कार्बन-फाइबर-प्रबलित पॉलिमर: Difference between revisions

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सीएफआरपी [[समग्र सामग्री]] हैं। इस स्थितियों में सम्मिश्र में दो भाग होते हैं:  मैट्रिक्स और  सुदृढीकरण। सीएफआरपी में सुदृढीकरण कार्बन फाइबर है, जो इसकी ताकत प्रदान करता है। सुदृढीकरण को एक साथ बांधने के लिए मैट्रिक्स सामान्यतः  बहुलक राल होता है, जैसे कि एपॉक्सी।<ref>{{cite web |first=Dmitri |last=Kopeliovich |url=http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=carbon_fiber_reinforced_polymer_composites |title=Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20120514092827/http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=carbon_fiber_reinforced_polymer_composites |archive-date=14 May 2012}}. substech.com</ref> क्योंकि सीएफआरपी में दो अलग-अलग तत्व होते हैं, भौतिक गुण इन दो तत्वों पर निर्भर करते हैं।
सीएफआरपी [[समग्र सामग्री]] हैं। इस स्थितियों में सम्मिश्र में दो भाग होते हैं:  मैट्रिक्स और  सुदृढीकरण। सीएफआरपी में सुदृढीकरण कार्बन फाइबर है, जो इसकी ताकत प्रदान करता है। सुदृढीकरण को एक साथ बांधने के लिए मैट्रिक्स सामान्यतः  बहुलक राल होता है, जैसे कि एपॉक्सी।<ref>{{cite web |first=Dmitri |last=Kopeliovich |url=http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=carbon_fiber_reinforced_polymer_composites |title=Carbon Fiber Reinforced Polymer Composites |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20120514092827/http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=carbon_fiber_reinforced_polymer_composites |archive-date=14 May 2012}}. substech.com</ref> क्योंकि सीएफआरपी में दो अलग-अलग तत्व होते हैं, भौतिक गुण इन दो तत्वों पर निर्भर करते हैं।


सुदृढीकरण सीएफआरपी को इसकी ताकत और कठोरता देता है, जिसे क्रमशः [[तनाव (यांत्रिकी)]] और [[लोचदार मापांक]] द्वारा मापा जाता है। स्टील और एल्यूमीनियम जैसी [[आइसोट्रॉपी]] सामग्री के विपरीत, सीएफआरपी में दिशात्मक शक्ति गुण होते हैं। सीएफआरपी के गुण कार्बन फाइबर के लेआउट और बहुलक के सापेक्ष कार्बन फाइबर के अनुपात पर निर्भर करते हैं।<ref>{{cite web |title=Basic Properties of Reference Crossply Carbon-Fiber Composite, ORNL/TM-2000/29, Pub57518 |first1=J. M. |last1=Corum |first2=R. L. |last2=Battiste |first3=K. C |last3=Liu |first4=M. B. |last4=Ruggles |date=February 2000 |publisher=Oak Ridge National Laboratory |url=https://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub57518.pdf |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20161227203159/http://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub57518.pdf |archive-date=27 December 2016}}</ref> कार्बन फाइबर और बहुलक मैट्रिक्स के गुणों का उपयोग करके समग्र सामग्री के शुद्ध लोचदार मापांक को नियंत्रित करने वाले दो अलग-अलग समीकरण कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक पर भी प्रयुक्त  हो सकते हैं।<ref name=":0">{{cite book|title= Mechanical Behavior of Materials|last= Courtney|first= Thomas|publisher= Waveland Press, Inc.|year= 2000|isbn= 1-57766-425-6|location= United States of America|pages= 247–249}}</ref> निम्नलिखित समीकरण,
सुदृढीकरण सीएफआरपी को इसकी ताकत और कठोरता देता है, जिसे क्रमशः [[तनाव (यांत्रिकी)]] और [[लोचदार मापांक]] द्वारा मापा जाता है। स्टील और एल्यूमीनियम जैसी [[आइसोट्रॉपी]] सामग्री के विपरीत, सीएफआरपी में दिशात्मक शक्ति के गुण होते हैं। सीएफआरपी के गुण कार्बन फाइबर के विन्यास और बहुलक के सापेक्ष कार्बन फाइबर के अनुपात पर निर्भर करते हैं।<ref>{{cite web |title=Basic Properties of Reference Crossply Carbon-Fiber Composite, ORNL/TM-2000/29, Pub57518 |first1=J. M. |last1=Corum |first2=R. L. |last2=Battiste |first3=K. C |last3=Liu |first4=M. B. |last4=Ruggles |date=February 2000 |publisher=Oak Ridge National Laboratory |url=https://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub57518.pdf |url-status=live |archive-url=https://web.archive.org/web/20161227203159/http://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub57518.pdf |archive-date=27 December 2016}}</ref> कार्बन फाइबर और बहुलक मैट्रिक्स के गुणों का उपयोग करके समग्र सामग्री के शुद्ध लोचदार मापांक को नियंत्रित करने वाले दो अलग-अलग समीकरण कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक पर भी प्रयुक्त  हो सकते हैं।<ref name=":0">{{cite book|title= Mechanical Behavior of Materials|last= Courtney|first= Thomas|publisher= Waveland Press, Inc.|year= 2000|isbn= 1-57766-425-6|location= United States of America|pages= 247–249}}</ref> निम्नलिखित समीकरण,
:<math>E_c = V_mE_m + V_fE_f</math>
:<math>E_c = V_mE_m + V_fE_f</math>
प्रयुक्त  भार की दिशा में उन्मुख तंतुओं के साथ समग्र सामग्री के लिए मान्य है। <math>E_c</math> कुल समग्र मापांक है, <math>V_m</math> और <math>V_f</math> समग्र में क्रमशः मैट्रिक्स और फाइबर के आयतन अंश हैं, और <math>E_m</math> और <math>E_f</math> क्रमशः मैट्रिक्स और फाइबर के लोचदार मोडुली हैं।<ref name=":0"/>अनुप्रयुक्त भार के अनुप्रस्थ तंतुओं के साथ सम्मिश्र के लोचदार मापांक का अन्य चरम स्थितियों निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके पाया जा सकता है:<ref name=":0"/>:<math>E_c = \left( \frac{V_m}{E_m} + \frac{V_f}{E_f} \right)^{-1}</math>
प्रयुक्त  भार की दिशा में उन्मुख तंतुओं के साथ समग्र सामग्री के लिए मान्य है। <math>E_c</math> कुल समग्र मापांक है, <math>V_m</math> और <math>V_f</math> समग्र में क्रमशः मैट्रिक्स और फाइबर के आयतन अंश हैं, और <math>E_m</math> और <math>E_f</math> क्रमशः मैट्रिक्स और फाइबर के लोचदार मोडुली हैं।<ref name=":0"/>अनुप्रयुक्त भार के अनुप्रस्थ तंतुओं के साथ सम्मिश्र के लोचदार मापांक का अन्य चरम स्थितियों निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके पाया जा सकता है:<ref name=":0"/>:
कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक की फ्रैक्चर बेरहमी निम्नलिखित तंत्रों द्वारा नियंत्रित होती है: 1) कार्बन फाइबर और पॉलिमर मैट्रिक्स के बीच डिबॉन्डिंग, 2) फाइबर पुल-आउट, और 3) सीएफआरपी शीट्स के बीच प्रदूषण।<ref name=":1">{{cite book |title=Composite Materials |last=Chawla |first=Krishan |publisher=Springer |year=2013 |isbn=978-0-387-74364-6 |location=United States of America }}</ref> विशिष्ट एपॉक्सी-आधारित सीएफआरपी वस्तुतः कोई प्लास्टिसिटी नहीं दिखाते हैं, जिसमें विफलता के लिए 0.5% से कम तनाव होता है। चूंकि  एपॉक्सी वाले सीएफआरपी में उच्च शक्ति और लोचदार मापांक होता है, भंगुर फ्रैक्चर यांत्रिकी विफलता का पता लगाने में इंजीनियरों के लिए अद्वितीय चुनौतियां प्रस्तुत  करती हैं क्योंकि विफलता भयावह रूप से होती है।<ref name=":1"/>जैसे, सीएफआरपी को सख्त करने के हालिया प्रयासों में वर्तमान  एपॉक्सी सामग्री को संशोधित करना और वैकल्पिक बहुलक मैट्रिक्स खोजना सम्मिलित  है। उच्च संभावना वाली ऐसी ही  सामग्री [[पॉलीथर ईथर कीटोन]] है, जो समान लोचदार मापांक और तन्य शक्ति के साथ अधिक कठोरता का क्रम प्रदर्शित करता है।<ref name=":1"/>चूंकि , PEEK को संसाधित करना अधिक कठिन और अधिक महंगा है।<ref name=":1"/>


