تفاوت الیاف کربن با الیاف شیشه چیست و کدام بهتر است؟
رپورتاژ آگهی
الیاف FRP از جمله مصالح کلیدی در صنعت ساختمانسازی بوده و در اکثر پروژههای عمرانی، به منظور ارتقای دوام و استحکام سازهها به کار گرفته میشوند. از اینرو آشنایی با انواع مختلف آن مانند فیبر کربن و الیاف شیشه، امری ضروری به شمار میآید. بر همین اساس تصمیم گرفتیم در این مقاله که توسط تیم متخصص مقاوم سازی افزیر آماده شده است، به تعریف و بررسی ویژگیهای هر یک از این دو ماده بپردازیم و تفاوتهای بین آنها را مورد تحلیل قرار دهیم؛ بنابراین تا پایان این مقاله ما را همراهی کنید.
الیاف کربن چیست؟
این نوع الیاف که جزو کامپوزیتهای FRP قرار دارد از رشتههای اتمی کربن و در اشکال بلوری متنوعی تولید میگردد. در واقع در فرایند تولید آن، رشتههای کربن به شکل تاروپود و با استفاده از تکنیکهای خاصی مانند پارچه بههم بافته میشوند؛ پس از آن با رزین مخصوصی آغشته گردیده و تحت حرارت و فشار مشخصی قرار میگیرند که نتیجه آن، تولید یک ماده کامپوزیتی محکم و سخت به نام الیاف کربن با قابلیتهای منحصربهفرد میشود.
الیاف شیشه چیست؟
این نوع الیاف از اجزای کلیدی ترکیبات FRP بوده و جزو متریالهای اصلی بهکار رفته در صنایع مختلف به حساب میآید. در فرآیند تولید آن نیز در ابتدا مواد معدنی حرارت داده شده و پیش از تبدیل به بلور شیشه، سرد میشوند تا به رشتههایی نازک و ظریف تبدیل گردند. سپس در کنار هم قرار گرفته و مانند پارچه بههم بافته میشوند، به همین دلیل مقاومت قابل توجهی پیدا میکنند.
مزایای کلیدی الیاف کربن چیست؟
با توجه به ویژگیهای منحصربهفردی که الیاف کربن دارد، یکی از محبوبترین گزینهها، برای اجرای پروژههای مختلف به شمار میرود. در همین راستا، در ادامه به بیان مهمترین مزایای استفاده از فیبر کربن خواهیم پرداخت:
- نفوذ ناپذیری در برابر اشعه X
- رسانایی الکتریکی
- ضریب انبساط حرارتی پایین و ثبات ابعادی در دماهای مختلف
- مقاومت بالا در برابر خستگی
- تغییر طول کم در حدود ۰.۱ درصد
- مقاوم در برابر مواد اسیدی و شیمیایی
- انعطافپذیری بالاتر نسبت به الیاف شیشه
- قابلیت بافته شدن و استفاده در سطوح منحنی مانند ستونهای دایرهای
- مقاومت کششی بالا در حدود چهار برابر بیشتر از فولاد و هشت برابر بیشتر از آلومینیوم
- افزایش ظرفیت باربری، مقاومت خمشی و برشی سازهها
- ضریب الاستیک بالا
- چقرمگی و سختی زیاد به دلیل مدول الاستیسیته بالا
- دانسیته و وزن پایین
مهمترین ویژگی های الیاف شیشه چیست؟
این نوع الیاف که از ذوب شدن و ترکیب مواد معدنی مختلف همچون سیلیس، ماسه، کائولن، کلسیت و کلمنیت در دماهای بسیار بالا تولید میشود، دارای ویژگیهای خاص و منحصربهفردی است. به همین دلیل در اکثر پروژههای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. از جمله ویژگیهای بارز آن نیز میتوان به موارد زیر اشاره کرد.
استحکام کششی فوقالعاده
این نوع الیاف با داشتن مقاومت کششی بسیار بالا، حتی از سیمهای فولادی با قطر مشابه نیز قویتر بوده و در عین حال وزن کمتری دارد.
ثبات ابعادی بینظیر
الیاف تولید شده با شیشه نسبت به تغییرات دما و رطوبت حساس نبوده و ضریب انبساط خطی پایینی دارند. بنابراین در برابر نوسانات دما، هیچگونه تغییر شکلی نخواهند داشت.
