פוגעים ב-4 מיתוסים נפוצים על פיברגלאס! מוליך, שילוט, עמיד למים, עמיד לאוכלוס

הפרכת 4 מיתוסים נפוצים על פיברגלאס! מוליך? שילוט? עמיד במים? עמיד לשחיקה?

ממרכיבי רכב קלי משקל וציוד ספורט יוקרתי ועד לחלקים מבניים קריטיים בתעשיית החלל, פיברגלאס מושך תשומת לב ציבורית רבה כבר שנים רבות בזכות תכונותיו של 'קל כנוצה, חזק כפלדה'. אך ככל שהוא צובר פופולריות, הולכות וגדלות השאלות סביב תכונותיו: יש הטוענים ש"פיברגלאס מוליך חשמל, ולכן כיסויי טלפון שעשויים ממנו חוסמים את האות", אחרים דואגים ש"פיברגלאס פוחד ממים ויישבר בגשם", בעוד אחרים תוהים "האם הוא עמיד יותר בפני שחיקה מאשר מתכת?"

השאלות הפשוטות למראה הללו חושפות את הלוגיקה העומדת בבסיס תכונות החומר של פיברגלס – זה לא "חומר אוניברסלי" וגם לא נושא במורכבות של "איסורים" רבים כמו שמועים. היום נענה בארבע השאלות הדחופות ביותר בשפה פשוטה, נשבר את העקרונות ונספק תשובות המבוססות על יישומים מציאותיים כדי לעזור לכם באמת להבין את חומר הפיברגלס!

שאלה 1: שמעתם שפיברגלס מוליך חשמל?

תשובה 1: כן, הוא מוליך חשמל לאורך ציר הסיב, אבל זה לא כמו מתכת!

רבים טועים ומסpins שפיברגלס הוא "חומר מבודד", אך בפועל פיברגלס טהור בעל מוליכות חשמלית מצוינת – עובדה זו נובעת מהמבנה המולקולרי שלו: לפיברגלס יש מבנה דמוי גרפיט שבו אטומי פחמן מסודרים ברשת טבעתית משושה. אלקטרונים חופשיים יכולים לנוע בחופשיות בתוך הקשרים הקו-קונজוגטיביים, בדומה ל"כביש מהיר" לאלקטרונים, ולכן הוא יכול להוביל חשמל.

עם זאת, מוליכותו שונה בצורה משמעותית ממתכות כמו נחושת או אלומיניום:

(1) מוליכות כיוונית: סיבי פחמן מציגים מוליכות חזקה יותר לאורך הכיוון הצירי (באורך) ומוליכות חלשה יותר בכיוון traverse (בכיוון הקוטר), בעוד שמתכות מוליכות חשמל באופן איזוטרופי;
(2) יעילות מוליכות מעט נמוכה יותר: ההתנגדות של סיבי פחמן נעת בין 10⁻³ ל-10⁻⁴ Ω·m (משתנה לפי המפרט), גבוהה בהרבה מנחושת (1.72×10⁻⁸ Ω·m), ולכן אינה מתאימה כתחליף ישיר לפלטת מתכת;
(3) חומרים מרוכבים עלולים להיות מבודדים: רוב "סיבי הפחמן מוצרים " שאנו נתקלים בהם ביום יום (למשל, ר켓ים מסיבי פחמן, רכיבים 자utomotive) הם למעשה "חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי פחמן" (CFRP). אם המטריצה היא חומר מבודד כמו רזין אפוקסי, ולא נוצר רשת מוליכת חשמל רציפה מסיבי הפחמן, החומר המורכב יכול להפגין תכונות של מבודד או חצי מוליך.
יישומים מעשיים: הודות ליכולת ההולכה שלו, ניתן להשתמש בסיבי פחמן לייצור רצפות עמידות סטטית וחומרי שילוח אלקטרו-מגנטי. על ידי בקרת תוכן הסיבים, ניתן גם לייצר חומרים מבודדים המבוססים על סיבי פחמן, כדי לעמוד בצרכים מגוונים. שימוש דרישות.

שאלה 2: האם הוא יכול לשדר סיגנלים כמו מתכת?

