به گزارش «خبرنامه دانشجویان ایران»؛ فیبر کربن و فایبرگلاس دو ماده همه کاره هستند که به طور گسترده در صنایع سنگین استفاده می شوند. محصولات ساخته شده از فیبر کربن و شیشه دارای سختی پایدار، ساختار فیزیکی سبک و بادوام هستند. به طور خاص، فایبرگلاس و فیبر کربن هر دو مزایای خاص خود را دارند و به طور کامل توسط تولید کنندگان استفاده می شود. این دو ماده نیز مانند دیگر تولیدات لاستیکی مثل اورینگ لاستیکی و دیافراگم لاستیکی بسیار پرطرفدار می باشند.
خلاصه فایبرگلاس و فیبر کربن
فیبر کربن
اساسی ترین ساختار فیبر کربن شامل 90 درصد اتم های کربن با ضخامت 5 تا 10 میلی متر است. ساختار فیزیکی فیبر کربن از پیوند محکم زنجیره های بلند اتم های کربن تشکیل شده است. در حال حاضر الیاف کربن از مواد مختلفی مانند: فیبر پلی اکریلونیتریل PAN، الیاف سلولزی، الیاف گرافیت نسبت کربن > 99%، زغال سنگ، نفت و یا برخی الیاف دیگر تولید می شود.
علاوه بر این، تعامل فیزیکی و سازگاری فیبر کربن نیز بسیار قدردانی می شود زیرا آنها به راحتی با مواد دیگری مانند: الیاف شیشه، مواد افزودنی برای افزایش ویژگی ها و همچنین خدمت به هر صنعت تخصصی ترکیب می شوند. علاوه بر این، فیبر کربن نیز دارای ویژگی هایی است که استانداردهای تولید را برآورده می کند. به طور مشخص به شرح زیر:
- مقاومت حرارتی: سطح مقاومت حرارتی فیبر کربن به 3 سطح تقسیم می شود. بالاترین سطح می تواند دمای بیش از 2000 درجه سانتیگراد را تحمل کند و می تواند با فیبر UHM ترکیب شود. کمترین دمایی که فیبر کربن می تواند تحمل کند حدود 1000 درجه سانتیگراد است.
- سختی بالا و وزن سبک: کربن یک الیاف بسیار سخت است و از نظر وزن سبکتر از سایر مواد است. به طور خاص، دو برابر سخت تر از فولاد و 5 برابر قوی تر از فولاد است، اما تنها حدود 2/3 وزن فولاد وزن دارد.
- کشش کم: ضریب انبساط فیبر کربن -0.74x 10 ^ 6 / K است. این شاخص نسبتاً پایین است و به فیبر کربن کمک می کند همچنان بتواند حالت، شکل و خواص مکانیکی خود را در محیط های با دمای بالا حفظ کند.
- فیبر کربن دارای قطر نسبتاً نازکی است که به طور متوسط فقط 5 تا 10 میلی متر است و به هم تابیده می شود. بنابراین، وزن این نوع الیاف کاملاً سبک است و به آنها اجازه می‌دهد تا در بسیاری از زمینه‌ها مانند ورزش، پزشکی، مد و مد و راحتی به کار گرفته شوند.
- علاوه بر این، فیبر کربن نیز بسیار رسانا، ضد خوردگی و خود روان کننده است. به ویژه، مولکول های کربن در برابر مواد شیمیایی مقاوم هستند و به الیاف کربن کمک می کنند تا دوام خود را در شرایط سخت حفظ کنند.
الیاف شیشه
شیشه در دمای بالای 100 درجه سانتیگراد ذوب می شود و به الیاف نازک کشیده می شود که الیاف شیشه هستند. به طور خاص، اگر قطر فیبر کربن تنها 5 تا 10 میلی متر باشد، فیبر شیشه حدود 1/10 برابر نازک تر از موهای طبیعی است. ترکیب شیمیایی اصلی الیاف شیشه شامل گروه های معدنی مانند: کانسیلیکات و آلومینیوم است.
بنابراین، خواص اساسی الیاف شیشه بسیار نازک و سبک است، اما دوام و استحکام بسیار خوبی را نیز تضمین می کند. در حال حاضر الیاف شیشه به 4 نوع اساسی به نام های A، C، E و AE تقسیم می شود. طبقه بندی الیاف شیشه به ویژگی ها و کاربرد آنها بستگی دارد. به عنوان مثال: الیاف شیشه نوع C در برابر مواد شیمیایی مقاوم است و در زمینه پزشکی کاربرد دارد. فیبر شیشه ای نوع E ترکیبی از الیاف شیشه C و عایق الکتریکی است. یا فیبر شیشه ای AE با مقاومت قلیایی مناسب برای صنایع سنگین تکمیل می شود.
