کاربن فائبر انڈسٹری کا گہرا تجزیہ: اعلی ترقی، نئے مواد کی وسیع جگہ اور اعلیٰ معیار کا ٹریک

کاربن فائبر، جسے 21ویں صدی میں نئے مواد کا بادشاہ کہا جاتا ہے، مواد میں ایک روشن موتی ہے۔کاربن فائبر (CF) ایک قسم کا غیر نامیاتی فائبر ہے جس میں 90٪ سے زیادہ کاربن مواد ہے۔کاربن ریڑھ کی ہڈی بنانے کے لیے نامیاتی ریشے (ویزکوز پر مبنی، پچ پر مبنی، پولی کریلونیٹریل پر مبنی ریشے، وغیرہ) کو پائرولائزڈ اور کاربنائز کیا جاتا ہے۔

تقویت یافتہ فائبر کی نئی نسل کے طور پر، کاربن فائبر میں بہترین میکانیکی اور کیمیائی خصوصیات ہیں۔اس میں نہ صرف کاربن مواد کی موروثی خصوصیات ہیں بلکہ اس میں ٹیکسٹائل فائبر کی نرمی اور عمل کی صلاحیت بھی ہے۔لہذا، یہ وسیع پیمانے پر ایرو اسپیس، توانائی کے سامان، نقل و حمل، کھیلوں اور تفریحی شعبوں میں استعمال کیا جاتا ہے

ہلکا وزن: بہترین کارکردگی کے ساتھ ایک اسٹریٹجک نئے مواد کے طور پر، کاربن فائبر کی کثافت تقریباً میگنیشیم اور بیریلیم کے برابر ہے، جو اسٹیل کے 1/4 سے بھی کم ہے۔کاربن فائبر مرکب کو ساختی مواد کے طور پر استعمال کرنے سے ساختی وزن کو 30% - 40% تک کم کیا جا سکتا ہے۔

اعلی طاقت اور اعلی ماڈیولس: کاربن فائبر کی مخصوص طاقت اسٹیل کی نسبت 5 گنا زیادہ اور ایلومینیم کھوٹ سے 4 گنا زیادہ ہے۔مخصوص ماڈیولس دیگر ساختی مواد کا 1.3-12.3 گنا ہے۔

چھوٹے توسیعی گتانک: زیادہ تر کاربن ریشوں کا تھرمل توسیعی گتانک کمرے کے درجہ حرارت پر منفی ہے، 200-400 ℃ پر 0، اور 1000 ℃ × 10-6/K سے کم پر صرف 1.5، زیادہ کام کرنے کی وجہ سے پھیلانا اور خراب کرنا آسان نہیں ہے۔ درجہ حرارت

اچھی کیمیائی سنکنرن مزاحمت: کاربن فائبر میں خالص کاربن کا مواد زیادہ ہوتا ہے، اور کاربن سب سے زیادہ مستحکم کیمیائی عناصر میں سے ایک ہے، جس کے نتیجے میں تیزاب اور الکلی ماحول میں اس کی بہت مستحکم کارکردگی ہوتی ہے، جسے ہر قسم کی کیمیائی اینٹی سنکنرن مصنوعات میں بنایا جا سکتا ہے۔

مضبوط تھکاوٹ مزاحمت: کاربن فائبر کی ساخت مستحکم ہے.پولیمر نیٹ ورک کے اعدادوشمار کے مطابق، تناؤ کی تھکاوٹ ٹیسٹ کے لاکھوں چکروں کے بعد، جامع کی طاقت برقرار رکھنے کی شرح اب بھی 60٪ ہے، جبکہ سٹیل کی 40٪، ایلومینیم 30٪، اور گلاس فائبر سے تقویت یافتہ پلاسٹک صرف 20٪ ہے۔ % - 25%

کاربن فائبر مرکب کاربن فائبر کی دوبارہ مضبوطی ہے۔اگرچہ کاربن فائبر اکیلے استعمال کیا جا سکتا ہے اور ایک مخصوص فنکشن ادا کر سکتا ہے، یہ سب کے بعد ایک ٹوٹنے والا مواد ہے.صرف اس صورت میں جب اسے میٹرکس مواد کے ساتھ ملا کر کاربن فائبر کمپوزٹ بنایا جائے تو یہ اپنی میکانکی خصوصیات کو بہتر انداز میں ادا کر سکتا ہے اور زیادہ بوجھ اٹھا سکتا ہے۔

کاربن ریشوں کو مختلف جہتوں کے مطابق درجہ بندی کیا جا سکتا ہے جیسے پیشگی قسم، مینوفیکچرنگ کا طریقہ اور کارکردگی

