الیاف CFRP

الیاف CFRP

الیاف CFRP

الیاف CFRP

الیاف CFRP یکی از انواع FRP است که از فیبرهای کربن تشکیل می شود و دسته کم دارای ۹۰ درصد کربن می باشد . این الیاف از حرارت دادن مواد عالی که بیشتر آنها از جنس کربن می باشند بوجود آمده . الیاف CFRP یکی از پرکاربردترین و پر استفاده ترین الیاف در صنعت مقاوم سازی ساختمان و بهسازی لرزه ای می باشند . الیاف CFRP علاوه بر صنعت ساختمان در صنایع دیگری مثل خودرو سازی نیز کابرد دارند. 
الیاف CFRP الیافی به رنگ سیاه می باشند که با داشتن وزن ناچیز و مقاومت کششی بسیار بالای آنها (نسبت بالای مقاومت به وزن) در برابر حرارت نیز از مقاومت مطلوبی برخوردارند و پایداری ابعاد خود را در این شرایط حفظ می کنند به همین جهت می تواند از الیاف CFRP به عنوان یکی متریال ضد آتش و انفجار استفاده کرد ، در واقع الیاف CFRP بدلیل داشتن ضریب انبساط گرمایی خطی پایین در دماهای کم و زیاد ابعاد و اندازه های یکسان خواهند داشت .
الیاف CFRP نسبت به برخی دیگر از انواع FRP نظیر الیاف شیشه و کولار دارای ضریب ارتجاعی بالایی می باشند . 
از دیگر مزایای لایاف CFRP مبتوان به دوام و پایداری آنها در برابر نفوذ مواد شیمیایی و عوامل آسیب زا اشاره کرد بعلاوه این الیاف در برابر اشعه ی X نیز تقریبا نفوذ ناپذیر می باشند . که این خاصیت از ویژگی های بارز CFRP است . 
از سایر ویژگی های الیاف CFRP که آنها را نسبت به سایر مواد مهندسی منجصر بفرد می کند می توان به سهولت در تولید و بافت آنها اشاره کرد . 
 
ویژگی الیاف CFRP
ویژگی  مقدار
دانسیته ی الیاف CFRP ۲/۲۷ g/cm3
قطر الیاف CFRP ۶ الی ۱۰ میکرومتر
طیف الیاف CFRP ۳k الی ۲۴k

 
الیاف CFRP در دو نوع یک جهته و دو جهته در بازار وجود دارند . در الیاف CFRP تک جهته فیبرهای کربن موازی با راستای صفر درجه و در الیاف دو جهته فیبرهای کربن عمود بر راستای صفر درجه می باشند . قیمت الیاف CFRP نیز با توجه به عمر مفید و بالای آنها و پایداری آنها در تامین سختی سازه در طول زمان و عدم نیاز آنها به تمدید بسیار به صرفه و اقتصادی می باشد . 
الیاف CFRP به کمک چسب ها یا رزین های مخصوص نصب الیاف (رزین اپوکسی FRP) به اجزای باربر سازه متصل می شوند و سبب افزایش ظرفیت های برشی ، خمشی و محوری اجزای سازه در کنار بهبود عملکرد آنها می شوند . 
 

انواع الیاف CFRP

الیاف CFRP بر اساس ویژگی های شاخص آنها به چند دسته تقسیم می گردند که در ادامه به آنها می پردازیم :‌

تعداد فیلامت های الیاف CFRP : الیاف CFRP بر اساس تعداد فیلامنتهای موجود در آن به الیاف سبک و سنگین دسته بندی می گردند . به الیاف CFRP که تعداد فیلامنتهای آن از مقدار ۲۴۰۰۰ تا کمتر باشد الیاف CFRP سبک و به الیاف که تعداد فیلامنتهای موجود در آن از ۲۴۰۰۰ بیشتر باشد الیاف سنگین گفته می شود . 

مدول الاستیسیته الیاف CFRP : الیاف CFRP بر اساس مدول الاستیسیته ی خود که یکی از ویژگی های فیزیکی آنها محسوب می شود به ۴ دسته تقسیم می شوند . 
 
