סיבי פחמן לעומת סיבי זכוכית: למה יש הבדל כה גדול במחיר ובביצועים עבור אותו הסיב?

סיבי פחמן לעומת סיבי זכוכית: למה יש הבדל כה גדול במחיר ובביצועים עבור אותו הסיב?

האם אי פעם תהיתם על כך? סיכה לדוג בפיברגלאס מדרגה גבוהה עשויה לעלות אלפי דולרים, בעוד שסיכה רגילה מפיברגלאס ניתנת להשגה בסך של עשרות דולרים. אותו המונח "סיב", השם נשמע כמו משפחה קרובה, אז למה מהירות וביצועים הפכו לפער בין "נoble" ו"commoner"? היום נבחן את הפיבר-קרבון והפיברגלאס, הזוג הזה מתוך "משפחת הסיבים", כדי לראות מה באמת שונה ביניהם מבפנים.

מהרקע שונה: "דור שני של עשירים" ו"עושים" בעולם החומרים.

כדי להבין את ההבדל, עלינו להתחיל מה"יוחסין".

סיבי זכוכית

המרכיב העיקרי הוא זכוכית, וחומרי הגלם האלה זמינים בכמויות עצומות על כדור הארץ במחיר נמוך. באמצעות תהליכי התכה בטמפרטורה גבוהה, גרירה ועוד, מיוצרים סיבי זכוכית. זה כמו מקור משותף אך מאוד אמיד "עושה", שנלחם בעולם בעזרת יעילות עלות.

ויבר קרבון

הרכיב העיקרי הוא פחמן. הקדמים שלו הם לרוב פולימרים אורגניים כגון פוליאקרילוניטריל, דוחן או סיבי ויסקוז. סיבים אלו חייבים לעבור טיפול של כריזציה והrafytization בטמפרטורות של אלפי מעלות, בהגנה של גז אינרט, כדי להרחיק את אטומי הלא-פחמן, ולבסוף ליצור חומר מתקדם שמכיל יותר מ-90% פחמן. תהליך זה מורכב, צרכני אנרגיה, עם מחסומים טכנולוגיים גבוהים, ותעשיית החומרים מכנה אותו "פלדה". לפיכך, סיבי הפחמן דומים גם הם לגידול זהיר, שצורך כמות עצומה משאבים "דור שני עשיר" או "ספורטאים מובילים".
מהלידה ברור כי יהיו הבדלי עלות. שימוש ב"חול", לעומת שימוש ב"חומרי גלם כימיים + תהליך מורכב", מחיר "נoble" של סיבי פחמן כבר נקבע בראשית התהליך.

השוואת ביצועים: למה סיבי פחמן הם "המלך"?

איננו יכולים להסתפק רק בקורות חיים – עלינו להביט במציאות. להלן טבלת השוואה של ביצועים שתעזור לכם להבין:

התמקדו ב"מודולוס" :ניתן לחשוב על המודולוס כעל ה"קשיחות" של החומר.

סיבי זכוכית

כמו קנה עבה, הוא חזק ולא נקרע בקלות, אך כשמשבירים אותו בכוח, הוא מתכופף ומתעוות בצורה משמעותית.

ויבר קרבון

כמו מוט פלדה קשה, הוא לא רק חזק, אלא גם עמיד ביותר בפני התעortion. כשמשתמשים באותה כוח כדי לשבור אותו, כמעט ולא קורה לו תזוזה.
התכונה הזו של "אי כפיפה" היא קריטית בתחום המתקדם. למשל:

(1) רכב F1: השלד חייב להיות קשיח ביותר כדי לשמור על בקרת מדויקת בסיבובים במהירות גבוהה, כל עיוות קטן הוא קטלני.
(2) תעופה וחלל: מבנים של כנף וגוף המטוס דורשים עיוות מינימלי תחת עומסים גבוהים כדי להבטיח ביצועים אירודינמיים ובטיחות.
(3) ר켓 שולחן טניס מוביל: ברגע הפגיעה בכדור, ככל שעיוות גוף הרקט קטן יותר, העברת הכוח ישירה יותר, והתחושה בהחזקת הרקט ברורה יותר, זו החוויה שמביאה "סיבי פחמן עם מודולוס גבוה".