پیشگی قسم کے مطابق: polyacrylonitrile (Pan) کی بنیاد پر، پچ پر مبنی (isotropic، mesophase)؛ویسکوز بیس (سیلولوز بیس، ریون بیس)۔ان میں سے، پولی کریلونیٹریل (پین) پر مبنی کاربن فائبر مرکزی دھارے کی پوزیشن پر قابض ہے، اور اس کی پیداوار کل کاربن فائبر کا 90% سے زیادہ ہے، جب کہ ویزکوز پر مبنی کاربن فائبر کا حصہ 1% سے بھی کم ہے۔

مینوفیکچرنگ کے حالات اور طریقوں کے مطابق: کاربن فائبر (800-1600 ℃)، گریفائٹ فائبر (2000-3000 ℃)، چالو کاربن فائبر، بخارات سے اگنے والے کاربن فائبر۔

مکینیکل خصوصیات کے مطابق، اسے عام قسم اور اعلیٰ کارکردگی کی قسم میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: عام قسم کے کاربن فائبر کی طاقت تقریباً 1000MPa ہے، اور ماڈیولس تقریباً 100GPa ہے۔اعلی کارکردگی کی قسم کو اعلی طاقت کی قسم (طاقت 2000mPa، ماڈیولس 250gpa) اور اعلی ماڈل (modulus 300gpa یا اس سے زیادہ) میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، جن میں سے 4000mpa سے زیادہ طاقت کو انتہائی اعلی طاقت کی قسم بھی کہا جاتا ہے، اور ماڈیولس 450gpa سے زیادہ ہے۔ الٹرا ہائی ماڈل کہلاتا ہے۔

ٹو کے سائز کے مطابق، اسے چھوٹے ٹو اور بڑے ٹو میں تقسیم کیا جاسکتا ہے: چھوٹا ٹو کاربن فائبر بنیادی طور پر ابتدائی مرحلے میں 1K، 3K اور 6K ہے، اور آہستہ آہستہ 12K اور 24K میں تیار ہوا، جو بنیادی طور پر ایرو اسپیس، کھیلوں میں استعمال ہوتا ہے۔ اور تفریحی میدان۔48K سے اوپر کے کاربن ریشوں کو عام طور پر بڑے ٹو کاربن فائبر کہا جاتا ہے، بشمول 48K، 60K، 80K، وغیرہ، جو بنیادی طور پر صنعتی شعبوں میں استعمال ہوتے ہیں۔

کاربن فائبر کی خصوصیات کو جانچنے کے لیے تناؤ کی طاقت اور ٹینسائل ماڈیولس دو اہم اشاریہ جات ہیں۔اس کی بنیاد پر، چین نے 2011 میں PAN پر مبنی کاربن فائبر (GB/t26752-2011) کے لیے قومی معیار جاری کیا۔ ساتھ ہی، عالمی کاربن فائبر کی صنعت میں ٹورے کے مطلق معروف فائدہ کی وجہ سے، زیادہ تر گھریلو مینوفیکچررز بھی ٹورے کے درجہ بندی کے معیار کو اپناتے ہیں۔ ایک حوالہ کے طور پر.

1.2 اعلی رکاوٹیں اعلی اضافی قیمت لاتی ہیں۔عمل کو بہتر بنانے اور بڑے پیمانے پر پیداوار کا احساس نمایاں طور پر لاگت کو کم کر سکتا ہے اور کارکردگی میں اضافہ کر سکتا ہے۔

1.2.1 صنعت کی تکنیکی رکاوٹ زیادہ ہے، پیشگی پیداوار بنیادی ہے، اور کاربنائزیشن اور آکسیڈیشن کلید ہے

کاربن فائبر کی پیداوار کا عمل پیچیدہ ہے جس کے لیے اعلیٰ آلات اور ٹیکنالوجی کی ضرورت ہوتی ہے۔ہر لنک کی درستگی، درجہ حرارت اور وقت کا کنٹرول حتمی مصنوعات کے معیار کو بہت متاثر کرے گا۔Polyacrylonitrile کاربن فائبر اپنے نسبتاً آسان تیاری کے عمل، کم پیداواری لاگت اور تین کچرے کو آسان ٹھکانے لگانے کی وجہ سے اس وقت سب سے زیادہ استعمال ہونے والا اور سب سے زیادہ پیداواری کاربن فائبر بن گیا ہے۔اہم خام مال پروپین خام تیل سے بنایا جا سکتا ہے، اور PAN کاربن فائبر انڈسٹری چین میں بنیادی توانائی سے لے کر ٹرمینل ایپلی کیشن تک ایک مکمل مینوفیکچرنگ عمل شامل ہے۔

