تعرف على ماهية ألياف الكربون، بما في ذلك ألياف الكربون القائمة على البولي أكريلونيتريل، والخصائص الرئيسية، والتصنيفات، وأحجام الخيوط، ودرجات الأداء، والتطبيقات الصناعية الرئيسية.
ألياف الكربون - ملك المواد الجديدة
مقدمة عن ألياف الكربون
ألياف الكربون هو نوع من مواد الألياف الجديدة عالية القوة وعالية المعامل، ويحتوي على نسبة كربون تتجاوز 95%. وهو عبارة عن مادة جرافيتية دقيقة التبلور يتم الحصول عليها عن طريق تعريض الألياف العضوية - المكونة من بلورات جرافيتية متراصة تشبه الصفائح ومصطفة على طول محور الألياف - لعمليات الكربنة والجرافيتة.
ألياف الكربون أخف وزنًا من الألومنيوم وأقوى من الفولاذ. يتميز بخصائص مثل مقاومة التآكل، ومعامل مرونة عالٍ، وكثافة منخفضة، وانعدام الزحف، وموصلية كهربائية وحرارية ممتازة، ومقاومة درجات الحرارة العالية جدًا في البيئات غير المؤكسدة، ومقاومة فائقة للإجهاد. يجمع بين الخصائص الجوهرية لمواد الكربون ونعومة ألياف النسيج وسهولة تشكيلها، ويُستخدم على نطاق واسع في قطاعات تشمل الدفاع والجيش، والفضاء، والمعدات الرياضية، وصناعة السيارات، ومعدات الطاقة، والأجهزة الطبية، وآلات البناء، والنقل، والتدعيم الهيكلي. يُعد مادة استراتيجية بالغة الأهمية لتطوير الدفاع الوطني والاقتصاد الوطني.
تصنيف ألياف الكربون
حسب المواد الخام: تُصنّف ألياف الكربون بشكل أساسي إلى ثلاثة أنواع: ألياف مصنوعة من الرايون، وألياف مصنوعة من القار، وألياف مصنوعة من البولي أكريلونيتريل (PAN). ومن بين هذه الأنواع، تُعدّ ألياف الكربون المصنوعة من البولي أكريلونيتريل (PAN) الأكثر واعدةً لإنتاج ألياف كربون عالية الأداء، وذلك بفضل سهولة عملية تصنيعها، وانخفاض تكلفتها، وارتفاع نسبة الكربنة فيها، وخصائصها الميكانيكية الممتازة. وتُقدّم ألياف الكربون المُصنّعة من البولي أكريلونيتريل (PAN) أفضل أداء شامل، وتعتمد على عمليات إنتاج ناضجة وبسيطة، وتتميز بأوسع نطاق من التطبيقات، وأعلى أحجام الإنتاج، وأكبر تنوّع في الأنواع؛ فهي تُهيمن على السوق العالمية، حيث تُمثّل أكثر من 90% من إجمالي الإنتاج العالمي.
حسب الأداء: يمكن تصنيف ألياف الكربون إلى أنواع متعددة الأغراض، وعالية القوة (GQ)، وعالية القوة/متوسطة معامل المرونة (QZ)، وعالية معامل المرونة (GM)، وعالية القوة/عالية معامل المرونة (QM). ونظرًا لمكانة شركة توراي للصناعات الرائدة في هذا المجال، أصبحت تسميات منتجاتها معايير صناعية. تُصنف المنتجات عمومًا إلى سلسلة "T" عالية القوة وسلسلة "M" عالية معامل المرونة (تُدرج النماذج المحددة أدناه). تشير الأرقام الأعلى إلى درجات أداء أعلى، وتتفوق الدرجات التي تحمل حرفًا لاحقًا على تلك التي لا تحمله (على سبيل المثال، T300B يتفوق على T300).
حسب حجم السحب: يُصنّف ألياف الكربون إلى نوعين: ألياف ذات حجم صغير وألياف ذات حجم كبير. كانت ألياف الكربون ذات الحجم الصغير تتألف في البداية من درجات 1K و3K و6K، قبل أن تتطور لتشمل 12K و24K؛ وتُستخدم بشكل رئيسي في قطاعات التكنولوجيا المتقدمة، مثل الدفاع الوطني والفضاء (الطائرات والصواريخ والأقمار الصناعية)، بالإضافة إلى المعدات الرياضية والترفيهية كأدوات الصيد ومضارب الجولف والتنس. أما ألياف الكربون ذات حجم 48K أو أعلى، بما في ذلك 48K و60K و80K، فتُصنّف عمومًا ضمن ألياف الكربون ذات الحجم الكبير. وتُستخدم هذه الألياف بشكل أساسي في التطبيقات الصناعية، في قطاعات متنوعة كالمنسوجات والرعاية الصحية والميكانيكا الكهربائية والهندسة المدنية والبناء والنقل والطاقة.
خصائص ألياف الكربون
