कार्बन फाइबर कloth का मटेरियल कौन सा होता है?

समझना कार्बन फाइबर कपड़ा रचना

कच्चे मटेरियल: पॉलिमर से कार्बन तक

कार्बन फाइबर कपड़ा अपना जीवन काफी अच्छे कच्चे माल से शुरू करता है, जिसमें मुख्य रूप से पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल या संक्षिप्त रूप में PAN के साथ-साथ पिच शामिल है। यहां सबसे ज्यादा महत्व इस बात का है कि इन फाइबर्स को बनाने में क्या उपयोग किया जाता है, क्योंकि यही अंतिम उत्पाद की विशेषताओं का निर्धारण करता है। आज के समय में बाजार में मौजूद ज्यादातर कार्बन फाइबर कच्चे माल के रूप में PAN से ही बनता है, जो उत्पादन का लगभग 90% हिस्सा बनाता है। शेष 10%? वहां पर पिच और पुराने ढंग के रेयॉन का उपयोग होता है। जब निर्माता अपने शुरुआती सामग्री का चयन करते हैं, तो उसकी गुणवत्ता ही इस बात का फैसला करती है कि कपड़ा कितना मजबूत होगा, काम में लेने पर यह कितना कठोर होगा, और यह गर्मी के तनाव के अधीन रहने योग्य होगा या नहीं। यह मूलभूत चयन प्रक्रिया विभिन्न अनुप्रयोगों में अंतिम परिणामों पर बहुत बड़ा प्रभाव डालती है।

पॉलिमर को कार्बन में बदलना पूरी तरह से हर कदम को सही ढंग से निभाने पर निर्भर करता है। कार्बनीकरण के उदाहरण पर विचार करें। पीएएन (पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल) से कार्बन फाइबर बनाते समय निर्माता सामग्री को बहुत अधिक तापमान पर ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में गर्म करते हैं। यह प्रक्रिया मूल रूप से कार्बन के अलावा सब कुछ जला देती है और उन विशेष फाइबर गुणों को सुरक्षित कर लेती है जिन्हें हम चाहते हैं। इस कठोर उपचार के बाद प्रसंस्करण के एक और दौर में फाइबर को इलाज और साइज़ किया जाता है ताकि वे कपड़ा बुनते समय एक साथ बेहतर ढंग से चिपके रहें। और यहां एक दिलचस्प बात है: यदि शुरुआती सामग्री अच्छी गुणवत्ता की नहीं है, तो आगे की प्रक्रिया में सब कुछ बिखर जाता है। यही कारण है कि गंभीर उत्पादक अपने संचालन में उच्च गुणवत्ता वाली कच्ची सामग्री का उपयोग करने पर जोर देते हैं। बेहतर इनपुट का मतलब है मजबूत, अधिक विश्वसनीय कार्बन फाइबर कपड़ा आखिरी विश्लेषण में।

भूमिका कार्बन फाइबर तंतु कपड़ा संरचना

कार्बन फाइबर के कपड़े की संरचना वास्तव में यह निर्धारित करती है कि यह यांत्रिक रूप से क्या कर सकता है और इसका उपयोग कहाँ किया जाता है। हम तीन मुख्य प्रकार देखते हैं: एकदिश, बुना हुआ, और गैर-बुना हुआ विन्यास, प्रत्येक विशिष्ट उद्देश्यों के लिए कुछ अलग लाता है। एकदिश कार्बन फाइबर के साथ, वे सभी अत्यधिक मजबूत फाइबर केवल एक दिशा में संरेखित होते हैं। इससे उस अक्ष के साथ अद्भुत शक्ति मिलती है, लेकिन यदि किसी को कई दिशाओं में शक्ति की आवश्यकता होती है, तो उन्हें कई अभिविन्यासों को एक साथ परतदार करना होगा। बुने हुए संस्करण फिर सामग्री को आगे बढ़ाते हैं जैसे सादे बुनाई, ट्विल बुनाई, या यहां तक कि साटन बुनाई के पैटर्न में फाइबर को पार करके। ये सामग्री बनाते हैं जो एक समय में दो दिशाओं में अच्छी तरह से टिक जाती हैं, जबकि विमान के बाहरी हिस्सों या खेल कार के शरीर पर भी अच्छी तरह से दिखती हैं।

