تبلیغات


مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت - ده نوع کاربرد مختلف الیاف کربن


امروز :
مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت

نویسنده: حسین صالحی وزیری

ده نوع كاربرد مختلف الیاف كربن

الیاف كربن بخاطر داشتن خصوصیاتی چون مقاومت زیاد، وزن كم و مقاومت در برابر خوردگی و حرارت، مادة بسیار مناسبی جهت تقویت دیگر مواد به حساب می­آید. متن زیر كه از مجلة كامپوزیت نقل شده است، بیانگر ده نوع كاربرد مختلف الیاف كربن در حال و آینده است:
در دنیای مواد، الیاف كربن همانند آخرین امید برای افزایش خواص مكانیكی عمل می­كند؛ یعنی در تقویت دیگر مواد و بهبود ویژگی­های آن­ها معجزه­وار عمل می­كند. كامپوزیت­های تقویت شده با الیاف كربن دارای ویژگی­های برجسته­ای مانند استحكام و چقرمگی بالا، سبكی، مقاومت در برابر خوردگی و حرارت و هدایت الكتریكی هستند. از دیگر ویژگی­های الیاف كربن، قابلیت استفاده همراه با مواد گوناگون همانند دیگر الیاف، پلاستیك­ها، فلزات، چوب و سیمان است.

زولتك یكی از شركت­های تولید كننده الیاف كربن است كه محصولات آن در صنایع گوناگون به كار گرفته می­شوند. این شركت الیاف كربن را از یك فرایند كربنیزاسیون پیوسته تولید می­كند و هم‌اكنون توجه خود را به تولید الیاف كربن ارزان معطوف كرده است. زولتك بر روی ده گروه كاربردی تجاری مهم تمركز كرده است. این ده گروه به صورت مشروح در ادامه آمده است:

1- پلاستیك­های رسانا و كاهش الكتریسیته ساكن

با توزیع الیاف كربن كوتاه در دیگر مواد می­توان الكتریسته ساكن تولید شده در رایانه­های لپ­تاپ، چاپ­گرها و دیگر وسایل مشابه را پخش كرد. انتظار می­رود با افرودن الیاف كربن كوتاه و آسیاب شده به مواد گرماسخت، نیاز به آغازگرهای رسانا پیش از رنگ­آمیزی قطعه از بین برود. الیاف كربن با افزایش جاذبه بین رنگ الكترواستاتیك و قطعه باعث افزایش دقت در رنگ‌آمیزی پاششی می­شوند و در نتیجه هزینه و آلودگی كاهش می­یابند.

2- كاربردهای صنعتی

در صنعت كاغذ، غلتك­های سریعی كه سبكی وزن، چقرمگی و عمر بالا را با هم داشته باشند، كلید بهبود تولید و افزایش كیفیت هستند. بسیاری از تولیدكنندگان كاغذ و چاپخانه­ها در ایالات متحده و اروپا هم اكنون از نسل جدیدی از غلتك­ها و میله­هایی استفاده می­كنند كه از الیاف كربن ساخته شده­اند. هم­چنین در ساخت غلتك­های مورد استفاده در فرایند پیچش الیاف (یكی از روش­های شكل­دهی كامپوزیت­ها) از این فناروی استفاده می­شود.

3- صنعت ساختمان و كاهش وزن سازه­ها

پیشرفت صنعت ساختمان بر استفاده از الیاف كربن در كاربردهای حساس و با حجم بالای تولید تاكید می­كند. ظرفیت الیاف كربن برای تقویت و كاهش وزن سازه­­های بتنی مشخص شده است. یك شركت بین­المللی مصالح ساختمانی، این ایده را كه هر بدنة بتنی باید سنگین و ضخیم باشد، دگرگون كرد. این شركت در نمایشگاه بزرگ بین­المللی هتل، متل و رستوران سال 1998 در نیویورك، یك اتاق مجزای هتل را در اندازة واقعی به نمایش گذارد. این اتاق از جنس بتن تقویت شده با كامپوزیت­های الیاف كربن بوده كه كامپوزیكرت نامیده می­شود (Composicrete). این بازار همچنین شامل دیگر واحدهای قابل حمل و سرهم كردن برای استفاده در هتل­ها، متل­ها، مدرسه­ها و غیره است.

4- لوازم ورزشی با بهای باورنكردنی

روزگاری تنها ثروتمندان توان استفاده از برخی لوازم ورزشی را داشتند. ولی امروزه با استفاده از الیاف كربن، قیمت­ها به طرز چشمگیری كاهش یافته­اند، به گونه­ای كه شما به راحتی می­­توانید یك چوب گلف را به بهای كمتر از 30 دلار تهیه كنید. الیاف كربن به طرز قابل توجهی، كارایی بسیاری از لوازم ورزشی را بهبود داده­اند. ولی تا چندی پیش، راكت­های تنیس و چوب­های گلف معروف به گرافیتی از الیاف كربن بسیار گران ساخته و فروخته می­شدند. شركت زولتك الیاف كربن ارزان‌قیمتی را عرضه كرده است كه تهیة صفحات نازك پیش آغشته مورد نیاز برای لوازم ورزشی از آن بسیار ساده است. این صفحات در قطعاتی همچون اسكی، اسكیت، تخته برفی و غیره كاربرد دارند.

