فیبر کربن چیست و چه مزایا و کاربرد هایی دارد؟

الیاف کربن چیست؟ الیاف کربن CFRP زیر مجموعه الیاف FRP می‌باشد که از تجزیه مواد آلی کربن دار بدست می‌آیند. فیبر کربن مشکی رنگ، نامحلول در آب و بدون بو بوده که تاب بسیار بالایی در برابر مواد خورنده مثل اسیدها، بازها و مواد آلی دارند. بافت این الیاف به دو صورت بافت تک جهته که در آن فیبر کربن موازی با راستای صفر و بافت دو جهته که در آن فیبر کربن در دو راستای صفر و 90 درجه (تار و پود) بیکدیگر بافته می‌شوند موجود است. فیبر کربن در زمینه‌های متعددی مانند مقاوم سازی ساختمان ها، صنایع دفاعی، خودرو سازی، و بسیاری از صنایع مهم دیگر کاربرد دارد. چسب‌ها و رزین‌های بکار رفته در رشته الیاف کربنی، افزایش توان بابریِ برشی و خمشی سازه‌ها را بهمراه دارند که در بخش بهسازی سازه‌ها بسیار مطلوب و ایده آل ماست.

فیبر کربن چه ویژگی‌هایی دارد؟

فیبر کربن یکی از پرکاربرد ترین الیاف در صنعت مقاوم سازی و کامپوزیت است. این الیاف بیشترین مقدار ضریب ارتجاعی را نسبت به الیاف شیشه و کولار دارد. در بین مزایای مختلف الیاف کربن، برجسته ترین آن‌ها مقاومت کششی فوق العاده نسبت به وزن آن است (کربن تقریبا یک سوم فولاد وزن و ۵ الی ۱۰ برابر آن مقاومت دارد). از بارزترین خصوصیات فیبر کربن نفوذ ناپذیری در برابر اشعه x است. همچنین فیبر کربن رسانایی الکتریکی بسیار خوبی دارد و در بازار در قالب طاقه‌های پارچه ای ارائه می‌شود. فیبر کربن عنصری با دانسیته ۲٫۲۷g/cm3 است و اشکال بلوری مختلفی دارد. رشته الیاف کربن که از فیبر کربن تشکیل می‌گردد، به مراتب نازکتر از موی انسان در قطر بین ۶ تا ۱۰ میکرومتری می‌باشند. ارزش الیاف کربنی در بازار با توجه به عمر مفید بالای آنها و تامین کیفیت بالای اعضای سازه ای در طول زمان، بهترین گزینه از دید اقتصادی است. الیاف و فیبر کربن در مدول‌های الاستیسیته و مقاومت‌های کششی مختلف و با بافت‌های یک جهته و دو جهته، توسط شرکت افزیر برای تولید مصالح کامپوزیتی صنایع مختلف و مقاوم سازی انواع سازه‌های بتنی عرضه می‌گردند. با توجه به نیاز صنعتهای مختلف کشور ایران، الیاف کربن در طیف گسترده ایی از انواع فیبر از 3K تا 24K و با وزن و عرض‌های مختلف ارائه می‌شوند. اگر قصد خرید اینترنتی الیاف کربن را دارید و می خواهید از لیست قیمت الیاف frp آگاه شوید، شرکت افزیر مرکز فروش الیاف کربن در خدمت شماست تا شما را در این مسیر همراهی و راهنمایی کند.

انتخاب فیبر کربن تک جهته مناسب

چنانچه تصمیم خرید فیبر کربن برای ترمیم و تقویت سازه را دارید، می توانید از انواع کامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با فیبر کربن CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites) استفاده کنید اما در نظر داشته باشید که نوع فیبر انتخاب شده می‌تواند بر سازوکار کلی و هزینه‌های تمام شده، تاثیر زیادی داشته باشد. اگر قصد خرید الیاف کربن را دارید، ما  یک طرح کامل از فیبر کربن تک جهته  و پارچه کربن دو جهته CFRP با توجه به شرایط  پروژۀ شما، پیشنهاد می‌دهیم.

ابعاد طولی

عرض تمامی‌ پارچه‌های کربنی شرکت افزیر،50 تا 100 سانتی متر است که کارایی و نصب آن‌ها را آسان می‌کند. به طوری که می‌توان آن‌ها را در کنار هم قرار داد و یک قطعه نهایی بدون درز، تولید نمود. بعلاوه انبار کردن، حمل و نقل و ارسال آنها با این ابعاد آسان‌تر است. تمام فیبرهای کربن دارای مدول کششی 230 گیگا پاسکال در عین سختی فوق‌العاده و استحکام کششی 4900 مگا پاسکالی هستند.