مقاومت حرارتی قابل توجه الیاف شیشه
این نوع الیاف میتواند بدون آنکه ماهیت خود را از دست بدهد تا دماهای نزدیک به ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد را تحمل کند.
هدایت حرارتی بالا
نسبت بالای سطح به وزن در الیاف ساخته شده با شیشه، باعث شده به عنوان عایقی مناسب در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار بگیرد.
مقاومت در برابر آتش
از آنجاکه این الیاف پایه معدنی دارند، به طور طبیعی غیر قابل آتش بوده و در صورت اشتعال، شعله را گسترش نمیدهند. در ضمن هیچگونه دود یا ماده سمی تولید نمیکنند.
مقاومت شیمیایی فوقالعاده الیاف شیشه
الیاف شیشه در برابر تأثیرات مواد شیمیایی، اسیدی و قلیایی مقاومت بالایی دارند. به همین دلیل گزینه مناسبی برای استفاده در صنایع شیمیایی و پتروشیمی محسوب میشوند.
خواص الکتریکی برجسته
استحکام دی الکتریک پایین این نوع الیاف باعث شده که بتوان از آن، در تولید الکترودهای الکتریکی و الیاف نوری استفاده کرد.
دوام و ماندگاری بالا
این الیاف در برابر آسیبهای ناشی از نور خورشید، قارچها یا باکتریها و همچنین حملات حشرات بسیار مقاوم بوده و به راحتی پوسیده نمیشوند.
وزن سبک
نوع ساختار الیاف بافته شده با شیشه سبب گردیده، وزن پایینی داشته باشند.
قیمت مناسب الیاف شیشه
الیاف تولید شده با شیشه نسبت به الیاف دیگر، دارای قیمت مقرونبهصرفهتری هستند.
الیاف کربن (CFRP) چه کاربردی دارد؟
این نوع الیاف، ویژگیهایی منحصربهفردی دارند که آنها را به گزینهای ایدهآل برای کاربردهای صنعتی و مهندسی تبدیل کرده است. در ادامه به برخی از مهمترین موارد استفاده از آنها خواهیم پرداخت.
صنعت هوافضا
کامپوزیتهای FRP که از فیبر کربن ساخته میشوند، به دلیل ویژگیهایی نظیر وزن سبک و دوام بالاتر نسبت به آلومینیوم، به طور گستردهای در صنعت هوافضا مورد استفاده قرار میگیرند. لازم به ذکر است که یک قطعه از فیبر کربن، تنها یک سوم وزن یک قطعه فولادی را دارد.
الیاف کربن در صنایع ورزشی
در حال حاضر فیبر کربن یکی از اصلیترین مواد مورد استفاده در ساخت تجهیزات ورزشی به شمار میرود. در واقع سبک بودن و استحکام بالای این نوع الیاف بهگونهای است که میتواند کیفیت عملکرد ورزشکاران را به طرز قابل توجهی افزایش دهد.
صنعت خودروسازی
الیاف ساخته شده با کربن در صنعت خودروسازی نقش بسزایی ایفا میکنند. بهطورمثال به دلیل ویژگیهای خاص خود میتوانند ضمن کاهش وزن کلی خودرو، ایمنی آن را نیز افزایش دهند.
صنایع پزشکی
در حوزه پزشکی نیز فیبر کربن به دلیل داشتن خاصیت رادیوسنتری بالاتر نسبت به الیاف شیشه، در ساخت اندامهای مصنوعی استفاده میشود. همچنین در توربینهای بادی نیز به کار میرود؛ چراکه استحکام و دوام بیشتری نسبت به الیاف بافته شده با شیشه دارد.
تقویت سازهها
یکی دیگر از موارد کاربرد فیبر کربن ترمیم سازههای مختلف نظیر ساختمانهای بلند، پلها، تقویت پارکینگ و غیره است. چون استفاده از این کامپوزیتها در مقاومسازی، نه تنها زمان ساختوساز را کاهش میدهد، بلکه وزن کلی سازه را نیز به طور قابل توجهی پایین میآورد. برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره در این زمینه میتوانید با کارشناسان مقاوم سازی افزیر تماس بگیرید.
