કાર્બન ફાઇબર સંયુક્ત સામગ્રી તૈયાર કરવાની પ્રક્રિયા

કાર્બન-કાર્બન સંયુક્ત સામગ્રીની ઝાંખી

કાર્બન/કાર્બન (C/C) સંયુક્ત સામગ્રીઉચ્ચ શક્તિ અને મોડ્યુલસ, પ્રકાશ વિશિષ્ટ ગુરુત્વાકર્ષણ, નાના થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, કાટ પ્રતિકાર, થર્મલ શોક પ્રતિકાર, સારી ઘર્ષણ પ્રતિકાર અને સારી રાસાયણિક સ્થિરતા જેવા ઉત્તમ ગુણધર્મોની શ્રેણી સાથે કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત સંયુક્ત સામગ્રી છે. તે એક નવા પ્રકારનું અતિ-ઉચ્ચ તાપમાન સંયુક્ત સામગ્રી છે.

C/C સંયુક્ત સામગ્રીએક ઉત્તમ થર્મલ સ્ટ્રક્ચર-ફંક્શનલ ઇન્ટિગ્રેટેડ એન્જિનિયરિંગ મટિરિયલ છે. અન્ય ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સંયુક્ત સામગ્રીની જેમ, તે ફાઇબર-પ્રબલિત તબક્કા અને મૂળભૂત તબક્કાથી બનેલું સંયુક્ત માળખું છે. તફાવત એ છે કે પ્રબલિત તબક્કો અને મૂળભૂત તબક્કો બંને વિશિષ્ટ ગુણધર્મો સાથે શુદ્ધ કાર્બનથી બનેલા છે.

કાર્બન/કાર્બન સંયુક્ત સામગ્રીતે મુખ્યત્વે કાર્બન ફીલ્ડ, કાર્બન કાપડ, મજબૂતીકરણ તરીકે કાર્બન ફાઇબર અને મેટ્રિક્સ તરીકે વરાળ જમા કરાયેલ કાર્બનથી બનેલા હોય છે, પરંતુ તેમાં માત્ર એક તત્વ હોય છે, જે કાર્બન છે. ઘનતા વધારવા માટે, કાર્બનાઇઝેશન દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ કાર્બનને કાર્બનથી ગર્ભિત કરવામાં આવે છે અથવા રેઝિન (અથવા ડામર) સાથે ફળદ્રુપ કરવામાં આવે છે, એટલે કે, કાર્બન/કાર્બન સંયુક્ત સામગ્રી ત્રણ કાર્બન સામગ્રીઓથી બનેલી હોય છે.

કાર્બન-કાર્બન સંયુક્ત સામગ્રીની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા

1) કાર્બન ફાઇબરની પસંદગી

કાર્બન ફાઇબર બંડલ્સની પસંદગી અને ફાઇબર કાપડની માળખાકીય ડિઝાઇન ઉત્પાદન માટેનો આધાર છે.C/C સંયુક્ત. C/C સંયોજનોના યાંત્રિક ગુણધર્મો અને થર્મોફિઝિકલ ગુણધર્મો ફાઇબરના પ્રકારો અને ફેબ્રિક વણાટના પરિમાણોને તર્કસંગત રીતે પસંદ કરીને નક્કી કરી શકાય છે, જેમ કે યાર્ન બંડલ ગોઠવણી ઓરિએન્ટેશન, યાર્ન બંડલ અંતર, યાર્ન બંડલ વોલ્યુમ સામગ્રી વગેરે.

