کاربن فائبر کیسے بنایا جائے؟

کاربن فائبر، جو کہ نا پسند مواد (فائبر اور رال) کے کمبوز پر مشتمل ہے، ان کی تغیر پذیری، اور اسی طرح، موزوں، مربع پیمائش ان کی توجہ کا مرکز ہے۔ دھات کے متبادل کے طور پر، کاربن فائبر مرکبات سٹیل کی دس گنا طاقت فراہم کرتے ہیں۔ کاربن فائبر پروڈیوسر ایسی مصنوعات تیار کرتے ہیں جو مربع پیمائش سے ملتی جلتی ہے لیکن ایک جیسی نہیں۔ کاربن فائبر ٹینسائل ماڈیولس (یا تناؤ کے نیچے اخترتی کے طور پر طے شدہ سختی) اور تناؤ، کمپریشن اور تھکاوٹ کی طاقت میں مختلف ہوتا ہے۔

PAN پر مبنی کاربن فائبر ان دنوں کم ماڈیولس (بتیس ملین lbf/in² یا Msi سے کم)، روایتی ماڈیولس (33 سے چھتیس Msi)، انٹرمیڈیٹ ماڈیولس (40 سے 50 Msi)، ہائی ماڈیولس (50 سے ستر Msi) اور 100 سے 70 Msi) میں دستیاب ہے۔
آسان ترین الفاظ میں، کاربن فائبر 1800 ° F (982.22 ° C) سے زیادہ درجہ حرارت پر ایسوسی ایٹ ڈگری انرٹ ماحول میں ایسوسی ایٹ ڈگری نامیاتی پیشگی فائبر کی شفٹ سے پیدا ہوتا ہے۔ کاربن فائبر کی تیاری، تاہم، ایک اعلی درجے کا ادارہ ہو سکتا ہے۔

کاربن فائبر

پولیمرائزیشن اور اسپننگ

پولیمرائزیشن

یہ عمل ایک کیمیکل کمپاؤنڈ فیڈ اسٹاک کے ساتھ شروع ہوتا ہے جسے پیشگی کہا جاتا ہے جس میں فائبر کی سالماتی ریڑھ کی ہڈی ہوتی ہے۔ آج، تقریباً 100 فیصد کاربن فائبر کپڑا یا پچ پر مبنی پیش خیمہ سے بنایا گیا ہے، تاہم اس کا زیادہ تر حصہ پولی کرائیلونیٹریل (PAN) سے آتا ہے، جو نائٹریٹ سے تیار ہوتا ہے، اور نائٹریٹ صنعتی کیمیکل پروپین اور امونیا سے آتا ہے۔