الیاف شیشه (GFRP) چه استفاده هایی دارد؟
الیاف بافته شده با شیشه به دلیل ویژگیهای منحصربهفرد و تطبیقپذیری بالا، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. از اینرو در ادامه بع برخی از کاربردهای اصلی آنها خواهیم پرداخت.
صنایع دریایی
وزن سبک و مقاومت بالا در برابر خوردگی باعث شده تا از این الیاف در شکلدهی قایقها و کشتیها استفاده کنند. چراکه این الیاف میتوانند با جلوگیری از نفوذ رطوبت و نمک به عرشه و بدنه کشتیها، دوام و ایمنی آنها را به طرز قابل توجهی افزایش دهند.
الیاف شیشه در صنعت هوافضا
الیاف ساخته شده با شیشه از جمله متداولترین مواد کامپوزیتی هستند که در ساخت هواپیماهای نظامی و غیر نظامی مورد استفاده قرار میگیرند. در واقع مزیت اصلی این الیاف، سبک بودن آنها است که منجر به کاهش وزن هواپیما و مصرف سوخت کمتر آن میشود.
الیاف شیشه در صنعت ساختمانسازی
یکی از بزرگترین موارد کاربرد این نوع الیاف در صنعت ساختوساز و برای استفاده در مواردی همچون پوششدهی وانها، سقفها و کفپوشها محسوب میشود. زیرا بهکارگیری الیاف بافته شده با شیشه نه تنها استحکام کلی سازه را افزایش میدهد بلکه مانع از تغییر شکل ابعاد مصالح ساختمانی نیز میگردد.
بتنسازی
در فرآیند ساخت بتن هم استفاده از الیاف شیشه، تأثیر بهسزایی بر افزایش مقاومت خمشی، کششی و ضربهای این نوع مصالح ساختمانی دارد. لازم به ذکر است که بتنهای معمولی، به دلیل شکنندگی بالا و وزن زیاد خود، در برابر ضربه آسیبپذیر هستند. به همین دلیل، صنعتگران با بهرهگیری از الیاف بافته شده با فیبر شیشه در ترکیب بتن، وزن کلی این ماده را کاهش داده و تنشهای شیمیایی و ساختاری آن را به شکل قابل توجهی بهبود میبخشند.
الیاف شیشه در خودروسازی
امروزه، بسیاری از قطعات خودرو به ویژه در مدلهای اسپرت، با بهرهگیری از این نوع الیاف تولید میشوند. در واقع اهمیت وزن در طراحی خودروهای اسپرت باعث شده که از این نوع الیاف در ساخت سپرها، کاپوتها، درها و بدنه خودروها استفاده کنند. علاوه بر آن الیاف بافته شده با شیشه،گزینهای مناسب برای تولید تسمههای تایم، با استحکام کششی بالا محسوب میشوند. از طرفی باتوجه به اینکه این نوع الیاف مقاومت بالایی در برابر سایش دارند، در ساخت لنتهای ترمز و کلاچ نیز مورد استفاده قرار میگیرند. بهطورکلی، استفاده از فیبرهای شیشهای برای ایجاد پانلهای سبک وزن و اجزای مختلف خودرو، از اهمیت بالایی برخوردار است.
وسایل ورزشی و تفریحی
در ساخت وسایل ورزش نیز الیاف بافته شده با شیشه برای تقویت سازههای مختلف مانند تختههای موجسواری، وسایل اسکی، چوبهای هاکی و دوچرخهها بهکار میروند. در مجموع وزن سبک، استحکام بالا و توانایی در قالبگیری اشکال پیچیده، این نوع الیاف FRP را به گزینهای ایدهآل برای تولید تجهیزات ورزشی با کارایی بالا تبدیل کرده است.
مخازن ذخیرهسازی
یکی از موارد مهم استفاده از الیاف بافته شده با شیشه، تولید مخازن ذخیرهسازی مواد شیمیایی و پلیمری است. در واقع برخورداری از ویژگیهایی نظیر مقاومت بالا در برابر محیطهای سخت و تنشزا، تحمل بالا در برابر بارها و ضربات مکانیکی، وزن سبک و قابلیت قالببندی الیاف شیشه، امکان تولید مخازنی مقاوم را فراهم کرده است. در مجموع این مخازن، بهویژه مخازن سوختی که با چنین الیافی تقویت شدهاند، علاوه بر کاهش هزینههای حملونقل، دارای مقاومت بالایی در برابر خوردگی، حرارت و واکنشهای شیمیایی نیز هستند.
