مزايا وعيوب البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP)
CFRPهي مادة خفيفة الوزن وقوية تستخدم على نطاق واسع في إنتاج وتصنيع العديد من المنتجات المستخدمة في حياتنا اليومية. المركبات المعززة بألياف الكربون، أو CFRP اختصارا، هي مركبات معززة بالألياف تستخدم ألياف الكربون كمكون هيكلي رئيسي. يجدر بالذكر أن حرف "P" في مركبات CFRP يمكن أن يرمز ليس فقط إلى "بوليمر" بل أيضا إلى "بلاستيك".
بشكل عام، تستخدم راتنجات الضبط الحراري مثل راتنجات الإيبوكسي، البوليستر، أو إستر الفينيل، غالبا في مركبات CFRP. على الرغم من استخدام راتنجات الترموسبلاستيك أيضا في مركبات CFRP، إلا أن "مركبات الترمولاستيك المرموية المقوى بألياف الكربون" غالبا ما تسمى مركبات CFRTP، والتي تعني مركبات الترموسيك المقوى بألياف الكربون. اختصار.
عند التعامل مع المواد المركبة، من المهم فهم المصطلحات والاختصارات الخاصة بالمادة. الأهم من ذلك، هو الحاجة لفهم خصائص المركبات المركبة من FRP وتعزيزاتها المختلفة، مثل ألياف الكربون.
.jpg)
خصائص مركبات ألياف الكربون
المركبات المعززة بألياف الكربون، على عكس المركبات الأخرى من FRP التي تستخدم الألياف التقليدية مثل ألياف الزجاج أو ألياف البولي أميد العطرية، تتمتع بخصائص ممتازة لمركبات CFRP بما في ذلك
الوزن الخفيف- المركبات التقليدية المعززة بألياف الزجاج تستخدم ألياف زجاجية مستمرة بنسبة 70٪ (وزن الزجاج/الوزن الكلي) وعادة ما تكون كثافة 0.065 رطل لكل بوصة مكعبة.
قوة عالية- مركبات CFRP، رغم وزنها الخفيف، تتمتع بقوة وصلابة أعلى لكل وحدة وزن مقارنة بالمركبات المصنوعة من ألياف الزجاج. هذه الميزة تكون أكثر وضوحا عند مقارنتها بالمواد المعدنية. على سبيل المثال، تخبرنا التجربة أن مواد CFRP تمثل خمس وزن الفولاذ لنفس القوة، فتخيل لماذا ينظر جميع مصنعي السيارات إلى استخدام ألياف الكربون بدلا من الفولاذ لتحسين أداء منتجاتهم.
عند مقارنة مركبات CFRP بالألمنيوم، وهو أحد أخف المعادن من حيث الكتلة، يكون وزنه حوالي 1.5 ضعف وزن جسم ألياف الكربون، بناء على الافتراض الأساسي بأن الألمنيوم بقوة متساوية.
بالطبع هناك العديد من المتغيرات الأخرى في التجربة التي قد تؤثر على نتائج المقارنة، مثل اختلاف درجات وجودة المواد، وعملية التركيب، وعملية الإنتاج، وبنية الألياف، والجودة التي يجب أخذها في الاعتبار أيضا.
.jpg)
عيوب مركبات ألياف الكربون
غلاء- على الرغم من الأداء الممتاز لمركبات CFRP، لماذا لا تستخدم ألياف الكربون على نطاق واسع في إنتاج المنتجات؟ حاليا، تكلفة إنتاج مركبات CFRP مرتفعة جدا. اعتمادا على ظروف السوق الحالية (العرض والطلب)، ونوع ألياف الكربون (درجة الطيران مقابل الدرجة التجارية)، وحجم حزمة الألياف، يمكن أن يكون سعر الألياف مختلفا جدا.
يمكن أن يتراوح سعر الريشة الفائقة الخام لكل رطل من 5 إلى 25 ضعف سعر الألياف الزجاجية. مقارنة بالفولاذ، فإن التكلفة العالية لمادة CFRP أكثر وضوحا.
التوصيلية الكهربائية- يمكن أن يكون هذا ميزة لمركبات ألياف الكربون وعيبا محتملا في التطبيقات العملية. ألياف الكربون موصلة للغاية، بينما ألياف الزجاج عازلة. السبب في أن العديد من المنتجات تستخدم ألياف زجاجية ولا يمكن استبدالها بألياف الكربون أو المعادن هو الخصائص العازلة الصارمة المطلوبة.
في إنتاج المرافق، تتطلب العديد من المنتجات استخدام ألياف الزجاج. على سبيل المثال، يتم تصنيع السلالم باستخدام الألياف الزجاجية كإطار للسلم للسبب التالي: عندما يلامس سلم الألياف الزجاجية خطوط الكهرباء، يكون احتمال حدوث الصدمة الكهربائية أقل بكثير. أما سلالم ألياف الكربون، فهي شديدة التوصيل، والعواقب لا يمكن تصورها.
