در ساختمان سازی در موارد متعددی از الیاف کربن FRP استفاده می‌شود. الیاف FRP ، در نتیجه فرآیند قرار گرفتن در مقابل حرارت و محیط گازهای بی‌اثرِ مواد معدنی عالی، که اکثریت آن را کربن تشکیل می‌شود،  به وجود می‌آید. در حقیقت الیاف کربن، حداقل شامل 90 درصد کربن هستند. با توجه به اهمیت و کاربردهای مختلفی که الیاف کربن FRP دارند، در این مقاله به بررسی کاربردهای الیاف کربن FRP می‌پردازیم. با ما همراه باشید.

 

الیاف کربن FRP

قبل از بررسی کاربردهای الیاف کربن FRP ، بهتر است یک آشنایی کلی از الیاف FRP داشته باشیم. پلاستیک‌های تقویت شده با الیاف FRP ، متعلق به نوعی از مواد کامپوزیت هستند که در واقع از یک ماتریس پلیمری و یک ماده فیبری ترکیبی دیگر تشکیل شده‌اند. ماتریس به طور معمول، یک رزین حرارتی سخت است که در مقابل آسیب‌های شیمیایی یا ساینده کامل مقاوم بوده و در بسیاری از فرآیندهای ترکیبی مواد نیز از آن استفاده می‌کنند‌. با این حال، معمولاً از نظر مکانیکی زیاد قوی نیست و نیاز به مواد کمکی ترکیبی دارد. افزودن الیاف FRP ، یک ترکیب جدید با عملکرد بسیار بالا و کاربردی، مواد سخت و جدیدی نیز تولید می‌کند.

پلیمرهای معمولی در واقع رزین‌های اپوکسی، پلی استر یا وینیل استر هستند. فیبر مورد استفاده فرم خود را حفظ می‌کنند، اما با ویژگی‌های منحصر به فرد خود با ماتریس ترکیب شده و ماده جدید را سبک‌تر، سفت‌تر و از نظر مکانیکی بسیار قوی‌تر می‌کند.

الیاف رایج مورد استفاده از کربن FRP، بازالت، شیشه، چوب، شاهدانه، سیزال یا کتان نیز قابل ترکیب است. به طور معمول، الیاف طبیعی ارزان‌تر هستند، ردپای محیطی کوچکتری از خود بر جای گذاشته و قابل بازیافت هستند. همچنین آن‌ها عایق حرارتی و صوتی فوق العاده‌ای را ارائه داده، ماشینکاری آن‌ها راحت‌تر است و آلودگی هوا کمتر و علائم پوستی و تنفسی شغلی کمتری ایجاد می‌کنند.

 

الیاف کربن FRP چه مزایایی نسبت به سایر پلاستیک‌ها دارد؟

گنجاندن الیاف در کربن FRP  باعث کاهش وزن شده و مدول الاستیک و استحکام مکانیکی را بهبود می‌بخشد. در نتیجه، از این مواد می‌توان برای ساخت اجزایی استفاده کرد که باید دقیقاً مهندسی شده و نیاز به محدودیت‌هایی از قبیل؛ سنجش مقدار سختی از پیش تعیین شده، خستگی کم، تحمل ضربه بالا و خواص فشرده‌سازی خوب دارند. علاوه بر این، الیاف کربن FRP اجازه می‌دهند که طراحی اجزای ساده‌تر، افزایش تولید و بهره‌وری عملیاتی را افزایش دهند. FRP ها همچنین عایق حرارتی و صوتی بسیار خوبی ارائه می‌دهند و در برابر حملات شیمیایی خورنده، ضربه موج دریا، شرایط مرطوب و باد/آب طوفان مقاومت می‌کنند. 

 

موارد کاربرد الیاف کربن FRP

1. صنعت خودرو

یکی از موارد قابل اهمیت در خودروسازی، مقدار استحکام نسبت به وزن بالا است. FRP ها، به عنوان جایگزین‌های فلزی در بدنه خودروهای لوکس و در جانبی بدنه کامیون و تریلر قابل اهمیت بوده و به کار گرفته می‌شوند. این مواد مقاوم، سفت و سبک با نقاط شکست بیشتر نسبت به فولاد، ضمن افزایش سرعت، مصرف سوخت را نیز کاهش می‌دهد. آن‌ها همچنین به راحتی قالب بندی می‌شوند تا اجزای مورد نظر را تشکیل دهند. تقریباً یک سوم استفاده از FRP ها در این زمینه است.

FRP های شیشه‌ای، که در مقایسه با FRP های کربنی، ضعیف‌تر بوده و قابلیت انعطاف بیشتری دارند، برای اجزای موتور مانند منیفولد ورودی است که تا 60 درصد وزن آن را کاهش داده و طراحی را ساده می‌کند. با استفاده از frp، می‌توان اجزای متعدد را با هم ترکیب گرده و در هزینه‌ها صرفه جویی کرد. 