इसकी उच्च प्रारंभिक शक्ति-से-भार अनुपात के अतिरिक्त , सीएफआरपी की  डिजाइन सीमा इसकी निश्चित थकान सीमा की कमी है। इसका अर्थ है, सैद्धांतिक रूप से, तनाव चक्र की विफलता से इंकार नहीं किया जा सकता है। जबकि स्टील और कई अन्य संरचनात्मक धातुओं और मिश्र धातुओं में अनुमानित थकान या धीरज की सीमा होती है, कंपोजिट के जटिल विफलता मोड का कारण है कि सीएफआरपी की थकान विफलता गुणों का अनुमान लगाना और उनके खिलाफ डिजाइन करना कठिनाई  है। परिणाम स्वरुप , महत्वपूर्ण चक्रीय-लोडिंग अनुप्रयोगों के लिए सीएफआरपी का उपयोग करते समय, इंजीनियरों को अपने सेवा जीवन पर उपयुक्त घटक विश्वसनीयता प्रदान करने के लिए अधिक  शक्तिशाली  सुरक्षा मार्जिन में डिजाइन करने की आवश्यकता हो सकती है।
<math>E_c = \left( \frac{V_m}{E_m} + \frac{V_f}{E_f} \right)^{-1}</math>


तापमान और आर्द्रता जैसे पर्यावरणीय प्रभावों का अधिकांश सीएफआरपी सहित बहुलक आधारित कंपोजिट पर गहरा प्रभाव हो सकता है। जबकि सीएफआरपी उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं, तापमान की विस्तृत श्रृंखला पर नमी के प्रभाव से सीएफआरपी के यांत्रिक गुणों में गिरावट आ सकती है, विशेष रूप से मैट्रिक्स-फाइबर इंटरफेस पर।<ref>{{cite journal|title= Temperature effect during humid ageing on interfaces of glass and carbon fibers reinforced epoxy composites|journal= Journal of Colloid and Interface Science|date= 1 June 2006|pages= 111–117|volume= 298|issue= 1|doi= 10.1016/j.jcis.2005.12.023|pmid= 16386268|first= B. C.|last= Ray|bibcode= 2006JCIS..298..111R}}</ref> जबकि कार्बन फाइबर स्वयं सामग्री में फैलने वाली नमी से प्रभावित नहीं होते हैं, नमी बहुलक मैट्रिक्स को प्लास्टिक बनाती है।<ref name=":1"/>इससे गुणों में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए जो कि सीएफआरपी में मैट्रिक्स से प्रमुख रूप से प्रभावित होते हैं जैसे कंप्रेसिव, इंटरलामिनर शीयर और इम्पैक्ट गुण।<ref>{{Cite journal|last1=Almudaihesh|first1=Faisel|last2=Holford|first2=Karen|last3=Pullin|first3=Rhys|last4=Eaton|first4=Mark|date=1 February 2020|title=The influence of water absorption on unidirectional and 2D woven CFRP composites and their mechanical performance|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836819346918|journal=Composites Part B: Engineering|language=en|volume=182|pages=107626|doi=10.1016/j.compositesb.2019.107626|s2cid=212969984|issn=1359-8368|access-date=1 October 2021|archive-date=1 October 2021|archive-url=https://web.archive.org/web/20211001034121/https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836819346918|url-status=live}}</ref> इंजन पंखे के ब्लेड के लिए उपयोग किए जाने वाले एपॉक्सी मैट्रिक्स को जेट ईंधन, स्नेहन और बारिश के पानी के खिलाफ अभेद्य होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और कंपोजिट भागों पर बाहरी पेंट पराबैंगनी प्रकाश से क्षति को कम करने के लिए लगाया जाता है।<ref name=":1"/><ref>{{cite journal|title= Multi-factorial models of a carbon fibre/epoxy composite subjected to accelerated environmental ageing|journal= Composite Structures|date= May 2014|pages= 179–192|volume= 111|doi= 10.1016/j.compstruct.2013.12.028|first1= Enrique|last1= Guzman|first2= Joël|last2= Cugnoni|first3= Thomas|last3= Gmür}}</ref>
कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक की भंग बेरहमी निम्नलिखित तंत्रों द्वारा नियंत्रित होती है: 1) कार्बन फाइबर और पॉलिमर मैट्रिक्स के बीच डिबॉन्डिंग, 2) फाइबर बाहर खींचें और 3) सीएफआरपी शीट्स के बीच प्रदूषण।<ref name=":1">{{cite book |title=Composite Materials |last=Chawla |first=Krishan |publisher=Springer |year=2013 |isbn=978-0-387-74364-6 |location=United States of America }}</ref> विशिष्ट एपॉक्सी-आधारित सीएफआरपी वस्तुतः कोई प्लास्टिसिटी नहीं दिखाते हैं, जिसमें विफलता के लिए 0.5% से कम तनाव होता है। चूंकि  एपॉक्सी वाले सीएफआरपी में उच्च शक्ति और लोचदार मापांक होता है, भंगुर भंग यांत्रिकी विफलता का पता लगाने में इंजीनियरों के लिए अद्वितीय चुनौतियां प्रस्तुत  करती हैं क्योंकि विफलता भयावह रूप से होती है।<ref name=":1" /> जैसे, सीएफआरपी को सख्त करने के हालिया प्रयासों में वर्तमान  एपॉक्सी सामग्री को संशोधित करना और वैकल्पिक बहुलक मैट्रिक्स खोजना सम्मिलित  है। उच्च संभावना वाली ऐसी ही  सामग्री [[पॉलीथर ईथर कीटोन]] है, जो समान लोचदार मापांक और तन्य शक्ति के साथ अधिक कठोरता का क्रम प्रदर्शित करता है।<ref name=":1" /> चूंकि , पीक को संसाधित करना अधिक कठिन और अधिक महंगा है।<ref name=":1" />
 