समय के साथ शोधकर्ताओं द्वारा पाया गया है कि किसी वस्त्र की बनावट कितनी मजबूत और लचीली होगी, इसे वास्तव में इस बात से निर्धारित किया जाता है कि वह कैसे बनाई गई है। बुने हुए वस्त्रों का उदाहरण लें, जिनमें फाइबर विभिन्न दिशाओं में जाते हैं, जिससे उन्हें मजबूती और लचीलापन के बीच अच्छा संतुलन प्राप्त होता है। इससे विमान के भागों या कार के घटकों जैसी चीजों में आवश्यक जटिल आकृतियों के लिए उन्हें बहुत उपयुक्त बनाता है। दूसरी ओर, जब हमें किसी एक विशेष दिशा में अधिकतम शक्ति की आवश्यकता होती है, जैसा कि कुछ एयरोस्पेस भागों में होता है, तो एकदिश ढांचे सबसे अच्छा काम करते हैं। कार्बन फाइबर वस्त्र के सही प्रकार का चयन केवल इस बात का ध्यान रखने से नहीं होता कि कागज पर कुछ ठीक लग रहा है। विभिन्न उद्योगों को विभिन्न प्रदर्शन विशेषताओं की आवश्यकता होती है, इसलिए कई क्षेत्रों में विनिर्माण लागत से लेकर अंतिम उत्पाद की गुणवत्ता तक हर चीज के लिए इस चयन को सही करना बहुत महत्वपूर्ण है।

कार्बन फाइबर कपड़े का निर्माण प्रक्रिया

पूर्वग उपादान और ऑक्सीकरण

कार्बन फाइबर के कपड़े को बनाना उचित शुरुआती सामग्री की तैयारी से शुरू होता है, जो ऑक्सीकरण के दौरान फाइबर को स्थिर रखने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। अधिकांश निर्माता पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल (PAN) या पिच का उपयोग अपनी आधार सामग्री के रूप में करते हैं। इन सामग्रियों को कार्बन फाइबर में बदलने से पहले काफी अधिक तैयारी की आवश्यकता होती है। पूरी प्रक्रिया में ऑक्सीकरण शामिल होता है, जहां कुछ रसायनों का उपयोग किया जाता है, ताकि अगले चरण में कार्बन बनाने की प्रक्रिया के दौरान सब कुछ स्थिर रहे। यहां जो होता है, वह काफी सीधा है - गैर-कार्बन परमाणुओं को बाहर निकाल दिया जाता है, जिससे मजबूत कार्बन संरचना बची रहती है। लोग आमतौर पर ओजोन गैस के संपर्क में लाने या बस सामान्य हवा में रखने की विधि का उपयोग करते हैं, जबकि यह नियंत्रित किया जाता है कि प्रत्येक चरण कितनी देर तक होगा, ताकि अंतिम उत्पाद अच्छी तरह से काम करे और आसानी से खराब न हो।

कार्बनाइज़ेशन और ग्राफ़ाइटकरण

स्थिरीकरण के बाद, तंतु कार्बनीकरण से गुजरते हैं, जिसमें उन्हें वास्तविक कार्बन में बदलने के लिए बहुत अधिक तापमान पर गर्म किया जाता है। यह लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस से लेकर 3000 डिग्री सेल्सियस तक होता है। इन चरम तापमानों पर, अधिकांश गैर-कार्बन सामग्री जलकर नष्ट हो जाती है, जिससे अधिकांशतः शुद्ध कार्बन तंतुओं को छोड़ दिया जाता है। कुछ तंतुओं में ग्रेफाइटीकरण नामक एक अतिरिक्त चरण भी हो सकता है, जिसमें उन्हें 3000 डिग्री से भी अधिक गर्म किया जाता है। इस अतिरिक्त गर्मी से सामग्री में कुछ संरचनात्मक परिवर्तन होते हैं, जो वास्तव में इसे मजबूत और सुदृढ़ बनाते हैं। पूरी प्रक्रिया कितनी अच्छी तरह से काम करती है, यह प्रत्येक चरण के दौरान चीजों को नियंत्रित रखने पर बहुत अधिक निर्भर करती है। यदि निर्माता इन तापमान संवेदनशील चरणों में से किसी भी भाग में गलती कर देते हैं, तो यह अंतिम कार्बन फाइबर कपड़े की गुणवत्ता को वास्तव में प्रभावित कर सकता है।