5- صنعت خودرو، كاهش وزن و افزایش استحكام

هنری فورد در سال 1923 گفته بود: "من نمی­توانم چنین خیال واهی را تصور كنم كه استحكام متناسب با وزن است. كاهش وزن خودرو حتی به میزان جزیی می­تواند منجر به افزایش سرعت و كاهش مصرف سوخت شود. با كاهش وزن، مواد كمتری نیز استفاده می­شود كه به نوبه خود، افت قیمت را به همراه دارد".

نگرش هنری فورد درست بود. روز به روز مردم بیشتری در جهان، توانایی خرید خودروی شخصی را پیدا می­كنند و خودروها سوخت بیشتری مصرف كرده و آلودگی بیشتری تولید می­كنند. بنابراین رقابتی شدید برای ساخت خودروهای ارزان­تر، سبك­تر و تمیزتر درگرفته است. دو طرز فكر برای كاهش وزن خودروها وجود دارد. یكی از این نگرش­ها بر جایگزینی جزء به جزء تمركز دارد. در این نگرش سعی بر این است طی پنج سال وزن خودرو 150 تا 200 كیلوگرم كاهش یابد. نگرش دیگر بر طراحی كلی سیستم­های نوین تمركز دارد تا میزان كاهش وزن بیشتری به دست آید. هر دوی این نگرش­ها اكنون پیگیری می­شوند.

در اروپا و ژاپن كه بهای بنزین چند برابر ایالات متحده است، در دهة آینده تلاش بیشتری برای عرضه خودروهای ابرسبك به بازار انجام می­شود. امروزه پلاستیك­ها و كامپوزیت­ها نسبت به دیگر مواد به جز فولاد بیشترین سهم را در وزن خودرو دارند. در خودروهای امروزی پلیمرهای گرمانرم­ عموماً در كابردهای غیرسازه­ای استفاده می­شوند و به جای الیاف كربن، الیاف شیشه به كار گرفته می­شود. زولتك با شركت­های سازنده خودرو همكاری می­كند، تا فرایندهای ساخت موجود را با الیاف كربن سازگار كند. با توجه به این كه الیاف كربن در واحد حجم قوی­تر و سفت­تر از الیاف شیشه هستند، یك خودروی تمام‌كامپوزیتی بیش از 60 درصد كاهش وزن خواهد داشت.

6- وسایل نقلیه دیگر (هواپیماها، قطارها، اتوبوس­ها)

یك شركت صنعتی اروپایی روی برنامه جدیدی برای بررسی امكان ساخت واگن­های تمام كامپوزیتی كار می­كند. تیرهای باربر این واگن از الیاف كربن ساخته خواهد شد. كاربرد الیاف كربن در اتوبوس­ها، كامیون­ها و دیگر وسایل نقلیه رو به افزایش است. كارایی نسل جدید هواپیما (نظامی یا تجاری) با استفاده از الیاف كربن افزایش یافته و كاربرد الیاف كربن در این زمینه روز به روز بیشتر می­شود. هم­زمان ما شاهد تاكید بیشتر كاهش هزینه در صنعت هوا و فضا هستیم. هم اكنون شركت­های بویینگ و لاك‌هید، الیاف كربن رده تجاری را در برنامه­های طراحی خود گنجانده­اند.

7- الیاف كربن در توربین­های بادی

یكی از قدیمی­ترین و تمیز­ترین روش­های تولید انرژی استفاده از نیروی باد است. در طول دهه گذشته ظرفیت تولید الكتریسته از توربین­های بادی به سرعت افزایش یافته است.

هم اكنون اگر توربین­های بادی در جای مناسبی قرار داده شوند بهای الكتریسته تولید شده حدود 5 سنت بر كیلو وات ساعت است. ولی برای همه­گیرشدن این روش، این بها باید كاهش یابد تا الكتریسیته تولید شده توانایی رقابت با دیگر روش­ها را داشته باشد. یعنی توربین­های بادی جدید باید بزرگتر و كارآمدتر از توربین­های امروزی(كه طول بیشینه­ی پره­های آنها 30 متر است) باشند. امروزه پره­های توربینی به طول 55 متر طراحی شده است. این امر مستلزم استفاده از الیاف كربن به جای الیاف شیشه است تا استحكام و سفتی مورد نیاز را تامین كند. هم چنین انتظار می­رود الیاف كربن در مخازن گاز طبیعی فشرده و پیل­های سوختی نقش مهمی داشته باشند و كاهش وزن، كلید عملی شدن این فناوری­ها است.

