עד כמה סיבי פחמן עמידים?

האם סיבי פחמן יכולים להחליד?

סיבי פחמן הם יציבים כימית, עמידים בפני קורוזיה, ואינם יחלידו. לכן זה עובד היטב בסביבות קשות. אבל חומרי חמצון חזקים, כגון מי חמצן או חומצה גופרתית, עשויים להשפיע עליו.

כמו כן, שרף אפוקסי אינרטי ואינו יחליד או יחליד. עם זאת, הוא רגיש לאור השמש. לכן, כסו חומרי סיבי פחמן עם גימור עמיד בפני UV כדי למנוע נזק ארוך טווח מאור השמש.

ראוי לציין כי חומרים מרוכבים של סיבי פחמן עלולים לגרום לקורוזיה גלוונית במגע עם מתכות מסוימות. למרות שזה לא יוביל לקורוזיה ברורה של פני השטח בטווח הקצר, מוצרי קורוזיה מסתכמים ומובילים לנזק עם הזמן. למרבה המזל, זה דורש תנאים ספציפיים, וציפויים מסוימים מציעים הגנה.

האם סיבי פחמן יכולים להישבר?

התשובה הקצרה היא כן. כל חומר יכול להיכשל, אבל זה קצת יותר מסובך מזה. גורמים רבים, כגון תהליך הייצור, העיצוב והשימוש, משפיעים על העמידות.

למשל, יכולים להיווצר פערים, וסביר יותר להיסדק אם היצרן מורח שרף בצורה לא אחידה או לא משתמש מספיק. עם הזמן, הסדקים הקטנים הללו יכולים להתפשט עד שהם נשברים. אפילו השפעות קלות עלולות להוביל בסופו של דבר לכישלון.

גם לכיוון הסיבים ושכבות הסיבים יש השפעה משמעותית על עמידות העייפות. וכך גם סוג הכוח שאתה מפעיל. כוחות דחיסה, גזירה ומתח גורמים לסוגים שונים של כשל.

לסיב הארוג בפריסה של 0 מעלות יש פחות חוזק פיתול מאשר ב-45 מעלות, למשל. אז זה עלול להישבר אם תסובב אותו.

השורה התחתונה היא שאם תישארו מתחת לסף העומס עבור חלק מסוים, הוא לא ישבר בקלות.

כמו כן, שים לב שקשה לזהות סימני נזק המעידים על כישלון קרוב. ובניגוד לחומרים אחרים שמתכופפים או מתכופפים, כאשר סיבי פחמן נכשלים, הם עלולים להיכשל בצורה מרהיבה ולהתנפץ.

קָשׁוּר: מהו סיבי פחמן מזויפים? המדריך האולטימטיבי לחומרים מרוכבים מזויפים

האם תנאי מזג האוויר משפיעים על העמידות של סיבי פחמן?

לסיבי פחמן התפשטות תרמית נמוכה. לכן, הצורה, השטח, הנפח או הצפיפות שלו לא משתנים הרבה בתגובה לשינויי טמפרטורה. זה לא אומר שהוא חסין להשפעות מזג האוויר בטווח הארוך. מחקרים מצאו שלשילובים של תנאי מזג אוויר עשויים להיות השפעות ברורות על סיבי פחמן במסגרות שונות.

מחזורי הקפאה-הפשרה

הקרן למחקר הנדסה אזרחית זיהתה מחזורי הקפאה-הפשרה כאיום אפשרי לעמידות סיבי הפחמן. בנוסף, הם גילו שתנאי הקפאה-הפשרה פוגעים בבטון מזוין בסיבי פחמן יותר במים מלוחים.

זה לא בהכרח סיבי הפחמן שמאבדים את השלמות אלא סדקים מיקרו-סדקים שנוצרים במטריצה ​​וסיבים/מטריקס מתנתקים. וההשפעות הן בחלקן משום שהדבק המבני אינו מתקדם כמו שימושים אחרים בסיבי פחמן.

לבסוף, למרות ההשפעות הללו, מחקר אחר מצא בטון מזוין בסיבי פחמן עמיד יותר מבטון רגיל.

הזדקנות היגרותרמית

להזדקנות היגרו-תרמית עשויה להיות השפעה על העמידות של סיבי פחמן ביישומים מסוימים אך לא באחרים.