خام تیل سے پروپین تیار کرنے کے بعد، پروپین کے سلیکٹیو کیٹلیٹک ڈیہائیڈروجنیشن (PDH) کے ذریعے پروپیلین حاصل کی گئی۔

Acrylonitrile پروپیلین کے اموکسیڈیشن کے ذریعہ حاصل کیا گیا تھا۔Polyacrylonitrile (Pan) کا پیش خیمہ پولیمرائزیشن اور ایکریلونائٹرائل کی کتائی سے حاصل کیا گیا تھا۔

Polyacrylonitrile کو پہلے سے آکسائڈائز کیا جاتا ہے، کاربن فائبر حاصل کرنے کے لیے کم اور زیادہ درجہ حرارت پر کاربنائز کیا جاتا ہے، جسے کاربن فائبر کے تانے بانے اور کاربن فائبر مرکبات کی تیاری کے لیے کاربن فائبر پری پریگ میں بنایا جا سکتا ہے۔

کاربن فائبر کو رال، سیرامکس اور دیگر مواد کے ساتھ ملا کر کاربن فائبر کمپوزٹ بنایا جاتا ہے۔آخر میں، ڈاؤن اسٹریم ایپلی کیشنز کے لیے حتمی مصنوعات مختلف مولڈنگ کے عمل سے حاصل کی جاتی ہیں۔

پیشگی معیار اور کارکردگی کی سطح براہ راست کاربن فائبر کی حتمی کارکردگی کا تعین کرتی ہے۔لہذا، اسپننگ سلوشن کے معیار کو بہتر بنانا اور پیشگی تشکیل کے عوامل کو بہتر بنانا اعلیٰ معیار کے کاربن فائبر کی تیاری کے اہم نکات بن جاتے ہیں۔

"Polyacrylonitrile پر مبنی کاربن فائبر پیشگی کے پیداواری عمل پر تحقیق" کے مطابق، اسپننگ کے عمل میں بنیادی طور پر تین قسمیں شامل ہیں: گیلی کتائی، خشک کتائی اور خشک گیلی کتائی۔اس وقت، گیلی کتائی اور خشک گیلی کتائی بنیادی طور پر اندرون و بیرون ملک پولی کریلونیٹریل پیشگی تیار کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے، جن میں گیلی کتائی سب سے زیادہ استعمال ہوتی ہے۔

گیلے اسپننگ پہلے اسپنرٹ ہول سے گھومنے والے محلول کو باہر نکالتا ہے، اور گھومنے والا محلول چھوٹے بہاؤ کی صورت میں جمنے کے غسل میں داخل ہوتا ہے۔پولی کریلونیٹریل اسپننگ سلوشن کا اسپننگ میکانزم یہ ہے کہ اسپننگ سلوشن اور کوایگولیشن غسل میں DMSO کے ارتکاز کے درمیان ایک بڑا فرق ہے، اور کوایگولیشن غسل اور پولی کرائیلونیٹرائل محلول میں پانی کے ارتکاز کے درمیان بھی ایک بڑا فرق ہے۔مندرجہ بالا دو ارتکاز کے فرق کے تعامل کے تحت، مائع دو سمتوں میں پھیلنا شروع ہوتا ہے، اور آخر میں بڑے پیمانے پر منتقلی، حرارت کی منتقلی، مرحلے کے توازن کی نقل و حرکت اور دیگر عملوں کے ذریعے تنت میں گاڑھا ہو جاتا ہے۔

پیشگی کی پیداوار میں، DMSO کی بقایا مقدار، فائبر کا سائز، مونوفیلمنٹ کی طاقت، ماڈیولس، لمبا ہونا، تیل کا مواد اور ابلتے ہوئے پانی کا سکڑنا پیشگی کے معیار کو متاثر کرنے والے اہم عوامل بن جاتے ہیں۔مثال کے طور پر DMSO کی بقایا رقم کو لے کر، یہ حتمی کاربن فائبر پروڈکٹ کی پیشگی حالت، کراس سیکشن کی حالت اور CV قدر کی ظاہری خصوصیات پر اثر انداز ہوتا ہے۔DMSO کی بقایا رقم جتنی کم ہوگی، پروڈکٹ کی کارکردگی اتنی ہی زیادہ ہوگی۔پیداوار میں، DMSO کو بنیادی طور پر دھونے کے ذریعے ہٹا دیا جاتا ہے، لہذا دھونے کے درجہ حرارت، وقت، صاف پانی کی مقدار اور واشنگ سائیکل کی مقدار کو کیسے کنٹرول کیا جائے یہ ایک اہم کڑی بن جاتی ہے۔

