ألیاف الکربون CFRP

الألياف الكربونية هى بوليمـرات مسلحــة بأليــاف الكربــون عبارة عن نوع من أنواع اللدائن المدعمة بالألياف، والتي تتميز بأن لها متانة كبيرة مترافقة مع خفة في الوزن، وتنشأ من تدعيم البوليمرات بألياف الكربون.تعتبر الیاف الکربون (Carbon Wrap) او الکربون فایبر احدی الألياف الأكثر استخدامًا في الصناعة التدعيم و المواد المرکبة. تتكون ألياف الكربون من مجموعة خيوط  رفيعة جدا من عنصر الكربون .هذه الألياف لديها معامل مرونة أکبر  من الألياف الزجاجية و أالیاف کفلر. معامل الإنبساط الحراري الخطي لألیاف الکربون منخفض للغاية عند درجات الحرارة العالية والمنخفضة ، والتي تسبب ثبات الأبعاد لألیاف الکربون عند درجات حرارة مختلفة. ومن بين المزايا المختلفة لألیاف الکربون ، فإن أبرزها هي قوة الشد في وزنها (يبلغ الكربون حوالي ثلث وزن الفولاذ و 5 إلى 10 اضعاف مقاومته). بالإضافة إلى ذلك ، فإن ألیاف الکربون لديها مقاومة جيدة للإرهاق.تحل محــل الحــديد فـــي أعمـــال التدعيـــم حيــث تتميــز بمقاومة عالية تصل إلى خمسة أضعاف مقاومـة الحديـد في إجهادات الشد. تعتبر المتانة والحياة الطويلة ضد المواد الكيميائية وعدم الفعالية ضد الأشعة الصينية من بين أبرز خصائص ألیاف الکربون. تتميز ألیاف الکربون أيضًا بموصلية كهربائية ممتازة . أهم العوامل لتحديد خواص ألياف الكربون الفيزيائية هي درجة كربنتها و إتجاه الألياف في طبقات الكربون.وتتميز هذه الألیاف بقابلیتها للنسج و انتاج الأقمشة و الواح CFRP  (مركبات ألیاف الکربون )و ایضا بمقاومتها الحرارة من المواد الهندسیة الأخری. ألیاف الکربون هو عنصر من الوزن النوعي 2،27 جم / سم 3 وله أشكال بلورية مختلفة. قضيب ألیاف الکربون المتكون من ألیاف الکربون هو أرق بكثير من شعر الإنسان في قطر ما بين 6 و 10 ميكرومتر. مع انه اسعار هذه المواد مرتفعة فإن هنالک الکثیر من المبررات لاستخدامها فی الإنشاء نظرا لمواصفاتها التقنیة الراقیة.

إن كل خيط من ألياف الكربون هو عبارة عن حزمة من آلاف الألياف الكربونية. أما الليف الواحد منها فهو عبارة عن أنبوب رفيع يتراوح قطره من 5-8 ميكرومتر ويتكون غالبا من كربون فقط.

مقارنة بالألياف الزجاجية لدى ألياف الكربون معامل مرونة و مقاومة إجهادات عالية جدا  ، لهذا تعتبرالدراسات مركبات ألياف الكربون المسلحة أكثر تحملا من ألياف الزجاج .
یتم إنتاج لیف و ألیاف الکربون بقوة شد و مقارنة مرونة متعددة فی شرکة افزیر فی أنسجه أحادی الإتجاه و ثنائي الإتجاة لإنتاج مركبات ألیاف الکربون في تدعيم المباني الخرسانیة. بنائا علی المتطلبات الصناعیة فی المنطقة یتم انتاج الیاف الکربون فی طیف واسع من 3k الی 50k و فی اوزان و ابعاد مختلفة.