صنعت برق و الکترونیک
این الیاف بهترین گزینه برای ساخت نانوکامپوزیتها، لایههای محافظ کابلها و سیمها، حسگرها و بردهای مدار چاپی هستند. همچنین وجود این مواد در پکیجهای مقاومت فیبری و دیگر تجهیزات الکترونیکی اهمیت ویژهای دارد.
صنعت لولهکشی و تأسیسات
خواص عایقی این نوع الیاف و توانایی آنها در حفظ حرارت، موجب شده تا در عایقبندی و ساخت انواع لولههای صنعتی، جدارهای و فاضلابی نیز بهطور گسترده مورد استفاده قرار بگیرند. چون لولههای تقویت شده با این الیاف میتوانند در برابر خوردگی، انسداد و ترکیبات شیمیایی مقاومت بالایی از خود نشان دهند. به همین دلیل با اطمینان میتوان از این نوع لولهها در صنایع نفت، گاز، نیروگاهها و کورههای صنعتی استفاده کرد.
الیاف کربن یا الیاف شیشه؟ جدول مقایسه
جنس و ماده اولیهای که در تولید الیاف بافته شده با شیشه و کربن به کار میرود، باعث شده که این محصولات، مشخصات فنی و مکانیکی خاصی داشته باشند. در واقع این ویژگیها شامل مقاومت، گرماژ، ضخامت و مدول الاستیسیته بوده که هر یک از این پارامترها به نوعی بر عملکرد و کاربرد الیاف تأثیرگذار هستند. به عنوان مثال مقاومت کششی، توانایی این الیاف را در برابر نیروهای کششی نشان میدهد و گرماژ نیز به وزن الیاف در واحد سطح اشاره دارد. مدول الاستیسیته هم به ما کمک میکند تا سختی و میزان شکلپذیری ماده را بهتر درک کنیم.
بهطورکلی، میان فیبر کربن و الیاف شیشه تفاوتهای قابل توجهی از نظر استحکام، سفتی، چگالی، مقاومت در برابر خوردگی و هزینه وجود دارد. به همین دلیل برای استفاده از ماده مناسب در اجرای پروژههای مختلف، باید نیازها و الزامات موردنیاز خود را در نظر گرفته و متناسب با آنها، بهترین گزینه را انتخاب نمایید. برای روشنتر شدن این مطلب، در جدول زیر به بررسی مشخصات فنی و مکانیکی الیاف بافته شده با شیشه و فیبر کربن، میپردازیم.
| خصوصیات | الیاف بافته شده با شیشه | الیاف بافته شده با کربن |
| ترکیب و ساختار | ساخته شده با شیشه مذاب | ساخته شده با کربن به کمک فرآیندهای کربنیزاسیون و گرافیتسازی |
| استحکام و سفتی | پایینتر از فیبر کربن | استحکام و سفتی بسیار بالا |
| چگالی و وزن | کمتر از فیبر کربنسبکتر از فیبر کربن | چگال و وزن پایین ولی بیشتر از الیاف بافته شده با شیشه |
| مقاومت در برابر خوردگی | حساستر نسبت فیبر کربن | مقاوم در برابر خوردگی، مواد شیمیایی، اسیدی و قلیایی |
| رسانایی | عایق جریان الکتریکی | رسانایی خوب |
| هزینه | ارزانتر از فیبر کربن | نسبتاً گران |
| ضخامت | در حدود 0.09-0.11 | در حدود 0.08-0.34 |
| مدول الاستیسیته | 70 | 200-240 |
| مقاومت کششی | 2000-2200 | 2000-5000 |
نقش الیاف کربن در پروژه های مقاوم سازی با FRP
فیبر کربن نوعی رویکرد نوین و اثبات شده در عرصه مهندسی بوده و به طرز قابل توجهی ایمنی و دوام سازهها را افزایش میدهد. در واقع پروژههی مختلف که در این زمینه اجرا شده نشان دهنده این واقعیت است که فناوریهای مبتنی بر این نوع الیاف، میتوانند هزینههای نگهداری سازهها را به شکل محسوسی کاهش دهند در حالیکه باعث افزایش عمر مفید سازهها هم میشوند. به همین دلیل نسبت به الیاف شیشه، بیشتر از فیبر کربن برای رفع نقاط ضعف سازههای قدیمی و بهینهسازی عملکرد ساختمانها در برابر نیروهای جانبی استفاده میکنند. لازم به ذکر است که یکی از کاربردهای رایج این نوع الیاف، دورپیچی ستونهای بتنی است که باعث افزایش مقاومت فشاری آنها میشود. همچنین با چسباندن نوارهایی از این نوع الیاف به زیر تیرهای بتنی، میتوان مقاومت آنها را برای تحمل بار بیشتر، بهبود بخشید.
