कार्बन फाइबरका बारेमा ४ सामान्य गलत धारणाहरूलाई खण्डन गर्दै! चालक, सिल्डिङ, पानी प्रतिरोधी, क्षय प्रतिरोधी

कार्बन फाइबरका बारेमा ४ सामान्य गलत धारणाहरूलाई खण्डन गर्दै! के यो चालक हो? शिल्डिङ गर्छ? पानी प्रतिरोधी? क्षय प्रतिरोधी?

हल्का वाहन घटकहरूदेखि लिएर उच्च-स्तरीय खेलकुद उपकरण र एयरोस्पेसमा महत्त्वपूर्ण संरचनात्मक भागहरूसम्म, कार्बन फाइबरले आफ्नो "पाखुराजत्तिको हल्का, फलामजत्तिको बलियो" गुणका कारण लामो समयदेखि नै सार्वजनिक ध्यान आकर्षित गरिरहेको छ। तर यसको लोकप्रियता बढ्दै गएको बेला, यसका गुणहरूका बारेमा प्रश्नहरू पनि बढ्दै गएका छन्: केहीले भन्छन् "कार्बन फाइबरले बिजुली चालन गर्छ, त्यसैले यसले बनाइएको फोनको केसले सिग्नल अवरुद्ध गर्छ," तर केहीले चिन्ता लिन्छन् "कार्बन फाइबरलाई पानीले डर लाग्छ र वर्षामा टुट्छ," अरू कतै सोच्छन्, "यो धातुभन्दा बढी क्षय प्रतिरोधी छ?"

यी प्रत्यक्ष देखिने सरल प्रश्नहरूले कार्बन फाइबरका सामग्री गुणहरूको मूल तर्कलाई उजागर गर्छन्—यो न त "सार्वभौमिक सामग्री" हो न त धेरै "प्रतिबन्धहरू" ले भारित छ जसको चर्चा गरिन्छ। आज, हामी साधारण भाषामा चार वटा सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण प्रश्नहरूलाई सम्बोधन गर्नेछौं, सिद्धान्तहरूलाई विभाजित गर्नेछौं र वास्तविक अनुप्रयोगहरूमा आधारित उत्तरहरू प्रदान गरेर तपाईंलाई कार्बन फाइबरलाई साँच्चै बुझ्न मद्दत गर्नेछौं!

प्रश्न १: के तपाईंले सुन्नुभएको छ कि कार्बन फाइबर सुचालक हुन्छ?

उत्तर १: हो, यसले फाइबर अक्षको दिशामा विद्युत सुचालन गर्छ, तर यो धातु जस्तो छैन!

धेरै मानिसहरूले गलत तरिकाले विश्वास गर्छन् कि कार्बन फाइबर एउटा "निर्वाहक सामग्री" हो, तर शुद्ध कार्बन फाइबर आफैमा उत्कृष्ट विद्युत सुचालकता राख्छ—यो यसको आणविक संरचनाबाट आउँछ: कार्बन फाइबरले ग्रेफाइट जस्तो संरचना बनाउँछ जहाँ कार्बन परमाणुहरू षट्कोणीय वलय नेटवर्कमा व्यवस्थित हुन्छन्। संयुग्मित π बन्धहरू भित्र स्वतन्त्र इलेक्ट्रोनहरू स्वतन्त्र रूपमा चल्न सक्छन्, जस्तो कि इलेक्ट्रोनहरूका लागि "उच्च मार्ग" हुन्छ, यसरी सुचालकता सम्भव बनाउँछ।

तर, यसको चालकता तामा वा एल्युमिनियम जस्ता धातुहरूबाट काफी फरक छ:

