرغم من عدم كفاءتها، إلا أن هذه الألياف تحتوي على حوالي 20٪ من الكربون ولها خصائص منخفضة القوة والصلابة.
في عام 1963، تم تطوير عملية تصنيع جديدة في مركز أبحاث بريطاني، حيث تم تحقيق إمكانات قوة ألياف الكربون.
كيف يتم تصنيع ألياف الكربون؟
تتكون ألياف الكربون من عملية هي جزء كيميائي وجزء ميكانيكي. يبدأ بسحب خيوط طويلة من الألياف ثم تسخينها إلى درجة حرارة عالية جدًا دون السماح بالاتصال بالأكسجين لمنع الألياف من الاحتراق.
يحدث هذا عندما تحدث الكربنة، وهو عندما تهتز الذرات الموجودة داخل الألياف بعنف، وتطرد معظم الذرات غير الكربونية. هذا يترك ليفًا مكونًا من سلاسل طويلة متشابكة بإحكام من ذرات الكربون مع بقاء عدد قليل فقط من الذرات غير الكربونية.
تتضمن التسلسلات النموذجية المستخدمة لتشكيل ألياف الكربون من البولي أكريلونيتريل الغزل، والتثبيت، والكربنة، ومعالجة السطح والتحجيم.
ما الذي يمكن صنعه بألياف الكربون؟
أي شيء تقريباً. إذا كنت ترغب في زجاج باينت من ألياف الكربون، فيمكن صنع ذلك. صنعت شركة ICE العديد من الأشكال المختلفة باستخدام ألياف الكربون ومركبات أخرى، بما في ذلك:
- إطارات الدراجة.
- أجنحة الطائرات.
- الأنابيب.
- الحاويات.
- شفرات المروحة.
- مكونات السيارة.
كما يمكن أن تقلل مركبات ألياف الكربون من وزن سيارة الركاب بنسبة 50٪، مما يحسن كفاءة استهلاك الوقود بنسبة 35٪ تقريبًا دون المساس بأداء السيارة أو سلامة ركابها.