وزن

مانند سایر پارچه‌ها، پارچه  فیبرکربن نیز بر اساس وزن “گرم بر متر مربع” طبقه‌بندی می‌شوند. بنابراین یک پارچه 160 گرمی، در واقع 160 گرم در هر متر مربع وزن دارد. به طور کلی، هر چه پارچه سنگین‌تر باشد، تراکم الیاف در ضخامت بیشتر بوده و در نتیجه استحکام قطعه کامپوزیتی نهایی، بیشتر می‌شود. همچنین، مانند سایر پارچه‌ها، می‌توانید برای استحکام بیشتر، از لایه‌های اضافی بیشتری استفاده نمایید. در ادامه با مشخصات انواع الیاف کربن و پارچه عرضه شده در افزیر آشنا خواهیم شد و به این موضوع خواهیم پرداخت که مزایای الیاف کربن چیست.

در حال حاضر شرکت افزیر، چهار نوع پارچه الیاف کربن تک جهته UD را در واحد سطح (m2) به شرح زیر دارد:

  • پارچه الیاف کربن 160 گرمی تک جهته 
  • پارچه الیاف کربن 200 گرمی تک جهته
  • پارچه الیاف کربن 240 گرمی تک جهته
  • پارچه الیاف کربن 300 گرمی تک جهته

همچنین، در حال حاضر دسته بندی انواع فیبر کربن در شرکت افزیر به شرح زیر می‌باشد:

  • پارچه الیاف کربن 160 گرمی دو جهته
  • پارچه الیاف کربن 200 گرمی دو جهته
  • پارچه الیاف کربن 240 گرمی دو جهته
  • پارچه الیاف کربن 320 گرمی دو جهته
  • پارچه الیاف کربن 400 گرمی دو جهته
  • پارچه الیاف کربن 600 گرمی دو جهته
الیاف کربن CFRP
الیاف کربن FRP

مزیت‌های فیبر کربن و الیاف کربنی CFRP

  • وزن مخصوص پایین در عین تاب مکانیکی بسیار بالا
  • تاب کششی بالای فیبر کربن
  • ضریب انبساط گرمایی کم فیبر کربن که باعث ثابت ماندن طول فیبر کربن در دماهای مختلف می‌شود
  • تاب بالا در برابر مواد شیمیایی خورنده
  • تاب بالا در برابر گرما و آتش
  • تاب بالا در برابر بارگذاری‌های نوسانی و متناوب

کاربرد کامپوزیت CFRP

فیبر کربن در صنایع مختلف کاربردهای گوناگونی دارند که عبارتند از:

کاربرد فیبر کربن و الیاف کربن در صنعت ساختمان

گسترده ترین کاربرد فیبر کربن در معماری و مقاوم سازی سازه‌هاست. به خصوص در مقاوم سازی ساختمان با کامپوزیت CFRP، ساخت صفحات، ورق‌ها و لمینیت کربن، الیاف تقویت کننده بتن‌های مقاومت بالا، ساخت دیوارهای با مقاومت بالا و سبک کربنی، ساخت سازه‌های پس کشیده و پیش تنیده کربنی در سازه‌های بتنی، استفاده در جداره داخلی تونل‌ها.

الیاف کربن برای بهسازی تیر

کاربرد الیاف و فیبر کربن در صنعت خودرو

مخازن سوخت کربنی خودروها، ساخت سپرهای کربنی خودروها، شفت‌های انتقال نیرو، قطعات موتور، کمک فنر، ملحقات چرخ و جعبه فرمان، لنت ترمز،بدنه ماشین مسابقه، بدنه کشتی‌ها، فنرهای لول و…

کاربرد فیبر کربن در صنایع هوا فضا و هواپیما سازی

اجزای سازه ای ماهواره‌ها، ماشین‌های با فناوری جدید و قطعات هواپیماهای مسافربری اعم از پنل صندلی‌های کربنی، میزهای کربنی و سایر پوشش‌های کربنی، نوک هواپیماهای مافوق صوت، قطعات حساس موتور هواپیماها و جت‌ها.

کاربرد الیاف کربن در صنایع نظامی

در بخش صنایع و تجهیزات نظامی‌ یکی از بنیادی ترین دیدگاهها این است که بتوانیم حتی المقدور از سبک ترین قطعات و ابزارآلات استفاده کنیم و در عین حال بتوانیم استحکام و تاب آوری بالای قطعات را نیز فراهم کنیم، بنابراین در این جا الیاف کربنی وارد عرصه می‌شوند و در طراحی انواع ادوات جنگی اعم از تسلیحات نظامی، ماشین آلات حمل و نقل زمینی (تانک نفر بر) و تجهیزات هوابرد ( قطعات پهبادها ) بکار می‌روند؛ الیاف کربنی بیشتر ملزومات مورد نیاز بخش نظامی‌ را تامین می‌کنند.

