वेईहाई स्नोविंग आउटडोअर इक्विपमेंट., लि.
गुणवत्ता हा उपक्रमाचा आत्मा आहे

कार्बन फायबर कसा तयार होतो?

कार्बन फायबर कसा तयार होतो?

या मजबूत, हलक्या वजनाच्या सामग्रीचे उत्पादन, वापर आणि भविष्य

ग्रेफाइट फायबर किंवा कार्बन ग्रेफाइट देखील म्हटले जाते, कार्बन फायबरमध्ये कार्बन घटकाच्या अत्यंत पातळ पट्ट्या असतात. या तंतूंमध्ये उच्च तन्य शक्ती असते आणि ते त्यांच्या आकारासाठी अत्यंत मजबूत असतात. खरं तर, कार्बन फायबरचा एक प्रकार - कार्बन नॅनोट्यूब - सर्वात मजबूत सामग्री उपलब्ध मानली जाते. कार्बन फायबर ऍप्लिकेशन्समध्ये बांधकाम, अभियांत्रिकी, एरोस्पेस, उच्च-कार्यक्षमता वाहने, क्रीडा उपकरणे आणि संगीत वाद्ये यांचा समावेश होतो. उर्जेच्या क्षेत्रात, कार्बन फायबरचा वापर पवनचक्की ब्लेड, नैसर्गिक वायू साठवण आणि वाहतुकीसाठी इंधन पेशींच्या निर्मितीमध्ये केला जातो. विमान उद्योगात, त्याचे लष्करी आणि व्यावसायिक विमान तसेच मानवरहित हवाई वाहने दोन्हीमध्ये अनुप्रयोग आहेत. तेलाच्या शोधासाठी, ते खोल पाण्यातील ड्रिलिंग प्लॅटफॉर्म आणि पाईप्सच्या निर्मितीमध्ये वापरले जाते.

जलद तथ्य: कार्बन फायबर सांख्यिकी

  • कार्बन फायबरचा प्रत्येक स्ट्रँड पाच ते 10 मायक्रॉन व्यासाचा असतो. ते किती लहान आहे हे समजण्यासाठी, एक मायक्रॉन (उम) 0.000039 इंच आहे. स्पायडरवेब सिल्कचा एक स्ट्रँड सहसा तीन ते आठ मायक्रॉन दरम्यान असतो.
  • कार्बन फायबर स्टीलच्या दुप्पट आणि स्टीलच्या पाच पट मजबूत असतात (प्रति युनिट वजन). ते अत्यंत रासायनिकदृष्ट्या प्रतिरोधक देखील आहेत आणि कमी थर्मल विस्तारासह उच्च-तापमान सहनशीलता आहे.

कच्चा माल
कार्बन फायबर सेंद्रिय पॉलिमरपासून बनवले जाते, ज्यात कार्बन अणूंनी एकत्र ठेवलेल्या रेणूंच्या लांब तारांचा समावेश असतो. बहुतेक कार्बन फायबर (सुमारे 90%) पॉलीएक्रिलोनिट्रिल (PAN) प्रक्रियेतून बनवले जातात. रेयॉन किंवा पेट्रोलियम पिच प्रक्रियेपासून थोड्या प्रमाणात (सुमारे 10%) तयार केले जातात.

उत्पादन प्रक्रियेत वापरलेले वायू, द्रव आणि इतर साहित्य कार्बन फायबरचे विशिष्ट प्रभाव, गुण आणि ग्रेड तयार करतात. कार्बन फायबर उत्पादक ते तयार केलेल्या सामग्रीसाठी मालकी सूत्रे आणि कच्च्या मालाचे संयोजन वापरतात आणि सर्वसाधारणपणे, ते या विशिष्ट फॉर्म्युलेशनला व्यापार रहस्य मानतात.

सर्वात कार्यक्षम मापांक असलेले सर्वोच्च दर्जाचे कार्बन फायबर (एक स्थिर किंवा गुणांक ज्यामध्ये एखाद्या पदार्थात विशिष्ट गुणधर्म असतो, जसे की लवचिकता) गुणांक एरोस्पेससारख्या मागणी असलेल्या अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात.

उत्पादन प्रक्रिया
कार्बन फायबर तयार करण्यामध्ये रासायनिक आणि यांत्रिक दोन्ही प्रक्रियांचा समावेश होतो. कच्चा माल, ज्याला पूर्ववर्ती म्हणून ओळखले जाते, लांब पट्ट्यामध्ये काढले जाते आणि नंतर अॅनारोबिक (ऑक्सिजन-मुक्त) वातावरणात उच्च तापमानाला गरम केले जाते. जळण्याऐवजी, अति उष्णतेमुळे फायबरचे अणू इतके हिंसकपणे कंपन करतात की जवळजवळ सर्व नॉन-कार्बन अणू बाहेर काढले जातात.