2) કાર્બન ફાઇબર પ્રીફોર્મની તૈયારી

કાર્બન ફાઇબર પ્રીફોર્મ એ ખાલી જગ્યાનો ઉલ્લેખ કરે છે જે ડેન્સિફિકેશન પ્રક્રિયા હાથ ધરવા માટે ઉત્પાદનના આકાર અને કામગીરીની જરૂરિયાતો અનુસાર ફાઇબરના જરૂરી માળખાકીય આકારમાં રચાય છે. પ્રીફોર્મ્ડ માળખાકીય ભાગો માટે ત્રણ મુખ્ય પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓ છે: નરમ વણાટ, સખત વણાટ અને નરમ અને સખત મિશ્ર વણાટ. મુખ્ય વણાટ પ્રક્રિયાઓ છે: શુષ્ક યાર્ન વણાટ, પ્રી-ઇમ્પ્રેગ્નેટેડ સળિયા જૂથની ગોઠવણી, ફાઇન વીવિંગ પંચર, ફાઇબર વિન્ડિંગ અને ત્રિ-પરિમાણીય બહુ-દિશાયુક્ત એકંદર વણાટ. હાલમાં, C સંયુક્ત સામગ્રીમાં વપરાતી મુખ્ય વણાટ પ્રક્રિયા ત્રિ-પરિમાણીય એકંદર બહુ-દિશાયુક્ત વણાટ છે. વણાટની પ્રક્રિયા દરમિયાન, તમામ વણાયેલા રેસા ચોક્કસ દિશામાં ગોઠવાય છે. દરેક ફાઇબર તેની પોતાની દિશામાં ચોક્કસ ખૂણા પર સરભર કરવામાં આવે છે અને ફેબ્રિક બનાવવા માટે એકબીજા સાથે વણાયેલા હોય છે. તેની લાક્ષણિકતા એ છે કે તે ત્રિ-પરિમાણીય બહુ-દિશાયુક્ત એકંદર ફેબ્રિક બનાવી શકે છે, જે C/C સંયુક્ત સામગ્રીની પ્રત્યેક દિશામાં ફાઇબરની વોલ્યુમ સામગ્રીને અસરકારક રીતે નિયંત્રિત કરી શકે છે, જેથી C/C સંયુક્ત સામગ્રી વાજબી યાંત્રિક ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરી શકે. બધી દિશામાં.

3) C/C ડેન્સિફિકેશન પ્રક્રિયા

ડેન્સિફિકેશનની ડિગ્રી અને કાર્યક્ષમતા મુખ્યત્વે ફેબ્રિક સ્ટ્રક્ચર અને બેઝ મટિરિયલના પ્રોસેસ પેરામીટર્સ દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. હાલમાં ઉપયોગમાં લેવાતી પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓમાં ગર્ભાધાન કાર્બનીકરણ, રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (CVD), રાસાયણિક બાષ્પ ઘૂસણખોરી (CVI), રાસાયણિક પ્રવાહી ડિપોઝિશન, પાયરોલિસિસ અને અન્ય પદ્ધતિઓનો સમાવેશ થાય છે. પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓના બે મુખ્ય પ્રકાર છે: ગર્ભાધાન કાર્બનીકરણ પ્રક્રિયા અને રાસાયણિક બાષ્પ ઘૂસણખોરી પ્રક્રિયા.

