מוצרי סיבי פחמן מופצים באופן נרחב בחיינו. סיבי פחמן הם חומר טוב להכנת צרכים יומיומיים רבים. אז מה זה סיבי פחמן? מהם המאפיינים של סיבי פחמן? מהם היתרונות של סיבי פחמן בהשוואה לחומרים רגילים אחרים?
למעשה, ישנם סוגים רבים של סיבי פחמן. אז מהן הקטגוריות של סיבי פחמן? מהם היתרונות והמאפיינים של קטגוריות שונות?
מה זה סיבי פחמן?
סיבי פחמן (קיצור CF) הוא סוג חדש של חומר סיבים עם חוזק גבוה וסיבי מודלוס גבוה עם תכולת פחמן של יותר מ-95%. זהו חומר גרפיט מיקרו-גבישי המתקבל על ידי התפחה וגרפיטיזציה של סיבים אורגניים כגון מיקרו-גבישים של גרפיט פתיתים המוערמים לאורך הכיוון הצירי של הסיב. סיבי פחמן הם "רכים מבחוץ וקשים מבפנים". הוא קל יותר מאלומיניום מתכתי, אך חוזקו גבוה יותר מפלדה. יש לו מאפיינים של עמידות בפני קורוזיה ומודולוס גבוה. זהו חומר חשוב בהגנה לאומית, בתעשייה צבאית ובשימוש אזרחי. יש לו לא רק את המאפיינים המהותיים של חומרי פחמן, אלא יש לו גם את הרכות ויכולת העיבוד של סיבי טקסטיל. זהו דור חדש של סיבים מחזקים.
לסיבי פחמן תכונות מצוינות רבות. לסיבי פחמן חוזק ומודולוס צירי גבוה, צפיפות נמוכה, ביצועים ספציפיים גבוהים, ללא זחילה, עמידות בטמפרטורה גבוהה במיוחד בסביבה שאינה-מחמצנת, עמידות טובה לעייפות, חום ספציפי ומוליכות בין מתכת לא-למתכת, מקדם התפשטות תרמית קטנה ואנזיטרופיה, עמידות טובה בפני קורוזיה והעברת קרני X{{4} טובה.} מוליכות חשמלית ותרמית טובה, מיגון אלקטרומגנטי טוב וכו'. בהשוואה לסיבי זכוכית מסורתיים, לסיבי פחמן יש מודול יאנג של יותר מפי 3 מסיבי זכוכית מסורתיים, ובהשוואה לסיבי קוולר, מודול ה-Young שלו הוא בערך פי 2 מזה של סיבי זכוכית מסורתיים. הוא בלתי מסיס ואינו -מתנפח בממיסים אורגניים, חומצות ואלקליות, ויש לו עמידות יוצאת דופן בפני קורוזיה. מהן הקטגוריות של סיבי פחמן? ניתן לחלק את סיבי הפחמן לסיבי פחמן על בסיס-פוליאקרילוניטריל, סיבי פחמן 1K-אספלט עשוי צינורות-סיבי פחמן על בסיס-סיבי פחמן, סיבי פחמן על בסיס- ויסקוזה, סיבי פחמן על בסיס-פנוליים ואדי לפי חומרי הפחמן שמקורם- ניתן לחלק אותו ל-תכלית כללית, חוזק-גבוה, בינוני-מודול גבוה-חוזק, גבוה-דגם וסיבי פחמן אולטרה-גבוה-על פי ביצועים, ולחלק אותו לסיבי פחמן, סיבים קצרים וסיבים קצרים-. לפי מאפיינים מכניים, ניתן לחלק אותו לסוגים כלליים-למטרות- וביצועים גבוהים. החוזק של סיבי פחמן לשימוש כללי- הוא 1000 MPa והמודלוס הוא בערך 100 GPa. סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים- מחולקים לסוג חוזק- גבוה (חוזק 2000 MPa, מודולוס 250 GPa) וסוג גבוה (מודלוס 300 GPa או יותר). חוזק גדול מ-4000 MPa נקרא גם סוג אולטרה-חוזק גבוה; מודולוס גדול מ-450 GPa נקרא דגם אולטרה-גבוה.