(1) दिशात्मक चालकता: कार्बन फाइबरले आफ्नो अक्षीय दिशामा (लम्बाइको दिशामा) प्रबल चालकता प्रदर्शन गर्छ भने पारगम्य दिशामा (व्यासको दिशामा) कमजोर चालकता प्रदर्शन गर्छ, जबकि धातुहरूले विद्युतलाई समान रूपमा सबै दिशामा चालन गर्छन्;
(2) थोरै कम चालकता दक्षता: कार्बन फाइबरको प्रतिरोधकता 10⁻³ देखि 10⁻⁴ Ω·m सम्मको हुन्छ (विनिर्देश अनुसार फरक हुन सक्छ), जुन तामाको (1.72×10⁻⁸ Ω·m) भन्दा धेरै बढी छ, जसले गर्दा यसलाई धातुको तारको प्रत्यक्ष प्रतिस्थापनको रूपमा प्रयोग गर्न उपयुक्त बनाउँदैन;
(3) मिश्रित सामग्री निरोधक हुन सक्छ: धेरैजसो "कार्बन फाइबर उत्पादनहरू " हामीले दैनिक जीवनमा देख्छौं (जस्तै: कार्बन फाइबर र्याकेट, वाहनका भागहरू) वास्तवमा "कार्बन फाइबर प्रबलित मिश्रित सामग्री" (CFRP) हुन्। यदि आधारभूत पदार्थ एपोक्सी राल जस्तो निरोधक सामग्री हो र कार्बन फाइबरले निरन्तर चालक नेटवर्क नबनाएको छ भने, मिश्रित सामग्रीले समग्रमा निरोधक वा अर्धचालक गुणहरू प्रदर्शन गर्न सक्छ।
व्यावहारिक अनुप्रयोग: यसको चालकता को उपयोग गरेर, कार्बन फाइबर लाई एन्टि-स्ट्याटिक फ्लोरिङ र वैद्युत चुम्बकीय शिल्डिङ सामग्री निर्माण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। फाइबर सामग्री नियन्त्रण गरेर, विभिन्न आवश्यकताहरू पूरा गर्न निरोधक कार्बन फाइबर संयुक्तहरू पनि उत्पादन गर्न सकिन्छ। प्रयोग आवश्यकताहरु।

प्रश्न २: के यसले धातु जस्तै सङ्केतहरू शिल्ड गर्न सक्छ?

उत्तर २: हो, तर यसले निरन्तर चालक नेटवर्क बनाउन आवश्यकता पर्दछ।

वैद्युत चुम्बकीय शिल्डिङ को मूल सिद्धान्त "चालक सामग्रीको प्रयोग गरेर बन्द गुहा बनाएर वैद्युत चुम्बकीय तरङ्गहरूलाई प्रतिबिम्बित, अवशोषित वा भूमितिर निर्देशित गर्नु" हो। धातु उत्कृष्ट शिल्डिङ सामग्रीको रूपमा काम गर्दछ किनभने यो निरन्तर चालक हुन्छ जसले वैद्युत चुम्बकीय तरङ्गहरूलाई व्यापक रूपमा अवरोध गर्न सक्छ।

कार्बन फाइबरले सङ्केतहरू शिल्ड गर्न सक्छ कि सक्दैन भन्ने कुरा निर्भर गर्दछ कि यसले निरन्तर चालक पथ बनाएको छ कि छैन:
(१) शुद्ध कार्बन फाइबर / उच्च-सामग्री निरन्तर कार्बन फाइबर उत्पाद :केही शिल्डिङ प्रभावकारिता प्राप्त गर्नुहोस्! उदाहरणका लागि, शुद्ध कार्बन फाइबर कपडा वा कार्बन फाइबर प्रीप्रेगबाट बनेका घटकहरूले फाइबरहरूको बुनाइ मार्फत निरन्तर सुचालक नेटवर्क बनाउँछन्, जसले केही विद्युत चुम्बकीय लहरहरू प्रतिबिम्बित गर्छ। शिल्डिङ प्रभावकारिता (SE) सामान्यतया 30 देखि 60 dB सम्म हुन्छ (सामान्य औद्योगिक र नागरिक अनुप्रयोगहरूका लागि पर्याप्त), यद्यपि धातुहरू (60 देखि 100 dB+) भन्दा थोरै कम हुन्छ।
(2) कम-आन्तरिकता / अलग कार्बन फाइबर संयुक्त: यदि कार्बन फाइबरहरू निर्वाहक आधारमा 'छरिएका' मात्र छन् र निरन्तर नेटवर्क बनाउँदैनन् भने, तिनीहरू 'टुक्रिएका तार' जस्तै काम गर्छन् र लगभग कुनै शिल्डिङ क्षमता प्रदान गर्दैनन्;
(3) वृद्धि गर्ने समाधानहरू: संयुक्त सतहमा धातुको लेप लगाउनु वा सुचालक भरावहरू (जस्तै, कार्बन न्यानोट्यूब) समावेश गर्नाले कार्बन फाइबर उत्पादनहरूको शिल्डिङ प्रदर्शनलाई काफी बढाउन सक्छ, धातु स्तरसम्म पनि।
उदाहरणका लागि: उच्च-अंश निरन्तर कार्बन फाइबर कपडाबाट बनेको कार्बन फाइबर फोन केसले संकेतहरूलाई थोरै कमजोर पार्न सक्छ (यद्यपि सामान्य प्रयोगलाई प्रभावित गर्दैन); जबकि विखण्डित फाइबरहरूको कारणले, मानक कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक (CFRP) केसले संकेत प्राप्तिमा लगभग कुनै प्रभाव पार्दैन।

प्रश्न ३: कार्बन फाइबर सामग्री "पानीबाट डराउँछ"?