इसकी उच्च प्रारंभिक शक्ति-से-भार अनुपात के अतिरिक्त , सीएफआरपी की  डिजाइन सीमा इसकी निश्चित थकान सीमा की कमी है। इसका अर्थ है, सैद्धांतिक रूप से, तनाव चक्र की विफलता से इंकार नहीं किया जा सकता है। जबकि स्टील और कई अन्य संरचनात्मक धातुओं और मिश्र धातुओं में अनुमानित थकान या धीरज की सीमा होती है, मिश्रित के जटिल विफलता मोड का कारण है कि सीएफआरपी की थकान विफलता गुणों का अनुमान लगाना और उनके खिलाफ डिजाइन करना कठिनाई  है। परिणाम स्वरुप , महत्वपूर्ण चक्रीय-भार अनुप्रयोगों के लिए सीएफआरपी का उपयोग करते समय, इंजीनियरों को अपने सेवा जीवन पर उपयुक्त घटक विश्वसनीयता प्रदान करने के लिए अधिक  शक्तिशाली  सुरक्षा मार्जिन में डिजाइन करने की आवश्यकता हो सकती है।
 
तापमान और आर्द्रता जैसे पर्यावरणीय प्रभावों का अधिकांश सीएफआरपी सहित बहुलक आधारित कंपोजिट पर गहरा प्रभाव हो सकता है। जबकि सीएफआरपी उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं, तापमान की विस्तृत श्रृंखला पर नमी के प्रभाव से सीएफआरपी के यांत्रिक गुणों में गिरावट आ सकती है, विशेष रूप से मैट्रिक्स-फाइबर अंतरापृष्ठ पर।<ref>{{cite journal|title= Temperature effect during humid ageing on interfaces of glass and carbon fibers reinforced epoxy composites|journal= Journal of Colloid and Interface Science|date= 1 June 2006|pages= 111–117|volume= 298|issue= 1|doi= 10.1016/j.jcis.2005.12.023|pmid= 16386268|first= B. C.|last= Ray|bibcode= 2006JCIS..298..111R}}</ref> जबकि कार्बन फाइबर स्वयं सामग्री में फैलने वाली नमी से प्रभावित नहीं होते हैं, नमी बहुलक मैट्रिक्स को प्लास्टिक बनाती है।<ref name=":1" />इससे गुणों में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए जो कि सीएफआरपी में मैट्रिक्स से प्रमुख रूप से प्रभावित होते हैं जैसे कंप्रेसिव, इंटरलामिनर शीयर और इम्पैक्ट गुण।<ref>{{Cite journal|last1=Almudaihesh|first1=Faisel|last2=Holford|first2=Karen|last3=Pullin|first3=Rhys|last4=Eaton|first4=Mark|date=1 February 2020|title=The influence of water absorption on unidirectional and 2D woven CFRP composites and their mechanical performance|url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836819346918|journal=Composites Part B: Engineering|language=en|volume=182|pages=107626|doi=10.1016/j.compositesb.2019.107626|s2cid=212969984|issn=1359-8368|access-date=1 October 2021|archive-date=1 October 2021|archive-url=https://web.archive.org/web/20211001034121/https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836819346918|url-status=live}}</ref> इंजन पंखे के ब्लेड के लिए उपयोग किए जाने वाले एपॉक्सी मैट्रिक्स को जेट ईंधन, स्नेहन और बारिश के पानी के खिलाफ अभेद्य होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और कंपोजिट भागों पर बाहरी पेंट पराबैंगनी प्रकाश से क्षति को कम करने के लिए लगाया जाता है।<ref name=":1" /><ref>{{cite journal|title= Multi-factorial models of a carbon fibre/epoxy composite subjected to accelerated environmental ageing|journal= Composite Structures|date= May 2014|pages= 179–192|volume= 111|doi= 10.1016/j.compstruct.2013.12.028|first1= Enrique|last1= Guzman|first2= Joël|last2= Cugnoni|first3= Thomas|last3= Gmür}}</ref>


कार्बन फाइबर [[बिजली उत्पन्न करनेवाली जंग]] का कारण बन सकता है जब सीआरपी भागों को एल्यूमीनियम या हल्के स्टील से जोड़ा जाता है किन्तु  स्टेनलेस स्टील या टाइटेनियम से नहीं।<ref>{{cite web |url=https://www.corrosionpedia.com/galvanic-corrosion-of-metals-connected-to-carbon-fiber-reinforced-polymers/2/1556 |title=Galvanic Corrosion of Metals Connected to Carbon Fiber Reinforced Polymers |last1=Yari |first1=Mehdi |date=24 March 2021 |website=corrosionpedia.com |access-date=21 June 2021 |archive-date=24 June 2021 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210624202758/https://www.corrosionpedia.com/galvanic-corrosion-of-metals-connected-to-carbon-fiber-reinforced-polymers/2/1556 |url-status=live }}</ref>
कार्बन फाइबर [[बिजली उत्पन्न करनेवाली जंग]] का कारण बन सकता है जब सीआरपी भागों को एल्यूमीनियम या हल्के स्टील से जोड़ा जाता है किन्तु  स्टेनलेस स्टील या टाइटेनियम से नहीं।<ref>{{cite web |url=https://www.corrosionpedia.com/galvanic-corrosion-of-metals-connected-to-carbon-fiber-reinforced-polymers/2/1556 |title=Galvanic Corrosion of Metals Connected to Carbon Fiber Reinforced Polymers |last1=Yari |first1=Mehdi |date=24 March 2021 |website=corrosionpedia.com |access-date=21 June 2021 |archive-date=24 June 2021 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210624202758/https://www.corrosionpedia.com/galvanic-corrosion-of-metals-connected-to-carbon-fiber-reinforced-polymers/2/1556 |url-status=live }}</ref>
कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक मशीन के लिए बहुत कठिन होते हैं, और महत्वपूर्ण उपकरण पहनने का कारण बनते हैं। सीएफआरपी मशीनिंग में उपकरण का घिसना फाइबर के उन्मुखीकरण और काटने की प्रक्रिया की मशीनिंग की स्थिति पर निर्भर करता है। टूल वियर को कम करने के लिए मशीनिंग सीएफआरपी और सीएफआरपी-मेटल स्टैक में विभिन्न प्रकार के कोटेड टूल्स का उपयोग किया जाता है।<ref name="tool wear">{{cite journal |first1=Dinh |last1=Nguyen |first2=Mohammad Sayem Bin |last2=Abdullah |first3=Ryan |last3=Khawarizmi |first4=Dave |last4=Kim |first5=Patrick |last5=Kwon |title=The effect of fiber orientation on tool wear in edge-trimming of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) laminates |journal=  Wear|volume=450–451 |year=2020 |issn=0043-1648 |publisher=Elsevier B.V |pages=203213 |doi=10.1016/j.wear.2020.203213|s2cid=214420968 }}</ref>
कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक मशीन के लिए बहुत कठिन होते हैं, और महत्वपूर्ण उपकरण पहनने का कारण बनते हैं। सीएफआरपी मशीनिंग में उपकरण का घिसना फाइबर के उन्मुखीकरण और काटने की प्रक्रिया की मशीनिंग की स्थिति पर निर्भर करता है। टूल वियर को कम करने के लिए मशीनिंग सीएफआरपी और सीएफआरपी-मेटल स्टैक में विभिन्न प्रकार के कोटेड टूल्स का उपयोग किया जाता है।<ref name="tool wear">{{cite journal |first1=Dinh |last1=Nguyen |first2=Mohammad Sayem Bin |last2=Abdullah |first3=Ryan |last3=Khawarizmi |first4=Dave |last4=Kim |first5=Patrick |last5=Kwon |title=The effect of fiber orientation on tool wear in edge-trimming of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) laminates |journal=  Wear|volume=450–451 |year=2020 |issn=0043-1648 |publisher=Elsevier B.V |pages=203213 |doi=10.1016/j.wear.2020.203213|s2cid=214420968 }}</ref>