کاربرد الیاف کربن در صنایع پزشکی

ساخت اجزای تجهیزات پزشکی کربنی، صندلی چرخدار کربنی، استخوان مصنوعی و انواع اجزای مصنوعی بدن و …

کاربرد الیاف کربن در بخش انرژی

  • ساخت پره توربین‌های کربنی و آسیاب‌های بادی جهت تولید برق از انرژی باد، ساخت و تولید باتری‌های سوختی و…
  • کاربرد الیاف کربن در صنایع تجهیزات الکتریکی، الکترونیک و ماشین سازی
  • ساخت چرخ دنده‌های کربنی، غلتک‌های کربنی، چرخ دنده‌های پرسرعت کربنی، قطعات خود روغنکاری شونده، آنتن‌های کربنی، مخازن تحت فشار کربنی، قاب تلفن‌های همراه و …

ذخیره انرژی با الیاف کربن

 پیشنهاد میکنیم برای آشنایی بیستر با کاربردهای فیبر کربن کربن مقاله “الیاف کربن؛ از صنایع هوایی تا صنعت ساختمان” را مطالعه کنید.

پارچه کربنی تک جهته در چه ابعادی به فروش می‌رسد؟

فروش پارچه کربن یک جهته UD به صورت متری و یا به صورت بسته‌بندی‌های از پیش آماده شده ارائه می‌شود. بسته‌های آماده شامل پارچه‌هایی در ابعاد 50 متر مربع از پیش برش خورده هستند. پیشنهاد می‌کنیم اگر به ابعاد بیشتر از 100 متر مربع نیاز دارید، پارچه‌های یک تکه و متری تهیه کنید. با توجه به اینکه هدف شما از خرید پارچه کربنی چیست، این پارچه به صورت متری و طبق متراژ سفارش داده شما، برش داده می‌شود.

قیمت الیاف کربن چقدر است؟

انتظار می‌رود بازار جهانی فیبر کربنی، از 3.7 میلیارد دلار در سال 2020، به میزان 8.9 میلیارد دلار در سال 2031 افزایش یابد. نرخ مرکب سالانه CAGR در دوره پیش‌بینی شده چیزی در حدود 8.6 درصد خواهد بود.
به دلیل تقاضای روز افزون صنایع دفاعی و هوافضا، خودروسازی و انرژی‌های بادی، قیمت فیبر کربن در حال رشد است. در واقع، فروش الیاف کربن و  استفاده روز افزون از آن در تولید خودروهای الکتریکی، هواپیماها و تقویت سازه‌های بتنی، محرک‌های اصلی بازار هستند. دو شرکت هواپیمایی بوئینگ و ایرباس نیز برای اینکه بتوانند ترافیک در حال افزایش مسافران خطوط هوایی را تامین کنند، تولید هواپیماهای تجاری خود را افزایش داده‌اند. اگر قصد خرید پارچه فیبر کربن و یا الیاف آن را دارید می توانید برای استعلام قیمت خرید انواع پارچه و فیبر کربن ایرانی و خارجی با کارشناسان ما در افزیر تماس بگیرید.

تولید الیاف کربن CFRP

طرز تهیه الیاف کربن بر مبنای الیاف پلی اکریلونیتریل شامل سه فاز زیر می‌باشد:

فاز پایدارسازی اکسیداسیونی: در این مرحله الیاف اکریلیک همزمان با اعمال کشش تحت عملیات حرارتی اکسیداسیونی در محدوده دمایی ۲۰۰ تا ۳۰۰۰ درجه سلسیوس قرار می‌گیرد.

فاز کربونیزاسیون: پس از فاز پایدارسازی اکسیداسیون، الیاف بدون اعمال کشش در پیرامون دمای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس در محیط خنثی برای مدت چند ساعت، تحت عملیات حرارتی کربونیزاسیون قرار می‌گیرند.

فاز گرافیتاسیون: با توجه به نوع الیاف کربن مورد نظر، از لحاظ ضریب ارتجاعی و اعمال این مرحله در محدوده دمایی ۳۰۰۰ – ۱۵۰۰ درجه سلسیوس، موجب بهبود درجه جهتگیری بلورهای کربنی در جهت محور الیاف و سایر ویژگی‌های مکانیکی می‌شود.

