कार्बन फाइबर के बारे में और यह कैसे बनाया जाता है

जिसे ग्रेफाइट फाइबर या कार्बन ग्रेफाइट भी कहा जाता है, कार्बन रेशा तत्व कार्बन के बहुत पतले किस्में होते हैं। इन तंतुओं में उच्च तन्यता ताकत होती है और वे अपने आकार के लिए बेहद मजबूत होते हैं। वास्तव में, कार्बन फाइबर का एक रूप-द कार्बन नैनोट्यूब-उसे उपलब्ध सबसे मजबूत सामग्री माना जाता है। कार्बन रेशा अनुप्रयोग निर्माण, इंजीनियरिंग, एयरोस्पेस, उच्च प्रदर्शन वाले वाहन, खेल उपकरण और संगीत वाद्ययंत्र शामिल हैं। ऊर्जा के क्षेत्र में, कार्बन फाइबर का उपयोग पवनचक्की ब्लेड, प्राकृतिक गैस भंडारण और परिवहन के लिए ईंधन कोशिकाओं के उत्पादन में किया जाता है। विमान उद्योग में, इसके पास सैन्य और वाणिज्यिक दोनों प्रकार के विमान हैं, साथ ही मानव रहित हवाई वाहन भी हैं। तेल की खोज के लिए, इसका उपयोग डीपवाटर ड्रिलिंग प्लेटफॉर्म और पाइप के निर्माण में किया जाता है।

तेजी से तथ्य: कार्बन फाइबर सांख्यिकी

कार्बन फाइबर कार्बनिक पॉलिमर से बना है, जिसमें कार्बन परमाणुओं द्वारा एक साथ रखे गए अणुओं के लंबे तार शामिल हैं। अधिकांश कार्बन फाइबर (लगभग 90%) पॉलीक्रिलोनिट्राइल (पैन) प्रक्रिया से बने होते हैं। एक छोटी राशि (लगभग 10%) रेयान या पेट्रोलियम पिच प्रक्रिया से निर्मित होती है।

विनिर्माण प्रक्रिया में प्रयुक्त गैसों, तरल पदार्थ, और अन्य सामग्री कार्बन फाइबर के विशिष्ट प्रभाव, गुण और ग्रेड बनाती हैं। कार्बन फाइबर निर्माता जिन सामग्रियों का उत्पादन और सामान्य रूप से वे करते हैं, उनके लिए कच्चे माल के मालिकाना सूत्रों और संयोजनों का उपयोग करते हैं, वे इन विशिष्ट योगों को व्यापार रहस्य के रूप में मानते हैं।

सबसे कुशल मापांक (एक स्थिर या गुणांक के साथ उच्चतम ग्रेड कार्बन फाइबर को एक संख्यात्मक डिग्री व्यक्त करने के लिए उपयोग किया जाता है एक पदार्थ में एक विशेष गुण होता है, जैसे कि लोच) गुणों का उपयोग मांग वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है जैसे कि एयरोस्पेस।

कार्बन फाइबर बनाने में रासायनिक और यांत्रिक दोनों प्रक्रियाएं शामिल हैं। कच्चे माल, जिन्हें अग्रदूत के रूप में जाना जाता है, को लंबे स्ट्रैंड में खींचा जाता है और फिर एनारोबिक (ऑक्सीजन रहित) वातावरण में उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है। जलने के बजाय, अत्यधिक गर्मी फाइबर के परमाणुओं को इतनी हिंसक रूप से कंपन करने का कारण बनती है कि लगभग सभी गैर-कार्बन परमाणुओं को निष्कासित कर दिया जाता है।

कार्बोनाइजेशन प्रक्रिया पूरी होने के बाद, शेष फाइबर लंबे, कसकर इंटरलॉक किए गए कार्बन परमाणु श्रृंखलाओं से बना होता है जिसमें कुछ या बिना कार्बन वाले परमाणु शेष होते हैं। इन तंतुओं को बाद में कपड़े में बुना जाता है या अन्य सामग्रियों के साथ जोड़ा जाता है जो तब फिलामेंट घाव या वांछित आकार और आकार में ढाला जाता है।

कार्बन फाइबर के निर्माण के लिए पैन प्रक्रिया में निम्नलिखित पांच खंड विशिष्ट हैं:

1. स्पिनिंग। पैन को अन्य अवयवों के साथ मिलाया जाता है और तंतुओं में काता जाता है, जिसे फिर धोया जाता है और फैलाया जाता है।
2. स्थिर। फाइबर बॉन्डिंग को स्थिर करने के लिए रासायनिक परिवर्तन से गुजरते हैं।
3. carbonizing. स्थिर फाइबर बहुत उच्च तापमान पर कसकर बंधे हुए कार्बन क्रिस्टल से गर्म होते हैं।
4. भूतल का इलाज. तंतुओं की सतह को बंधनकारी गुणों में सुधार करने के लिए ऑक्सीकरण किया जाता है।
5. आकार। फाइबर लेपित होते हैं और बॉबिन पर घाव होते हैं, जो कताई मशीनों पर लोड होते हैं जो तंतुओं को विभिन्न आकार के यार्न में मोड़ते हैं। होने की बजाय कपड़ों में बुना, तंतुओं में भी गठन किया जा सकता है समग्र सामग्री, एक प्लास्टिक बहुलक के साथ फाइबर को बांधने के लिए गर्मी, दबाव, या एक वैक्यूम का उपयोग करना।

