ألياف الكربون
ألياف الكربون هي مواد تتألف من ألياف دقيقة للغاية ذات قطر يتراوح بين 0.005 و 0.010 ميليمتر وتتكون في معظمها من ذرات الكربون. ترتبط ذرات الكربون ببعضها في بلورات مجهرية موازية بشكل أو بآخر لمحور الألياف. هذا التوازي أو التوجه يجعل الألياف قوية جدا مقارنة بحجمها.
تغزل عدة آلاف من ألياف الكربون معا لتشكيل الخيط ليستخدم بذاته أو ينسج ليكون النسيج.[١] ولألياف الكربون عدة حياكات (طرق النسج) مختلفة يمكن جمعها مع راتنج من اللدائن وتقولب لتشكيل المواد المركبة التي تتصف بنسبة عالية من القوة إلى الوزن.
وكثافة ألياف الكربون أيضا هي أقل بكثير من كثافة الفولاذ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب وزنا منخفضا.[٢] خصائص ألياف الكربون مثل قوة الشد المرتفعة، والوزن والتمدد الحراري المنخفضان جعلها تحظى بشعبية كبيرة في تطبيقات الفضاء والهندسة المدنية والعسكرية ورياضة السيارات، إلى جانب غيرها من المنافسات الرياضية.
البنية والخصائص
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. الجيل الأول من ألياف الكربون (مثل T300 و AS4) فقد كانت بقطر 7-8 ميكرومتر. أما الأجيال اللاحقة (مثل IM6) فكانت بقطر 5 ميكرومتر تقريبا.
البنية الذرية لليف الكربون مشابهة للبنية الذرية للغرافيت، المتكونة من صفائح من ذرات الكربون (صفائح الغرافينGraphene sheets ) مرتبة في نموذج بنية سداسية منتظمة. والفرق يكمن بطريقة ترابط هذه الصفائح. أما الغرافيت فهو مادة بلورية تتكدس فيها الصفائح موازية لبعضها البعض بطريقة منتظمة. أما القوى بين الجزيئية التي تربط الصفائح ببعضها فهي ضعيفة نسبيا، قوى فان دير فالس، مما يعطي الغرافيت مميزات القصافة.
وتبعا للطريقة المتبعة لصناعة هذه الالياف، فإن ألياف الكربون يمكن أن تكون ذات بنية غرافينية أو بنية تربوستراتيك Turbostratic (وهي بنية بلورية خرجت فيها المستويات العامودية على المحاور الاساسية عن التراصف أو التحاذي) أو أن تكون بنية هجينة من البنيتين السابقتين. فالألياف الكربونية ذات بنية تربوستراتيك تتكون من صفائح من ذرات الكربون مطوية ومثنية معا بطريقة عشوائية. فألياف الكربون المصنعة انطلاقا من بولي أكريل نتريل Polyacrylonitrile PAN فهي ذات بنية تربوستراتيك Turbostratic بينما الألياف الكربونية المشتقة منmesophase pitch فتكون ذات بنية غرافيتية بعد القيام بعملية معالجة حرارية على درحة حرارة تصل إلى 2200° C. تميل الألياف الكربونية ذات بنية تربوستراتيك Turbostratic لإمتلاك مقاومة للشد عالية في حين يميل النوع الآخر من الألياف الكربونية لإمتلاك معامل شد (معامل يونج) مرتفع وناقلية حرارية عالية.
التطبيقات
تستخدم ألياف الكربون بشكل شائع لتقوية المواد المركبة وبالأخص تلك المواد المركبة المعروفة باسم البوليمير المقوى بألياف الكربون أو الغرافيت. ومن الممكن أيضا استخدام مواد غير بوليميرية كمادة أساس مع ألياف الكربون. ومن ناحية أخرى فقد لاقى استخدام ألياف الكربون نجاح محدودا في تطبيقات المواد المركبة التي تدخل فيها المعادن كمواد أساس نتيجة لتشكل كربيدات معدنية ولاعتبارت ظاهرة التآكل. الكربون - الكربون المقوى يتكون من الغرافيت المقوى بألياف الكربون ويستخدم في التطبيقات الهيكلية في ظروف درجات الحرارة العالية. كما تسخدم الألياف أيضا في فلترة الغازات ذات درجات الحرارة العالية و كإلكترود ذو مساحة سطحية عالية ومقاومة كاملة للتآكل وأيضا كمكوّن ضد الكهرباء الساكنة. القولبة أو الإكساء بطبقة رقيقة من ألياف الكربون ترفع بشكل ملحوظ مقاومة البوليميرات أو المواد المركبة من لدائن حرارية للحريق لأن الطبقة الكثيفة والمكتنزة من ألياف الكربون تشكل عاكس فعّال للحرارة.
المراجع
- ^ carbon fiber: Definition and Much More from Answers.com
- ^ Mr. Jeremy Hierholzer, Assistant Professor of Aviation Technology, Purdue University, 2007.
| ||||||||||||||||
bg:Въглеродно влакно ca:Fibra de carboni cs:Uhlíkové vlákno da:Kulfiber de:Kohlenstofffaser Carbon (fiber)]] es:Fibra de carbono fa:الیاف کربن fi:Hiilikuitu fr:Fibre de carbone he:סיב פחמן hu:Szénszál is:Koltrefjar it:Fibra di carbonio ja:炭素繊維 ko:탄소 섬유 nl:Koolstofvezel no:Karbonfiber oc:Fibra de carbòni pl:Włókno węglowe pt:Fibra de carbono ro:Fibră de carbon ru:Углеродное волокно simple:Carbon fiber sv:Kolfiber tr:Karbon fiber uk:Вуглеволокно zh:碳纖維 zh-yue:碳纖維