فرآیند تولید الیاف کربن بر مبنای سایر پیش‌زمینه‌ها نیز، مشابه مراحل فوق است. مشخصه‌های ساختاری الیاف کربن بیشتر با دستگاه‌های میکروسکوپ الکترونی و پراش پرتوی ایکس قابل بررسی است. در ساخت CFRP بر پایه پلی اکریلونیتریل، ساختار الیاف در طی عملیات پایدار سازی اکسیداسیونی و متعاقب آن کربونیزاسیون، از ساختار زنجیره ای خطی به ساختار صفحه ای تغییر می‌کند.

هر چه مقاومت کششی الیاف پیش زمینه بیشتر باشد، مشخصات کششی کامپوزیت CFRP بدست آمده بیشتر خواهد شد. هرگاه مرحله پایدارسازی به شکلی مناسب صورت گیرد، مقاومت کششی و ضریب ارتجاعی با کربونیزاسیون تحت کشش، به مقدار بسیار زیادی در محصول الیاف کربنی نهایی بالا می‌رود. در مجموع مقاومت نهایی و گسیختگی CFRP به نوع الیاف مبنای پیش زمینه، شرایط فرآیند، دمای عملیات حرارتی و وجود نواقص ساختاری در الیاف، مرتبط است.

الیاف کربن CFRP-مقاوم سازی افزیر

مقاوم سازی با استفاده از سیستم‌های کامپوزیت CFRP

برای تقویت و مقاوم سازی انواع سازه‌های بتنی و ساختمان‌ها که نیاز به تعمیر دارند، سیستم تقویت کننده پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) افریز، روش کارآمد و موثری است.

روش مقاوم سازی با کامپوزیتی CFRP، راهکاری برای حل انبوهی از کم و کاستی‌های سازه‌ای در ساختمان‌های موجود است، مشکلاتی از قبیل:

  • مشکلات استحکامی‌ ناشی از مصالح ساختمانی ضعیف یا نامناسب
  • طراحی یا ساخت نامناسب
  • افزایش بارگذاری تجهیزات به دلیل تغییر کاربری
  • افزایش طول عمر تجهیزات در زیر ساخت بناهای قدیمی
  • بارگذاری فوق‌العاده و یا تصادفی
  • مقاوم سازی لرزه‌ای
  • کاهش اثرات انفجار که در اثر انرژی و تکانه‌های فشاری ایجاد می‌شود.

برای کسب اطلاعات بیستر در ارتباط با مقاوم سازی با FRP مقاله “چگونه ساختمان خود را با الیاف FRP مقاوم سازی کنیم؟” و “مقاوم سازی با FRP راهکاری مقرون به صرفه برای مقابله با کابوس زلزله” را مطالعه کنید.

نصب و اجرای سیستم‌های کامپوزیت CFRP

نصب و اجرای کامپوزیت پلیمری تقویت شده با فیبر کربن CFRP تنها توسط پیمانکاران و نیروهایی انجام می‌شود که در شرکت افریز آموزش دیده‌اند. موارد زیر کلیات اجرای الیاف کربن و پارچۀ آن را بیان می‌کند:

  • اعمال خمیر بر روی بستر: در مواردی که سطح دارای عیوب جزئی است، بتونه اپوکسی FRP را در ضخامت کمتر از 25 میلی‌متر اعمال کنید.
  • آماده سازی بستر اولیه: یک لایه پرایمر اپوکسی FRP را با استفاده از غلطک بر روی بستر اعمال نمایید.
  • اشباع کردن پارچه: فیبر کربن را با رزین اپوکسی اشباع کننده به صورت مکانیکی و یا دستی، اشباع کنید تا زمانی که اطمینان بیابید اشباع الیاف کربن به صورت کامل انجام شده است.
  • پارچه را اعمال کنید: پیش از آنکه خمیر و پرایمر (و یا اپوکسی تغلیظ شده) خشک شود و خود را بگیرد، پارچه را اعمال کنید. می‌توانید ورق‌ها را با استفاده از یک قیچی سنگین در ابعاد مورد نیاز برش دهید.
  • پارچه را صاف کنید: پارچه اشباع شده را بر روی سطح پرایمر زده قرار داده و با استفاده از فشار دست، غلتک یا ماله، هوای محبوس شده در زیر آن را خارج کنید.
  • بر روی لبه‌های پارچه خمیر بزنید: تمام درزها و لبه‌ها را با رزین اشباع پر کنید. قبل از اعمال پوشش نهایی، اجازه دهید اپوکسی به طور کامل خشک شود و سپس آن را کمی‌ سنباده بزنید.