افزون بر آن در سازههای مختلف، فیبر کربن برای تقویت دیوارها، دالها و اتصالات نیز به کار گرفته میشود. چون قابلیت تحمل دالها را در برابر بارهای سنگین افزایش داده و میتواند اتصالات ضعیف را به طرز موثری تقویت کند. فرایند استفاده از این نوع الیاف نیز بسیار ساده بوده و به این ترتیب میتواند نقش حیاتی در تقویت سازههای آسیبپذیر ایفا کند. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه میتوانید با متخصصان مقاوم سازی افزیر تماس بگیرید.
اهمیت الیاف شیشه در GFRP لاینینگ مخازن؛ از استحکام تا طول عمر بیشتر
یکی از کاربردهای بارز الیاف بافته شده با شیشه، ایجاد پوشش لاینینگ برای سازههای بتنی نظیر مخازن آب و مخازن ذخیرهسازی مواد شیمیایی است. در واقع این پوشش با جلوگیری از رشد جلبکها و قارچها، از آلودگی مخازن آب و دیگر مایعات جلوگیری کرده و گزینهای ایدهآل برای محافظت در برابر آسیب و فرسودگی آنها محسوب میشود.
در این روش، لایهای از الیاف بافته شده با شیشه، به همراه رزین مناسب بر روی جداره داخلی مخزن اجرا میشود و موجب افزایش قابل توجه مقاومت مخزن در شرایط مختلف میگردد. یکی دیگر از مزایای استفاده از فیبر شیشه در لاینینگ، مقاومسازی مخازن در برابر خوردگی است. این مشکل که معمولاً به جهت ارتباط مستقیم مخازن با رطوبت ایجاد میشود، با انجام روش لاینینگ و استفاده از الیاف شیشهای، به راحتی قابل حل است.
البته این فرآیند در پنج مرحله انجام میشود. مرحله اول شامل آمادهسازی سطح و پاکسازی آن از آلودگیها بوده و مرحله دوم مربوط به اجرای لایه پرایمر است. بعد از آن باید یک لایه رزین روی سطح اعمال شود و در نهایت پوشش نهایی اضافه گردد.
راهنمای و مشاوره خرید الیاف کربن و الیاف شیشه
الیاف FRP که شامل انواع مختلفی چون کربن و شیشه میشود، امروزه به یکی از پرکاربردترین مصالح در حوزه مقاومسازی تبدیل شده است. در واقع وجود ویژگیهایی نظیر مقاومت بالا، وزن مناسب، دوام و طول عمر این الیاف سبب گردیده آنها به گزینهای ایدهآل برای استفاده در صنایع مختلف مانند خودروسازی، هوافضا و عمران تبدیل شوند.
بااینحال، برای بهرهوری بهتر از این نوع الیاف، انتخاب نوع مناسب آنها بسیار حائز اهمیت است؛ زیرا این موضوع بستگی به شرایط خاص هر پروژه دارد. در ضمن این الیاف دارای ویژگیهای متفاوتی بوده و با قیمتهای متنوع و به صورت عمده یا جزئی عرضه میشوند. بنابراین پیش از خرید آنها، دریافت مشاوره جهت انتخاب بهترین گزینه از اهمیت بالایی برخوردار است. برای این منظور هم توصیه میشود با مشاوران مقاوم سازی افزیر تماس بگیرید تا با تخصص و تجربهای که دارند، شما را در انتخاب بهترین گزینه و نحوه اجرای آن، راهنمایی کنند.
انتهای پیام