कार्बन फाइबर कपड़े के लिए बुनाई के तकनीक

कार्बन फाइबर के वस्त्र बुनाई कई अलग-अलग रूपों में आती है, जिनमें से प्रत्येक का विशेष उद्देश्यों और सामग्री की विशेषताओं के लिए डिज़ाइन किया गया है। मुख्य प्रकार सादे, ट्विल और साटिन बुनाई हैं, जो लचीलापन, स्थिरता और समग्र शक्ति के संदर्भ में अपने स्वयं के विशिष्ट लाभ लाते हैं। सादे बुनाई समान यांत्रिक विशेषताओं को सुनिश्चित करती है। ट्विल बुनाई वस्त्रों को अधिक लचीला बनाती है, जिसके कारण निर्माता जटिल आकृतियों और विस्तृत पैटर्न के लिए इस प्रकार का चयन करते हैं। साटिन बुनाई अत्यधिक सुचारु सतहें बनाती है और सामग्री को आसानी से मोड़ने की अनुमति देती है, इसलिए यह उन स्थानों पर अच्छी तरह से काम करती है जहां दिखावट सबसे महत्वपूर्ण होती है। उद्योग के अनुसंधान से पता चलता है कि उचित बुनाई के चयन से उत्पादन लागत और अंतिम उत्पाद के प्रदर्शन में काफी अंतर पड़ सकता है, जिसके कारण कंपनियां अपनी आवश्यकताओं के अनुकूल कौन सी बुनाई उपयुक्त होगी, इसे तय करने में बहुत समय लगाती हैं।

एकदिशात्मक बनाम इंटरलोक्ड कार्बन फाइबर प्लेट स्टाइल

एकदिश और बुने हुए कार्बन फाइबर प्लेट्स के बीच मुख्य अंतर उनके निर्माण के तरीके और उनकी भार वहन करने की क्षमता में होता है। एकदिश प्लेट्स में, सभी कार्बन फाइबर एक ही दिशा में सीधे चलते हैं, जिससे उस दिशा में उन्हें अद्भुत शक्ति और कठोरता प्राप्त होती है। यह उन्हें विमान के भागों जैसी चीजों के लिए आदर्श बनाता है, जिन्हें केवल एक कोण से आने वाले तीव्र बलों का सामना करना पड़ता है। दूसरी ओर, बुने हुए कार्बन फाइबर में उन्हीं फाइबर्स को कोणों पर एक दूसरे में बुना जाता है, आमतौर पर 0/90 डिग्री या कभी-कभी 45 डिग्री के क्रॉस पैटर्न में। इससे एक ऐसी सामग्री बनती है जो विभिन्न दिशाओं से आने वाले तनाव का अच्छा सामना कर सकती है। मोटर उद्योग में इसका उपयोग कार के शरीर बनाने के लिए किया जाता है, जिन्हें सामने से पीछे और तिरछे दिशाओं में भी मजबूती की आवश्यकता होती है। नाव बनाने वाले भी बुने हुए कार्बन पर अधिक भरोसा करते हैं, क्योंकि उनके जहाजों को पानी पर विभिन्न कोणों से आने वाली लहरों का सामना करना पड़ता है।

ये विभिन्न शैलियों में भी काफी भिन्न यांत्रिक विशेषताएं होती हैं। जब हम एकदिशीय प्लेट्स की बात करते हैं, तो ये फाइबर्स की दिशा में तन्यता और मोड़ने के प्रतिरोध में बहुत मजबूत होती हैं। इससे ये उन स्थितियों में अधिकतम स्थायित्व के लिए उपयुक्त बनाता है जहां एक विशेष दिशा में स्थायित्व की आवश्यकता होती है। लेकिन यहां एक बात का ध्यान रखना होगा कि यदि बल किसी किनारे या तिरछी दिशा से आए, तो ये काफी कमजोर हो जाती हैं। बुने हुए प्लेट्स की कहानी कुछ अलग होती है। वे किसी एक दिशा में उतनी शक्ति नहीं दिखाते, लेकिन जो शक्ति उन्हें सीधी रेखा में कम होती है, उसकी भरपाई वे कई दिशाओं में संतुलित प्रदर्शन के साथ करते हैं। इस तरह की विविधता उन्हें विभिन्न तनाव परिस्थितियों के तहत बेहतर ढंग से टिके रहने में मदद करती है। अधिकांश अनुभवी इंजीनियर एकदिशीय सामग्री की ओर इशारा करेंगे जब वे किसी संरचना पर काम कर रहे हों जिसमें किसी विशिष्ट रेखा में असाधारण शक्ति की आवश्यकता होती हो, जबकि बुने हुए विकल्प आमतौर पर विजयी रहते हैं जब भी एक साथ कई दिशाओं से अप्रत्याशित भार आ रहा हो।

