कार्बन फाइबर के हो? यो "सामग्री तारा" लाई के यति राम्रो बनाउँछ?

कार्बन फाइबरको कुरा गर्दा, तपाईंले यसको बारेमा सुनेको हुन सक्छ समाचार - रकेट तीर, उच्च-गति रेलका शरीर, ड्रोन, दौड कारका खोल, र उच्च-स्तरीय ब्याडमिन्टनका र्याकेटमा पनि यसको उपस्थिति हुन्छ। यो सामग्रीमा भरिएको "ब्ल्याक टेक्नोलोजी" जस्तो लाग्छ, तर अन्ततः यो के हो? आज साधारण शब्दहरूमा, तपाईंलाई "सामग्री संसारको स्टार" को बारेमा जानकारी गराउँछौं।

कार्बन फाइबर, मूलतः "सुपर कार्बन फिलामेन्ट"

सरल भाषामा, कार्बन फाइबर एउटा अकार्बनिक बहुलक फाइबर हो जसमा ९०% वा त्यसभन्दा बढी कार्बन हुन्छ। यो न त धातु हो न त प्लास्टिक, तर एउटा "कार्बनको क्रिस्टल" हो -- उच्च तापक्रममा कार्बनीकरण गरेर अशुद्धता हटाएर बनाइएको कालो फिलामेन्ट जुन अङ्गेजी फाइबर (जस्तै पोलीएक्राइलोनाइट्राइल र एस्फाल्ट) बाट विशेष प्रक्रियाबाट बनाइन्छ।

उपस्थिति: व्यासमा मात्र ५-१० माइक्रोन (लगभग १/१० मानव केशको), आँखाले हेर्दा कालो सूत वा ऊन जस्तो देखिन्छ, तर छुन्दा फलामे तारभन्दा पनि बढी "कडा" हुन्छ।

विशेषताहरू: "हल्का, मजबूत, प्रतिरोधी, स्थिर"

(१) फलामको तुलनामा ७-९ गुणा मजबूत, काचको फाइबरभन्दा धेरै बढी कठोरता;
(2) केवल 1.7 ग्राम/सेमी³ को घनत्व, एल्युमिनियमभन्दा हल्का (एल्युमिनियमको घनत्व 2.7 ग्राम/सेमी³)
(3) उच्च तापमान प्रतिरोध (२००० ℃ माथि पग्लन्न), क्षयन प्रतिरोध (एसिड र क्षारबाट डराउँदैन), अप्रवाहक (विशेष उपचारले प्रवाहक हुन सक्छ)।

प्रदर्शन "सुरु-बन्द": हास्यास्पद रूपमा हल्का र आश्चर्यजनक रूपमा कठोर

कार्बन फाइबरको महानता सबै तीन आधारभूत फाइदाहरूद्वारा "समर्थित" छ:

（1）पखेटाजस्तो हल्का, तर स्टिलभन्दा बलियो：

घनत्व केवल 1.7-2.0 ग्राम/सेमी³ (इस्पातको 1/4, एल्युमिनियम मिश्रको 2/3) हो, तर तन्यता शक्ति 3000-7000MPa सम्म पुग्न सक्छ (इस्पातको 10 गुणा भन्दा बढी), र औंलाको मोटाइको कार्बन फाइबर रस्सीले केही टनका कारहरू उचाल्न सक्छ।

（2）कठोरतामा विस्फोट, चट्टानजस्तो स्थिर:

लचीलापनको मापाङ्कन (कठोरताको मापन) 200-600GPa सम्म पुग्छ, बल लाग्दा लगभग कुनै विरूपण हुँदैन, यसलाई उपग्रहको सहाराको रूपमा प्रयोग गर्दा अन्तरिक्षमा ठीक ढंगले अवस्थिति कायम राख्न सकिन्छ।

（3）"एन्टि-बिल्ड" गुणहरू पूर्ण रूपमा सक्रिय छन्:

उच्च तापमान प्रतिरोधकता (२००० डिग्री सेल्सियससम्मको निष्क्रिय वातावरणमा बेहोर्ने), एसिड र क्षार प्रतिरोधकता (दशकौंसम्म समुद्रमा जंग नलाग्ने), थकान प्रतिरोधकता (बारम्बार बल लगाउँदा पनि फुट्न सजिलो हुँदैन), यसको अगाडि धातुहरूले "हार मान्नुपर्छ।"

कार्बन फाइबर एक "राष्ट्रिय रणनीतिक सामग्री" किन हो?