این ویژگی ها و تنوع به فیبر شیشه ای کمک می کند تا کاربردی خود را افزایش دهد و به طور کامل معیارهای بسیاری از زمینه ها را برآورده کند. به عنوان مثال:
- الیاف شیشه این خاصیت را دارد که در برابر مواد شیمیایی قوی مانند قلیایی، اسیدی و ... مقاوم باشد تا در برابر سایش مقاومت کرده و از لغزش سطح جلوگیری کند. این مزیتی است که به طور کامل در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد.
- علاوه بر این، فیبر شیشه از الیاف نازک برای ایجاد ساختاری بادوام به هم متصل می شود، بنابراین مدول الاستیک فیبر شیشه در محدوده 70 تا 97 گیگا پاسکال است. به ویژه، استحکام کششی آنها نیز پارامترهای قابل توجهی از 1250 - 3600 MPa را نشان می دهد. آنها در صنایع خودروسازی و دریایی مانند: ساخت بدنه کشتی، بدنه هواپیما، قاب ماشین استفاده می شوند.
- اغلب به عنوان هادی های نوری برای پشتیبانی از انتقال تلفن و همچنین انتقال تصویر تلویزیونی استفاده می شود. مزایای فایبرگلاس این است که می تواند ظرفیت های زیادی را انتقال دهد، تحت تأثیر تداخل الکترومغناطیسی قرار نمی گیرد و نسبت به سایر مواد فلزی ارزان تر است.
- فایبرگلاس حداکثر تا 550 درجه سانتیگراد را تحمل می کند. بنابراین در صنعت مصالح ساختمانی نیز کاربرد دارند. فایبرگلاس به عنوان یک پوشش سطحی برای رنگ دیوار و همچنین تقویت کننده قطعات بتنی عمل می کند تا نه تنها انسجام را تضمین کند بلکه ایمنی را در حین استفاده تضمین کند.
- کاربرد در زمینه پزشکی: به عنوان گچ استفاده می شود و برای ساخت آندوسکوپ برای مشاهده اندام های داخلی استفاده می شود. فیبر کربن و فایبرگلاس هر دو مزایای خاص خود را دارند. بنابراین، این دو خط مواد اغلب با یکدیگر مقایسه می شوند.
تفاوت های عمده بین فیبر کربن و فایبرگلاس
تفاوت در فرآیند تولید
فیبر کربن در سطح مولکولی تولید می شود. مخلوط الیاف اتم‌های کربن، پلی اکریلونیتریل مایع است که در دمای 300 درجه سانتیگراد اکسید می‌شود تا از ذوب شدن الیاف جلوگیری شود. برای ایجاد خالص ترین اتم های کربن، مخلوط فوق تا دمای 1000 درجه سانتیگراد کربنیزه می شود و به حذف کامل ناخالصی ها و تشکیل اتم های کربن با کیفیت کمک می کند. الیاف کربن برای افزایش خاصیت ارتجاعی و همچنین چسبندگی پوشش ها، عملیات سطحی می شوند. برای خرید انواع مواد لاستیکی مثل کوپلینگ لاستیکی کافیست با شرکت هیرمند بسپار نوین تماس حاصل فرمایید.
در همین حال، الیاف شیشه از طریق فرآیند ذوب سیلیس برای حذف کامل ناخالصی ها متولد می شوند. شیشه مایع از طریق سوراخ های کوچک روی صفحه فلزی داغ منتقل می شود تا الیاف تشکیل شود. سپس الیاف شیشه توسط آب در دمای 1200 درجه سانتیگراد و هوا خنک می شوند. این به آنها کمک می کند تا به راحتی کشیده شوند و به شکل رول پیچ شوند.
تفاوت در خواص فیزیکی و شیمیایی بین الیاف کربن و الیاف شیشه
اگرچه الیاف کربن و شیشه دارای خواص مشابهی مانند: مقاومت در برابر خوردگی، سختی بالا، مقاومت شیمیایی، وزن متوسط یا مقاومت حرارتی هستند، پارامترهای دقیق تفاوت های قابل توجهی خواهند داشت. به طور مشخص به شرح زیر:
- اگر مقاومت کششی الیاف کربن به 1000 مگاپاسکال برسد، الیاف شیشه تنها به 700 مگاپاسکال محدود می شوند.
- علاوه بر این، مدول الاستیک فیبر کربن 651.5 گیگا پاسکال است که بالاتر از فیبر شیشه است فقط 72.5GPA
- الیاف شیشه را می توان خم کرد و کشش آن را افزایش داد، اما نمی شکنند زیرا مدول الاستیک کمتر از فیبر کربن است.
