કાર્બન ફાઇબર સંયુક્ત સામગ્રીની તૈયારી પ્રક્રિયા

કાર્બન-કાર્બન સંયુક્ત સામગ્રીનો ઝાંખી

કાર્બન/કાર્બન (C/C) સંયુક્ત સામગ્રીએ કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ કમ્પોઝિટ મટિરિયલ છે જેમાં ઉચ્ચ શક્તિ અને મોડ્યુલસ, પ્રકાશ ચોક્કસ ગુરુત્વાકર્ષણ, નાના થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, કાટ પ્રતિકાર, થર્મલ શોક પ્રતિકાર, સારી ઘર્ષણ પ્રતિકાર અને સારી રાસાયણિક સ્થિરતા જેવા ઉત્તમ ગુણધર્મોની શ્રેણી છે. તે એક નવા પ્રકારનું અતિ-ઉચ્ચ તાપમાન સંયુક્ત મટિરિયલ છે.

સી/સી સંયુક્ત સામગ્રીએક ઉત્તમ થર્મલ સ્ટ્રક્ચર-ફંક્શનલ ઇન્ટિગ્રેટેડ એન્જિનિયરિંગ મટિરિયલ છે. અન્ય ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સંયુક્ત સામગ્રીની જેમ, તે ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ ફેઝ અને બેઝિક ફેઝથી બનેલું સંયુક્ત માળખું છે. તફાવત એ છે કે રિઇનફોર્સ્ડ ફેઝ અને બેઝિક ફેઝ બંને ખાસ ગુણધર્મો ધરાવતા શુદ્ધ કાર્બનથી બનેલા છે.

કાર્બન/કાર્બન સંયુક્ત સામગ્રીમુખ્યત્વે કાર્બન ફેલ્ટ, કાર્બન કાપડ, મજબૂતીકરણ તરીકે કાર્બન ફાઇબર અને મેટ્રિક્સ તરીકે વરાળ જમા થયેલ કાર્બનથી બનેલા હોય છે, પરંતુ તેમાં ફક્ત એક જ તત્વ હોય છે, જે કાર્બન છે. ઘનતા વધારવા માટે, કાર્બનાઇઝેશન દ્વારા ઉત્પન્ન થતા કાર્બનને કાર્બનથી ગર્ભિત કરવામાં આવે છે અથવા રેઝિન (અથવા ડામર) થી ગર્ભિત કરવામાં આવે છે, એટલે કે, કાર્બન/કાર્બન સંયુક્ત સામગ્રી ત્રણ કાર્બન સામગ્રીથી બનેલી હોય છે.

કાર્બન-કાર્બન સંયુક્ત સામગ્રીની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા

૧) કાર્બન ફાઇબરની પસંદગી

કાર્બન ફાઇબર બંડલ્સની પસંદગી અને ફાઇબર કાપડની માળખાકીય ડિઝાઇન ઉત્પાદન માટેનો આધાર છેસી/સી કમ્પોઝિટ. C/C કમ્પોઝિટના યાંત્રિક ગુણધર્મો અને થર્મોફિઝિકલ ગુણધર્મો તર્કસંગત રીતે ફાઇબર પ્રકારો અને ફેબ્રિક વણાટ પરિમાણો, જેમ કે યાર્ન બંડલ ગોઠવણી દિશા, યાર્ન બંડલ અંતર, યાર્ન બંડલ વોલ્યુમ સામગ્રી, વગેરે પસંદ કરીને નક્કી કરી શકાય છે.

