सीएफआरपी की अंतिम मार्गदर्शिका: कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक/पॉलिमर

मिश्रित सामग्रियों के निरंतर विकास के साथ, ग्लास फाइबर-प्रबलित प्लास्टिक के अलावा, कार्बन फाइबर-प्रबलित प्लास्टिक, बोरान फाइबर-प्रबलित प्लास्टिक आदि सामने आए हैं।कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर कंपोजिट (सीएफआरपी) हल्के और मजबूत पदार्थ हैं जिनका उपयोग कई उत्पादों के निर्माण के लिए किया जाता है जिनका उपयोग हम अपने दैनिक जीवन में करते हैं।यह एक शब्द है जिसका उपयोग फाइबर-प्रबलित मिश्रित सामग्रियों का वर्णन करने के लिए किया जाता है जो मुख्य संरचनात्मक घटक के रूप में कार्बन फाइबर का उपयोग करते हैं।

सामग्री की तालिका:

1. कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर संरचना
2. कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक की मोल्डिंग विधि
3. कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर के गुण
4. सीएफआरपी के लाभ
5. सीएफआरपी के नुकसान
6. कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक का उपयोग

कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर संरचना

कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक एक ऐसी सामग्री है जो कार्बन फाइबर सामग्री को एक निश्चित दिशा में व्यवस्थित करके और बंधी हुई बहुलक सामग्री का उपयोग करके बनाई जाती है।कार्बन फाइबर का व्यास बेहद पतला, लगभग 7 माइक्रोन होता है, लेकिन इसकी ताकत बहुत अधिक होती है।

कार्बन फाइबर प्रबलित मिश्रित सामग्री की सबसे बुनियादी घटक इकाई कार्बन फाइबर फिलामेंट है।कार्बन फिलामेंट का मूल कच्चा माल प्रीपोलिमर पॉलीएक्रिलोनिट्राइल (पैन), रेयान या पेट्रोलियम पिच है।फिर कार्बन फिलामेंट्स को कार्बन फाइबर भागों के लिए रासायनिक और यांत्रिक तरीकों से कार्बन फाइबर कपड़ों में बनाया जाता है।

बाइंडिंग पॉलिमर आमतौर पर एपॉक्सी जैसा थर्मोसेटिंग रेज़िन होता है।कभी-कभी अन्य थर्मोसेट या थर्मोप्लास्टिक पॉलिमर का उपयोग किया जाता है, जैसे पॉलीविनाइल एसीटेट या नायलॉन।कार्बन फाइबर के अलावा, कंपोजिट में अरिमिड क्यू, अल्ट्रा-उच्च आणविक भार पॉलीथीन, एल्यूमीनियम, या ग्लास फाइबर भी हो सकते हैं।अंतिम कार्बन फाइबर उत्पाद के गुण बॉन्डिंग मैट्रिक्स में पेश किए गए एडिटिव्स के प्रकार से भी प्रभावित हो सकते हैं।

कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक की मोल्डिंग विधि

विभिन्न प्रक्रियाओं के कारण कार्बन फाइबर उत्पाद मुख्य रूप से भिन्न होते हैं।कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर सामग्री बनाने की कई विधियाँ हैं।

1. हाथ ले-अप विधि

सूखी विधि (पूर्व-तैयार दुकान) और गीली विधि (फाइबर कपड़े और राल का उपयोग करने के लिए चिपकाया) में विभाजित।हैंड ले-अप का उपयोग संपीड़न मोल्डिंग जैसी माध्यमिक मोल्डिंग प्रक्रियाओं में उपयोग के लिए प्रीप्रेग तैयार करने के लिए भी किया जाता है।यह विधि वह है जहां अंतिम उत्पाद बनाने के लिए कार्बन फाइबर कपड़े की शीट को एक सांचे पर लेमिनेट किया जाता है।परिणामी सामग्री की ताकत और कठोरता गुणों को कपड़े के रेशों के संरेखण और बुनाई का चयन करके अनुकूलित किया जाता है।फिर सांचे को एपॉक्सी से भर दिया जाता है और गर्मी या हवा से ठीक किया जाता है।इस निर्माण विधि का उपयोग अक्सर इंजन कवर जैसे गैर-तनाव वाले भागों के लिए किया जाता है।

2. वैक्यूम बनाने की विधि

लेमिनेटेड प्रीप्रेग के लिए, इसे सांचे के करीब बनाने और एक निश्चित तापमान और दबाव के तहत इसे ठीक करने और आकार देने के लिए एक निश्चित प्रक्रिया के माध्यम से दबाव लागू करना आवश्यक है।वैक्यूम बैग विधि फॉर्मिंग बैग के अंदर को खाली करने के लिए एक वैक्यूम पंप का उपयोग करती है ताकि बैग और मोल्ड के बीच नकारात्मक दबाव एक दबाव बना सके ताकि मिश्रित सामग्री मोल्ड के करीब रहे।