उत्तर ३: शुद्ध कार्बन फाइबरको लागि चिन्ता गर्नुपर्दैन; संयुक्त सामग्री आधार सामग्री र सुरक्षामा निर्भर हुन्छ।

पहिलो, हामी स्पष्ट पारौं: शुद्ध कार्बन फाइबर आफैं पानीबाट डराउँदैन! कार्बन फाइबरको रासायनिक संरचना स्थिर हुन्छ जसले पानीसँग प्रतिक्रिया गर्दैन। यसले पानीमा डुबाइएमा पनि जंग लाग्दैन वा खराब हुँदैन, र तथापि पानीभित्रको वातावरणमा (जस्तै गहिरो समुद्री उपकरण वा पानीभित्रको रोबोट) पनि, शुद्ध कार्बन फाइबर एक उत्कृष्ट संरचनात्मक सामग्रीको रूपमा काम गर्दछ।

तर, हामीले सामान्यतया देख्ने "कार्बन फाइबर उत्पादनहरू" (संयुक्त सामग्री) पानीबाट "डराउन सक्छन्।"

मुख्य समस्या आधार सामग्री र इन्टरफेस बन्डिङ्गमा निहित छ:
(1) यदि संयुक्त आधार पदार्थ इपोक्सी राल, पोलिएस्टर राल आदि हो भने, लामो समयसम्म डुबाए राख्दा पानीले धीरे-धीरे रालको आन्तरिक भाग वा फाइबर-रालको सतहमा प्रवेश गर्न सक्छ, जसले निम्न कारणहरू दिन्छ:
1) राल स्वेल (फुल्ने) र बुढ्यौली हुनु, जसले सामग्रीको शक्ति घटाउँछ;
2) फाइबर-रालको अलगाव (सतह असफलता), जसले "स्तरीकरण" लाई कारण बनाउँछ;
(2) विशेष उपचार गरिएका संयुक्त सामग्री "जलरोधी" हुन्छन्: राललाई जलरोधी बनाएर, उत्पादनको सतहमा पानी झार्ने लेप (उदाहरणका लागि पोलियुरेथेन, फ्लुरोकार्बन लेप) लगाएर, वा जल प्रतिरोधक क्षमता भएको आधार पदार्थ प्रयोग गरेर (उदाहरणका लागि पोलिइथरइथरकिटोन PEEK), कार्बन फाइबर संयुक्त सामग्रीले नमीयुक्त वातावरण वा लामो समयसम्म डुबाइएको अवस्थामा पनि स्थिरता कायम राख्न सक्छ।

प्रयोग सुझावहरू: - सामान्य कार्बन फाइबर उत्पादनहरूको लागि (उदाहरणका लागि झोला, खेलकुदको र्याकेट) लामो समयसम्म वर्षा वा पानीमा डुबाइएको राख्नबाट जोगिनुहोस्। - बाहिरी वा पानीभित्र प्रयोगका लागि (उदाहरणका लागि प्याडल, डुब्ने उपकरण) विशेष जलरोधी ग्रेडका उत्पादनहरू छान्नुहोस्।

प्रश्न ४: यसको जंग प्रतिरोध कस्तो छ?

ए 4: "रासायनिक क्षयको प्रति प्रतिरोधी" तर "उच्च तापमान अक्सिडेशनको प्रति संवेदनशील"!