कार्बन फाइबर उत्पादन गर्न अत्यन्त गाह्रो हुन्छ, र उच्च-स्तरीय कार्बन फाइबरको ठूलो मात्रामा उत्पादन गर्न सक्ने विश्वभरका केही मात्र देशहरू छन् (मुख्यतया चीन, जापान, र संयुक्त राज्य अमेरिका)। यो उच्च-स्तरीय उत्पादनको "आधारशिला" मात्र होइन, बल्कि अन्तरिक्ष यात्रा र रक्षा सुरक्षाका केन्द्रीय क्षेत्रहरूसँग पनि सम्बन्धित छ।

उदाहरणका लागि, सैन्य क्षेत्रमा, कार्बन फाइबरले गुप्त लडाकू विमानको धड (तरंग अवशोषण), मिसाइलको धड (सानो तौलले दायरा बढाउन) बनाउन प्रयोग गर्न सकिन्छ; नयाँ ऊर्जा क्षेत्रमा, पवन टर्बाइनको प्रोपेलर जति लामो हुन्छ, उत्तिकै बिजुली उत्पादनको दक्षता बढी हुन्छ, र केवल कार्बन फाइबरले मात्र १०० मिटरको स्तरको विशाल प्रोपेलरलाई समर्थन गर्न सक्छ।
हालका वर्षहरूमा, चीनको कार्बन फाइबर उद्योगले आयातमा निर्भरताबाट मुक्त भएर स्वतन्त्र रूपमा ठूलो परिमाणमा उत्पादन गर्ने अवस्थामा पुगेको छ, र केही क्षेत्रहरूमा (जस्तै पवन ऊर्जा, खेलकुद सामान) वैश्विक बजारमा प्रभुत्व जमाएको छ।

कार्बन फाइबर कसरी "बनाइन्छ"?

कार्बन फाइबरको महानता सबै तीन आधारभूत फाइदाहरूद्वारा "समर्थित" छ:

（1）प्राथमिक तन्तु तयारी

पोलीएक्राइलोनिट्राइल (PAN), पिच आदि कच्चा पदार्थहरूलाई स्पिनिङ प्रक्रियाबाट "कच्चा रेशा" (रासायनिक फाइबर जस्तै) बनाइन्छ। यो चरण आधार हो, र कच्चा रेशाको गुणस्तरले कार्बन फाइबरको प्रदर्शन सिधै प्रभावित गर्छ (चीन लामो समयसम्म यस चरणमा "अट्लिएको" थियो)।

（2）कार्बनीकरण

कच्चा रेशालाई निष्क्रिय ग्यासमा १,०००-३,००० डिग्री सेल्सियससम्म धीरे-धीरे तातो पारिन्छ (दहन रोक्नका लागि), जसले हाइड्रोजन र अक्सिजन जस्ता तत्वहरूलाई हटाउँछ, र केवल कार्बन अणुहरू छोड्छ। यो चरणपछि, फाइबरको कार्बन सामग्री ५०% बाट ९०% भन्दा बढी पुग्छ, जसले यसको शक्ति र कठोरता धेरै बढाउँछ।

（3）पछिको प्रशोधन

निर्भर गर्दछ प्रयोग , कार्बन फाइबरहरूलाई कपडा, ट्यूबमा लपेटिएको वा राल, धातु आदिसँग संयोजन गरी "कार्बन फाइबर कम्पोजिट" (जस्तै हामीले प्रायः "कार्बन फाइबर बोर्ड" र "कार्बन फाइबर ट्यूब" भनेर बोल्छौं) बनाइन्छ।

【कार्बन फाइबर ठण्डा ज्ञान】

प्रश्न: यो किन कालो हुन्छ?
उत्तर: ग्रेफाइट संरचनाले दृश्य प्रकाशको लगभग सबै अवशोषण गर्छ।

प्रश्न: आगोबाट डर लाग्छ?
उत्तर: ४००°C मा हावामा अक्सीकरण सुरू हुन्छ, तर क्याप्सुलले यसलाई ताप प्रतिरक्षा को रूपमा प्रयोग गर्छ।

प्रश्न: यसलाई पुन: चक्रित गर्न सकिन्छ?
उत्तर: बीएमडब्ल्यूले कार्बन फाइबरको फोहोरबाट कारको भागहरू पुन: चक्रित गर्न सम्भव बनाएको छ।