- به طور معمول، کاربرد اصلی الیاف شیشه برای محصولاتی مانند مواد عایق، مد، پوشش‌ها یا تقویت‌کننده‌های کامپوزیت‌های مصنوعی مناسب است. در همین حال، فیبر کربن عمدتا در صنایع سنگین مانند هوافضا، خودرو، تجهیزات ورزشی و مصالح ساختمانی استفاده می شود.
به طور کلی، دوام و کیفیت فیبر کربن بالاتر از الیاف شیشه است. در حال حاضر یکی از زمینه های بسیار پرطرفدار پرینت سه بعدی است که دارای فیبر کربن و الیاف شیشه نیز می باشد، بنابراین سازندگان به طور مداوم کیفیت و کارایی هر دوی این مواد را متعادل می کنند.
نقل قول از سایت آذران فایبرگلس:
"به دلیل استفاده روزمره و وسیع از فایبرگلاس بازار وسیعی برای آن به وجود آمده که به مراتب باعث افزایش تنوع و کاهش قیمت ها می شود و همچنین به دلیل دشوار بودن فرایند تولید فیبر کربن می توان تفاوت قیمت بسیار بزرگی بین این دو محصول را مشاهده کنیم."
فایبرگلاس و فیبر کربن: کدام یک برای چاپ سه بعدی بهتر است؟
فایبرگلاس و فیبر کربن دو ماده محبوب در زمینه چاپ سه بعدی هستند زیرا هر دو نوع الیاف دارای ویژگی های سختی، چقرمگی و ترکیب خوب با مواد دیگر هستند. بنابراین، فیبر کربن و فیبر شیشه در زمینه چاپ سه بعدی استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که محصول استانداردهای اساسی زیر را برآورده می کند: ابعاد هندسی استاندارد، جرم پایدار، دوام طولانی مدت، عملی بودن بالا و ایمنی برای سلامت مصرف کنندگان.
فیبر کربن و شیشه هر دو قادر به تضمین استانداردهای سازنده هستند، اما بسته به مواد اولیه و شرایط در طول فرآیند چاپ سه بعدی تفاوت هایی نیز دارند. برخی از تفاوت های اصلی عبارتند از: مواد پایه پلیمری ABS، نایلون، پلی کربنات، نوع ترکیب مواد پایه، کیفیت مکانیکی چاپگر سه بعدی یا درصد فیلامنت مخلوط شده در آن.
- از آنجایی که فرآیند تولید پیچیده است و به مولکول های کربن بالا نیاز دارد، قیمت فیبر کربن بالاتر از الیاف شیشه خواهد بود. بنابراین، اگر محصول پرینت سه بعدی به مشتریان میان رده یا در بازارهای کوچک خدمت کند، تولیدکننده استفاده از الیاف شیشه را در اولویت قرار می دهد.
- علاوه بر این، محصولات پرینت سه بعدی نیاز به سفتی و استحکام کششی بالایی دارند، بنابراین فیبر کربن انتخاب مناسبی خواهد بود. از آنجایی که این شاخص‌های الیاف شیشه بسیار کمتر است، در برابر ضربه‌ها یا نیروهای قوی از بیرون محدود می‌شوند.
- برعکس، مدول الاستیک الیاف شیشه کمتر از کربن است، بنابراین این نوع مواد برای محصولاتی که نیاز به انعطاف پذیری و دوام بالایی دارند، مناسب است. علاوه بر این، فایبرگلاس به راحتی با مواد یا پودرهای چند رنگ ترکیب می شود که رنگ های درخشان و دقیق تری نسبت به فیبر کربن تولید می کند.
- اگر از نظر جرم مقایسه کنیم، فیبر کربن کاملاً غالب خواهد شد. محصولات چاپ سه بعدی از فیبر کربن سبک تر از محصولات چاپ شده از الیاف شیشه خواهند بود. در عین حال، قدرت خستگی آنها نیز بالاتر خواهد بود. علاوه بر این، فیبر کربن نه تنها سبک است، بلکه محصولات دارای خواص ضد الکتریسیته ساکن هستند.
- به طور خاص، تماس فیبر کربن با مایکروویو بسیار دشوار است، که برای محصولات از الیاف شیشه بسیار آسان است.
اینها معیارها و الزامات اساسی در انتخاب فیبر کربن یا فیبر شیشه برای صنعت چاپ سه بعدی هستند. به طور کلی، هر دو خط مواد از نظر مقاومت در برابر مواد شیمیایی قوی، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش و همچنین مقاومت در برابر حرارت بالا قابلیت های خوبی را نشان می دهند. پاسخ به اینکه آیا فیبر کربن یا شیشه برای پرینت سه بعدی مناسب تر است دشوار است، تصمیم به نیازها، شرایط مالی، تجهیزات و مشتریان هدفی که سازنده می خواهد هدف قرار دهد بستگی دارد.