على الرغم من ارتفاع تكلفة مركبات ألياف الكربون، ومع تقدم التكنولوجيا، ستظهر منتجات أكثر كفاءة وفعالية في المستقبل القريب. ربما في حياتنا يمكننا أن نتوقع استخداما واسعا لمنتجات ألياف الكربون عالية الأداء في سوق المستهلك، والإنتاج الصناعي، وتصنيع السيارات.
بشكل عام، تستخدم راتنجات الضبط الحراري مثل راتنجات الإيبوكسي، البوليستر، أو إستر الفينيل، غالبا في مركبات CFRP. على الرغم من استخدام راتنجات الترموسبلاستيك أيضا في مركبات CFRP، إلا أن "مركبات الترمولاستيك المرموية المقوى بألياف الكربون" غالبا ما تسمى مركبات CFRTP، والتي تعني مركبات الترموسيك المقوى بألياف الكربون. اختصار.
عند التعامل مع المواد المركبة، من المهم فهم المصطلحات والاختصارات الخاصة بالمادة. الأهم من ذلك، هو الحاجة لفهم خصائص المركبات المركبة من FRP وتعزيزاتها المختلفة، مثل ألياف الكربون.
.jpg)
خصائص مركبات ألياف الكربون
المركبات المعززة بألياف الكربون، على عكس المركبات الأخرى من FRP التي تستخدم الألياف التقليدية مثل ألياف الزجاج أو ألياف البولي أميد العطرية، تتمتع بخصائص ممتازة لمركبات CFRP بما في ذلك
الوزن الخفيف- المركبات التقليدية المعززة بألياف الزجاج تستخدم ألياف زجاجية مستمرة بنسبة 70٪ (وزن الزجاج/الوزن الكلي) وعادة ما تكون كثافة 0.065 رطل لكل بوصة مكعبة.
قوة عالية- مركبات CFRP، رغم وزنها الخفيف، تتمتع بقوة وصلابة أعلى لكل وحدة وزن مقارنة بالمركبات المصنوعة من ألياف الزجاج. هذه الميزة تكون أكثر وضوحا عند مقارنتها بالمواد المعدنية. على سبيل المثال، تخبرنا التجربة أن مواد CFRP تمثل خمس وزن الفولاذ لنفس القوة، فتخيل لماذا ينظر جميع مصنعي السيارات إلى استخدام ألياف الكربون بدلا من الفولاذ لتحسين أداء منتجاتهم.
عند مقارنة مركبات CFRP بالألمنيوم، وهو أحد أخف المعادن من حيث الكتلة، يكون وزنه حوالي 1.5 ضعف وزن جسم ألياف الكربون، بناء على الافتراض الأساسي بأن الألمنيوم بقوة متساوية.
بالطبع هناك العديد من المتغيرات الأخرى في التجربة التي قد تؤثر على نتائج المقارنة، مثل اختلاف درجات وجودة المواد، وعملية التركيب، وعملية الإنتاج، وبنية الألياف، والجودة التي يجب أخذها في الاعتبار أيضا.
.jpg)
عيوب مركبات ألياف الكربون
غلاء- على الرغم من الأداء الممتاز لمركبات CFRP، لماذا لا تستخدم ألياف الكربون على نطاق واسع في إنتاج المنتجات؟ حاليا، تكلفة إنتاج مركبات CFRP مرتفعة جدا. اعتمادا على ظروف السوق الحالية (العرض والطلب)، ونوع ألياف الكربون (درجة الطيران مقابل الدرجة التجارية)، وحجم حزمة الألياف، يمكن أن يكون سعر الألياف مختلفا جدا.
يمكن أن يتراوح سعر الريشة الفائقة الخام لكل رطل من 5 إلى 25 ضعف سعر الألياف الزجاجية. مقارنة بالفولاذ، فإن التكلفة العالية لمادة CFRP أكثر وضوحا.
التوصيلية الكهربائية- يمكن أن يكون هذا ميزة لمركبات ألياف الكربون وعيبا محتملا في التطبيقات العملية. ألياف الكربون موصلة للغاية، بينما ألياف الزجاج عازلة. السبب في أن العديد من المنتجات تستخدم ألياف زجاجية ولا يمكن استبدالها بألياف الكربون أو المعادن هو الخصائص العازلة الصارمة المطلوبة.
في إنتاج المرافق، تتطلب العديد من المنتجات استخدام ألياف الزجاج. على سبيل المثال، يتم تصنيع السلالم باستخدام الألياف الزجاجية كإطار للسلم للسبب التالي: عندما يلامس سلم الألياف الزجاجية خطوط الكهرباء، يكون احتمال حدوث الصدمة الكهربائية أقل بكثير. أما سلالم ألياف الكربون، فهي شديدة التوصيل، والعواقب لا يمكن تصورها.
على الرغم من ارتفاع تكلفة مركبات ألياف الكربون، ومع تقدم التكنولوجيا، ستظهر منتجات أكثر كفاءة وفعالية في المستقبل القريب. ربما في حياتنا يمكننا أن نتوقع استخداما واسعا لمنتجات ألياف الكربون عالية الأداء في سوق المستهلك، والإنتاج الصناعي، وتصنيع السيارات.