עם התפתחות תעשיות התעופה והחלל, הופיעו גם סיבי פחמן בעלי חוזק- גבוה ו-גבוה, עם התארכות של יותר מ-2%. הכי שימוש הוא סיבי פחמן על בסיס פולי-אקרילוניטריל PAN-.
יותר מ-90% מסיבי הפחמן בשוק הם בעיקר סיבי פחמן מבוססי PAN-.
מכיוון שהצעיף המסתורי של סיבי פחמן לא נחשף לחלוטין, אנשים לא יכולים להשתמש ישירות בפחמן או בגרפיט להכנתו. הם יכולים להשתמש רק בכמה פחמן- המכילים סיבים אורגניים (כגון ניילון, אקריליק, זהורית וכו') כחומרי גלם, ולשלב סיבים אורגניים עם שרפים פלסטיים כדי להפחם וליצור סיבי פחמן.
סיבי פחמן מבוססי PAN-
תהליך הייצור של סיבי פחמן מבוססי PAN- כולל בעיקר שני תהליכים: ייצור מבשר ופחמול מקדים: ראשית, באמצעות סדרה של תהליכים כגון פילמור וסביבת אקרילוניטריל, הוא מעובד לסיבי פולי-אקרילוניטריל או מבשר הנקרא "אמא", ומבשרים אלה ממוקמים בכבשן חמצון לחמצון בדרגת C30200 ולאחר מכן בדרגת חמצון C30200 תנור, פחם ותהליכים אחרים מבוצעים בטמפרטורה של 1000 עד 2000 מעלות צלזיוס לייצור סיבי פחמן.
סיבי פחמן על בסיס-אספלט
ארצות הברית המציאה את אספלט מזופאז מתכת בסיס המכיל את סיבי הפחמן המבוססים על אספלט טקסטיל-. לאחר התייצבות והפחם של המבשר, חוזק המתיחה של סיבי הפחמן הוא 3.5G Pa והמודלוס הוא 252G Pa; צרפת פיתחה-סיבי פחמן-עמידים בחום ובעל מוליכות גבוהה של אספלט מזופאז-, ופולין פיתחה שיטה חדשה לסיבי פחמן מצופים מתכת-. לדוגמה, סיבי פחמן על בסיס-אספל-נחושת מיוצרים בשיטת ערבוב. ראשית, מערבבים מלח נחושת עם זפת פחם איזוטרופית, מבוצע טוויה צנטריפוגלי, מייצב באוויר ומטופל במימן בטמפרטורה גבוהה- כדי להשיג סיבי פחמן נחושת מסגסוגת. כושר הייצור העולמי של סיבי פחמן-על בסיס אספלט קטן יחסית. מחקר ופיתוח מקומיים של סיבי פחמן מבוססי-אספל התחילו מוקדם יותר, אבל יש פער גדול בפיתוח, בייצור וביישום בהשוואה למדינות זרות.
סיבי פחמן מחולקים לשתי קטגוריות לפי מפרטי מוצר שונים: דרגת תעופה וחלל וכיתה תעשייתית, הידועה גם כגרר קטן וגרר גדול. סיבי פחמן מעל 48K נקראים בדרך כלל סיבי פחמן גרר גדולים, כולל 360K ו-480K. סיבי פחמן בדרגה-תעופה וחלל היו בעיקר 3K בשלב המוקדם, והתפתחו בהדרגה ל-12K ו-24K. הוא משמש בעיקר בתעשייה ביטחונית לאומית ובתעשייה צבאית ובטכנולוגיה גבוהה, כמו גם במוצרי ספורט ופנאי, כגון מטוסים, טילים, רקטות, לוויינים, חכות, אלות ומחבטים. סיבי פחמן תעשייתיים- משמשים בתעשיות אזרחיות שונות, כולל: טקסטיל, רפואה ובריאות, אלקטרומכניקה, הנדסה אזרחית, תחבורה ואנרגיה.
,