૨) કાર્બન ફાઇબર પ્રીફોર્મની તૈયારી

કાર્બન ફાઇબર પ્રીફોર્મ એ એક ખાલી જગ્યાનો ઉલ્લેખ કરે છે જે ઉત્પાદનના આકાર અને કામગીરીની જરૂરિયાતો અનુસાર ફાઇબરના જરૂરી માળખાકીય આકારમાં બને છે જેથી ઘનતા પ્રક્રિયા હાથ ધરવામાં આવે. પ્રીફોર્મ્ડ માળખાકીય ભાગો માટે ત્રણ મુખ્ય પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓ છે: નરમ વણાટ, સખત વણાટ અને નરમ અને સખત મિશ્ર વણાટ. મુખ્ય વણાટ પ્રક્રિયાઓ છે: સૂકા યાર્ન વણાટ, પૂર્વ-ઇમ્પ્રેગ્નેટેડ સળિયા જૂથ ગોઠવણી, ફાઇન વણાટ પંચર, ફાઇબર વિન્ડિંગ અને ત્રિ-પરિમાણીય બહુ-દિશાત્મક એકંદર વણાટ. હાલમાં, C સંયુક્ત સામગ્રીમાં વપરાતી મુખ્ય વણાટ પ્રક્રિયા ત્રિ-પરિમાણીય એકંદર બહુ-દિશાત્મક વણાટ છે. વણાટ પ્રક્રિયા દરમિયાન, બધા વણાયેલા તંતુઓ ચોક્કસ દિશામાં ગોઠવાયેલા હોય છે. દરેક ફાઇબર તેની પોતાની દિશામાં ચોક્કસ ખૂણા પર ઓફસેટ થાય છે અને ફેબ્રિક બનાવવા માટે એકબીજા સાથે ગૂંથાય છે. તેની લાક્ષણિકતા એ છે કે તે ત્રિ-પરિમાણીય બહુ-દિશાત્મક એકંદર ફેબ્રિક બનાવી શકે છે, જે C/C સંયુક્ત સામગ્રીની દરેક દિશામાં તંતુઓની વોલ્યુમ સામગ્રીને અસરકારક રીતે નિયંત્રિત કરી શકે છે, જેથી C/C સંયુક્ત સામગ્રી બધી દિશામાં વાજબી યાંત્રિક ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરી શકે.

૩) સી/સી ઘનતા પ્રક્રિયા

ઘનકરણની ડિગ્રી અને કાર્યક્ષમતા મુખ્યત્વે ફેબ્રિકની રચના અને બેઝ મટિરિયલના પ્રક્રિયા પરિમાણો દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. હાલમાં ઉપયોગમાં લેવાતી પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓમાં ગર્ભાધાન કાર્બોનાઇઝેશન, રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપન (CVD), રાસાયણિક વરાળ ઘૂસણખોરી (CVI), રાસાયણિક પ્રવાહી નિક્ષેપન, પાયરોલિસિસ અને અન્ય પદ્ધતિઓનો સમાવેશ થાય છે. પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓના બે મુખ્ય પ્રકાર છે: ગર્ભાધાન કાર્બોનાઇઝેશન પ્રક્રિયા અને રાસાયણિક વરાળ ઘૂસણખોરી પ્રક્રિયા.