Revision as of 21:34, 24 March 2023

"कार्बन फाइबर" redirects here. For कार्बन के रेशे, see कार्बन फाइबर.
सीएफआरपी से बना एक रेडियो नियंत्रित हेलीकाप्टर की पूंछ

कार्बन फाइबर-प्रबलित पॉलिमर (अमेरिकी अंग्रेजी), कार्बन-फाइबर-प्रबलित पॉलिमर (राष्ट्रमंडल के राष्ट्रमंडल में अंग्रेजी), कार्बन-फाइबर-प्रबलित प्लास्टिक, कार्बन-फाइबर प्रबलित-थर्मोप्लास्टिक (सीएफआरपी, सीआरपी, सीएफआरटीपी), जिसे कार्बन के रूप में भी जाना जाता है फाइबर, कार्बन कम्पोजिट या सिर्फ कार्बन, अत्यधिक शक्तिशाली और हल्के फाइबर-प्रबलित प्लास्टिक हैं जिनमें कार्बन फाइबर होते हैं। सीएफआरपी का उत्पादन करना महंगा हो सकता है, किन्तु सामान्यतः इसका उपयोग किया जाता है जहां उच्च शक्ति-से-भार अनुपात और कठोरता (कठोरता) की आवश्यकता होती है, जैसे कि एयरोस्पेस, जहाजों के सुपरस्ट्रक्चर, ऑटोमोटिव, सिविल इंजीनियरिंग, खेल उपकरण, और उपभोक्ताओं की बढ़ती संख्या और विधि ी अनुप्रयोग।[1]

बाध्यकारी बहुलक अधिकांशतः थर्मोसेटिंग बहुलक राल होता है जैसे एपॉक्सी, किन्तु अन्य थर्मोसेट या थर्माप्लास्टिक पॉलीमर, जैसे पॉलिएस्टर, विनाइल एस्टर राल, या नायलॉन, कभी-कभी उपयोग किए जाते हैं। अंतिम सीएफआरपी उत्पाद के गुण बाध्यकारी मैट्रिक्स (राल) में प्रस्तुत किए गए योजक के प्रकार से प्रभावित हो सकते हैं। सबसे आम योजक सिलिका जेल है, किन्तु अन्य योजक जैसे रबर और कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग किया जा सकता है।

कार्बन फाइबर को कभी-कभी ग्रेफाइट-प्रबलित बहुलक या ग्रेफाइट फाइबर-प्रबलित बहुलक के रूप में संदर्भित किया जाता है (जीएफआरपी कम आम है, क्योंकि यह फाइबरग्लास | ग्लास- (फाइबर) -प्रबलित बहुलक के साथ संघर्ष करता है)।

गुण

सीएफआरपी समग्र सामग्री हैं। इस स्थितियों में सम्मिश्र में दो भाग होते हैं: मैट्रिक्स और सुदृढीकरण। सीएफआरपी में सुदृढीकरण कार्बन फाइबर है, जो इसकी ताकत प्रदान करता है। सुदृढीकरण को एक साथ बांधने के लिए मैट्रिक्स सामान्यतः बहुलक राल होता है, जैसे कि एपॉक्सी।[2] क्योंकि सीएफआरपी में दो अलग-अलग तत्व होते हैं, भौतिक गुण इन दो तत्वों पर निर्भर करते हैं।

सुदृढीकरण सीएफआरपी को इसकी ताकत और कठोरता देता है, जिसे क्रमशः तनाव (यांत्रिकी) और लोचदार मापांक द्वारा मापा जाता है। स्टील और एल्यूमीनियम जैसी आइसोट्रॉपी सामग्री के विपरीत, सीएफआरपी में दिशात्मक शक्ति के गुण होते हैं। सीएफआरपी के गुण कार्बन फाइबर के विन्यास और बहुलक के सापेक्ष कार्बन फाइबर के अनुपात पर निर्भर करते हैं।[3] कार्बन फाइबर और बहुलक मैट्रिक्स के गुणों का उपयोग करके समग्र सामग्री के शुद्ध लोचदार मापांक को नियंत्रित करने वाले दो अलग-अलग समीकरण कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक पर भी प्रयुक्त हो सकते हैं।[4] निम्नलिखित समीकरण,

प्रयुक्त भार की दिशा में उन्मुख तंतुओं के साथ समग्र सामग्री के लिए मान्य है। कुल समग्र मापांक है, और समग्र में क्रमशः मैट्रिक्स और फाइबर के आयतन अंश हैं, और और क्रमशः मैट्रिक्स और फाइबर के लोचदार मोडुली हैं।[4]अनुप्रयुक्त भार के अनुप्रस्थ तंतुओं के साथ सम्मिश्र के लोचदार मापांक का अन्य चरम स्थितियों निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके पाया जा सकता है:[4]:

कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक की भंग बेरहमी निम्नलिखित तंत्रों द्वारा नियंत्रित होती है: 1) कार्बन फाइबर और पॉलिमर मैट्रिक्स के बीच डिबॉन्डिंग, 2) फाइबर बाहर खींचें और 3) सीएफआरपी शीट्स के बीच प्रदूषण।[5] विशिष्ट एपॉक्सी-आधारित सीएफआरपी वस्तुतः कोई प्लास्टिसिटी नहीं दिखाते हैं, जिसमें विफलता के लिए 0.5% से कम तनाव होता है। चूंकि एपॉक्सी वाले सीएफआरपी में उच्च शक्ति और लोचदार मापांक होता है, भंगुर भंग यांत्रिकी विफलता का पता लगाने में इंजीनियरों के लिए अद्वितीय चुनौतियां प्रस्तुत करती हैं क्योंकि विफलता भयावह रूप से होती है।[5] जैसे, सीएफआरपी को सख्त करने के हालिया प्रयासों में वर्तमान एपॉक्सी सामग्री को संशोधित करना और वैकल्पिक बहुलक मैट्रिक्स खोजना सम्मिलित है। उच्च संभावना वाली ऐसी ही सामग्री पॉलीथर ईथर कीटोन है, जो समान लोचदार मापांक और तन्य शक्ति के साथ अधिक कठोरता का क्रम प्रदर्शित करता है।[5] चूंकि , पीक को संसाधित करना अधिक कठिन और अधिक महंगा है।[5]

इसकी उच्च प्रारंभिक शक्ति-से-भार अनुपात के अतिरिक्त , सीएफआरपी की डिजाइन सीमा इसकी निश्चित थकान सीमा की कमी है। इसका अर्थ है, सैद्धांतिक रूप से, तनाव चक्र की विफलता से इंकार नहीं किया जा सकता है। जबकि स्टील और कई अन्य संरचनात्मक धातुओं और मिश्र धातुओं में अनुमानित थकान या धीरज की सीमा होती है, मिश्रित के जटिल विफलता मोड का कारण है कि सीएफआरपी की थकान विफलता गुणों का अनुमान लगाना और उनके खिलाफ डिजाइन करना कठिनाई है। परिणाम स्वरुप , महत्वपूर्ण चक्रीय-भार अनुप्रयोगों के लिए सीएफआरपी का उपयोग करते समय, इंजीनियरों को अपने सेवा जीवन पर उपयुक्त घटक विश्वसनीयता प्रदान करने के लिए अधिक शक्तिशाली सुरक्षा मार्जिन में डिजाइन करने की आवश्यकता हो सकती है।

तापमान और आर्द्रता जैसे पर्यावरणीय प्रभावों का अधिकांश सीएफआरपी सहित बहुलक आधारित कंपोजिट पर गहरा प्रभाव हो सकता है। जबकि सीएफआरपी उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं, तापमान की विस्तृत श्रृंखला पर नमी के प्रभाव से सीएफआरपी के यांत्रिक गुणों में गिरावट आ सकती है, विशेष रूप से मैट्रिक्स-फाइबर अंतरापृष्ठ पर।[6] जबकि कार्बन फाइबर स्वयं सामग्री में फैलने वाली नमी से प्रभावित नहीं होते हैं, नमी बहुलक मैट्रिक्स को प्लास्टिक बनाती है।[5]इससे गुणों में महत्वपूर्ण परिवर्तन हुए जो कि सीएफआरपी में मैट्रिक्स से प्रमुख रूप से प्रभावित होते हैं जैसे कंप्रेसिव, इंटरलामिनर शीयर और इम्पैक्ट गुण।[7] इंजन पंखे के ब्लेड के लिए उपयोग किए जाने वाले एपॉक्सी मैट्रिक्स को जेट ईंधन, स्नेहन और बारिश के पानी के खिलाफ अभेद्य होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और कंपोजिट भागों पर बाहरी पेंट पराबैंगनी प्रकाश से क्षति को कम करने के लिए लगाया जाता है।[5][8]

कार्बन फाइबर बिजली उत्पन्न करनेवाली जंग का कारण बन सकता है जब सीआरपी भागों को एल्यूमीनियम या हल्के स्टील से जोड़ा जाता है किन्तु स्टेनलेस स्टील या टाइटेनियम से नहीं।[9]

कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक मशीन के लिए बहुत कठिन होते हैं, और महत्वपूर्ण उपकरण पहनने का कारण बनते हैं। सीएफआरपी मशीनिंग में उपकरण का घिसना फाइबर के उन्मुखीकरण और काटने की प्रक्रिया की मशीनिंग की स्थिति पर निर्भर करता है। टूल वियर को कम करने के लिए मशीनिंग सीएफआरपी और सीएफआरपी-मेटल स्टैक में विभिन्न प्रकार के कोटेड टूल्स का उपयोग किया जाता है।[1]



निर्माण

कार्बन फाइबर प्रबलित बहुलक

सीएफआरपी का प्राथमिक तत्व कार्बन फाइबर या संश्लेषण है; यह पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल (पैन), रेयॉन या पेट्रोलियम पिच (राल) जैसे प्रीकर्सर पॉलीमर से उत्पन्न होता है। पैन या रेयान जैसे सिंथेटिक पॉलिमर के लिए, अग्रदूत पहले कार्बन फाइबर के अंतिम भौतिक गुणों को बढ़ाने के लिए बहुलक श्रृंखलाओं को प्रारंभिक रूप से संरेखित करने के लिए रासायनिक और यांत्रिक प्रक्रियाओं का उपयोग करके फिलामेंट यार्न में कताई (पॉलिमर) होता है। फिलामेंट यार्न कताई के समय उपयोग की जाने वाली पूर्ववर्ती रचनाएं और यांत्रिक प्रक्रियाएं निर्माताओं के बीच भिन्न हो सकती हैं। ड्राइंग या स्पिनिंग के बाद, पॉलिमर फिलामेंट यार्न को गैर-कार्बन परमाणुओं (अथ जलकर कोयला हो जाना) से निकालने के लिए गर्म किया जाता है, जिससे अंतिम कार्बन फाइबर का उत्पादन होता है। कार्बन फाइबर फिलामेंट यार्न को संभालने के गुणों में सुधार करने के लिए आगे इलाज किया जा सकता है, फिर अटेरन पर लपेटा जा सकता है।[10] इन तंतुओं से यूनिडायरेक्शनल शीट बनाई जाती है। इन चादरों को अर्ध-आइसोट्रोपिक परत में एक दूसरे पर स्तरित किया जाता है, उदा। 0°, +60°, या -60° एक दूसरे के सापेक्ष।

प्राथमिक फाइबर से, एक द्विदिश बुना हुआ चादर बनाया जा सकता है, अर्थात 2/2 बुनाई के साथ टवील। अधिकांश सीएफआरपी बनाने की प्रक्रिया अलग-अलग होती है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि पीस बनाया जा रहा है, फ़िनिश (ग्लॉस के बाहर) की आवश्यकता है, और कितने पीस का उत्पादन किया जाएगा। इसके अतिरिक्त , तैयार सम्मिश्र के गुणों पर मैट्रिक्स की पसंद का गहरा प्रभाव हो सकता है।[11]