वैक्यूम बैग विधि के आधार पर बाद में वैक्यूम बैग-आटोक्लेव बनाने की विधि निकाली गई।आटोक्लेव वैक्यूम बैग-केवल तरीकों की तुलना में उच्च दबाव और गर्मी प्रदान करते हैं जो भाग को (प्राकृतिक इलाज के बजाय) ठीक करते हैं।इस तरह के हिस्से में अधिक कॉम्पैक्ट संरचना होती है, सतह की गुणवत्ता बेहतर होती है, हवा के बुलबुले को प्रभावी ढंग से खत्म किया जा सकता है (बुलबुले हिस्से की ताकत को बहुत प्रभावित करेंगे), और समग्र गुणवत्ता अधिक होती है।वास्तव में, वैक्यूम बैगिंग की प्रक्रिया मोबाइल फोन फिल्म स्टिकिंग के समान है।हवा के बुलबुले को ख़त्म करना एक बड़ा काम है।

3. संपीड़न मोल्डिंग विधि

दबाव से सांचे में डालनाएक मोल्डिंग विधि है जो बड़े पैमाने पर उत्पादन और बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अनुकूल है।साँचे आमतौर पर ऊपरी और निचले हिस्सों से बने होते हैं, जिन्हें हम नर साँचा और मादा साँचा कहते हैं।मोल्डिंग प्रक्रिया में प्रीप्रेग से बनी चटाई को धातु काउंटर मोल्ड में डालना होता है, और एक निश्चित तापमान और दबाव की कार्रवाई के तहत, चटाई को गर्म किया जाता है और मोल्ड गुहा में प्लास्टिककृत किया जाता है, दबाव में प्रवाहित होता है, और मोल्ड गुहा को भरता है, और फिर और उत्पादों को प्राप्त करने के लिए मोल्डिंग और इलाज।हालाँकि, इस विधि की प्रारंभिक लागत पिछले वाले की तुलना में अधिक है, क्योंकि मोल्ड के लिए बहुत उच्च परिशुद्धता सीएनसी मशीनिंग की आवश्यकता होती है।

4. वाइंडिंग मोल्डिंग

जटिल आकार वाले या क्रांति के शरीर के आकार वाले भागों के लिए, एक फिलामेंट वाइन्डर का उपयोग एक खराद या कोर पर फिलामेंट को घुमाकर भाग बनाने के लिए किया जा सकता है।वाइंडिंग पूरी तरह से ठीक हो जाने के बाद मेन्ड्रेल को हटा दें।उदाहरण के लिए, सस्पेंशन सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले ट्यूबलर संयुक्त हथियार इस विधि का उपयोग करके बनाए जा सकते हैं।

5. राल स्थानांतरण मोल्डिंग

रेज़िन ट्रांसफर मोल्डिंग (आरटीएम) एक अपेक्षाकृत लोकप्रिय मोल्डिंग विधि है।इसके मूल चरण हैं:
1. तैयार खराब कार्बन फाइबर कपड़े को सांचे में रखें और सांचे को बंद कर दें।
2. इसमें तरल थर्मोसेटिंग रेज़िन डालें, मजबूत करने वाली सामग्री लगाएं और ठीक करें।

कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर के गुण

(1) उच्च शक्ति और अच्छी लोच।

कार्बन फाइबर की विशिष्ट शक्ति (अर्थात तन्य शक्ति और घनत्व का अनुपात) स्टील की तुलना में 6 गुना और एल्यूमीनियम की तुलना में 17 गुना है।विशिष्ट मापांक (अर्थात, यंग मापांक और घनत्व का अनुपात, जो किसी वस्तु की लोच का संकेत है) स्टील या एल्यूमीनियम के 3 गुना से अधिक है।

उच्च विशिष्ट शक्ति के साथ, यह बड़े कार्य भार को सहन कर सकता है।इसका अधिकतम कार्यशील दबाव 350 किग्रा/सेमी2 तक पहुंच सकता है।इसके अलावा, यह शुद्ध F-4 और इसकी चोटी की तुलना में अधिक संपीड़ित और लचीला है।

(2) अच्छा थकान प्रतिरोध और पहनने का प्रतिरोध।

इसकी थकान प्रतिरोध एपॉक्सी राल की तुलना में बहुत अधिक है और धातु सामग्री की तुलना में अधिक है।ग्रेफाइट फाइबर स्व-चिकनाई वाले होते हैं और इनमें घर्षण का गुणांक कम होता है।घिसाव की मात्रा सामान्य एस्बेस्टस उत्पादों या एफ-4 ब्रैड्स की तुलना में 5-10 गुना कम है।

(3) अच्छी तापीय चालकता और ताप प्रतिरोध।

कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक में अच्छी तापीय चालकता होती है, और घर्षण से उत्पन्न गर्मी आसानी से नष्ट हो जाती है।इंटीरियर को ज़्यादा गरम करना और गर्मी जमा करना आसान नहीं है और इसे गतिशील सीलिंग सामग्री के रूप में उपयोग किया जा सकता है।हवा में, यह -120~350°C के तापमान रेंज में स्थिर रूप से काम कर सकता है।कार्बन फाइबर में क्षार धातु सामग्री में कमी के साथ, सेवा तापमान में और वृद्धि हो सकती है।एक अक्रिय गैस में, इसका अनुकूलनीय तापमान लगभग 2000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है, और यह ठंड और गर्मी में तेज बदलाव का सामना कर सकता है।