תשובה 2: כן, אך יש צורך בתצורת רשת מוליכה רציפה.

העיקרון המרכזי של שילוח אלקטרו-מגנטי הוא "יצירת חלל סגור באמצעות חומרים מוליכים, כדי להחזיר, לבלוע או לכוון גלי אלקטרו-מגנטיים לאדמה". מתכת משמשת כחומר שילוח מעולה מאחר שהיא מוליך רציף המסוגל לחסום בצורה מקיפה גלי אלקטרו-מגנטיים.

האם סיבי הפחמן יכולים לשדר סיגנלים תלוי בכך האם נוצר מסלול מוליך רציף:
(1) סיבי פחמן טהורים / רציפים עם אחוז גבוה מוצרי פיברגלס :השגת יעילות שילוט מסוימת! לדוגמה, רכיבים שעשויים מבדי פיברגלאס טהור או מקדם פיברגלאס יוצרים רשת מוליכה רציפה באמצעות אריג סיבים, ומשחזרים חלק מהגלים האלקטרומגנטיים. יעילות שילוט (SE) נעה בדרך כלל בין 30 ל-60 ד'ב (מספקת ליישומים תעשייתיים ואזרחיים כלליים), אם כי נמוכה במעט לעומת מתכות (60 עד 100 ד'ב ומעלה).
(2) תערובות פיברגלאס בנפח נמוך / פיברגלאס בפיזור בודד: אם סיבי הפיתר הם רק "מפוזרים" בתוך מטריצה מבודדת מבלי ליצור רשת רציפה, הם פועלים כמו "חוטים שבורים" ולא מספקים כמעט שום יכולת שילוט;
(3) פתרונות שיפור: החלה של ציפוי מתכתי על פני השטח של התערובת או הכנסת ממלאים מוליכים (למשל, ננו-צינורות פיתר) יכולים להגביר משמעותית את ביצועי השילוט של מוצרים מפיברגלאס, גם עד לרמות של מתכות.
לדוגמה: כיסוי טלפון מפחמן פיברגלאס שעשוי מבד פחמן גלוי עמיד עשוי להחליש מעט את האותות (אם כי לא משפיע על השימוש הרגיל); בעוד שכיסוי מפלסטיק מחוזק בפחמן (CFRP) סטנדרטי, בשל הפיברים המפוזרים, כמעט ולא משפיע על קליטת האות.

שאלה 3: האם חומר הפחמן פיברגלאס 'פוחד מים'?

תשובה 3: פחמן טהור אינו מהווה בעיה; חומרי הרכבה תלויים בחומר הבסיס וההגנה.

ראשית, נבהיר: הפחמן הטהור עצמו אינו פוחד מים! לפחמן פיברגלאס יש מבנה כימי יציב שאינו מגיב עם מים. הוא לא יחליד או יתנוון גם כשמשומש בסביבה תת-ימית (כגון ציוד לשימוש במעמקים או רובוטים תת-ימיים), הפחמן הטהור משמש כחומר מבני מעולה.

עם זאת, 'מוצרי פחמן פיברגלאס' (חומרים מרוכבים) которых אנו נתקלים בהם בדרך כלל עשויים להיות 'פוחדים מים'.

הבעיה העיקרית נמצאת בחומר הבסיס ובקישוריות בין השכבות:
(1) אם מטריצת הקומפוזיט היא רזין אפוקסי, רזין פוליאסטר וכו', שטיפה ממושכת מאפשרת למים להצטבר בהדרגה לתוך פנים הרזין או למשטח בין הסיב למטריצה, מה שגורם ל:
1) נפיחות וזקנות של הרזין, המפחיתה את חוזק החומר;
2) התנתקות בין סיב למטריצה (כשל בממשק), הגורמת ל"התרוקנות שכבות";
(2) קומפוזיטים שעברו טיפול מיוחד הם "עמידים בפני מים": על ידי עמידות במים של הרזין, הצבת חיפוי דוחה מים (למשל, חיפוי פוליאוריטן או פלואורוקרבון) על פני המוצר, או שימוש במטריצות בעלות עמידות מוגברת בפני מים (למשל, פוליאתרתרקטון PEEK), קומפוזיטי פיברגלאס יכולים לשמור על יציבות בסביבות לחות ואף במהלך שטיפה ממושכת.