לכל אחד יש חסרונות משלו

סיבי פחמן:

(1) שביר: למרות שהוא קשה וחזק, עמידותו למכות נמוכה, ударות חדים בעוצמה רבה עלולות לגרום לו לשבור, במקום לכופף.
(2) מוליכות: זה גם יתרון וגם חסרון. כשיש צורך בבליעה (כגון בציוד חשמלי), זה הופך לסכנה נסתרת.
(3) מחיר: שוב, יקר!

סיבי זכוכית

(1) עמידות טובה: עמידות מ ударית חזקה יותר מקarbon פיבר, עלולה רק לסתוע לאחר הפגיעה, ולא להיחברט באופן מיידי.
(2) בידוד טוב: חומרים מمتازים לבידוד חשמלי, טווח יישומים רחב יותר.
(3) יתרון במחיר: במקרים שבהם אין צורך בקשיחות קיצונית ובמשקל קל, זהו המלך של יעילות עלות.

סצנת יישום

חלוקת העבודה" בין שני סוגי הסיבים מוכחת היטב והיא בעיקרון איזון בין "צרכי ביצועים" ל"תקציב עלות":

סיב פחמן: "מלך הביצועים" בתחום היוקרתי

(1) תעופה וחלל: דגם מטוס, רכבות לוויין (הפחתה של 30% במשקל יכולה לצמצם משמעותית את צריכת הדלק ועמלות השיגור);
(2) ייצור מתקדם: גופי סופר-מכוניות, חלקים לריצה באופני F1, גלגלים מסיב פחמן (ש учитыва גם חוזק וגם קלות);
(3) ציוד ספורט: מכותי בדמינטון איכותיים, דלי דייג, סקי (מודול אלסטיות גבוה, תחושה מדויקת יותר);
(4) תרחישים מיוחדים: ציוד רפואי, ציוד צבאי (עמידות לטמפרטורות גבוהות, עמידות לשחיקה וחוסר הפרעה מגנטית).

סיבי זכוכית: "משחק פרקטי" בחיי היום-יום

(1) תעשיית הבנייה: פנלים לבידוד קירות חיצוניים, אריחים מוגזים בסיבי זכוכית, פנלים עמידים בפני שפשוף (עמידים למזג אוויר וזולים);
(2) תחבורה: תאים מקררים למשאיות, קליפות לדירות ניידות, דפנות ספינות כלליות (עמידות לשפשוף, קלות לצורה);
(3) חשמל ואלקטרוניקה: תשתית ללוחות מעגלים, כוורית בידוד (בידוד טוב, יעיל מבחינת עלות);
(4) צרכים יומיומיים: ריהוט מפלסטיק מחוזק בסיבי זכוכית (FRP), פחי אשפה ידידותיים לסביבה, צינורות (עמידים ובעלי ביקורת עלות);

לסיכום: למה הפער כל כך גדול?

חזרה לשאלתנו המקורית, התשובה ברורה:

חומר גלם ותהליך: הכנה של סיבי פחמן היא "פאן קס rising", והעלות של חומרי הגלם והתהליכים גבוה בהרבה מזה של סיבי זכוכית מסוג "מelt-drawn".

תקרה ביצועית: סיבי פחמן במצייני העוצמה הסגולית והמודולוס הסגולי, מצליחים להביס את סיבי הזכוכית בקלות, ובמיוחד בתחומים הדורשים קשיחות וצמצום משקל אולטימטיביים – הם בלתי ניתן להחלפה.

שוק ומיקוד: סיבי פחמן משרתים תעשיות חדישות וצרכנים מהשורה הראשונה, ומדובר במוצר המונע על ידי טכנולוגיה; סיבי זכוכית שורשים בענפים תעשייתיים ואזרחיים רבים, ומדובר במוצר המונע על ידי השוק.

אז בפעם הבאה שאתם שוקלים חכה או שלדת אופניים מסיבי פחמן, מה שתרגישו הוא לא רק הקלילות והקשיות של המוצר, אלא גם מערך שלם של מדע חומרים חדשני, טכנולוגיה מורכבת וחתירה לביצועים קיצוניים של עיבוי. פיברגלס, לעומת זאת, הוא "חבר ותיק" שקט, אמין ובמחיר סביר בחיינו.