 

2. صنعت ساخت‌وساز

در حال حاضر، بیش از 20 درصد از پلاستیک‌های تقویت شده با الیاف FRP، در صنعت ساختمان از جمله در ساخت پل‌ها و جاده‌ها مصرف می‌شود. FRP ها ممکن است برای مقاوم سازی سازه‌های موجود (مانند اسلب، ستون‌ها یا تیرها) برای افزایش ظرفیت باربری آن‌ها یا ترمیم آسیب‌ها استفاده شوند. این امر در مورد تجهیز سازه‌های قدیمی که با بارهایی که بسیار بیشتر از آنچه در ابتدا برای تحمل آنها طراحی شده بود مواجه می‌شود، بسیار مقرون به صرفه و مفید است.

FRP ها همچنین برای ساخت سازه‌های بزرگراه مانند نرده‌های محافظ، تابلوهای راهنما، سیستم‌های زهکشی و عرشه پل، و همچنین، قطب‌های لوله کشی و خطوط لوله گاز، آب و فاضلاب استفاده می‌شود. البته ممکن است برای ساختن خانه‌های پیش ساخته نیز ایده آل باشند، در حالی که در زمینه‌ی تولید مبلمان اداری خانگی و تجاری، لوازم خانگی، استخرهای شنا، ناودان باران، تجهیزات حمام و اتصالات لوله و هودهای ساخته شده از FRP در حال حاضر محبوب و پر استفاده نیز هستند.

 

3. هوا و فضا

الیاف کربن موجود در FRP ها، 25٪ وزن را کاهش می‌دهند اما در مقایسه با ورق‌های آلومینیوم، از استحکام مساوی یا بیشتر اطمینان حاصل می‌کنند. آن‌ها مقاومت کششی فوق العاده‌ای را ارائه داده و محیط‌های سخت و شدید دما را تحمل می‌کنند. همچنین با حرارت کمی منبسط می‌شوند و مقدار سختی بالایی دارند. اگرچه در ابتدا هزینه‌‌ی آن‌ها نسبتا گران بوده، اما استفاده از آن‌ها برای صنعت هوافضا نیز به صرفه و حتی به نوعی صرفه جویی می‌باشد؛ در واقع هر گرم وزن اضافی به دلیل تأثیر بر مصرف سوخت، طول و هزینه سفر و ایمنی آیرودینامیکی مورد انتقاد قرار نمی‌گرفت.

الیاف کربن FRP ، همچنین امکان تولید قطعات قالب پیچیده را فراهم می‌کند و تعداد قطعات را تا 95٪ به طور شگفت انگیزی کاهش می‌دهد. این امر تولید را در مقایسه با سایر مواد مانند فولاد یا آلومینیوم ریخته شده ساده‌تر ، سریعتر و ارزان تر می‌کند. بسیاری از هواپیماهای غول پیکر مدرن از بیش از 50٪ الیاف کربن FRP ، ساخته شده‌اند. تیغه‌های موتور هلیکوپتر در هواپیماهای بدون سرنشین درجه یک نیز به طور فزاینده‌ای با استفاده از FRP ساخته می‌شوند.

 

4. کالاهای مصرفی

امروزه بسیاری از ورزشکاران به لطف استفاده از کربن و دیگر FRP ها در انواع کالاهای ورزشی، راحت‌تر می‌توانند تجهیزات خود را تقویت کنند. آلات موسیقی یا اجزای آن‌ها، اسلحه گرم، چادرهای کمپینگ و سه پایه دوربین، همگی از این مواد همه کاره، بهره برده‌اند و حدود 6 درصد از FRP ها در این زمینه استفاده می‌شود.

 

5. تجهیزات حافظتی

زمانی که از ترکیباتی به نام آرامید در FRP ها استفاده می‌شود، موادی با مقاومت حرارتی و ضربه بسیار بالا و استحکام مکانیکی استثنایی تولید می‌کنند که برای استفاده در لباس‌های ضد گلوله و مقاوم در برابر آتش و همچنین وسایل و سازه‌های ضد انفجار ایده آل است.

 

سخن آخر

الیاف کربن FRP ، در موارد مختلف کاربرد دارد که به صورت فهرست تیتروار می‌توان به موارد زیر، که چند مورد آن در این مقاله بررسی شد، اشاره کرد: 

• صنعت هوافضا
• صنعت خودرو
• زمینه ساخت و ساز
• کالاهای مصرفی
• صنعت برق
• تجهیزات حفاظتی
• زیرساخت‌های دریایی

از اینکه تا پایان مقاله همراه ما بودید، متشکریم.