من ماذا تتكون ألیاف الکربون

تشتمل عملیة تصنیع مواد CFRP المرکبة  (مركبات ألیاف الکربون ) المرتکزة علی الیاف بولي اکریلونیتریل علی ثلاثة مراحل :
مرحلة التثبیت الأکسیدي) تتعرض الالیاف الاکریلیة ( ألیاف الکربون ) في هذه المرحلة الی اعمال حراریة اثناء السحب تتناوب بین 200 الی 3000 درجة مئویة.
مرحلة الکربنة) بعد انتاء مرحلة التثبیت الأکسیدی، تتعرض الایاف الی عملیات حراریة من دون اعمال سحب فی في درجة حرارة تناهز 1000 درجة مئویة لعدة ساعات.
مرحلة الجرفتة) في هذه المرحلة تتعرض ألیاف الکربون الی حرارة تبلغ درجتها بین 1500 الی 3000 درجة مئویة حسب المواصفات المتوقعه من الالیاف. تعرض ألیاف الکربون للحرارة في هذه المرحلة تتسبب فی تثبیت البلورات الکربونیة في اتجاه الالیاف و بالتالی تثبیت المواصفات المیکانیکیة لها.
عملیات تصنیع المواد المرکبة المرتکزة علی سائر الخلفیات تشتمل علی نفس المراحل.
کل ما ازدادت قوة ألیاف الکربون ، ازدادت قوة مركبات ألیاف الکربون المرتکزة علیها. اذا ما تمت عمیلة التثبیت بشکل صحیح، سوف تؤدي الی مقاومة شد و معامل مرونة عالية فی المنتج النهایی. المقاومة و المرونة في المواد المرکبة تتبع مواصفات و مقاومة الالیاف المرتکزة علیها، المعالجة الحراریة، درجة حرارة المعالجة الحراریة، ظروف التصنیع و العیوب الذاتیة في الالیاف.

خصائص ألیاف الکربون UD أحادیة الإتجاة
• مقاومة شد عالیة جدا
• وزن منخفض
• مقاومة عالية للتآكل والبيئات الحمضية
• انطباق مع راتنجات متعددة کراتنجات الیبوکسي و البولیستر و Polyurethane و Phenolic و Vinylester.
• سهل التركيب لاتحتاج الى معدات خاصة ولا الى عدد كبير من العمال
• مع مرور الزمن اذا تم تنفيذها بطريقة جيدة فهي لا تحتاج الى صيانة وذات صلاحية طويلة
• تنفيذها لا يحتاج الوقت طويل سريعة

استخدامات ألیاف الکربون UD أحادیة الإتجاة 

يتم استخدام قماش أو  ألیاف الکربون أحادية الإتجاة لصنع المواد المركبة ذات مقاومة عالية و تدعيم قوة الهياكل و الإنشائات التی تعاني من الضعف في المقاومة في عناصرها.م كبات ألیاف الکربون تزيد من قدرة التحميل الحاملة للبنى الخرسانية والجسور والصوامع والمداخن الصناعية وغيرها من المنشآت.

تدعيم و تقوية المنشات الخرسانية باستخدام الياف الكربون :

1- زیادة الأحمال

– زیادة مقاومة المنشأ للأحمال الحیة
– زیادة مقاومة الکمرات الخرسانیة المسلحة و مسبقة الجهد مقابل عزوم القص و الأنحناء
– زیادة مقاومة الأعمدة ضد عزوم الإنحناء و الضغط
– زیادة مقاومة المنشأ للأحمال موقف السیارات
– تزيد من متانة البناء وقدرته عل التحمل

2- التدعيم الزلزالي

– استخدامات الياف الكربون في تقوية و التدعيم الاعمده الخرسانيه
– زیادة مقاومة جدران القص الخرسانیة و البنائية
– تلبي متطلبات المرونة مما يجعل المبنى اكثر مقدرة على مقاومة الزلازل

3- اعادة تأهیل المباني التالفة
– تدعيم وإعادة بناء المكونات بسبب التآكل في البيئات المدمرة
– تدعيم و تقوية عناصر التالفة إثر الحريق
4- تغییر النظام الإنشائي
– إعادة توزيع الحمل بسبب إزالة الجدران والعوارض والأعمدة الخرسانية
– تدعيم وتقوية البلاطات الخرسانية لإنشاء فتحات جديدة على الأرض والسقف
5- العيوب والأخطاء في التصميم والبناء
– كمية غير كافية من قضبان الانثناء والقص في مكونات الخرسانة
– حجم الأشرطة غير كافي
– طول التداخل غير كافي
– القوة الغیرکافیة للخرسانة في العوارض والجدران والبلاطات والأعمدة بسبب الأخطاء حین التنفیذ