המלצות לשימוש: - להימנע מחשיפה ממושכת לגשמים או משטיפה למוצרי פיברגלאס כלליים (למשל, תיקים, ר켓ים לספורט). - ליישומים בחוץ או מתחת למים (למשל, משוטים, ציוד לצלילה), יש לבחור מוצרים מיוחדים בעלי דירוג עמידות במים.

שאלה 4: מהי רמת העמידות בפני שפשוף?

A4: "עמיד בפני קורוזיה כימית" אך "פגיע בפני חמצון בטמפרטורות גבוהות"!

סיבי פחמן מציגים עמידות גבוהה בפני קורוזיה, כאשר היתרון המרכזי נובע מהמבנה היציב של אטומי הפחמן:
(1) עמידות בפני קורוזיה על ידי חומצות ובסיסים: בטמפרטורת החדר, סיבי פחמן עמידים בפני שחיקה על ידי תמיסות חומצה ובסיס נפוצות כמו חומצת מלח, חומצה גופרתית ונתרן שיקוע. בניגוד למתכות, הם אינם עוברים קורוזיה אלקטרוכימית, ולכן משמשים בצורה רחבה בציוד כימי (למשל, צינורות להעברת מדיות קורוזיביים, ריפוד של כלי תגובה).
(2) עמידות בפני קורוזיה על ידי ממסים אורגניים: סיבי פחמן אינם ניתנים להמסה ברוב הממסים האורגניים כגון אלכוהול, אצטון וبنזין, ולא מתקלקלים גם לאחר חשיפה ממושכת;
(3) חולשה: רגישות לחמצון בטמפרטורות גבוהות: זוהי נקודת התהודה היחידה של סיבי הפחמן בפני קורוזיה — באוויר, טמפרטורות שמעל 400° צלזיוס גורמות לסיבי פחמן להגיב עם חמצן (C + O₂ = CO₂), מה שמביא לאכילה מתונה, אובדן משקל וצניחה בכושר העומס. עם זאת, בסביבות של גז אינרטי (למשל חנקן) או בתנאי ריק, החומר נשאר יציב גם בטמפרטורות גבוהות במיוחד (por 1000° צלזיוס).

הערה נוספת: סיבי הפחמן בעצמם אינם רגישים לאכילה בטמפרטורות גבוהות, מאחר שהמרכיב העיקרי שלהם הוא פחמן, וב environments חסרי חמצן הם יכולים לעמוד בטמפרטורות שמעל 1800° צלזיוס. עם זאת, תערובות סיבי פחמן הן עמידות פחות לאכילה בטמפרטורות גבוהות, מכיוון שמטריצית הרזין שבה נעשה שימוש מאבדת את תפקודנה ואוכלת סביבות עשירות בחמצן מעל 400° צלזיוס, מה שמחליש את ביצועי החומר כולו. בסביבות המכילות חמצן, סיבי הפחמן עצמם יכולים לעמוד בטמפרטורה של 300°–400° צלזיוס.

עמידות הלחט של תערובות סיבי פחמן מושפעת באופן דומה על ידי המטריצה. אם רזין המטריצה אינו עמיד בפני לחט (למשל, רזין פוליאסטר סטנדרטי), חשיפה ממושכת לאמצעי קורוזיה תגרום לכישלון הרזין, ובכך תפגע בביצועים הכוללים. כתוצאה מכך, תערובות סיבי פחמן המשמשות בעיבוד כימי חייבות לכלול מטריצות רזין עמידות בפני לחט (למשל, רזיני ויניל אסטר, רזיני אפוקסי משופרים).

מהות תכונות החומר של סיבי פחמן נמצאת בעיקרון ש"מבנה קובע ביצועים." הבנת מאפיינים אלו היא המפתח לניצול יעיל של היתרונות שלו — מבלי להגזים ב"יישום אוניברסלי" שלו או להבין בצורה שגויה את "הגבלותיו." אם ברצונכם ללמוד על יישומים ספציפיים (כגון סיבי פחמן באלקטרוניקה או ציוד לשימוש בחוץ), אנא השאירו תגובה למטה!