कार्बन रेखा से बनी हाइब्रिड फैब्रिक

कार्बन फाइबर एडहेसिव के साथ बनाए गए संकर फैब्रिक उन्नत विनिर्माण में अधिक से अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहे हैं। ये सामग्री कार्बन फाइबर को अन्य पदार्थों के साथ जोड़ती हैं ताकि समग्र प्रदर्शन मापदंडों में सुधार किया जा सके। नवीनतम एडहेसिव प्रौद्योगिकियों में कार्बन फाइबर और विभिन्न आधार सामग्री के बीच बेहतर बंधन संभव होता है, जिसका अर्थ है कि अंतिम उत्पाद अधिक तनाव सहन कर सकता है और भार को अधिक समान रूप से वितरित कर सकता है। कार्बन फाइबर एडहेसिव को इतना मूल्यवान बनाने वाली बात उनका उत्पादन लागत और दक्षता पर प्रभाव है। यह उत्पादन के दौरान कार्बन फाइबर को जटिल फैब्रिक संरचनाओं में शामिल करना बहुत आसान बना देता है। यह सुव्यवस्थित दृष्टिकोण इंजीनियरों को सम्मिश्रित कपड़े बनाने में सक्षम बनाता है, जो अद्वितीय शक्ति बनाए रखते हुए आश्चर्यजनक रूप से हल्के रहते हैं। ऐसे गुण उन्हें एयरोस्पेस घटकों के लिए आदर्श बनाते हैं, जहां वजन में कमी सीधे ईंधन दक्षता में वृद्धि का अनुवाद करती है।

एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव निर्माता हाइब्रिड फैब्रिक्स को अपनाना शुरू कर चुके हैं क्योंकि वे पारंपरिक सामग्रियों की तुलना में बेहतर परिणाम देते हैं। विमानों और अंतरिक्ष यानों के लिए, ये संयुक्त सामग्री अपनी अद्वितीय शक्ति के कारण खड़े होते हैं, जबकि अनावश्यक मात्रा में वृद्धि किए बिना हल्के होते हैं। वे समय के साथ टूटे बिना कठिन परिस्थितियों को भी संभालते हैं। कार निर्माताओं को यह भी समान रूप से मूल्यवान लगता है क्योंकि वे मानक विकल्पों की तुलना में बिना फटे झुक सकते हैं और प्रभावों को बेहतर ढंग से अवशोषित कर सकते हैं। जब डिज़ाइनिंग सुरक्षित वाहनों की बात आती है, तो यह बहुत मायने रखता है जिन्हें अभी भी कठोर ईंधन अर्थव्यवस्था मानकों को पूरा करने की आवश्यकता होती है। क्योंकि अधिक से अधिक कंपनियां विभिन्न क्षेत्रों में हाइब्रिड फैब्रिक तकनीक के साथ प्रयोग कर रही हैं, हम वास्तविक सुधारों को देख रहे हैं, जो विमान घटकों से लेकर रेस कार के शरीर तक हैं। इन सामग्रियों की बहुमुखी प्रतिभा का अर्थ है कि अब इंजीनियर पहले से असंभव समस्याओं को हल कर सकते हैं।

