أنابيب ألياف الكربون ذات المقاومة العالية لدرجات الحرارة-هي هياكل مركبة متخصصة مصممة للحفاظ على سلامتها الميكانيكية واستقرار الأبعاد في البيئات التي تتحلل فيها ألياف الكربون القياسية.
يتم تحديد المقاومة الحرارية لأنبوب ألياف الكربون بالكامل تقريبًا بواسطةمصفوفة (الراتنج)بدلاً من ألياف الكربون نفسها، حيث يمكن لألياف الكربون أن تتحمل درجات الحرارة الأعلى2000 درجةفي أجواء خاملة.
في حين أن أنابيب ألياف الكربون القياسية تستخدم عادةً راتنجات الإيبوكسي التي تتعامل مع ما يصل إلى 80 درجة - 120 درجة، فإن متغيرات درجات الحرارة العالية-تستخدم أنظمة راتينج متقدمة لدفع هذه الحدود إلى أعلى بشكل ملحوظ.
أنظمة الراتنج
عالي-Tg إيبوكسي:يمكن أن تعمل الإيبوكسيات المتخصصة ذات درجة حرارة التحول الزجاجي العالية (Tg) بشكل ثابت150 درجة - 180 درجة.
سيانات استر:يوفر خصائص عازلة ممتازة واستقرارًا حراريًا، ومناسبًا لـ200 درجة - 250 درجة.
مؤشر كتلة الجسم (بيسماليميد):معيار الصناعة لتطبيقات الطيران عالية الأداء-والقادرة على التعامل معها250 درجة - 300 درجة.
بوليميد:عند استخدامها في الظروف القاسية، يمكن لهذه الراتنجات أن تتحمل التعرض القصير-لمدة تصل إلى400 درجةأو أعلى.
عمليات تصنيع أنابيب ألياف الكربون
يتطلب إنتاج هذه الأنابيب تحكمًا دقيقًا لضمان شفاء الراتنج بالكامل وتحقيق أقصى إمكاناته الحرارية.
لف الشعيرة:يتم جرح الألياف المستمرة تحت التوتر على مغزل. هذا مثالي لأوعية الضغط أو الأنابيب التي تتطلب قوة عالية.
لفة التغليف:يتم لف صفائح ألياف الكربون -المشربة مسبقًا ("التجريب المسبق") حول شياق. يسمح ذلك بتوجيهات الألياف المعقدة (0 درجة، +/- 45 درجة، 90 درجة) لتحسين الانحناء وعزم الدوران.
صب الصحافة:لتحقيق نسبة Tg العالية المطلوبة، غالبًا ما يتم معالجة هذه الأنابيب تحت ضغط مرتفع ودرجة حرارة عالية في الأوتوكلاف لإزالة الفراغات وضمان وجود كسور كبيرة الحجم من الألياف.
تعتبر أنابيب ألياف الكربون المقاومة للحرارة العالية- أمرًا بالغ الأهمية في الصناعات التي يجب أن تتحمل فيها المكونات الحرارة الشديدة دون أن تفقد شكلها أو قوتها. نظرًا لأن ألياف الكربون "مقاومة للزحف-" بطبيعتها (لا تتمدد أو تتشوه تحت الضغط طويل الأمد-)، فإنها تتفوق على معظم المعادن في البيئات-الحرارة العالية والحمل العالي-.
فيما يلي التطبيقات الأساسية المصنفة حسب الصناعة وحالة الاستخدام المحددة.
1. الصناعة والتصنيع
غالبًا ما تُستخدم الأنابيب ذات درجات الحرارة العالية-لاستبدال الأجزاء الثقيلة من الفولاذ أو الألومنيوم في المصانع لزيادة السرعة والدقة.
أفران المعالجة الحرارية: تستخدم كبكرات أو قضبان دعم لنقل الأجزاء خلال الأفران الصناعية. على عكس الفولاذ، فإنها لن تتشوه أو "تتدلى" في درجات الحرارة العالية.
مؤثرات النهاية الآلية-: في المسابك أو صناعة الزجاج، تستخدم الأذرع الآلية أنابيب ألياف الكربون للتعامل مع المواد الساخنة. تسمح الطبيعة خفيفة الوزن للروبوت بالتحرك بشكل أسرع، بينما تحمي مقاومة الحرارة السلامة الهيكلية للذراع.
2. السيارات ورياضة السيارات
في المركبات-عالية الأداء، يعد تقليل الوزن أمرًا حيويًا، ولكن توجد العديد من المكونات بالقرب من المحرك أو العادم.
دروع حرارة العادم: أنابيب أو أنصاف-أنابيب تستخدم لتغطية أنظمة العادم، وحماية المكونات الإلكترونية الحساسة من الحرارة الإشعاعية.
مجاري الهواء: أنابيب ألياف الكربون تحمل الهواء المضغوط الساخن من التيربو إلى المبرد الداخلي.
مهاوي القيادة: يمكن لأعمدة الإدارة عالية الأداء- أن تولد حرارة داخلية من خلال الاحتكاك العالي- بعدد الدورات في الدقيقة. تمنع راتنجات Tg العالية- العمود من التليين أثناء التشغيل لفترات طويلة بسرعة عالية-.
3. الطاقة والأبحاث
خلايا وقود الهيدروجين: يستخدم في الهيكل الهيكلي والأنابيب حيث تمثل الإدارة الحرارية تحديًا مستمرًا.