પ્રવાહી તબક્કો ગર્ભાધાન-કાર્બોનાઇઝેશન

પ્રવાહી તબક્કો ગર્ભાધાન પદ્ધતિ સાધનસામગ્રીમાં પ્રમાણમાં સરળ છે અને તે વ્યાપકપણે લાગુ પડે છે, તેથી પ્રવાહી તબક્કા ગર્ભાધાન પદ્ધતિ C/C સંયુક્ત સામગ્રી તૈયાર કરવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ પદ્ધતિ છે. તે કાર્બન ફાઇબરથી બનેલા પ્રીફોર્મને પ્રવાહીમાં ડુબાડવા માટે છે, અને ગર્ભધારણને દબાણ દ્વારા પ્રીફોર્મની ખાલી જગ્યામાં સંપૂર્ણ રીતે ઘૂસી જાય છે, અને પછી ક્યોરિંગ, કાર્બોનાઇઝેશન અને ગ્રાફિટાઇઝેશન જેવી પ્રક્રિયાઓની શ્રેણી દ્વારા, અંતે પ્રાપ્ત થાય છે.C/C સંયુક્ત સામગ્રી. તેનો ગેરલાભ એ છે કે તે ઘનતાની જરૂરિયાતો હાંસલ કરવા માટે પુનરાવર્તિત ગર્ભાધાન અને કાર્બનાઇઝેશન ચક્ર લે છે. પ્રવાહી તબક્કા ગર્ભાધાન પદ્ધતિમાં ગર્ભવતીની રચના અને બંધારણ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. તે માત્ર ડેન્સિફિકેશન કાર્યક્ષમતાને અસર કરતું નથી, પરંતુ ઉત્પાદનના યાંત્રિક અને ભૌતિક ગુણધર્મોને પણ અસર કરે છે. ગર્ભવતીની કાર્બનીકરણ ઉપજમાં સુધારો કરવો અને ગર્ભવતીની સ્નિગ્ધતા ઘટાડવી એ હંમેશા પ્રવાહી તબક્કાના ગર્ભાધાન પદ્ધતિ દ્વારા C/C સંયુક્ત સામગ્રીની તૈયારીમાં ઉકેલવા માટેના મુખ્ય મુદ્દાઓમાંથી એક છે. ગર્ભવતીની ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા અને ઓછી કાર્બનાઇઝેશન ઉપજ C/C સંયુક્ત સામગ્રીની ઊંચી કિંમત માટેનું એક મહત્વનું કારણ છે. ગર્ભધારણની કામગીરીમાં સુધારો કરવાથી માત્ર C/C સંયુક્ત સામગ્રીની ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થતો નથી અને તેમની કિંમત ઘટાડી શકાય છે, પરંતુ C/C સંયુક્ત સામગ્રીના વિવિધ ગુણધર્મોને પણ સુધારી શકાય છે. C/C સંયુક્ત સામગ્રીની એન્ટિ-ઓક્સિડેશન સારવાર કાર્બન ફાઇબર હવામાં 360°C પર ઓક્સિડાઇઝ થવાનું શરૂ કરે છે. ગ્રેફાઇટ ફાઇબર કાર્બન ફાઇબર કરતાં થોડો સારો છે, અને તેનું ઓક્સિડેશન તાપમાન 420 °C પર ઓક્સિડાઇઝ કરવાનું શરૂ કરે છે. C/C સંયુક્ત સામગ્રીનું ઓક્સિડેશન તાપમાન લગભગ 450 °C છે. ઉચ્ચ-તાપમાન ઓક્સિડેટીવ વાતાવરણમાં C/C સંયુક્ત સામગ્રી ઓક્સિડાઇઝ કરવા માટે ખૂબ જ સરળ છે, અને તાપમાનમાં વધારો સાથે ઓક્સિડેશન દર ઝડપથી વધે છે. જો ત્યાં કોઈ ઓક્સિડેશન વિરોધી પગલાં ન હોય, તો ઉચ્ચ-તાપમાન ઓક્સિડેટીવ વાતાવરણમાં C/C સંયુક્ત સામગ્રીનો લાંબા ગાળાનો ઉપયોગ અનિવાર્યપણે વિનાશક પરિણામોનું કારણ બનશે. તેથી, C/C સંયુક્ત સામગ્રીની એન્ટિ-ઓક્સિડેશન સારવાર તેની તૈયારી પ્રક્રિયાનો અનિવાર્ય ભાગ બની ગઈ છે. વિરોધી ઓક્સિડેશન ટેકનોલોજીના પરિપ્રેક્ષ્યમાં, તેને આંતરિક વિરોધી ઓક્સિડેશન તકનીક અને વિરોધી ઓક્સિડેશન કોટિંગ તકનીકમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.

રાસાયણિક વરાળ તબક્કો

રાસાયણિક વરાળ ડિપોઝિશન (CVD અથવા CVI) એ છિદ્રોને ભરવા અને ઘનતા વધારવાનો હેતુ હાંસલ કરવા માટે ખાલી જગ્યાના છિદ્રોમાં સીધો કાર્બન જમા કરવાનો છે. જમા થયેલ કાર્બન ગ્રેફાઇટાઇઝ કરવા માટે સરળ છે, અને ફાઇબર સાથે સારી શારીરિક સુસંગતતા ધરાવે છે. ગર્ભાધાન પદ્ધતિની જેમ પુનઃ કાર્બનાઇઝેશન દરમિયાન તે સંકોચાશે નહીં અને આ પદ્ધતિના ભૌતિક અને યાંત્રિક ગુણધર્મો વધુ સારા છે. જો કે, CVD પ્રક્રિયા દરમિયાન, જો કાર્બન ખાલી જગ્યાની સપાટી પર જમા થાય છે, તો તે ગેસને આંતરિક છિદ્રોમાં ફેલાતા અટકાવશે. સપાટી પર જમા થયેલ કાર્બનને યાંત્રિક રીતે દૂર કરવું જોઈએ અને પછી ડિપોઝિશનનો નવો રાઉન્ડ હાથ ધરવો જોઈએ. જાડા ઉત્પાદનો માટે, CVD પદ્ધતિમાં પણ કેટલીક મુશ્કેલીઓ છે, અને આ પદ્ધતિનું ચક્ર પણ ખૂબ લાંબુ છે.