कई सीएफआरपी भागों कार्बन कपड़े की परत के साथ बनाए जाते हैं जो शीसे रेशा के साथ समर्थित होते हैं।[12] इन मिश्रित भागों को जल्दी से बनाने के लिए हेलिकॉप्टर गन नामक एक उपकरण का उपयोग किया जाता है। एक बार जब कार्बन फाइबर से पतली खोल बना ली जाती है, तो हेलिकॉप्टर गन शीसे रेशा के रोल को कम लंबाई में काटती है और एक ही समय में राल छिड़कती है, जिससेशीसे रेशा और राल मौके पर मिल जाए।[13] राल या तो बाहरी मिश्रण होता है, जिसमें हार्डनर और राल को अलग-अलग छिड़का जाता है, या आंतरिक मिश्रित होता है, जिसे हर उपयोग के बाद सफाई की आवश्यकता होती है।

विनिर्माण विधियों में निम्नलिखित सम्मिलित हो सकते हैं:

मोल्डिंग

सीएफआरपी भागों के उत्पादन का विधि अंतिम उत्पाद के आकार में कार्बन फाइबर कपड़े की परतों को मोल्डिंग (प्रक्रिया) में रखना है। परिणामी सामग्री की ताकत और कठोरता गुणों को अनुकूलित करने के लिए कपड़ा फाइबर के संरेखण और बुनाई को चुना जाता है। मोल्ड को फिर एपॉक्सी से भर दिया जाता है और गर्म या हवा से ठीक किया जाता है। परिणामी भाग अपने वजन के लिए बहुत संक्षारण प्रतिरोधी, कठोर और शक्तिशाली होता है। कम महत्वपूर्ण क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले भागों को मोल्ड के ऊपर कपड़ा लपेटकर निर्मित किया जाता है, एपॉक्सी के साथ या तो तंतुओं (जिसे पूर्व preg के रूप में भी जाना जाता है) में पहले से लगाया जाता है या उस पर पेंट किया जाता है। एकल साँचे का उपयोग करने वाले उच्च-प्रदर्शन वाले हिस्से अधिकांशतः वैक्यूम-बैग और/या आटोक्लेव (औद्योगिक)-ठीक होते हैं, क्योंकि सामग्री में छोटे हवा के बुलबुले भी ताकत कम कर देंगे। आटोक्लेव विधि का विकल्प गैर-ठीक किए गए कार्बन फाइबर के अंदर इन्फ्लेटेबल एयर ब्लैडर या पॉलीस्टायरीन के माध्यम से आंतरिक दबाव का उपयोग करना है।

वैक्यूम बैगिंग

साधारण टुकड़ों के लिए जिनकी अपेक्षाकृत कम प्रतियों की आवश्यकता होती है (1-2 प्रति दिन), वैक्यूम बैग मोल्डिंग का उपयोग किया जा सकता है। शीसे रेशा, कार्बन फाइबर, या एल्यूमीनियम मोल्ड को पॉलिश और लच्छेदार किया जाता है, और कपड़े और राल लगाने से पहले रिलीज एजेंट लगाया जाता है, और टुकड़े को ठीक करने (कठोर) करने की अनुमति देने के लिए वैक्यूम को खींचा जाता है और अलग रखा जाता है। रेज़िन को वैक्यूम मोल्ड में फ़ैब्रिक पर लगाने के तीन विधि हैं।

पहली विधि मैनुअल है और इसे वेट लेअप कहा जाता है, जहां दो-भाग राल को मिलाया जाता है और मोल्ड में रखने और बैग में रखने से पहले लगाया जाता है। अन्य जलसेक द्वारा किया जाता है, जहां सूखे कपड़े और मोल्ड को बैग के अंदर रखा जाता है, जबकि वैक्यूम राल को छोटी ट्यूब के माध्यम से बैग में खींचता है, फिर छेद वाली ट्यूब के माध्यम से या समान रूप से राल को पूरे कपड़े में फैलाता है। . वायर लूम ट्यूब के लिए पूरी तरह से काम करता है जिसके लिए बैग के अंदर छेद की आवश्यकता होती है। राल लगाने के इन दोनों विधि में बहुत छोटे पिन-होल के साथ चमकदार फिनिश के लिए राल को समान रूप से फैलाने के लिए हाथ से काम करने की आवश्यकता होती है।

सम्मिश्र सामग्री के निर्माण की तीसरी विधि को शुष्क परत के रूप में जाना जाता है। यहां, कार्बन फाइबर सामग्री पहले से ही राल (प्री-प्रीग) के साथ गर्भवती है और चिपकने वाली फिल्म के समान फैशन में मोल्ड पर प्रयुक्त होती है। असेंबली को इलाज के लिए वैक्यूम में रखा जाता है। सूखी लेप विधि में कम से कम राल अपशिष्ट होता है और गीले लेप की तुलना में हल्का निर्माण प्राप्त कर सकता है। इसके अतिरिक्त , क्योंकि बड़ी मात्रा में राल को गीली लेप विधियों से बाहर निकालना अधिक कठिन होता है, प्री-प्रेग भागों में सामान्यतः कम पिनहोल होते हैं। न्यूनतम राल मात्रा के साथ पिनहोल उन्मूलन के लिए सामान्यतः अवशिष्ट गैसों को बाहर निकालने के लिए आटोक्लेव (औद्योगिक) दबावों के उपयोग की आवश्यकता होती है।

संपीड़न मोल्डिंग

एक त्वरित विधि संपीड़न मोल्डिंग का उपयोग करती है, जिसे सामान्यतः कार्बन फाइबर फोर्जिंग के रूप में भी जाना जाता है। यह एक दो (पुरुष और महिला), या बहु-टुकड़ा मोल्ड है, जो सामान्यतः एल्यूमीनियम या स्टील और हाल ही में 3 डी प्रिंटेड प्लास्टिक से बना है। मोल्ड घटकों को कपड़े और राल के साथ आंतरिक गुहा में लोड किया जाता है जो अंततः वांछित घटक बन जाता है। लाभ पूरी प्रक्रिया की गति है। कुछ कार निर्माता, जैसे बीएमडब्ल्यू, ने प्रमाणित किया कि वह हर 80 सेकंड में नया पुर्जा साइकिल चलाने में सक्षम है। चूंकि , इस विधि की प्रारंभिक निवेश बहुत अधिक है क्योंकि सांचों को बहुत उच्च परिशुद्धता के सीएनसी मशीनिंग की आवश्यकता होती है।