اعلیٰ معیار کے پولی کریلونیٹریل پیشگی میں درج ذیل خصوصیات ہونی چاہئیں: اعلی کثافت، اعلی کرسٹل پن، مناسب طاقت، سرکلر کراس سیکشن، کم جسمانی نقائص، ہموار سطح اور یکساں اور گھنی جلد کی بنیادی ساخت۔

کاربنائزیشن اور آکسیکرن کا درجہ حرارت کنٹرول کلید ہے۔کاربنائزیشن اور آکسیکرن پیشگی سے کاربن فائبر حتمی مصنوعات کی تیاری میں ایک ضروری قدم ہے۔اس مرحلے میں، درجہ حرارت کی درستگی اور حد کو درست طریقے سے کنٹرول کیا جانا چاہیے، بصورت دیگر، کاربن فائبر مصنوعات کی تناؤ کی طاقت نمایاں طور پر متاثر ہوگی، اور یہاں تک کہ تار ٹوٹنے کا باعث بنے گی۔

پری آکسیڈیشن (200-300 ℃): پری آکسیڈیشن کے عمل میں، PAN کا پیش خیمہ آکسائڈائزنگ ماحول میں ایک خاص تناؤ کو لاگو کرکے آہستہ آہستہ اور ہلکے سے آکسائڈائز ہوتا ہے، جس سے پین سیدھی زنجیر کی بنیاد پر انگوٹھی کے ڈھانچے کی ایک بڑی تعداد بنتی ہے، تاکہ اعلی درجہ حرارت کے علاج کو برداشت کرنے کا مقصد حاصل کرنا۔

کاربنائزیشن (زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت 1000 ℃ سے کم نہیں): کاربنائزیشن کا عمل غیر فعال ماحول میں کیا جانا چاہئے۔کاربنائزیشن کے ابتدائی مرحلے میں، پین کا سلسلہ ٹوٹ جاتا ہے اور کراس لنکنگ ری ایکشن شروع ہوتا ہے۔درجہ حرارت میں اضافے کے ساتھ، تھرمل سڑن کا رد عمل بڑی تعداد میں چھوٹے مالیکیول گیسوں کو خارج کرنا شروع کر دیتا ہے، اور گریفائٹ کا ڈھانچہ بننا شروع ہو جاتا ہے۔جب درجہ حرارت مزید بڑھ گیا تو کاربن کا مواد تیزی سے بڑھ گیا اور کاربن فائبر بننا شروع ہوا۔

گرافٹائزیشن (علاج کا درجہ حرارت 2000 ℃ سے اوپر): گرافیٹائزیشن کاربن فائبر کی پیداوار کے لیے ضروری عمل نہیں ہے، بلکہ ایک اختیاری عمل ہے۔اگر کاربن فائبر کے اعلی لچکدار ماڈیولس کی توقع کی جاتی ہے تو، گرافٹائزیشن کی ضرورت ہے؛اگر کاربن فائبر کی اعلی طاقت کی توقع کی جاتی ہے، تو گرافٹائزیشن ضروری نہیں ہے۔گرافیٹائزیشن کے عمل میں، اعلی درجہ حرارت فائبر کو ایک ترقی یافتہ گریفائٹ میش ڈھانچہ بناتا ہے، اور ساخت کو حتمی مصنوعہ حاصل کرنے کے لیے ڈرائنگ کے ذریعے مربوط کیا جاتا ہے۔

اعلی تکنیکی رکاوٹیں نیچے کی دھارے کی مصنوعات کو اعلی اضافی قیمت کے ساتھ عطا کرتی ہیں، اور ایوی ایشن کمپوزٹ کی قیمت خام ریشم کے مقابلے میں 200 گنا زیادہ ہے۔کاربن فائبر کی تیاری اور پیچیدہ عمل کی زیادہ دشواری کی وجہ سے، مصنوعات جتنی زیادہ نیچے کی طرف جائیں گی، اضافی قیمت اتنی ہی زیادہ ہوگی۔خاص طور پر ایرو اسپیس فیلڈ میں استعمال ہونے والے اعلیٰ درجے کے کاربن فائبر مرکبات کے لیے، کیونکہ نیچے دھارے کے صارفین کو اس کی وشوسنییتا اور استحکام کے لیے بہت سخت تقاضے ہوتے ہیں، اس لیے پروڈکٹ کی قیمت بھی عام کاربن فائبر کے مقابلے میں جیومیٹرک متعدد ترقی کو ظاہر کرتی ہے۔