कार्बन नैनोट्यूब मानक कार्बन फाइबर की तुलना में एक अलग प्रक्रिया के माध्यम से निर्मित होते हैं। अपने पूर्वजों की तुलना में 20 गुना अधिक मजबूत होने का अनुमान है, नैनोट्यूब भट्टियों में जाली हैं जो कार्बन कणों को वाष्पित करने के लिए लेजर का उपयोग करते हैं।

कार्बन फाइबर के निर्माण में कई चुनौतियां शामिल हैं, जिनमें शामिल हैं:

• अधिक लागत प्रभावी वसूली और मरम्मत की आवश्यकता
• कुछ अनुप्रयोगों के लिए निरंतर निर्माण लागत: उदाहरण के लिए, भले ही नई तकनीक के कारण विकास हो रहा हो निषेधात्मक लागत, ऑटोमोबाइल उद्योग में कार्बन फाइबर का उपयोग वर्तमान में उच्च-प्रदर्शन और लक्जरी तक सीमित है वाहनों।
• सतह के उपचार की प्रक्रिया को सावधानीपूर्वक विनियमित किया जाना चाहिए ताकि दोषपूर्ण तंतुओं के परिणामस्वरूप गड्ढों को बनाया जा सके।
• निरंतर गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक बंद नियंत्रण
• त्वचा और सांस लेने में जलन सहित स्वास्थ्य और सुरक्षा के मुद्दे
• कार्बन फाइबर की मजबूत विद्युत-चालकता के कारण विद्युत उपकरणों में आर्किंग और शॉर्ट्स

जैसे-जैसे कार्बन फाइबर प्रौद्योगिकी का विकास जारी रहेगा, कार्बन फाइबर की संभावनाओं में विविधता और वृद्धि होगी। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में, कार्बन फाइबर पर ध्यान केंद्रित करने वाले कई अध्ययन पहले से ही दिखा रहे हैं उभरते उद्योग को पूरा करने के लिए नई विनिर्माण प्रौद्योगिकी और डिजाइन बनाने के लिए बहुत बड़ा वादा मांग।

एक नैनोट्यूब अग्रणी, मैकेनिकल इंजीनियरिंग जॉन हार्ट के एमआईटी एसोसिएट प्रोफेसर, अपने छात्रों के साथ काम कर रहे हैं व्यावसायिक ग्रेड 3 डी प्रिंटर के साथ संयोजन में उपयोग की जाने वाली नई सामग्रियों को देखने सहित विनिर्माण के लिए प्रौद्योगिकी। "मैंने उन्हें रेल से पूरी तरह से सोचने के लिए कहा; यदि वे एक 3-डी प्रिंटर की कल्पना कर सकते हैं जो पहले या एक उपयोगी सामग्री नहीं बनाई गई है जिसे वर्तमान प्रिंटर का उपयोग करके मुद्रित नहीं किया जा सकता है, "हार्ट ने समझाया।

नतीजे प्रोटोटाइप मशीन थे जो पिघले हुए ग्लास, सॉफ्ट-सर्व आइसक्रीम और कार्बन फाइबर कंपोजिट को छापते थे। हार्ट के अनुसार, छात्र टीमों ने ऐसी मशीनें भी बनाईं, जो "पॉलिमर के बड़े क्षेत्र के समानांतर एक्सट्रूज़न" को संभाल सकती हैं और मुद्रण प्रक्रिया के "इन-सीट ऑप्टिकल स्कैनिंग" कर सकती हैं।

इसके अतिरिक्त, हार्ट ने हाल ही में संपन्न ऑटोमोबिली लेम्बोर्गिनी के साथ तीन साल के सहयोग पर रसायन विज्ञान के प्रोफेसर मिर्का डिनका के एमआईटी एसोसिएट प्रोफेसर के साथ काम किया। नए कार्बन फाइबर और मिश्रित सामग्रियों की संभावनाओं की जांच करने के लिए जो एक दिन न केवल "कार के पूर्ण शरीर को एक के रूप में उपयोग करने में सक्षम करें" बैटरी प्रणाली, "लेकिन" हल्का, मजबूत शरीर, अधिक कुशल उत्प्रेरक कन्वर्टर्स, थिनर पेंट और बेहतर पावर-ट्रेन हीट ट्रांसफर [समग्र]। "

क्षितिज पर इस तरह की आश्चर्यजनक सफलताओं के साथ, यह कोई आश्चर्य नहीं है कि कार्बन फाइबर बाजार में $ 4.7 से बढ़ने का अनुमान लगाया गया है 2029 में 2019 में $ 13.3 बिलियन तक, 11.0% (या थोड़ा अधिक) की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर पर इसी अवधि में समय।

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• रान्डेल, डेनियल। “एमआईटी के शोधकर्ता भविष्य की एक इलेक्ट्रिक कार विकसित करने के लिए लेम्बोर्गिनी के साथ सहयोग करते हैं। " MITMECHE / समाचार में: रसायन विज्ञान विभाग। 16 नवंबर, 2017
• "कच्चे माल (पैन, पिच, रेयन), फाइबर प्रकार (वर्जिन, पुनर्नवीनीकरण), उत्पाद प्रकार, मापांक, आवेदन द्वारा कार्बन फाइबर बाजार (कम्पोज़िट, नॉन-कम्पोज़िट), एंड-यूज़ इंडस्ट्री (A & D, ऑटोमोटिव, विंड एनर्जी) और रीजन-ग्लोबल पूर्वानुमान 2029 तक। " MarketsandMarkets ™। सितंबर 2019