ألياف الكربون المسبقة التركيب هي مادة مركبة عالية الأداء تتكون من ألياف الكربون ونظام راتنج ما قبل التركيب. وهي مادة وسيطة رئيسية في عملية تصنيع المواد المركبة المصنوعة من ألياف الكربون وتستخدم على نطاق واسع في صناعة الطيران والسيارات وطاقة الرياح والمعدات الرياضية وغيرها من المجالات ذات المتطلبات العالية الأداء.

التكوين الأساسي

تتكون ألياف الكربون المسبقة التجهيز من جزأين:

تقوية ألياف الكربون: عادةً ما يتم استخدام ألياف الكربون عالية القوة وعالية المعامل كتقوية في ترتيب معين (ترتيب أحادي الاتجاه أو شكل نسيج).

نظام راتنج ما قبل التركيب: بما في ذلك مواد المصفوفة مثل راتنجات الإيبوكسي وراتنجات الفينول وراتنجات البولي إيميد، وقد تحتوي على مواد مضافة مثل عامل المعالجة وعامل التقوية ومثبطات اللهب وغيرها.

عملية التصنيع

تتضمن عملية إنتاج ألياف الكربون المسبقة التجهيز الخطوات التالية:

• تحضير قماش/خيوط ألياف الكربون: اختيار مواد ألياف الكربون المناسبة وتعديل ترتيبها وفقًا للاستخدام النهائي.
• إعداد نظام الراتنج: تحضير مصفوفة الراتنج المناسبة وفقًا لمتطلبات الأداء وضبط لزوجتها ودرجة حرارة المعالجة وغيرها من المعلمات.
• عملية التشريب: يتم تشريب ألياف الكربون بالتساوي مع الراتنج من خلال عمليات مثل الطلاء أو الذوبان الساخن أو التشريب بالمذيبات.
• المعالجة شبه المعالجة: من خلال التحكم في درجة الحرارة والوقت، يصل الراتنج إلى حالة "المرحلة ب" المناسبة، أي الحالة شبه المعالجة، وهي ملائمة للتخزين والمعالجة اللاحقة.
• اللف/التقطيع: يتم لف أو تقطيع ما قبل التشكيل إلى أحجام مناسبة للقولبة اللاحقة.

الخصائص

تتميز ألياف الكربون المسبقة التجهيز بألياف الكربون بالخصائص الرئيسية التالية:

• قوة نوعية عالية ومعامل نوعي مرتفع: تتجاوز القوة النوعية والمعامل النوعي بكثير تلك الخاصة بالمواد المعدنية مثل الفولاذ وسبائك الألومنيوم.
• مقاومة ممتازة للتآكل: لا يتأثر بالعوامل البيئية العامة (مثل الماء والأحماض والقلويات).
• قابلية تصميم جيدة: يمكن تحسين الأداء من خلال تعديل زاوية التصفيف وعدد الطبقات ونظام الراتنج.
• خفيف الوزن: يمكن للكثافة المنخفضة أن تقلل بشكل كبير من وزن الهيكل، وهي مناسبة بشكل خاص لصناعات الطيران والسيارات.
• معالجة مريحة: يتميز باللدونة القوية تحت ظروف التسخين والمعالجة، وهو مناسب لمجموعة متنوعة من عمليات التشكيل مثل وضع الألياف الأوتوماتيكية والوضع اليدوي والأوتوكلاف.

مجالات التطبيق

تُستخدم ألياف الكربون المسبقة التجهيز على نطاق واسع في المجالات التالية نظرًا لخصائصها الميكانيكية الممتازة ومزاياها خفيفة الوزن:

• الفضاء الجوي: جسم الطائرة، والأجنحة، وغطاء المحرك، وأجزاء الصاروخ، إلخ.
• تصنيع السيارات: هيكل السيارة الرياضية المتطورة، والإطار، وعمود القيادة، إلخ.
• صناعة طاقة الرياح: شفرات توربينات الرياح، وخاصة الشفرات الكبيرة.
• السلع الرياضية: مضارب التنس، وإطارات الدراجات، والزلاجات، ومضارب الغولف، إلخ.
• المعدات الطبية: ألواح سرير الأشعة السينية، والأطراف الصناعية، وما إلى ذلك.

احتياطات التخزين والاستخدام

• التخزين في درجة حرارة منخفضة: يتم تخزينه بشكل عام تحت درجة حرارة أقل من -18 درجة مئوية لمنع المعالجة المبكرة للراتنج.
• عمر تخزين محدود: عادةً ما يتدهور الأداء بعد تخزينه في درجة حرارة الغرفة لبضعة أسابيع.
• تجنب الرطوبة: ألياف الكربون حساسة للرطوبة، وقد يؤثر امتصاص الرطوبة على أداء المنتج النهائي.

اتجاه التنمية

• راتنجات مسبقة التجهيز صديقة للبيئة: تطوير أنظمة راتنجات خضراء ذات مركبات عضوية متطايرة منخفضة (VOC).
• أنظمة الراتنج عالية الأداء: تحسين مقاومة درجات الحرارة العالية والمتانة والقدرة على الشفاء الذاتي.
• التصنيع الذكي: مقترن بتقنية الطبقات الآلية لتحسين كفاءة الإنتاج ومراقبة الجودة.