कार्बनायझेशन प्रक्रिया पूर्ण झाल्यानंतर, उर्वरित फायबर लांब, घट्ट आंतरबंद कार्बन अणू साखळ्यांनी बनलेला असतो ज्यामध्ये काही किंवा कोणतेही नॉन-कार्बन अणू शिल्लक राहतात. हे तंतू नंतर फॅब्रिकमध्ये विणले जातात किंवा इतर सामग्रीसह एकत्र केले जातात जे नंतर फिलामेंट जखमेच्या असतात किंवा इच्छित आकार आणि आकारांमध्ये मोल्ड केले जातात.

खालील पाच विभाग कार्बन फायबरच्या निर्मितीसाठी पॅन प्रक्रियेमध्ये वैशिष्ट्यपूर्ण आहेत:

  • कताई. पॅन इतर घटकांसह मिसळले जाते आणि तंतूंमध्ये कापले जाते, जे नंतर धुऊन ताणले जाते.
  • स्थिर करणे. बाँडिंग स्थिर करण्यासाठी तंतूंमध्ये रासायनिक फेरबदल केले जातात.
  • कार्बनीकरण. स्थिर तंतू अतिशय उच्च तापमानाला गरम केले जातात ज्यामुळे घट्ट बंधलेले कार्बन क्रिस्टल्स तयार होतात.
  • पृष्ठभाग उपचार. बाँडिंग गुणधर्म सुधारण्यासाठी तंतूंच्या पृष्ठभागाचे ऑक्सीकरण केले जाते.
  • आकारमान. तंतू बॉबिनवर लेपित आणि जखमेच्या असतात, जे स्पिनिंग मशीनवर लोड केले जातात जे तंतूंना वेगवेगळ्या आकाराच्या धाग्यांमध्ये फिरवतात. फॅब्रिक्समध्ये विणल्या जाण्याऐवजी, प्लास्टिक पॉलिमरसह तंतूंना एकत्र बांधण्यासाठी उष्णता, दाब किंवा व्हॅक्यूम वापरून तंतू देखील मिश्रित पदार्थांमध्ये तयार केले जाऊ शकतात.

कार्बन नॅनोट्यूब मानक कार्बन तंतूंपेक्षा वेगळ्या प्रक्रियेद्वारे तयार केले जातात. त्यांच्या पूर्ववर्तीपेक्षा 20 पट अधिक मजबूत असण्याचा अंदाज आहे, नॅनोट्यूब भट्टीमध्ये बनावट आहेत जे कार्बन कणांचे वाष्पीकरण करण्यासाठी लेसर वापरतात.

उत्पादन आव्हाने
कार्बन फायबरच्या निर्मितीमध्ये अनेक आव्हाने आहेत, ज्यात खालील गोष्टींचा समावेश आहे:

  • अधिक किफायतशीर पुनर्प्राप्ती आणि दुरुस्तीची गरज
  • काही अनुप्रयोगांसाठी टिकाऊ उत्पादन खर्च: उदाहरणार्थ, नवीन तंत्रज्ञान विकसित होत असले तरीही, प्रतिबंधात्मक खर्चामुळे, ऑटोमोबाईल उद्योगात कार्बन फायबरचा वापर सध्या उच्च-कार्यक्षमता आणि लक्झरी वाहनांपुरता मर्यादित आहे.
  • दोषपूर्ण तंतूंच्या परिणामी खड्डे निर्माण होऊ नयेत म्हणून पृष्ठभागावरील उपचार प्रक्रियेचे काळजीपूर्वक नियमन करणे आवश्यक आहे.
  • सातत्यपूर्ण गुणवत्ता सुनिश्चित करण्यासाठी बंद नियंत्रण आवश्यक आहे
  • त्वचा आणि श्वासोच्छवासाच्या त्रासासह आरोग्य आणि सुरक्षितता समस्या
  • कार्बन फायबरच्या मजबूत इलेक्ट्रो-कंडक्टिव्हिटीमुळे इलेक्ट्रिकल उपकरणांमध्ये आर्किंग आणि शॉर्ट्स

कार्बन फायबरचे भविष्य
कार्बन फायबर तंत्रज्ञान विकसित होत असताना, कार्बन फायबरच्या शक्यता केवळ वैविध्यपूर्ण आणि वाढतील. मॅसॅच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीमध्ये, कार्बन फायबरवर लक्ष केंद्रित करणारे अनेक अभ्यास आधीच नवीन उत्पादन तंत्रज्ञान आणि उदयोन्मुख उद्योगाची मागणी पूर्ण करण्यासाठी डिझाइन तयार करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात आश्वासने दर्शवत आहेत.