(4) अच्छा कंपन प्रतिरोध।

इसे प्रतिध्वनित करना या स्पंदन करना आसान नहीं है, और यह कंपन कम करने और शोर कम करने के लिए भी एक उत्कृष्ट सामग्री है।

सीएफआरपी के लाभ

1. हल्का वजन

पारंपरिक ग्लास फाइबर प्रबलित प्लास्टिक निरंतर ग्लास फाइबर और 70% ग्लास फाइबर (ग्लास वजन/कुल वजन) का उपयोग करते हैं और आमतौर पर इसका घनत्व 0.065 पाउंड प्रति घन इंच होता है।समान 70% फाइबर वजन वाले सीएफआरपी कंपोजिट का घनत्व आमतौर पर 0.055 पाउंड प्रति घन इंच होता है।

2. उच्च शक्ति

यद्यपि कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर हल्के होते हैं, सीएफआरपी कंपोजिट में ग्लास फाइबर कंपोजिट की तुलना में प्रति यूनिट वजन अधिक ताकत और उच्च कठोरता होती है।धातु सामग्री की तुलना में, यह लाभ अधिक स्पष्ट है।

सीएफआरपी के नुकसान

1. उच्च लागत

कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक की उत्पादन लागत निषेधात्मक है।कार्बन फाइबर की कीमतें मौजूदा बाजार स्थितियों (आपूर्ति और मांग), कार्बन फाइबर के प्रकार (एयरोस्पेस बनाम वाणिज्यिक ग्रेड), और फाइबर बंडल के आकार के आधार पर नाटकीय रूप से भिन्न हो सकती हैं।पाउंड-प्रति-पाउंड के आधार पर, वर्जिन कार्बन फाइबर ग्लास फाइबर की तुलना में 5 से 25 गुना अधिक महंगा हो सकता है।स्टील की तुलना सीएफआरपी से करने पर यह अंतर और भी अधिक है।
2. चालकता
यह कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री का लाभ और नुकसान है।यह एप्लिकेशन पर निर्भर करता है.कार्बन फाइबर अत्यधिक प्रवाहकीय होते हैं और ग्लास फाइबर विद्युतरोधी होते हैं।कई उत्पाद कार्बन फाइबर या धातु के बजाय फाइबरग्लास का उपयोग करते हैं क्योंकि उन्हें कड़े इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है।उपयोगिताओं के उत्पादन में, कई उत्पादों को ग्लास फाइबर के उपयोग की आवश्यकता होती है।

कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक का उपयोग

यांत्रिक भागों से लेकर सैन्य सामग्री तक, जीवन में कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर के अनुप्रयोग व्यापक हैं।

(1)सीलिंग पैकिंग के रूप में
कार्बन फाइबर प्रबलित पीटीएफई सामग्री को संक्षारण प्रतिरोधी, पहनने के लिए प्रतिरोधी और उच्च तापमान प्रतिरोधी सीलिंग रिंग या पैकिंग में बनाया जा सकता है।जब स्थैतिक सीलिंग के लिए उपयोग किया जाता है, तो सेवा जीवन सामान्य तेल-डूबे एस्बेस्टस पैकिंग की तुलना में 10 गुना अधिक लंबा होता है।यह लोड परिवर्तन और तेजी से शीतलन और तेजी से हीटिंग के तहत सीलिंग प्रदर्शन को बनाए रख सकता है।और चूंकि सामग्री में संक्षारक पदार्थ नहीं होते हैं, इसलिए धातु पर कोई क्षय नहीं होगा।

(2)पीसने वाले भागों के रूप में
इसके स्व-चिकनाई गुणों का उपयोग करते हुए, इसका उपयोग विशेष प्रयोजनों के लिए बीयरिंग, गियर और पिस्टन रिंग के रूप में किया जा सकता है।जैसे विमानन उपकरणों और टेप रिकॉर्डर के लिए तेल मुक्त चिकनाई युक्त बीयरिंग, इलेक्ट्रिक ट्रांसमिशन डीजल इंजनों के लिए तेल मुक्त चिकनाई वाले गियर (तेल रिसाव के कारण होने वाली दुर्घटनाओं से बचने के लिए), कंप्रेसर पर तेल मुक्त चिकनाई वाले पिस्टन रिंग आदि। इसकी गैर-विषाक्त विशेषताओं का लाभ उठाकर खाद्य और दवा उद्योगों में स्लाइडिंग बियरिंग्स या सील के रूप में भी उपयोग किया जा सकता है।

(3) एयरोस्पेस, विमानन और मिसाइलों के लिए संरचनात्मक सामग्री के रूप में।इसका उपयोग पहली बार विमान निर्माण में विमान के वजन को कम करने और उड़ान दक्षता में सुधार के लिए किया गया था।इसका उपयोग रासायनिक, पेट्रोलियम, विद्युत शक्ति, मशीनरी और अन्य उद्योगों में रोटरी या प्रत्यागामी गतिशील सील या विभिन्न स्थैतिक सील सामग्री के रूप में भी किया जाता है।

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