عام طور پر، پیشگی فارمولیشن ایسوسی ایٹ ڈگری نائٹ رائل کمپاؤنڈ سے شروع ہوتی ہے جو ایک بہت ہی ری ایکٹر میں پلاسٹائزڈ ایکریلک کو مونومر اور تیزاب، ڈائی آکسائیڈ، آئل آف وٹریول یا ایسڈ کے ساتھ ایک اتپریرک کے ساتھ ملایا جاتا ہے۔ مسلسل امتزاج اجزاء کو یکجا کرنے کی اجازت دیتا ہے، کچھ مستقل مزاجی اور پاکیزگی پیدا کرتا ہے، اور نائٹریٹ کی سالماتی ساخت کے اندر آزاد ریڈیکلز کی تشکیل شروع کرتا ہے۔ اس ترمیم کے نتیجے میں کیمیائی عمل ہوتا ہے، جس سے لمبی زنجیر والے پولیمر تیار ہوتے ہیں جو کہ ایکریلک ریشوں کی طرح ہوتے ہیں۔ کیمیائی عمل کی تفصیلات، جیسے درجہ حرارت، ماحول، مخصوص کو مونومر اور کیٹالسٹ، مربع پیمائش کی ملکیت۔ کپڑے دھونے اور خشک کرنے کے بعد، پاؤڈر کی قسم میں نائٹریٹ ایسوسی ایٹ ڈگری نامیاتی سالوینٹس جیسے ڈیم ایتھائل سلفائیڈ (DMSO)، dimethylacetamide (DMAC) یا dimethylformamide (DMF)، یا ایسوسی ایٹ ڈگری مائع سالوینٹ، جیسے ایٹم نمبر 30 کلورائیڈ اور روڈامائن نمکیات میں تحلیل ہو جاتا ہے۔ نامیاتی سالوینٹس ٹریس میٹل پارٹیکل کی آلودگی سے بچنے میں سہولت فراہم کرتے ہیں، جو طریقہ کار کے تھرمل ایروفیلس استحکام کو نقصان پہنچا سکتے ہیں اور تیار فائبر کی حرارت کی کارکردگی میں تاخیر کر سکتے ہیں۔ اس مرحلے پر، پاؤڈر اور سالوینٹس کی معطلی یا پیشگی "کوٹنگ" شربت کی مستقل مزاجی ہے۔ سالوینٹس کا انتخاب اور اس وجہ سے کوٹنگ کی خرابی کے انتظام کی ڈگری (گہرائی میں فلٹریشن کے ذریعے) مربع پیمائش فائبر کی تشکیل کے یکے بعد دیگرے مرحلے کی کامیابی کے لیے اہم ہے۔
کاتنا
PAN ریشوں کی مربع پیمائش کو گیلے اسپننگ کہتے ہیں۔ کوٹنگ کو مائع قدرتی عمل کے باتھ ٹب کے دوران ڈوبا جاتا ہے اور قیمتی سے تیار کردہ اسپنریٹ کے دوران سوراخ کے ذریعے نکالا جاتا ہے۔ گزرگاہ PAN فائبر کے فلیمینٹس کی مطلوبہ قسم سے مماثل ہے (مثال کے طور پر، 12K کاربن فائبر کے 12,000 سوراخ)۔ اس نسبتاً موٹے اور ٹوٹے ہوئے گیلے اسپن فائبر کو اضافی ایجنٹ سے چھٹکارا پانے کے لیے رولر کے ذریعے کھینچا جاتا ہے، پھر PAN کمپاؤنڈ کی سمت بندی کو جاری رکھنے کے لیے اسے خشک اور کھینچا جاتا ہے۔ یہاں، فلیمینٹس مربع پیمائش کی شکل اور اندرونی کراس سیکشنل اس حد تک طے کیا جاتا ہے کہ منتخب سالوینٹ اور ایجنٹ پیشگی ریشوں میں گھس جاتے ہیں، تناؤ کی مقدار لاگو ہوتی ہے، اور ساتھ ہی فلیمینٹس کی پی سی کی لمبائی۔ مؤخر الذکر ہر پروڈیوسر کی ملکیت ہے۔ گیلے اسپننگ کا متبادل ایک مرکب طریقہ ہو سکتا ہے جسے ڈرائی بلاسٹنگ/ویٹ اسپننگ کہا جاتا ہے، جو ریشوں اور قدرتی عمل کے باتھ ٹب کے درمیان عمودی ہوا کا فرق استعمال کرتا ہے۔ یہ ایک چیکنا کروی PAN فائبر کی طرف لے جاتا ہے جو جامع کے اندر فائبر/میٹرکس روزن انٹرفیس کو بڑھاتا ہے۔ PAN پیشگی ریشوں کی تشکیل کے اندر آخری مرحلہ یہ ہے کہ چپکنے والے تنتوں کو جمع ہونے سے روکنے کے لیے فنشنگ آئل کا استعمال۔ سفید PAN ریشوں کی مربع پیمائش پھر ایک بار پھر خشک ہو جاتی ہے اور اسپول پر زخم لگ جاتی ہے۔
کاربن فائبر آکسیکرن تندور