कार्बन फाइबरले उत्कृष्ट समग्र क्षय प्रतिरोधकता प्रदर्शन गर्छ, जसको मुख्य फाइदा कार्बन परमाणुहरूको स्थिर संरचनाबाट आउँछ:
(1) एसिड र क्षारीय क्षयको प्रति प्रतिरोध: कोठाको तापमानमा, कार्बन फाइबर हाइड्रोक्लोरिक एसिड, सल्फ्युरिक एसिड, र सोडियम हाइड्रक्साइड जस्ता सामान्य एसिड र क्षारीय घोलहरूको क्षरणलाई सहन गर्न सक्छ। धातुहरूको विपरीत, यसमा इलेक्ट्रोकेमिकल क्षय हुँदैन, जसले गर्दा यसलाई रासायनिक उपकरणहरूमा (जस्तै क्षरणकारी माध्यम परिवहन गर्ने पाइपलाइनहरू, प्रतिक्रिया पात्रका आस्तरहरू) व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
(2) कार्बनिक द्रावक क्षयको प्रति प्रतिरोध: कार्बन फाइबर अल्कोहल, एसिटोन, र पेट्रोल जस्ता अधिकांश कार्बनिक द्रावकहरूमा घुल्ने छैन, र लामो समयसम्म उजागर भए पनि यसको गुणस्तरमा कमी आउँदैन;
(3) कमजोरी: उच्च तापमान अक्सिडेशनको प्रति संवेदनशीलता: यो कार्बन फाइबरको एकमात्र "क्षय संवेदनशीलता" हो—हावामा, 400°C भन्दा बढीको तापक्रमले कार्बन फाइबरलाई अक्सिजनसँग प्रतिक्रिया गर्न (C + O₂ = CO₂) बाध्य पार्छ, जसले धीरे-धीरे अक्सिडेशन, तौल घट्ने र शक्ति घट्नेमा परिणत हुन्छ। तर, निष्क्रिय ग्यासको वातावरण (जस्तै नाइट्रोजन) वा निर्वात परिस्थितिमा, यो अत्यधिक उच्च तापक्रम (1000°C भन्दा माथि) मा पनि स्थिर रहन्छ।

थप टिप्पणी: कार्बन फाइबर आफैं उच्च तापक्रमको अक्सिडेशनको संवेदनशील छैन, किनभने यसको प्रमुख घटक कार्बन हुन्छ, जसले ओक्सिजन रहित वातावरणमा 1800°C भन्दा माथिको तापक्रम सहन गर्न सक्छ। तर, कार्बन फाइबर संयुक्त पदार्थ उच्च तापक्रमको अक्सिडेशनको संवेदनशील हुन्छन् किनभने प्रयोग गरिएको राल म्याट्रिक्सले 400°C भन्दा माथिको ओक्सिजन युक्त वातावरणमा अक्सिडेशन गर्छ र असफल हुन्छ, जसले गर्दा सम्पूर्ण सामग्रीको प्रदर्शन खराब हुन्छ। ओक्सिजन युक्त वातावरणमा, कार्बन फाइबर आफैंको तापक्रम सहनशीलता 300°C-400°C हुन्छ।

कार्बन फाइबर संयुक्तको जंग प्रतिरोधकता म्याट्रिक्सद्वारा समान रूपमा प्रभावित हुन्छ। यदि म्याट्रिक्स रालले जंग प्रतिरोधकता नगर्छ (जस्तै, मानक पोलिएस्टर राल), दीर्घकालीन रूपमा क्षरणकारी माध्यममा उजागर भएमा रालको असफलताको कारणले समग्र प्रदर्शन प्रभावित हुन्छ। त्यसैले, रासायनिक प्रशोधनमा प्रयोग हुने कार्बन फाइबर संयुक्तहरूले जंग प्रतिरोधक राल म्याट्रिक्स (जस्तै, भिनाइल एस्टर राल, संशोधित इपोक्सी राल) समावेश गर्नुपर्छ।

कार्बन फाइबर सामग्रीको गुणहरूको सार यो सिद्धान्तमा निहित छ कि "संरचनाले प्रदर्शन निर्धारण गर्छ।" यी विशेषताहरूलाई बुझ्नु यसको फाइदाहरूलाई प्रभावकारी ढंगले हेरफेर गर्नका लागि महत्त्वपूर्ण छ—यसको "सार्वभौमिक उपयोगिता" लाई बढाइ नगर्नु वा यसको "सीमाहरू" लाई गलत बुझ्नु। यदि तपाईं विशिष्ट अनुप्रयोगहरू (जस्तै, इलेक्ट्रोनिक्स वा आउटडोर गियरमा कार्बन फाइबर) मा खोज गर्न चाहनुहुन्छ भने, तल टिप्पणी छोड्नुहोस्!