પ્રવાહી તબક્કાના ગર્ભાધાન-કાર્બનાઇઝેશન

લિક્વિડ ફેઝ ઇમ્પ્રેગ્નેશન પદ્ધતિ સાધનોમાં પ્રમાણમાં સરળ છે અને તેની વ્યાપક ઉપયોગિતા છે, તેથી લિક્વિડ ફેઝ ઇમ્પ્રેગ્નેશન પદ્ધતિ C/C કમ્પોઝિટ મટિરિયલ્સ તૈયાર કરવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ પદ્ધતિ છે. તે કાર્બન ફાઇબરથી બનેલા પ્રીફોર્મને લિક્વિડ ઇમ્પ્રેગ્નન્ટમાં ડૂબાડવાનો છે, અને પ્રેસરાઇઝેશન દ્વારા ઇમ્પ્રેગ્નન્ટને પ્રીફોર્મના ખાલી જગ્યાઓમાં સંપૂર્ણપણે પ્રવેશ કરાવવાનો છે, અને પછી ક્યોરિંગ, કાર્બોનાઇઝેશન અને ગ્રાફિટાઇઝેશન જેવી પ્રક્રિયાઓની શ્રેણી દ્વારા, અંતે પ્રાપ્ત થાય છે.સી/સી સંયુક્ત સામગ્રી. તેનો ગેરલાભ એ છે કે ઘનતાની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે વારંવાર ગર્ભાધાન અને કાર્બનાઇઝેશન ચક્રની જરૂર પડે છે. પ્રવાહી તબક્કા ગર્ભાધાન પદ્ધતિમાં ગર્ભાધાનની રચના અને માળખું ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. તે માત્ર ઘનતા કાર્યક્ષમતાને જ અસર કરતું નથી, પરંતુ ઉત્પાદનના યાંત્રિક અને ભૌતિક ગુણધર્મોને પણ અસર કરે છે. ગર્ભાધાનની કાર્બનાઇઝેશન ઉપજમાં સુધારો કરવો અને ગર્ભાધાનની સ્નિગ્ધતા ઘટાડવી એ હંમેશા પ્રવાહી તબક્કા ગર્ભાધાન પદ્ધતિ દ્વારા C/C સંયુક્ત સામગ્રીની તૈયારીમાં ઉકેલી શકાય તેવા મુખ્ય મુદ્દાઓમાંનો એક રહ્યો છે. ગર્ભાધાનની ઉચ્ચ સ્નિગ્ધતા અને ઓછી કાર્બનાઇઝેશન ઉપજ એ C/C સંયુક્ત સામગ્રીની ઊંચી કિંમત માટેનું એક મહત્વપૂર્ણ કારણ છે. ગર્ભાધાનની કામગીરીમાં સુધારો કરવાથી માત્ર C/C સંયુક્ત સામગ્રીની ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થઈ શકે છે અને તેમની કિંમત ઘટાડી શકાય છે, પરંતુ C/C સંયુક્ત સામગ્રીના વિવિધ ગુણધર્મોમાં પણ સુધારો થઈ શકે છે. C/C સંયુક્ત સામગ્રીની એન્ટિ-ઓક્સિડેશન ટ્રીટમેન્ટ કાર્બન ફાઇબર હવામાં 360°C પર ઓક્સિડાઇઝ થવાનું શરૂ કરે છે. ગ્રેફાઇટ ફાઇબર કાર્બન ફાઇબર કરતાં થોડું સારું છે, અને તેનું ઓક્સિડેશન તાપમાન 420°C પર ઓક્સિડાઇઝ થવાનું શરૂ કરે છે. C/C સંયુક્ત સામગ્રીનું ઓક્સિડેશન તાપમાન લગભગ 450°C છે. ઉચ્ચ-તાપમાન ઓક્સિડેટીવ વાતાવરણમાં C/C સંયુક્ત સામગ્રીનું ઓક્સિડેશન કરવું ખૂબ જ સરળ છે, અને તાપમાનમાં વધારા સાથે ઓક્સિડેશન દર ઝડપથી વધે છે. જો કોઈ એન્ટી-ઓક્સિડેશન 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 એન્ટી-ઓક્સિડેશન સારવાર તેની તૈયારી પ્રક્રિયાનો એક અનિવાર્ય ભાગ બની ગઈ છે. એન્ટિ-ઓક્સિડેશન ટેકનોલોજીના દ્રષ્ટિકોણથી, તેને આંતરિક એન્ટી-ઓક્સિડેશન ટેકનોલોજી અને એન્ટી-ઓક્સિડેશન કોટિંગ ટેકનોલોજીમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.

રાસાયણિક વરાળ તબક્કો

રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ (CVD અથવા CVI) એ છિદ્રોને ભરવા અને ઘનતા વધારવાના હેતુને પ્રાપ્ત કરવા માટે ખાલી જગ્યાના છિદ્રોમાં સીધા કાર્બન જમા કરવાનો છે. જમા થયેલ કાર્બન ગ્રાફિટાઇઝ કરવા માટે સરળ છે, અને ફાઇબર સાથે સારી ભૌતિક સુસંગતતા ધરાવે છે. ગર્ભાધાન પદ્ધતિની જેમ ફરીથી કાર્બનાઇઝેશન દરમિયાન તે સંકોચાશે નહીં, અને આ પદ્ધતિના ભૌતિક અને યાંત્રિક ગુણધર્મો વધુ સારા છે. જો કે, CVD પ્રક્રિયા દરમિયાન, જો ખાલી જગ્યાની સપાટી પર કાર્બન જમા થાય છે, તો તે ગેસને આંતરિક છિદ્રોમાં ફેલાવતા અટકાવશે. સપાટી પર જમા થયેલ કાર્બનને યાંત્રિક રીતે દૂર કરવો જોઈએ અને પછી નિક્ષેપનો નવો રાઉન્ડ હાથ ધરવો જોઈએ. જાડા ઉત્પાદનો માટે, CVD પદ્ધતિમાં પણ કેટલીક મુશ્કેલીઓ હોય છે, અને આ પદ્ધતિનું ચક્ર પણ ખૂબ લાંબુ છે.