तंतु वक्र

कठिन या जटिल आकृतियों के लिए, एक फिलामेंट वाइंडिंग का उपयोग सीएफआरपी भागों को मैंड्रेल या कोर के चारों ओर घुमावदार फिलामेंट्स द्वारा किया जा सकता है।

अनुप्रयोग

सीएफआरपी के लिए आवेदन में निम्नलिखित सम्मिलित हैं:

एयरोस्पेस इंजीनियरिंग

कार्बन फाइबर थीम वाले विमान पोशाक के साथ एक एयरबस A350। समग्र A350 में बड़े मापदंड पर सामग्री का उपयोग किया जाता है।

एयरबस A350 XWB 52% सीएफआरपी से बना है[14] सीएफआरपी के लिए उच्चतम वजन अनुपात वाले विमान के लिए बोइंग 787 ड्रीमलाइनर को पछाड़ते हुए विंग स्पार्स और फ्यूजलेज घटकों सहित, जो कि 50% है।[15] यह कंपोजिट से बने विंग स्पार्स वाले पहले वाणिज्यिक विमानों में से एक था। एयरबस A380 सीएफआरपी से बना एक केंद्रीय विंग-बॉक्स रखने वाले पहले वाणिज्यिक एयरलाइनरों में से एक था; यह पहली बार है कि पंखों को अनुभागों में स्पैन-वार विभाजित करने के अतिरिक्त एक सुचारू रूप से कंटूरेड विंग क्रॉस-सेक्शन है। यह बहने वाला, निरंतर क्रॉस सेक्शन वायुगतिकीय दक्षता को अनुकूलित करता है। इसके अतिरिक्त , पिछला किनारा, पिछला बल्कहेड, पूंछ के पर, और बिना दबाव वाले फ्यूजलेज सीएफआरपी से बना है।[16] चूंकि , इन पुर्जों के निर्माण में समस्याओं के कारण कई देरी ने ऑर्डर डिलीवरी की तारीखों को पीछे धकेल दिया है। सीएफआरपी का उपयोग करने वाले कई विमानों ने सीएफआरपी घटकों को बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली अपेक्षाकृत नई प्रक्रियाओं के कारण डिलीवरी की तारीखों में देरी का अनुभव किया है, जबकि धातु संरचनाओं का अध्ययन किया गया है और वर्षों से एयरफ्रेम पर उपयोग किया जाता है, और प्रक्रियाओं को अपेक्षाकृत अच्छी तरह से समझा जाता है। एक आवर्तक समस्या संरचनात्मक उम्र बढ़ने की निगरानी है, जिसके लिए सीएफआरपी की असामान्य बहु-सामग्री और अनिसोट्रोपिक प्रकृति के कारण नए विधि की लगातार जांच की जाती है।[17]

1968 में ब्रिटिश ओवरसीज एयरवेज कॉर्पोरेशन द्वारा संचालित विकर्स वीसी10एस के रोल्स-रॉयस कॉनवेज पर एक हाईफिल कार्बन-फाइबर फैन असेंबली सेवा में थी।[18]

विशेषज्ञ विमान डिजाइनरों और निर्माताओं स्केल्ड कंपोजिट्स ने अपने डिजाइन रेंज में सीएफआरपी का व्यापक उपयोग किया है, जिसमें पहला निजी चालक दल वाला अंतरिक्ष यान अंतरिक्ष यान एक भी सम्मिलित है। सीएफआरपी का व्यापक रूप से सूक्ष्म वायु वाहनों (एमएवी) में उपयोग किया जाता है क्योंकि इसकी उच्च शक्ति वजन अनुपात के कारण होती है।

ऑटोमोटिव इंजीनियरिंग

Citroën SM that won 1971 Rally of Morocco with carbon fiber wheels
1996 McLaren F1 – first carbon fiber body shell
McLaren MP4 (MP4/1), first carbon fiber F1 car.

उच्च अंत ऑटोमोबाइल रेसिंग में सीएफआरपी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।[19] कार्बन फाइबर की उच्च निवेश को सामग्री के बेजोड़ शक्ति-से-भार अनुपात द्वारा कम किया जाता है, और उच्च-प्रदर्शन ऑटोमोबाइल रेसिंग के लिए कम वजन आवश्यक है। रेस-कार निर्माताओं ने कार्बन फाइबर के टुकड़ों को एक निश्चित दिशा में ताकत देने के विधि भी विकसित किए हैं, जो इसे लोड-बेयरिंग दिशा में शक्तिशाली बनाते हैं, किन्तु उन दिशाओं में अशक्त होते हैं जहां सदस्य पर बहुत कम या कोई भार नहीं रखा जाएगा। इसके विपरीत, निर्माताओं ने सर्वव्यापी कार्बन फाइबर बुनाई विकसित की जो सभी दिशाओं में ताकत प्रयुक्त करती है। इस प्रकार की कार्बन फाइबर असेंबली का उपयोग उच्च प्रदर्शन वाली रेस-कारों के सुरक्षा सेल मोनोकोक चेसिस असेंबली में सबसे व्यापक रूप से किया जाता है। 1981 सीज़न में मैकलारेन द्वारा फार्मूला वन में पहला कार्बन फाइबर मोनोकोक चेसिस प्रस्तुत किया गया था। इसे जॉन बरनार्ड द्वारा डिज़ाइन किया गया था और कारों के चेसिस को प्रदान की गई अतिरिक्त कठोरता के कारण अन्य F1 टीमों द्वारा निम्नलिखित सीज़न में व्यापक रूप से कॉपी किया गया था।[20]

पिछले कुछ दशकों में कई सुपरकार्स ने अपने मोनोकोक चेसिस के साथ-साथ अन्य घटकों के लिए इसका उपयोग करते हुए अपने निर्माण में बड़े मापदंड पर सीएफआरपी को सम्मिलित किया है।[21] 1971 तक, सिट्रॉन एस.एम ने वैकल्पिक हल्के कार्बन फाइबर पहियों की प्रस्तुत कश की।[22][23]

सामग्री के उपयोग को कम मात्रा वाले निर्माताओं द्वारा अधिक आसानी से अपनाया गया है, जिन्होंने इसे मुख्य रूप से अपनी कुछ उच्च अंत कारों के लिए बॉडी-पैनल बनाने के लिए उपयोग किया था, क्योंकि इसकी बढ़ी हुई ताकत और ग्लास-प्रबलित बहुलक की तुलना में वजन में कमी आई थी। उनके अधिकांश उत्पाद।

सिविल इंजीनियरिंग

Further information: एफआरपी के संरचनात्मक अनुप्रयोग

संरचनात्मक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में सीएफआरपी एक उल्लेखनीय सामग्री बन गई है। निर्माण में इसके संभावित लाभों के रूप में एक अकादमिक संदर्भ में अध्ययन किया गया, यह कंक्रीट, चिनाई, स्टील, कच्चा लोहा और लकड़ी के ढांचे को शक्तिशाली करने वाले कई क्षेत्र अनुप्रयोगों में खुद को निवेश प्रभावी सिद्ध कर चुका है। उद्योग में इसका उपयोग या तो किसी वर्तमान संरचना को शक्तिशाली करने के लिए या किसी परियोजना की प्रारंभिक से स्टील के अतिरिक्त वैकल्पिक सुदृढ़ीकरण (या पूर्व-तनाव) सामग्री के रूप में हो सकता है।