آکسیکرن اور کاربنائزیشن

آکسیکرن

یہ بوبنز مربع پیمائش ٹوکری میں بھری ہوئی ہے، اور طویل ترین پیداوار کے اندر، آکسیڈائزیشن کے مرحلے میں، PAN فائبر مربع پیمائش کو وقف شدہ بھٹیوں کی ایک سیریز کے ذریعے کھلایا جاتا ہے۔ اس سے پہلے کہ وہ باورچی خانے کے بنیادی آلات میں داخل ہوں، PAN فائبر مربع پیمائش کو ایک ٹو یا چادر میں ڈالتے ہیں جسے وارپ کہا جاتا ہے۔ چیمبر کا درجہ حرارت 392 °F (ca. 200 °C) سے 572 °F (300 ڈگری سیلسیس) تک ہوتا ہے۔

گرمی سے بچنے کے لیے (آکسیڈائزیشن کے دوران اندازے کے مطابق اینتھالپی غیر ہارنیس، جس کا حساب دو ہزار kJ/کلوگرام ہے، حقیقی فائر پلیسز کا خطرہ)، باورچی خانے کے آلات بنانے والے گرمی اور درجہ حرارت کو کنٹرول کرنے میں مدد کے لیے ہوا کے انداز کے پھیلاؤ کا استعمال کرتے ہیں۔ ایک خاص پیشگی کیمیکل کے ذریعہ کارفرما، آکسیڈائزیشن کا وقت بالکل مختلف ہے، تاہم لٹلر کا اندازہ ہے کہ 24K ٹو کو ایک سے زیادہ آکسیڈائزیشن فرنس کے ساتھ ایک آؤٹ سائیڈ لائن پر تقریباً تینتالیس فٹ فی تیرہ میٹر فی منٹ کی شرح سے تبدیل کیا جائے گا۔ آخر میں، الٹر (مستحکم) PAN ریشوں میں تقریباً پانچ سوویں سے لے کر پینسٹھویں کاربن مالیکیول پر مشتمل ہے جس کا توازن گیس ہے، جوہری نمبر 7 اور O کا مرکب ہے۔
کاربنائزیشن
کاربنائزیشن ایک غیر فعال (آکسیجن سے پاک) ماحول کے دوران خاص طور پر تیار کی گئی بھٹیوں کی ایک سیریز میں ہوتی ہے، مرحلہ وار درجہ حرارت میں اضافہ ہوتا ہے۔ پانی کے جسم اور ہر چیمبر کے آؤٹ لیٹ میں، بہتری کا چیمبر O کی مداخلت کو روکتا ہے کیونکہ باورچی خانے کے آلات سے گزرنے والے ہر O مالیکیول کے نتیجے میں تھوڑا سا ریشوں کو ہٹا دیا جاتا ہے۔ یہ اتنی گرمی میں پیدا ہونے والے کاربن کے نقصان کو روک سکتا ہے۔ O کی غیر موجودگی میں، مکمل طور پر غیر کاربن مالیکیولز، ایک ساتھ مرکب اور مختلف غیر مستحکم نامیاتی مرکبات (چالیس سے اسی پی پی ایم کی ڈگری کی سطح پر مستحکم) اور ذرات (جیسے جزوی طور پر جمع فائبر کے ٹکڑے) کو ہٹا دیا جاتا ہے اور باورچی خانے کے آلات سے بعد میں علاج کے لیے ماحول سے کنٹرول شدہ ماحول میں خارج کیا جاتا ہے۔ کاربونائزیشن درجہ حرارت کے چیمبر کے دوران شروع ہوتی ہے، ریشوں کو 1292 °F (ca. 700 °C) سے 1472 °F (700 °C سے 800 °C) پر منتقل کریں اور 2192 °F (ca. 1,200 °C) پر 3°F (ca. 1,200 °C) 320 °C (1,200 °C) پر ختم ہونے کے بعد۔ 1500 ° C)۔ چیمبرز کی تعداد کا فیصلہ کاربن فائبر کے اندر درکار ماڈیولس سے ہوتا ہے۔ اعلی اور غیر متوسط ​​اعلی ماڈیولس کاربن ریشوں کی نسبتاً زیادہ قیمت جزوی طور پر تسلسل اور درجہ حرارت کی وجہ سے ہے جو گرمی کی بھٹی کو حاصل کرنا ہے۔ اگرچہ تسلسل ملکیتی ہے اور ہر کاربن فائبر کا درجہ بالکل مختلف ہے، آکسیڈائزیشن کے تسلسل کا حساب گھنٹوں میں کیا جاتا ہے، تاہم کاربنائزیشن کی شرح منٹوں میں شدت کے حکم سے کم ہو جاتی ہے۔ ایک بار جب فائبر کی حالت بدل جاتی ہے، تو یہ وزن اور حجم کو کم کر دیتا ہے، لمبائی کو پانچ سے 100٪ تک کم کر دیتا ہے، اور قطر کو کم کر دیتا ہے۔ درحقیقت، PAN کاربن فائبر کے ساتھ PAN کے پیشرو کا تبادلوں کا مقداری تعلق 2:1 سے متعلق ہے اور نقل مکانی کی اہلیت بھی ایک جوڑے کے مقابلے میں ایک چھوٹی مقدار ہے - یعنی بہت کم مواد طریقہ کار میں داخل ہوتا ہے۔ یہ طریقہ کار ہوا سے O مالیکیولز کو PAN ریشوں کے ساتھ ملاتا ہے۔ اس سے فائبر کی کثافت ~1.18 g/cc سے بڑھ کر 1.38 g/cc ہو جائے گی۔
کاربن فائبر کاربنائزیشن