8- الیاف كربن در تقویت سازه­ها

صدها هزار پل، پاركینگ، ساختمان بلند و دیگر سازه­های بتنی و چوبی در دنیا، به تقویت و ترمیم نیاز دارند. بازار محصولاتی كه بتوانند این كار را انجام دهند بسیار گسترده­ است. بیش از 1500 سازه بتنی تاكنون با كامپوزیت تقویت شده­اند. هنگامی كه از كامپوزیت­ها به جای فولاد استفاده می­شود، زمان ساخت‌و‌ساز كاهش یافته و وزن كلی سازه به مقدار قابل‌توجهی كم می­شود و در اغلب موارد اختلال ایجاد شده در كارهای دیگر كاهش می­یابد. تقویت­كننده­های كامپوزیتی معمولاً از صفحات فولادی ارزان­تر نیستند ولی كارایی بهتری دارند.

9- الیاف كربن و مقاومت در برابر سایش

زولتك مهم­ترین تولیدكننده الیاف كربن مورد استفاده در ترمزهای هواپیما در جهان است. در دماهای بالا فولاد و دیگر مواد ذوب می­شوند ولی الیاف كربن قوی­تر می­شوند. الیاف كربن به عنوان ماده اصلی تقریباً 50 درصد از ترمزهای كامپوزیتی كربن/كربن در هواپیماهای تجاری به كار می­رود. برنامه­هایی برای به كاربری ترمزهای كامپوزیتی قطارهای پرسرعت اروپا در حال بررسی و گسترش است. این ترمزها شبیه ترمزهای هواپیما طراحی شده است. كاربرد الیاف كربن در دیگر بخش­های سایشی خودور همانند كلاچ و جعبه دنده در حال گسترش است.

10- صنایع دریایی و قایق­های تقویت شده با الیاف كربن

یكی دیگر از بازارهایی كه الیاف كربن در آن كاربرد گسترده­ای دارد، صنایع دریایی است. این كابردها عبارتند از ساخت دكل­ها، بادبان­ها، عرشه و بدنه­ی قایق­های بادبانی، پارویی و موتوری تندرو.

آب­های عمیق یكی از بزرگ­ترین مشكلات صنعت نفت هستند. برای غلبه بر این مشكل نمی­توان به ابزار فولادی اعتماد كرد. محدودیت­های فولاد از پیش در لوله­ها و دیگر سازه­ها مشخص شده است. شركت زولتك به صورتی فعال مشغول مذاكره با شركت­های بزرگ نفتی، شركت­های حفاری و غیره است تا بر روی الیاف كربن سرمایه­گذاری كنند. زولتك همچنین درگیر آزمایش میله­های كامپوزیتی است كه سكوهای نفتی جدید را در عمق 3.7 كیلومتری اقیانوس مهار می­­كنند. این عمق، چهار برابر عمیق­ترین سازه­هایی است كه با فولاد مهار شده­اند.

موارد ذكر شده از كاربردهای نوین، تمام كاربردها را در برنمی­گیرد. به عنوان مثال، در زمینه پزشكی، علاقه­ی شدیدی به استفاده از كامپوزیت­ها برای ساخت پروتزهای سبك و مستحكم وجود دارد. (پایان نقل قول از مجلة كامپوزیت)

تحلیل:


متن فوق نشان‌دهندة فراگیر شدن استفاده از الیاف كربن در كاربردهای گوناگون است و جایگزینی گسترده­ای كه در آینده به نفع الیاف كربن رخ خواهد داد. این مساله ایجاد بازار بزرگی برای این الیاف و قطعات تقویت شده با این مواد را نوید میدهد. بازاری كه با توجه به زمینه­هایی كه در بالا برای كاربرد این الیاف بیان شده است ارزش زیادی خواهد داشت. علاوه بر این با توجه به خصوصیاتی كه كامپوزیت­های ساخته شده از این الیاف دارند مانند مقاومت بالا و عدم خوردگی، هزینه­های تعمیر و نگهداری را به شدت كاهش می­دهند. در كشور ما توانمندی­هایی در ساخت كامپوزیت­های تقویت شده با الیاف كربن وجود دارد كه جای امیدواری است ولی محدود می­باشد و باید گسترش یابد. در زمینة تولید این الیاف كاری صورت نگرفته است. در صورت تولید این الیاف در داخل كشور علاوه بر تامین نیاز داخلی ما می­توانیم در بازار آیندة این الیاف نیز سهم داشته باشیم.
آرشیو مطالب
نظر سنجی
میخواین کجا کار کنین؟










صفحات جانبی
پیوند های روزانه
امکانات جانبی

ابزار وبمستر

عکس

دانلود

قالب وبلاگ