فیبر کربن چقدر بادوام است؟

آیا فیبر کربن می تواند زنگ بزند؟

فیبر کربن از نظر شیمیایی پایدار است، در برابر خوردگی مقاوم است و زنگ نمی‌زند. به همین دلیل در محیط های سخت به خوبی کار می کند. اما عوامل اکسید کننده قوی مانند پراکسید هیدروژن یا اسید سولفوریک ممکن است بر آن تأثیر بگذارند.

به همین ترتیب، رزین اپوکسی بی اثر است و زنگ نمی زند یا خورده نمی شود. اگرچه به نور خورشید حساس است. بنابراین، کامپوزیت های فیبر کربن را با پوشش مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش بپوشانید تا از آسیب طولانی مدت نور خورشید جلوگیری کنید.

شایان ذکر است که کامپوزیت های فیبر کربن ممکن است در تماس با برخی فلزات باعث خوردگی گالوانیکی شوند. در حالی که در کوتاه مدت منجر به خوردگی سطح آشکار نمی شود، محصولات خوردگی اضافه می شوند و با گذشت زمان منجر به آسیب می شوند. خوشبختانه، این نیاز به شرایط خاصی دارد و برخی از پوشش ها محافظت می کنند.

آیا فیبر کربن می شکند؟

پاسخ کوتاه بله است. هر ماده ای ممکن است شکست بخورد، اما کمی پیچیده تر از آن است. عوامل زیادی مانند فرآیند تولید، طراحی و استفاده بر دوام تأثیر می‌گذارند.

به عنوان مثال، شکاف‌ها ممکن است ایجاد شوند و اگر سازنده رزین را به طور ناموزون اعمال کند یا به اندازه کافی استفاده نکند، احتمال ترک خوردن آن بیشتر است. با گذشت زمان، این ترک های کوچک می توانند گسترش پیدا کنند تا زمانی که بشکنند. حتی تاثیرات جزئی در نهایت می تواند منجر به شکست شود.

جهت الیاف و لایه های الیاف نیز تاثیر بسزایی بر مقاومت در برابر خستگی دارد. مانند نوع نیرویی که شما اعمال می کنید. نیروهای فشاری، برشی و کششی باعث انواع مختلفی از شکست می شوند.

به عنوان مثال، الیاف بافته شده در چینش 0 درجه، مقاومت پیچشی کمتری نسبت به 45 درجه دارد. بنابراین اگر آن را بچرخانید ممکن است بشکند.

نکته اصلی این است که اگر برای یک قطعه خاص زیر آستانه بار بمانید، به راحتی نمی شکند.

همچنین، توجه داشته باشید که تشخیص علائم آسیب که نشان دهنده خرابی قریب الوقوع است، دشوار است. و بر خلاف سایر موادی که خم می‌شوند یا کمانش می‌شوند، وقتی فیبر کربن از کار می‌افتد، می‌تواند به طرز چشمگیری شکست بخورد و خرد شود.

مرتبط: فیبر کربن جعلی چیست؟ راهنمای نهایی برای کامپوزیت های فورج شده

آیا شرایط آب و هوایی بر دوام فیبر کربن تأثیر می گذارد؟

فیبر کربن انبساط حرارتی کمی دارد. بنابراین، شکل، مساحت، حجم یا چگالی آن در واکنش به تغییرات دما تغییر زیادی نمی کند. این بدان معنا نیست که در دراز مدت از اثرات آب و هوا مصون است. مطالعات نشان داده است که ترکیبی از شرایط آب و هوایی ممکن است اثرات متمایزی بر فیبر کربن در تنظیمات مختلف داشته باشد.

چرخه های انجماد و ذوب

بنیاد تحقیقات مهندسی عمران چرخه های انجماد و ذوب را به عنوان یک تهدید احتمالی برای دوام فیبر کربن شناسایی کرد. علاوه بر این، آنها دریافتند که شرایط انجماد و ذوب، بتن تقویت‌شده با فیبر کربن را در آب شور بیشتر تخریب می‌کند.

این لزوماً فیبر کربن نیست که یکپارچگی خود را از دست می دهد، بلکه ریزترک هایی است که در ماتریس و جدا شدن فیبر/ماتریس ایجاد می شود. و اثرات تا حدی به این دلیل است که چسب ساختاری به اندازه سایر کاربردهای فیبر کربن پیشرفته نیست.

در نهایت، علیرغم این اثرات، مطالعه دیگری نشان داد که بتن مسلح با الیاف کربن بادوام تر از بتن استاندارد است.