कार्बन फाइबर कloth के मुख्य गुण

भार-दक्षता अनुपात की शीर्षता

जब ताकत और वजन की तुलना होती है, तो कार्बन फाइबर कपड़ा स्टील और एल्युमीनियम जैसी पुरानी सामग्री की तुलना में अलग खड़ा होता है। कार्बन फाइबर को इतना खास क्या बनाता है? यह स्टील की तुलना में लगभग पांच गुना मजबूत होता है लेकिन काफी कम वजनी होता है, जो निर्माताओं को बहुत पसंद आता है जब उन्हें ऐसी चीजों की आवश्यकता होती है जो मजबूत होने के साथ-साथ हल्की भी हों। परीक्षणों से पता चला है कि कार्बन फाइबर दबाव का सामना कर सकता है बिना अतिरिक्त वजन बढ़ाए। उन उद्योगों के लिए जहां हर औंस का महत्व होता है, यह सामग्री एक खेल बदलने वाली साबित हुई है। उदाहरण के लिए विमान। एयरलाइनों द्वारा कार्बन फाइबर वाले भागों में स्विच करने से आमतौर पर कुल वजन कम हो जाता है, जिसका मतलब है कम ईंधन खपत और दोबारा ईंधन भरने के बीच अधिक दूरी तक उड़ान भरना। जमीन पर, कार निर्माता भी इसी तरह के लाभ प्राप्त कर रहे हैं। कार्बन फाइबर वाले भागों से बनी कारों का वजन अक्सर मूल वजन का आधा रह जाता है, जिससे लगभग 35% तक ईंधन की खपत में सुधार होता है और फिर भी यात्रियों की सुरक्षा बनी रहती है। Energy.gov इन आंकड़ों का समर्थन करता है, हालांकि वास्तविक परिणाम उपयोग के आधार पर अलग-अलग हो सकते हैं।

थर्मल और इलेक्ट्रिकल कंडक्टिविटी

कार्बन फाइबर के बारे में जो बात वास्तव में उभरकर सामने आती है, वह यह है कि यह सामान्य इन्सुलेटिंग सामग्री की तुलना में ऊष्मा का संचालन करने में कितनी अच्छी है। अधिकांश इन्सुलेटर ऊष्मा स्थानांतरण को रोककर काम करते हैं, लेकिन कार्बन फाइबर वास्तव में ऊष्मा को कुशलतापूर्वक चारों ओर स्थानांतरित करती है। यह उन स्थितियों में तापमान को प्रबंधित करने के लिए इसे बहुत अच्छा बनाता है जहां चीजें अत्यधिक गर्म हो जाती हैं। यह सामग्री लंबे समय तक तीव्र गर्मी के संपर्क में आने पर भी खराब नहीं होती है, जो यह स्पष्ट करती है कि एयरोस्पेस और औद्योगिक वातावरण में जहां तापमान नियंत्रण महत्वपूर्ण है, निर्माता इस पर इतना भरोसा क्यों करते हैं। इसके विद्युत चालकता के एक अन्य दिलचस्प गुण भी हैं। यह केवल सैद्धांतिक बात नहीं है। इलेक्ट्रॉनिक्स कंपनियां पहले से ही कार्बन फाइबर का उपयोग उन भागों को बनाने के लिए कर रही हैं जिन्हें विद्युत धारा का संचालन करने की आवश्यकता होती है बिना दक्षता खोए। कुछ वास्तविक दुनिया के परीक्षणों में दिखाया गया है कि सर्किट बोर्ड और कनेक्टर्स में कार्बन फाइबर को शामिल करने से सिग्नल इंटेग्रिटी में सुधार होता है, जबकि बोर्ड पर ऊर्जा नुकसान कम हो जाता है।

रासायनिक प्रतिरोध और स्थायित्व

कार्बन फाइबर कपड़ा अपनी उस क्षमता के कारण खास है कि यह तमाम तरह के औद्योगिक रसायनों और विलायकों का सामना कर सकता है, जिससे इसकी उम्र बढ़ जाती है। जब सामग्री इन रसायनों का प्रतिरोध करती है, तो वे आमतौर पर अधिक समय तक चलते हैं और समय के साथ पैसे बचाते हैं, खासकर कठिन वातावरणों में जहां अन्य सामग्रियों को नष्ट करने वाली चीजों के संपर्क में आते रहते हैं। निर्माण स्थलों और कारखानों में यह गुण बहुत उपयोगी होता है क्योंकि उनके उपकरण हर रोज काफी मुश्किल परिस्थितियों का सामना करते हैं। शोध से पता चलता है कि कार्बन फाइबर अपने आकार और ताकत को तब भी बरकरार रखता है जब इसे काफी खराब करने वाली स्थितियों में डाल दिया जाए। इस रासायनिक प्रतिरोध के साथ-साथ इसकी मजबूती और गर्मी का सामना करने की क्षमता को देखकर समझ आती है कि विभिन्न उद्योगों में कई परियोजनाओं के लिए कार्बन फाइबर कपड़े की ओर क्यों रुख किया जाता है जहां सामग्री को सालों-साल तक चलने की आवश्यकता होती है।