الیاف کربن CFRP-مقاوم سازی افزیر

تفاوت بین فایبرگلاس و فیبرکربن

در مقایسه بین فیبر کربنی با فایبر گلاس، متوجه خواهید شد که هر کدام ویژگی‌های منحصر به فردی داشته و در کاربردهای خاص خودشان عملکردهای بی نظیری دارند. اما برای اینکه بدانید کدام یک برای نیاز شما مناسب‌تر است، باید تفاوت بین آن‌ها را بدانید (یا اطمینان داشته باشید که تولید کننده‌ الیاف کربن، می‌توانند شما را به مسیر درست هدایت کنند).

در ادامه با بیان خواص این دو ماده متوجه خواهید شد که تفاوت بین فایبرگلاس و فیبرکربن چیست، باید بگوییم گرچه فیبر کربن و فایبرگلاس، تعدادی ویژگی مشابه دارند و در برخی موارد انگشت شمار به جای یکدیگر استفاده می‌شوند، اما دو ماده بسیار متفاوتی هستند. به عنوان مثال:

  • استحکام
    هر دو این مواد، نسبت به فولاد استحکام بالاتری دارند، اما فیبر کربن صنعتی بیش از 20% قوی‌تر از بهترین فایبرگلاس است. نسبت وزن به استحکام این الیاف تقریبا دو برابر فایبرگلاس است.
  • سختی
    فیبر کربن نسبت به فایبرگلاس، به طور قابل توجهی انعطاف‌پذیری کمتری دارد و برای کاربردهایی که سختی و استحکام ضروری هستند (برای مثال قطعات مکانیکی) ترجیح داده می‌شود. مدول کششی این الیاف 4 برابر فایبرگلاس است. در کاربردهایی که انعطاف پذیری نیاز است یا سختی ضروری نیست، اغلب فایبرگلاس ترجیح داده می‌شود.
  • وزن
    در مقایسه با فلزاتی مانند فولاد یا آلومینیوم، هر دو مواد با توجه به استحکام ذاتی خود، وزن بسیار کمتری دارند. در محیط‌ها و کاربردهایی که حداقل وزن یک ضرورت است (مثلا در هوافضا یا مسابقات اتومبیل‌رانی) اغلب هر دو ماده استفاده می‌شوند. با این حال، به طور معمول، فیبر کربن نسبت به فایبرگلاس، %15 وزن کمتری دارد.
  • مقاومت  فیبر کربن و فایبر گلاس در برابر خوردگی
    در شرایطی که فیبر کربن و فایبرگلاس هر دو در معرض مواد شیمیایی خورنده، اسیدها یا محیط‌های ساینده قرار داشته باشند، این مژده را به شما می‌دهیم که هر دو این مواد در برابر محیط‌های خورنده یا ساینده بسیار مقاوم هستند.

سوالات متداول

کاربرد الیاف CFRP چیست؟

فیبر کربن یکی از پرکاربرد ترین الیاف در صنعت مقاوم سازی و کامپوزیت است. همچنین در سایر صنایع مانند خودروسازی، هوافضا، پزشکی و غیره کاربرد دارد.

دسته بندی انواع فیبر کربن بر مبنای چه پارامترهایی انجام می‌شود؟

فیبر کربن معمولا بر اساس تعداد فیلامنت، مقاومت کششی، مدول الاستیسیته، و دمای نهایی عملیات حرارتی دسته‌بندی می‌گردند.

مقاومت کششی الیاف CFRP حدودا چه مقداری است؟

مقاومت کششی الیاف کربن CFRP حدودا 5000 مگاپاسکال می‌باشد.

کاربرد الیاف کربن CFRP در مقاوم سازی چیست؟

مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای انواع سیستم‌های سازه‌ای بازسازی ساختمان‌ها افزایش ظرفیت باربری المان‌های ساختمانی ایجاد تغییر در کاربری سازه‌ها

کامپوزیت‌های CFRP نسبت به فولاد چگونه می‌باشند و چه رفتاری دارند؟

الیاف CFRP بطور کلی مزایای زیادی نسبت به فولاد معمولی دارند از جمله ۷۵-۸۰ درصد چگالی پایین‌تر نسبت به فولاد، بدون خوردگی حتی در محیط‌های شیمیایی خشن، خنثی بودن نسبت به اختلالات الکتریکی و مغناطیسی و استحکام کششی بیشتر نسبت به فولاد.

راهکارهای مرتبط

5/5 - (40 امتیاز)