زنگ تفریح 241
فیبر کربن یک ماده‌ی سبک و در عین حال بسیار محکم می‌باشد. در بسیاری از وسایل از لوازم ورزشی مانند چوب گلف و راکت تنیس تا ماشین‌های اسپرت از فیبر کربن استفاده می‌شود. فیبر کربن به راحتی توسط ظاهر شطرنجی آن قابل تشخیص است.
فیبر کربن چیست؟
فیبر کربن ماده‌ای است که از الیاف بسیار نازکی که دارای اتم‌های کربن هستند ساخته می‌شود. این اتم‌ها در یک آرایش کریستالی میکروسکوپی، در جهت طولی لیف با هم پیوند دارند. این آرایش کریستالی هست که فیبر کربن را به شدت محکم می‌سازد. فیبر کربن برای ساخت مواد کامپوزیتی همراه با رزین پلاستیکی استفاده می‌شود. فیبر کربن دارای استحکام فولاد است، در حالیکه بسیار سبک است و همچنین انعطاف پذیر است. این الیاف همچنین در صورت حرارت دادن منبسط نمی‌شوند و در کل به دلیل مقاومت بالای حرارتی نمی‌سوزند. این فیبر در مقابل خم شدن و کشیدگی آسیب نمی‌بیند و بسیار مقاوم است اما اگر در برابر یک ضربه‌ی ناگهانی زیاد قرار گیرد مانند ضربه با چکش، می‌شکند. فیبر کربن دارای بهترین نسبت وزن به استقامت است.
اولین فیبر‌های کربنی
 |
| توماس ادیسون |
شما حتما شگفت‌زده می‌شوید اگر بدانید که فیبر کربن به هیچ وجه یک کشف جدید نیست. توماس ادیسون از فیلامنت‌های (همان رشته‌های نازک یا لیف را گویند) کربن در آزمایشات لامپ خود در سال 1879 استفاده می‌کرده است. او این الیاف را توسط حرارت دادن خیزراندر یک محیط تحت کنترل تولید می‌کرده. لیف کربن که ادیسون ساخته بود از مواد پایه سلولزی بوده است، که امروزه از مواد پایه نفتی ساخته می‌شود. الیاف کربنی که ادیسون توسط آتش زدن خیزران می‌ساخته ضد آتش بوده که آن را برای فیلامنت‌هایی که باید ملتهب می‌شدند ایده‌آل می‌ساخته است.
بعدا در سال 1958 راجر بیکن (Roger Bacon) تلاش کرد تا الیاف کربن را از رشته‌های ریون (ابریشم مصنوعی) بسازد اما این الیاف خیلی محکم نبودند. تنها در سال 1963 بود که موسسه هواپیمایی سلطنتی در همپشایر انگلستان فیبر کربن محکم تولید کرد. رولز رویس از این فیبرها در موتورهای هواپیمایی خود استفاده کرد.
 |
| ساختار پلی اکریلو نیتریل |
امروزه الیاف کربن از پلیمر پلی اکریلو نیتریل (PAN) ساخته می‌شود. زمانیکه این پلیمر تولید می‌شود به روشی کشیده می‌شود که موازی محور لیف قرار گیرد. این پلیمر سپس در دمای 200 الی 300oC برای از بین بردن هیدروژن و اضافه کردن اکسیژن به مولکول اکسید می‌شود. سپس پلیمر توسط کربنیزاسیون خالص سازی می‌شود، که با گرم کردن آن تا دمای 2500oC در یک محیط اشباع از نیتروژن این عمل انجام می‌شود. محصول به کیفیت لیف وابسته است و پلیمری با بیش از 90% کربن در آن است. مرحله نهایی در ساخت لیف کربن سایزینگ (sizing) نام دارد. در این مرحله الیفا به صورت پارچه بافته می‌شوند و درون یک رزین اپوکسی قرار داده می‌شوند. چیزی که در آخر بدست می‌آید یک صفحه فیبر کربن سیاه رنگ است که شما می‌تواند برای ساخت موارد بسیاری از آن استفاده کنید.
انواع ترکیبات فیبر کربن و استفاده‌های آن‌ها
ترکیبات فیبر کربن، ترکیباتی بسیار گران قیمت هستند. انواع مختلف این ترکیبات برای اهداف متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای کاربردهای دمای بالا، فیبر کربنی اصلاح شده با گرافیت ایده‌آل می‌باشد. فیبر کربن می‌تواند برای فیلتر گازهای با دمای بالا بعنوان الکترود مقاوم در برابر خوردگی همراه با یک ماده‌ی ضد الکتریسیته ساکن مورد استفاده قرار گیرد. ترکیبات فیبر کربن همراه با فلزات استفاده نمی‌شوند زیرا این ترکیب، کاربیدهای فلزی تشکیل می‌دهد و فلزات در این حالت خورده می‌شوند. امروزه فیبر کربن حتی در کاربردهای شاخه پزشکی نیز استفاده می‌شود. فیبر‌های کربن به عنوان مکمل به پوست عادی در پیوند پوست اضافه می‌شود.
 |
| بعضی از موارد استفاده فیبر کربن |