سطح کا علاج اور سائز

سطح کا علاج اور سائز
اگلا مرحلہ فائبر کی کارکردگی کے لیے ضروری ہے، اور اس کے علاوہ پیشروؤں کے لیے، یہ ایک سپلائر کی مصنوعات کو حریف کی مصنوعات سے بہترین طور پر ممتاز کرتا ہے۔ میٹرکس نامیاتی کمپاؤنڈ کے درمیان چپکنا اور اس وجہ سے کاربن ریشے مرکب کو مضبوط بنانے کے لیے ضروری ہیں۔ کاربن فائبر پیدا کرنے کے پورے طریقے میں، اس آسنجن کو بڑھانے کے لیے سطح کا علاج کیا جاتا ہے۔

پروڈیوسر مکمل طور پر مختلف علاج کے طریقے استعمال کرتے ہیں، تاہم معیاری تکنیک یہ ہے کہ ریشوں کو ایسوسی ایٹ کیمسٹری یا سیل کے ذریعے کھینچا جائے جس میں جواب ہوتا ہے، جیسے جراثیم کش یا تیزاب۔ یہ مواد ہر تنت کی سطح کو پرنٹ یا تبدیل کرتے ہیں، جو سطحی فائبر/میٹرکس بانڈنگ کے لیے قابل رسائی وسعت میں اضافہ کرے گا اور کاربوکسائل ایسڈ جیسی رد عمل کیمیکل ٹیموں کا اضافہ کرے گا۔ اگلا، ایک انتہائی ملکیتی کوٹنگ لگائیں جسے سائز کہا جاتا ہے۔ کاربن فائبر کے وزن کے لحاظ سے 0.5% سے پانچ تک، سائز کاربن ریشوں کو ایسوسی ایٹ انٹرمیڈیٹ قسم میں محفوظ کرتا ہے، جیسے خشک کپڑے اور پری پریگ، پورے عمل اور عمل میں (مثلاً، بنائی)۔ سائز میں مونو فلیمینٹس کو بیک فلف کو کاٹنے، پروسیسنگ کی صلاحیت کو بہتر بنانے اور ریشوں اور اس وجہ سے میٹرکس آرگینک کمپاؤنڈ کے درمیان سطح کی قینچ کی طاقت کو بڑھانے کے لیے ساتھ رکھتا ہے۔

پوسٹ ٹائم: نومبر-01-2018
میں
واٹس ایپ آن لائن چیٹ!