تصمیم مركبات ألیاف الکربون UD أحادیة الإتجاة

یجب تطبیق جمیع معاییر المنشور رقم 345 بعوان ” إرشادات التصميم وإجراءات التنفيذ لتدعیم المباني الخرسانية باستخدام مواد FRP” أو کود ACI 440.2R بالتحدید قسم CFRP (مركبات ألیاف الکربون ) حین تصمیم التدعيم و اعادة هیکل البناء بمواد CFRP (مركبات ألیاف الکربون) .
تتم التصامیم في شرکة افزیر باستخدام عوامل أمان مناسبة حسب متطلبات و ظروف المشروع. و لهذا القصد تقیم هذة لشرکة الظروف الخاصة لکل مشروع لتعیین عوامل الأمان الخاصة لذلک المشروع.

خصائص مركبات ألیاف الکربون ثنائیة الإتجاة 

• مقاومة شد عالیة جدا
• وزن منخفض
• مقاومة عالية للتآكل والبيئات الحمضية
• انطباق مع راتنجات متعددة کراتنجات الیبوکسي و البولیستر و Polyurethane و Phenolic و Vinylester.
• سهل التركيب لاتحتاج الى معدات خاصة ولا الى عدد كبير من العمال
• تنفيذها لا يحتاج الوقت طويل سريعة

استخدامات ألیاف الکربون ثنائیة الإتجاة

يتم استخدام قماش أو ألياف الكربون ثنائیة الإتجاة لصنع المواد المركبة ذات مقاومة عالية و تدعيم قوة الهياكل و الإنشائات التی تعاني من نقص في المقاومة في عناصرها. مركبات ألیاف الکربون تزيد من قدرة التحميل الحاملة للبنى الخرسانية والجسور والصوامع والمداخن الصناعية وغيرها من المنشآت.
تدعيم المنشات الخرسانية باستخدام الياف الكربون :

1- زیادة الأحمال
– زیادة مقاومة المنشأ للأحمال الحیة
– زیادة مقاومة الکمرات الخرسانیة المسلحة و مسبقة الجهد مقابل عزوم القص و الأنحناء
– زیادة مقاومة الأعمدة ضد عزوم الإنحناء و الضغط
– زیادة مقاومة المنشأ لأحمال موقف السیارات
– تزيد من متانة البناء وقدرته عل التحمل

2- التدعيم الزلزالي

– استخدامات الياف الكربون في تقويه الاعمده الخرسانيه
– زیادة مقاومة جدران القص الخرسانیة و البنائية
– تلبي متطلبات المرونة مما يجعل المبنى اكثر مقدرة على مقاومة الزلازل

3- اعادة تأهیل المباني التالفة
– تدعيم وإعادة بناء المكونات بسبب التآكل في البيئات المدمرة
– تدعيم عناصر التالفة إثر الحريق
4- تغییر النظام الإنشائي
– إعادة توزيع الحمل بسبب إزالة الجدران والعوارض والأعمدة الخرسانية
– تدعيم وتقوية البلاطات الخرسانية لإنشاء فتحات جديدة على الأرض والسقف
5- العيوب والأخطاء في التصميم والبناء
– كمية غير كافية من قضبان الانثناء والقص في مكونات الخرسانة
– حجم الأشرطة غير كافي
– طول التداخل غير كافي
– القوة الغیرکافیة للخرسانة في العوارض والجدران والبلاطات والأعمدة بسبب الأخطاء حین التنفیذ

تصمیم مركبات ألیاف الکربون ثنائیة الإتجاة 

یجب تطبیق جمیع معاییر المنشور رقم 345 بعوان ” إرشادات التصميم وإجراءات التنفيذ لتدعیم المباني الخرسانية باستخدام مواد FRP” أو کود ACI 440.2R بالتحدید قسم CFRP حین تصمیم التدعيم و اعادة هیکل البناء باستخدام منتجات ألیاف الکربون.
تتم التصامیم في شرکة افزیر باستخدام عوامل أمان مناسبة حسب متطلبات و ظروف المشروع. و لهذا القصد تقیم هذة لشرکة الظروف الخاصة لکل مشروع لتعیین عوامل الأمان الخاصة لذلک المشروع.