מהי הזדקנות היגרו-תרמית? הזדקנות היגרותרמית מתייחסת לשילוב של חום ולחות ואיזו השפעה יש לה על המבנה.

חשיפה ממושכת לחום ולחות עשויה להשפיע מעט על חוזק הכיפוף של סיבי פחמן. אך בעומס מתמשך ובנוכחות מים מלוחים, חוזק המתיחה יורד בין 7% ל-12%.

מחזורים רטובים-יבשים

מחקר אחד מראה שלמחזורים יבשים-רטובים עשויה להיות השפעה שלילית משמעותית על חוזק המתיחה. לאחר 4000 מחזורים רטוב-יבש, ההסתברות לכשל עולה באופן ניכר.

לעומת זאת, יש לו השפעה מוגבלת על דפורמציה של סיבי פחמן.

חשיפה ועיבוי UV

קרינת UV ועיבוי פועלים בצורה סינרגטית הגורמת לשחיקה של מטריצת האפוקסי, אך היא אינה משפיעה על סיבי הפחמן. שחיקת האפוקסי עשויה בסופו של דבר להפחית את חוזק המתיחה עד 29% ולהוביל לעמידות נמוכה יותר.

כאמור, גימור עמיד בפני UV יסייע בהגנה על חומרים מרוכבים של סיבי פחמן.

בסך הכל, תנאי מזג האוויר משפיעים על סיבי פחמן. אבל ההשפעות תלויות איך אתה משתמש בו. לדוגמה, לתנאי מזג האוויר יש השפעה בולטת יותר על בניינים עם סיבי פחמן מאשר שלדת אופניים מפחמן.

האם סיבי פחמן יכולים לעמוד בחום?

סיבי פחמן יכולים לעמוד בחום. אבל סיבי פחמן משמשים בעיקר במטריצה ​​כמו בטון, פלסטיק או אפוקסי, מה שעלול להגביל את סבילות החום שלו. במילים אחרות, המטריצה ​​ממלאת תפקיד משמעותי יותר בשאלה האם חלק סיבי פחמן יכול לעמוד בחום מאשר הסיב לבדו.

לדוגמה, חלק מהאפוקסיות יכולות לעמוד בטמפרטורה של עד 100 מעלות (212 ℉), בעוד שחומר מרוכב מטריצת פחמן מחוזק בסיבי פחמן יכול לסבול טמפרטורות מעל 2000 מעלות (3632 ℉).

האם סיבי פחמן חסין כדורים?

בתיאוריה, סיבי פחמן יכולים לעצור כדור, אבל ל- Kevlar® או לסיבי ארמיד אחרים יש יותר גמישות ועמידות בפני פגיעות. חוץ מזה, Kevlar® היא אפשרות חסכונית יותר לשריון חסין כדורים.

סיבי פחמן אכן מציעים רמה גבוהה של הגנה מפני חפצים מסוימים. לעתים קרובות תראה נהגי מכוניות מרוץ משתמשים בו להגנה מכיוון שהוא מפזר את השפעת הכוחות. אבל כשזה מגיע לכדורים, תזדקק לשכבות רבות כדי לעצור את זה.

צפה בסרטון זה כדי לראות כיצד חומרי סיבי פחמן מרוכבים מתנגדים לכדורים.

עם זאת, ננו-צינורות פחמן יכולים לעמוד בפני כדורים. ננו-צינוריות מורכבות מאטומי פחמן הקשורים בדפוסי משושה חוזרים ליצירת גליל חלול. ננו-צינורות אלו יכולים לספוג את האנרגיה מטילים בליסטיים טוב יותר מסיבי פחמן ובמקרים מסוימים אפילו Kevlar®.

בצורתו הבסיסית ביותר, סיבי פחמן הם גרפיט פחמן, שיימשך כמעט לנצח. החומר בדרך כלל אינו מתכלה לצילום או מתכלה. עם זאת, כמה גורמים משפיעים על עמידותו, כמו המטריצה ​​שלו. יתר על כן, השימוש האינטנסיבי בחומרים מרוכבים ובגורמים סביבתיים עלול להשפיע על העמידות והיישומים הפוטנציאליים שלו. באופן כללי, מדענים צופים שחלקי סיבי פחמן יחזיקו מעמד למעלה מ-50 שנה.