الیاف فیبر کربن

مقدمه:
فیبر کربن ماده‌ای سبک و مقاوم است که از رشته های بسیار نازک کربن تشکیل شده و
به دلیل نسبت بالای مقاومت به وزن، در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد. تولید
صنعتی این ماده از دهه ۱۹۵۰ میلادی آغاز شد و در ابتدا بیشتر در صنایع هوافضا و
نظامی مورد استفاده قرار گرفت. با گذشت زمان، کاربرد آن به خودروهای مسابقه ای،
تجهیزات ورزشی، پزشکی و سازههای سبک نیز گسترش یافت .
فیبر کربن ابتدا به عنوان جایگزینی سبک برای فلزات مورد توجه قرار گرفت و توانست
با کاهش وزن و افزایش استحکام، کارایی قطعات صنعتی و ورزشی را بهبود دهد. پیشرفت
در تولید و فناوری های کامپوزیتی موجب شد این ماده در زمینه های نوین و تکنولوژی
پیشرفته، جایگاه ویژهای پیدا کند .

نحوه ساخت:
فرآیند تولید فیبر کربن شامل چند مرحله اصلی است. ابتدا مواد اولیه مانند
پل یآکریلونیتریل (PAN) ، قیر زغال سنگ یا الیاف سلولزی انتخاب میشوند. سپس این
مواد تحت فرآیندهای حرارتی و شیمیایی به رشته های کربن تبدیل میشوند .
در مرحله تثبیت، الیاف اولیه در حرارت کنترل شده قرار میگیرند تا ساختار شیمیایی
آنها پایدار شود. مرحله بعدی، کربونیزاسیون است که طی آن فیبرها در دمای بسیار بالا
و در محیط بدون اکسیژن حرارت داده میشوند تا مواد غیرکربنی حذف شده و شبکه کربنی شکل گیرد. برخی تولید کنندگان از فرآیند گرافیتسازی نیز استفاده میکنند تا
فیبرهایی با مقاومت و هدایت حرارتی بالاتر تولید شود .
در پایان، رشته های فیبر کربن به صورت تکی یا بافته شده عرضه میشوند و میتوان
آنها را با رزین های پلیمری ترکیب کرد تا کامپوزیت های سبک و مقاوم تولید شوند.

خواص: 
فیبر کربن دارای ویژگی های مکانیکی، شیمیایی و حرارتی برجسته است. از نظر مکانیکی ،
مقاومت کششی بالا، سختی قابل توجه و وزن کم از مهمترین ویژگی های آن هستند. این
ماده مقاومت خوبی در برابر خستگی و فشارهای مکرر دارد و در شرایط محیطی سخت
عملکرد مناسبی ارائه میدهد.
از نظر شیمیایی، فیبر کربن در برابر خوردگی و مواد شیمیایی مقاوم است. مقاومت
حرارتی بالای آن باعث میشود بتواند در دماهای بالا بدون تغییر شکل یا کاهش کارایی
عمل کند. این ترکیب از ویژگی ها موجب شده تا فیبر کربن ماده ای مناسب برای
کاربردهای حساس به وزن و مقاومت باشد .

خواص فیبر کربن thumb|خواص فیبر کربن

انواع فیبر کربن:
فیبرهای کربن را میتوان بر اساس ساختار و کاربرد دستهبندی کرد. از نظر ساختاری،
سه نوع اصلی وجود دارد: فیبرهای تکجهتی، بافته شده و مشبک. فیبرهای تکجهتی
مقاومت بالایی در یک جهت دارند و معمولاً در کاربردهای مهندسی تخصصی به کار
میروند، در حالی که فیبرهای بافته شده انعطافپذیری بیشتری دارند و توانایی تحمل
فشار در جهات مختلف را فراهم میکنند .
از نظر کاربرد، فیبر کربن صنعتی، هوافضا، خودروسازی، ورزشی و پزشکی طبقهبندی
میشود. هر نوع فیبر براساس نیازهای مقاومت، وزن و طراحی انتخاب میشود و
کاربردهای متفاوتی در صنایع مختلف دارد .

انواع فیبر کربن
انواع فیبر کربن

کاربردها:
فیبر کربن در صنایع مختلف کاربرد دارد. در خودروسازی، کاهش وزن و افزایش عملکرد
خودروهای مسابقه ای و لوکس از دلایل استفاده آن است. در هوافضا، برای تولید قطعات
سبک و مقاوم هواپیماها و ماهواره ها به کار می رود .
در ورزش، فیبر کربن برای تولید تجهیزات حرفه ای مانند دوچرخه، اسکی، راکت تنیس
و تجهیزات غواصی استفاده میشود. در پزشکی، از آن برای ساخت پروتزها و ابزار جراحی
سبک و مقاوم بهره گرفته میشود. همچنین در ساختمان سازی، فیبر کربن برای تقویت
سازه های بتنی و مقاوم سازی پل ها و ساختمان ها کاربرد دارد .
کاربرد فیبر کربن
کاربرد فیبر کربن

مزایا و معایب:
مزایای فیبر کربن شامل نسبت بالای مقاومت به وزن، سختی بالا، مقاومت شیمیایی و
حرارتی و انعطاف پذیری است. این ویژگی ها آن را برای کاربردهای مهندسی و صنعتی
مناسب میسازد و امکان طراحی قطعات سبک و مقاوم را فراهم میکند .
با این حال، تولید فیبر کربن هزینه بالایی دارد و بازیافت آن دشوار است. همچنین، این
ماده نسبت به ضربه های شدید شکننده است. با وجود این محدودیت ها، مزایا باعث شده
تا فیبر کربن در صنایع پیشرفته و کاربردهای حساس به وزن و مقاومت به طور گسترده
مورد استفاده قرار گیرد.
مزایا و معایب فیبر کربن
مزایا و معایب فیبر کربن

منابع:
1)
Özçakır, Gamze. Carbon Fiber and Its Composites: Synthesis, Properties, Applications. Sinop University Journal of Natural Sciences, 2024
2)
Carbon Fibers Production: Properties & Uses Explained. Supreem Carbon
3)
Bhatt, Pooja & Goe, Alka. Carbon Fibres: Production, Properties and Potential Use. Material Science Research India
4)
Carbon Fiber Production and Properties. Nature Research Intelligence
5)
Carbon Fibre Composite Overview. ScienceDirect Topics
6)
Key Properties of Carbon Fiber and Major Applications. Advanced Carbons Counci