مدول الاستیسیته ی CFRP
الیاف CFRP مدول الاستیسیته
مدول الاستیسیته ی بسیار بالا  بیش از ۵۴۰ Gpa
مدول الاستیسیته ی بالا بین ۳۵۰ الی ۴۵۰ Gpa
مدول الاستیسیته ی متوسط  بین ۲۵۰ الی ۳۵۰ Gpa
مدول الاستیسیته ی پایین کمتر از ۲۰۰۰ Gpa (مقاومت کششی بیش از ۳۰۰۰ مگاپاسکال)

 
مبنای زمینه ی الیاف CFRP : الیاف CFRP بر اساس ماده ی زمینه ی آنها به دو دسته ی عمده تقسیم می گردند : الیاف CFRP با مبنای مصنوعی (پلی آکریلونیتریل) یا PAN و الیاف CFRP با مبنای قیری تقسیم می گردند. 
الیاف CFRP با مبنای الیاف مصنوعی دارای مقاومت بالا (بیش از ۳۷۰۰مگاپاسکال) می باشند و قیمت زیادی دارند . 
در مقابل الیاف CFRP با مبنای قیری نسبت با الیاف CFRP با مبنای PAN اقتصادی تر و به صرفه تر می باشند ولی در مقابل از مقاومت و مدول الاستیسیته ی کمتری برخوردارند . 
دمای حرارتی الیاف CFRP : الیاف CFRP بر اساس دمای نهایی حرارتی آنها به سه دسته ی MH ، SH و TH که دارای استحکام پایینی هستند ، تقسیم می گردند .

 
دمای حرارتی الیاف CFRP
الیاف CFRP دمای حرارتی 
MH دمای حرارتی بالاتر از ۲۰۰۰ درجه
SH دمای حرارتی حدود ۱۵۰۰ درجه
TH دمای حرارتی کمتر از ۱۰۰۰ درجه

 

مزیت ها الیاف CFRP

۱- پایداری مطلوب الیاف CFRP در برابر پدیده ی خستگی
۲- مقاومت بالای الیاف CFRP در برابر حرارت
۳- خاصیت صد انفجار بودن الیاف CFRP
۴- مقاومت بالای الیاف CFRP در برابر عوامل خورنده 
۵- ظرفیت کششی بالای الیاف CFRP
۶- وزن پایین الیاف CFRP و چگالی کم
۷- ضریب بالای الاستیک الیاف CFRP
۸- پایداری طول الیاف CFRP در برابر تغییر دما 
 

کاربردهای الیاف CFRP 

همانطور که می دانید شخاص ترین کاربرد الیاف CFRP در صنعت مقاوم سازی ، ترمیم و تقویت سازه های بتنی می باشد . اگر سازه به هر دلیلی دچار آسیب ،‌ضعف در مقاومت و خدمات رسانی باشد می توان با الیاف CFRP آنها را بهسازی و تقویت کرد . برای مثال زمانی که سازه بر اثر حوادث طبیعی (زلزله،آتش سوزی و..) دچار آسیب گردد با بدلیل افزایش طول عمر سازه ،‌ تغییر کاربری ،‌افزایش یا کاهش طبقات و .... ساختمان دیگر شرایط پیشین خود را از نظر ایمنی نداشته باشد و یا فاقد زیر ساخت های لازم در تحمل بارهای جدید و تغییر شرایط موجود باشد نیازمند مقاوم سازی یا ترمیم و تقویت سازه هستیم . از دیگر موارد استفاده از الیاف CFRP جهت اصلاح مواردی مثل طراحی نامناسب و خطاهای اجرایی ،‌کاهش ظرفیت باربری در اثر خوردگی فولاد ،‌افزایش بارهای وارد بر ساختمان بیشتر از مقداری که هنگام طراحی سازه در نظر گرفته شده باشند ، عدم رعایت آئین نامه ها و مقررات هنگام ساخت یا ورود آئین نامه ها و استاندارهای جدید در حیطه ی مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای ساختمان و ...می باشد . 
۱- کاربرد الیاف CFRP در مقاوم سازی با FRP
۲- کاربرد الیاف CFRP در صنعت خودرو سازی
۳- کاربرد الیاف CFRP در صنایع هوافضا بدلیل وزن سبک آن ها (۱/۳ فولاد)
۴- کاربرد الیاف CFRP در صنایع پزشکی بدلیل ویژگی رادیو سنتزی آنها 
۵- کاربرد الیاف CFRP در توربین های بادی بدلیل استحکام و سختی زیاد آنها
۶- کاربدر الیاف CFRP در ساخت تجهیزات ورزشی