MIT यांत्रिक अभियांत्रिकीचे सहयोगी प्राध्यापक जॉन हार्ट, एक नॅनोट्यूब पायनियर, व्यावसायिक दर्जाच्या 3D प्रिंटरच्या संयोगाने वापरल्या जाणार्‍या नवीन सामग्रीसह उत्पादनासाठी तंत्रज्ञानामध्ये परिवर्तन करण्यासाठी त्यांच्या विद्यार्थ्यांसोबत काम करत आहेत. “मी त्यांना रेल्वेपासून पूर्णपणे विचार करण्यास सांगितले; जर ते 3-डी प्रिंटरची कल्पना करू शकतील जे आधी कधीही बनवले नाही किंवा सध्याच्या प्रिंटरचा वापर करून मुद्रित केले जाऊ शकत नाही अशी उपयुक्त सामग्री असेल," हार्टने स्पष्ट केले.

त्याचे परिणाम प्रोटोटाइप मशीन होते ज्यांनी वितळलेला काच, सॉफ्ट-सर्व्ह आइस्क्रीम-आणि कार्बन फायबर कंपोझिट छापले. हार्टच्या म्हणण्यानुसार, विद्यार्थी संघांनी अशी मशीन्स देखील तयार केली जी “पॉलिमरचे मोठ्या क्षेत्राचे समांतर एक्सट्रूझन” हाताळू शकतात आणि मुद्रण प्रक्रियेचे “इन सिटू ऑप्टिकल स्कॅनिंग” करू शकतात.

याव्यतिरिक्त, हार्टने नवीन कार्बन फायबर आणि संमिश्र सामग्रीच्या शक्यतांचा शोध घेण्यासाठी ऑटोमोबिली लॅम्बोर्गिनीबरोबर अलीकडेच संपलेल्या तीन वर्षांच्या सहकार्याने एमआयटीचे रसायनशास्त्राचे सहयोगी प्राध्यापक मिर्सिया डिन्का यांच्यासोबत काम केले जे एक दिवस केवळ “कारच्या संपूर्ण शरीराला सक्षम करू शकत नाही. बॅटरी सिस्टीम म्हणून वापरली जाते, परंतु "फिकट, मजबूत शरीरे, अधिक कार्यक्षम उत्प्रेरक कन्व्हर्टर्स, पातळ पेंट आणि सुधारित पॉवर-ट्रेन हीट ट्रान्सफर [एकूणच]."

क्षितिजावरील अशा आश्चर्यकारक प्रगतीसह, कार्बन फायबर बाजार 2019 मध्ये $4.7 अब्ज वरून 2029 पर्यंत $13.3 अब्ज पर्यंत वाढण्याचा अंदाज वर्तवण्यात आला आहे, 11.0% (किंवा किंचित जास्त) च्या चक्रवाढ वार्षिक वाढ दराने (CAGR) वेळ समान कालावधी.

स्रोत

  • मॅककोनेल, विकी. "कार्बन फायबर बनवणे." कंपोझिटवर्ल्ड. 19 डिसेंबर 2008
  • शर्मन, डॉन. "कार्बन फायबरच्या पलीकडे: पुढील निर्णायक सामग्री 20 पट मजबूत आहे." कार आणि ड्रायव्हर. 18 मार्च 2015
  • रँडल, डॅनियल. "भविष्यातील इलेक्ट्रिक कार विकसित करण्यासाठी एमआयटी संशोधक लॅम्बोर्गिनीशी सहयोग करतात." MITMECHE/In The News: रसायनशास्त्र विभाग. 16 नोव्हेंबर 2017
  • “कार्बन फायबर मार्केट कच्च्या मालाद्वारे (पॅन, पिच, रेयॉन), फायबर प्रकार (व्हर्जिन, पुनर्नवीनीकरण), उत्पादन प्रकार, मॉड्यूलस, अनुप्रयोग (संमिश्र, नॉन-कम्पोझिट), एंड-यूज इंडस्ट्री (ए आणि डी, ऑटोमोटिव्ह, पवन ऊर्जा ), आणि क्षेत्र - 2029 पर्यंत जागतिक अंदाज. MarketsandMarkets™. सप्टेंबर २०१९

पोस्ट वेळ: जुलै-28-2021