پیری هیگروترمال

پیری گرمازا ممکن است در برخی کاربردها بر دوام فیبر کربن تأثیر بگذارد اما در برخی دیگر نه.

پیری هیگروترمال چیست؟ پیری هیگروترمال به ترکیبی از گرما و رطوبت و تأثیر آن بر یک ساختار اشاره دارد.

قرار گرفتن طولانی مدت در معرض گرما و رطوبت ممکن است تأثیر کمی بر مقاومت خمشی فیبر کربن داشته باشد. اما تحت بار پایدار و در حضور آب شور، استحکام کششی بین 7 تا 12 درصد کاهش می یابد.

چرخه های مرطوب-خشک

یک مطالعه نشان می دهد که چرخه های مرطوب-خشک ممکن است تأثیر نامطلوب قابل توجهی بر استحکام کششی داشته باشد. پس از 4000 چرخه تر و خشک، احتمال شکست به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

در مقابل، تأثیر محدودی بر تغییر شکل فیبر کربن دارد.

قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش و تراکم

اشعه ماوراء بنفش و تراکم به صورت هم افزایی عمل می کنند که باعث فرسایش ماتریکس اپوکسی می شود، اما بر فیبر کربن تأثیر نمی گذارد. فرسایش اپوکسی در نهایت ممکن است استحکام کششی را تا 29٪ کاهش دهد و منجر به دوام کمتر شود.

همانطور که گفته شد، پوشش مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش به محافظت از کامپوزیت های فیبر کربن کمک می کند.

به طور کلی، شرایط آب و هوایی بر فیبر کربن تأثیر می گذارد. اما اثرات آن به نحوه استفاده شما بستگی دارد. به عنوان مثال، شرایط آب و هوایی تأثیر قابل توجهی بر ساختمان های دارای فیبر کربن نسبت به قاب دوچرخه کربنی دارد.

آیا فیبر کربن در برابر گرما مقاومت می کند؟

الیاف کربن می توانند گرما را تحمل کنند. اما فیبر کربن بیشتر در زمینه هایی مانند بتن، پلاستیک یا اپوکسی استفاده می شود که ممکن است تحمل حرارت آن را محدود کند. به عبارت دیگر، ماتریس در مقایسه با فیبر به تنهایی نقش مهمی در مقاومت یک قطعه فیبر کربنی در برابر گرما دارد.

به عنوان مثال، برخی از اپوکسی ها می توانند تا 100 درجه (212 ℉) را تحمل کنند، در حالی که کامپوزیت ماتریکس کربن تقویت شده با فیبر کربن می تواند دمای بالاتر از 2000 درجه (3632 ℉) را تحمل کند.

آیا فیبر کربن ضد گلوله است؟

در تئوری، فیبر کربن می تواند گلوله را متوقف کند، اما Kevlar® یا سایر فیبرهای آرامید انعطاف پذیری و مقاومت بیشتری در برابر ضربه دارند. علاوه بر این، Kevlar® یک گزینه مقرون به صرفه تر برای زره ​​ضد گلوله است.

فیبر کربن سطح بالایی از محافظت در برابر برخی از اشیاء را ارائه می دهد. اغلب می بینید که رانندگان اتومبیل های مسابقه ای از آن برای محافظت استفاده می کنند زیرا تأثیر نیروها را پراکنده می کند. اما وقتی صحبت از گلوله می شود، برای جلوگیری از آن به لایه های زیادی نیاز دارید.

این ویدیو را تماشا کنید تا ببینید که چگونه کامپوزیت فیبر کربن در برابر گلوله نمایش داده می شود.

با این حال، نانولوله های کربنی می توانند در برابر گلوله مقاومت کنند. نانولوله‌ها از اتم‌های کربن تشکیل شده‌اند که در الگوهای شش ضلعی مکرر به هم متصل شده و یک استوانه توخالی ایجاد می‌کنند. این نانولوله‌ها می‌توانند انرژی موشک‌های بالستیک را بهتر از فیبر کربن و در برخی موارد حتی Kevlar® جذب کنند.

فیبر کربن در ابتدایی ترین شکل خود، گرافیت کربنی است که تقریباً برای همیشه دوام می آورد. این ماده معمولاً تجزیه پذیر یا زیست تخریب پذیر نیست. با این حال، برخی از عوامل بر دوام آن تأثیر می گذارد، مانند ماتریس آن. علاوه بر این، استفاده شدید از کامپوزیت ها و عوامل محیطی می تواند بر دوام و کاربردهای بالقوه آن تأثیر بگذارد. به طور کلی، دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که قطعات فیبر کربنی بیش از 50 سال عمر کنند.