ألياف الكربون المقطوعة هي ألياف كربون قصيرة. هنا، تُعدّ ألياف الكربون مجرد تغيير شكلي، من خيط كربوني إلى خيط قصير، لكن أداء ألياف الكربون المقطوعة لم يتغير. فلماذا إذًا ترغب في قصّ خيط كربون جيد قصيرًا؟
أولاً، نبدأ بعملية صب المادة المركبة. عادةً ما تُنسج خيوط ألياف الكربون في قماش من ألياف الكربون أو تُصنع من ألياف الكربون المُشبّعة مسبقًا، ثم تمر عبر...عملية التشكيل، RTM، التعبئة في أكياس مفرغة من الهواء، علب الضغط الساخن وغيرها من العملياتفي مجموعة متنوعة من منتجات ألياف الكربون المركبة. وبالطبع، هناك أيضًا بعض عمليات القولبة التي لا تتطلب مواد وسيطة، حيث يتم صبها مباشرةً عبر خيوط ألياف الكربون، مثل قولبة السحب والقولبة باللف، وغيرها.
عند استخدام ألياف الكربون المنسوجة في قماش ألياف الكربون أو المُصنّعة في مادة مُشبّعة مسبقًا، فإنّ لها عيبًا طبيعيًا، وهو عدم قدرتها على الالتصاق بالقالب. وجود القالب هو أساس تشكيل المادة المركبة، ويختلف شكل القالب وشكل المادة المركبة النهائية. ومع ذلك، إذا لم يتناسب قماش ألياف الكربون أو مادة مُشبّعة مسبقًا مع القالب، فإنّ شكل المادة المركبة لا يتطابق معه. بالإضافة إلى ذلك، في بعض الزوايا، يسهل سد قماش ألياف الكربون، مما يُشكّل تجويفًا موضعيًا، مما يُؤدي في النهاية إلى انخفاض أداء منتجات ألياف الكربون المركبة.
خيوط ألياف الكربون داخل قماش ألياف الكربون أو مادة التشريب المسبق تكون متماسكة وغير قابلة للتحرك بسهولة. وخاصةً في حالة الضغط، تكون حركة الراتنج وخيوط ألياف الكربون ضعيفة للغاية، مما قد يؤدي في النهاية إلى صعوبات في التشكيل أو تدهور في الأداء.
كلما كان الطول أقصر، كلما كانت سيولة العمل أفضل.ألياف الكربون المفرومةمن المعروف أن تقنية حقن البلاستيك هي التقنية الأكثر استخدامًا وتطورًا في عملية صب البلاستيك. وإذا طُبّقت في إنتاج المواد المركبة، فستُحدث نقلة نوعية.
ومع ذلك، لا يمكن تقليل طول ألياف الكربون القصيرة، فكلما قصر طولها، ضعفت قوة الترابط بين الراتنج وألياف الكربون. ولأن قوة الترابط بين الراتنج وألياف الكربون تتناسب طرديًا مع مساحة التلامس بينهما، فإن تقصير الطول يعني انخفاض مساحة التلامس بشكل كبير.
ثم هناك تناقض هنا، وهو التناقض بين أداء الألياف القصيرة وقدرتها على الحركة. كلما زاد طول الألياف، قلّ احتمال تشتتها، حيث يسهل ربطها ببعضها، ولكن كلما زادت قوة مزيج الألياف والراتنج، ارتفع أداء المواد المركبة. كلما قصر طول الألياف، كان تشتتها أسهل، مع سيولة جيدة، إلا أن رابطة الألياف والراتنج تكون ضعيفة بعض الشيء. يتطلب موازنة هذا التناقض دراسةً، وعادةً ما تُستخدم حبيبات بلاستيكية مقواة بألياف الكربون القصيرة، بأطوال تتراوح بين 1 و9 مم.
هناك أيضًا طريقة لتعزيز قوة الترابط بين ألياف الكربون والراتنج، وهي عامل تحديد الحجم. عادةً ما يكون هناك عامل تحديد الحجم على سطحألياف الكربونالمصنع، الذي يستخدم لحماية ألياف الكربون من الوبر في عملية التعبئة والنقل والتشغيل، ومن ناحية أخرى، يتم استخدامه لدمج ألياف الكربون والراتنج، ويلعب دور تعزيز قوة الترابط.
مع ذلك، يُستخدم عامل التحجيم هذا أساسًا للراتنجات الحرارية الصلبة. معظم الراتنجات المستخدمة في صناعة الكريات هي راتنجات لدنة حرارية، لذا يجب إعادة ضبط عامل التحجيم. تتمثل الخطوة الأولى في حرق عامل التحجيم الأصلي وتكوين طبقة جديدة منه؛ أما الخطوة الثانية فتتمثل في إعادة ضبط عامل التحجيم بناءً على عامل التحجيم الأصلي، وهو ما يُسمى بالتحجيم الثانوي.
بالإضافة إلى تصنيع الحبيبات المستخدمة في عملية القولبة بالحقن،ألياف الكربون المفرومةللألياف الكربونية استخدامات أخرى، مثل استخدامها كسجادة أو ورق. الطول المطلوب لألياف الكربون المقطعة سيكون أطول من طول الألياف المقطعة للحبيبات.
بالإضافة إلى ألياف الكربون المقطعة عشوائيًا، توجد أيضًا ألياف كربون مقطعة مجمعة. تُقطع هذه الألياف القصيرة قبل سحب ألياف الكربون لنوع محدد مسبقًا، ثم تتميز الألياف المقطوعة بخصائص الحزمة، وتحتوي على كمية راتنج أكبر بكثير من الألياف المقطوعة الأخرى.
وقت النشر: ٨ أكتوبر ٢٠٢٤
