ما هي ألياف الكربون؟

2025-09-29 09:44:05

ألياف الكربون هي مادة ألياف مكررة تحتوي على نسبة كربون تزيد عن 90%. العديد من المنتجات عالية الأداء التي نراها غالبًا في الحياة اليومية ليست مجرد ألياف كربون؛ هم في كثير من الأحيان مركبات ألياف الكربون. يتم تصنيعها عن طريق دمج سلائف ألياف الكربون مع الراتنج لإنشاء مركبات عالية الأداء. تتم بعد ذلك معالجة هذه المركبات وتشكيلها لتحقيق خصائص ميكانيكية محسنة. يتم استخدامها في تطبيقات السيارات والطبية والفضاء والتطبيقات الاستهلاكية.

مزايا ألياف الكربون

السبب الأساسي لاستخدام مركبات ألياف الكربون في العديد من المجالات هو أنها توفر العديد من المزايا، في المقام الأول القوة العالية، والمعامل العالي، والكثافة المنخفضة، ومقاومة التآكل، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التعب، ومعامل التمدد الحراري المنخفض، ونفاذية الأشعة السينية الممتازة، وخصائص التدريع الكهرومغناطيسي. يُعرف أيضًا باسم "الذهب الأسود". وترث المركبات المقواة بألياف الكربون هذه الخصائص، وتتفوق بشكل كبير على المواد المعدنية والبلاستيكية التقليدية في الأداء والمزايا، مما يؤدي إلى تطبيقها على نطاق واسع في مختلف المجالات.

لماذا تعتبر ألياف الكربون باهظة الثمن؟

السبب وراء ارتفاع تكلفة ألياف الكربون يشير في الواقع إلى ارتفاع أسعار منتجات ألياف الكربون، والتي غالبًا ما تكون عدة أضعاف سعر المواد المعدنية المماثلة. ومن الأمثلة على ذلك غطاء محرك السيارة المصنوع من ألياف الكربون. الأضرار بعد الاصطدام يمكن أن تكلف عشرات الآلاف من اليوانات. ويعود ارتفاع أسعار منتجات ألياف الكربون إلى عاملين: ارتفاع تكلفة مادة ألياف الكربون نفسها، وعملية التصنيع نفسها، مما يحول دون الميكنة الكاملة.

تعتبر مركبات ألياف الكربون معقدة في التصنيع. إنها تتطلب تشريبًا بالراتنج لضمان توصيل كل خيوط ألياف الكربون، مما يضمن الأداء الأمثل للمنتج وتوفير قوة قص وشد فائقة في المنتج النهائي.

هناك العديد من عمليات الإنتاج المختلفة لمنتجات ألياف الكربون. 

سنناقش هنا بعض العناصر الشائعة التي يستخدمها مصنعو ألياف الكربون:

التشكيل بالفراغ: بعد أن يتم تشكيل المواد المركبة من ألياف الكربون في أشرطة مسبقة التحضير ووضعها في قالب، يتم تشكيلها تحت ضغط معين. يعمل ضغط الفراغ المغلق هذا على تحسين مظهر وأداء المنتج النهائي، مما يجعل منتج ألياف الكربون بأكمله أكثر إحكاما.

اللف: تتضمن هذه العملية في المقام الأول لف خيوط مركبة من ألياف الكربون على قالب أساسي للمنتجات الأنبوبية المعقدة، يليها المعالجة والتشكيل.

القولبة بالضغط: تستخدم هذه العملية قالبين، أحدهما فوق الآخر، حيث يتم الضغط على القوالب لتسخين المنتج ومن ثم معالجته.

التشكيل باللف: على غرار اللف، فإن التشكيل باللف Zhishang يستخدم شريط التقوية المسبق من ألياف الكربون، والذي يتم بعد ذلك لفه على قالب أساسي وتفكيكه.

تبدو هذه العمليات بسيطة، لكن كل خطوة تتطلب عملًا يدويًا، مثل وضع المنتج في وضع الرمي، والقطع، وتغطية المنتج المدرفل بطبقة من البولي بروبيلين، ثم القولبة والتصنيع الآلي. وينتج عن هذا سعر مرتفع نسبيًا للمنتجات المركبة من ألياف الكربون.

حاليًا، تعتبر المنتجات المركبة من ألياف الكربون البلاستيكية الحرارية ميسورة التكلفة نسبيًا، وعملية التصنيع ناضجة نسبيًا. على المستوى الدولي، تتصدر أبحاث وتطوير مركبات ألياف الكربون، في المقام الأول ألياف الكربون البلاستيكية الحرارية، وذلك بسبب سوء تشريبها بالراتنجات البلاستيكية الحرارية. تتطلب مركبات ألياف الكربون المستخدمة في التطبيقات عالية الدقة ألياف كربون لدنة بالحرارة.