सिविल इंजीनियरिंग में रेट्रोफिटिंग सामग्री का तेजी से प्रभावी उपयोग बन गया है, और अनुप्रयोगों में पुरानी संरचनाओं (जैसे पुलों) की भार क्षमता में वृद्धि करना सम्मिलित है, जो आज की तुलना में बहुत कम सेवा भार को सहन करने के लिए डिज़ाइन किए गए थे, भूकंपीय रेट्रोफिटिंग और मरम्मत क्षतिग्रस्त संरचनाएं। रेट्रोफिटिंग कई उदाहरणों में लोकप्रिय है क्योंकि कमी वाली संरचना को बदलने की निवेश सीएफआरपी का उपयोग करके शक्तिशाली करने की निवेश से अधिक अधिक हो सकती है।[24]

लचीलेपन के लिए प्रबलित कंक्रीट संरचनाओं के लिए प्रयुक्त , सीएफआरपी का सामान्यतः ताकत पर बड़ा प्रभाव पड़ता है (अनुभाग की ताकत दोगुनी या अधिक असामान्य नहीं है), किन्तु केवल कठोरता में सामान्य वृद्धि (संभवतः 10% की वृद्धि)। ऐसा इसलिए है क्योंकि इस एप्लिकेशन में उपयोग की जाने वाली सामग्री सामान्यतः बहुत शक्तिशाली होती है (उदाहरण के लिए, 3 जीपीए परम तन्य शक्ति, 10 गुना हल्के स्टील से अधिक) किन्तु विशेष रूप से कठोर नहीं (150 से 250 जीपीए, स्टील से थोड़ा कम, सामान्य है)। परिणाम स्वरुप , सामग्री के केवल छोटे क्रॉस-आंशिक क्षेत्रों का उपयोग किया जाता है। बहुत उच्च शक्ति के छोटे क्षेत्र किन्तु मध्यम कठोरता वाली सामग्री ताकत में अधिक वृद्धि करेगी, किन्तु कठोरता नहीं।

सीएफआरपी को शक्तिशाली किए जाने वाले खंड के चारों ओर कपड़े या फाइबर लपेटकर प्रबलित कंक्रीट की कतरनी ताकत बढ़ाने के लिए भी प्रयुक्त किया जा सकता है। खंडों के चारों ओर लपेटने (जैसे पुल या भवन स्तंभ) भी खंड की लचीलापन बढ़ा सकते हैं, भूकंप भार के अनुसार ढहने के प्रतिरोध को बहुत बढ़ा सकते हैं। इस तरह के 'भूकंपीय रेट्रोफिट' भूकंप-प्रवण क्षेत्रों में प्रमुख अनुप्रयोग है, क्योंकि यह वैकल्पिक विधि ं की तुलना में बहुत अधिक आर्थिक है।

यदि एक स्तंभ वृत्ताकार है (या लगभग ऐसा ही है) लपेटकर अक्षीय क्षमता में वृद्धि भी प्राप्त की जाती है। इस एप्लिकेशन में, सीएफआरपी रैप का परिरोध कंक्रीट की कंप्रेसिव स्ट्रेंथ को बढ़ाता है। चूंकि , चूंकि परम ढहने के भार में बड़ी वृद्धि प्राप्त की जाती है, कंक्रीट केवल थोड़े बढ़े हुए भार पर ही फटेगा, जिसका अर्थ है कि यह एप्लिकेशन केवल कभी-कभार ही उपयोग किया जाता है। विशेषज्ञ अति-उच्च मापांक सीएफआरपी (420 जीपीए या अधिक के तन्यता मापांक के साथ) कच्चा लोहा बीम को शक्तिशाली करने के कुछ व्यावहारिक विधि ं में से एक है। ठेठ उपयोग में, यह अनुभाग की तन्यता निकला हुआ किनारा से जुड़ा हुआ है, दोनों खंड की कठोरता को बढ़ाता है और तटस्थ अक्ष को कम करता है, इस प्रकार कच्चा लोहा में अधिकतम तन्यता तनाव को कम करता है।

संयुक्त राज्य अमेरिका में, प्री-स्ट्रेस्ड कंक्रीट सिलेंडर पाइप (पीसीसीपी) जल संचरण के विशाल बहुमत के लिए खाते हैं। उनके बड़े व्यास के कारण, पीसीसीपी की विफलताएं सामान्यतः विपत्तिपूर्ण होती हैं और बड़ी जनसंख्या को प्रभावित करती हैं। लगभग 19,000 miles (31,000 km) पीसीसीपी के 1940 और 2006 के बीच स्थापित किए गए हैं। कई पीसीसीपी लाइनों में पूर्व-तनाव वाले तारों की क्रमिक गिरावट के लिए हाइड्रोजन उत्सर्जन के रूप में जंग को दोषी ठहराया गया है। पिछले एक दशक में, सीएफआरपीs का उपयोग आंतरिक रूप से पीसीसीपी को लाइन करने के लिए किया गया है, जिसके परिणामस्वरूप पूरी तरह से संरचनात्मक शक्तिशाली ी प्रणाली है। पीसीसीपी लाइन के अंदर, सीएफआरपी लाइनर बाधा के रूप में कार्य करता है जो होस्ट पाइप में स्टील सिलेंडर द्वारा अनुभव किए गए तनाव के स्तर को नियंत्रित करता है। समग्र लाइनर स्टील सिलेंडर को अपनी लोचदार सीमा के अंदर प्रदर्शन करने में सक्षम बनाता है, यह सुनिश्चित करने के लिए कि पाइपलाइन का दीर्घकालिक प्रदर्शन बना रहे। सीएफआरपी लाइनर डिजाइन लाइनर और होस्ट पाइप के बीच तनाव अनुकूलता पर आधारित हैं।[25] सीएफआरपी निर्माण उद्योग में अपने समकक्षों, ग्लास फाइबर-प्रबलित बहुलक (जीएफआरपी) और धातु फाइबर-प्रबलित बहुलक (एएफआरपी) की तुलना में अधिक महंगी सामग्री है, चूंकि सीएफआरपी सामान्य रूप से उत्तम गुणों के रूप में माना जाता है। रेट्रोफिटिंग और स्टील के विकल्प के रूप में शक्तिशाली या पूर्व-तनाव वाली सामग्री के रूप में सीएफआरपी का उपयोग करने पर बहुत शोध किया जाना जारी है। निवेश एक उद्देश्य बनी हुई है और दीर्घकालिक स्थायित्व प्रश्न अभी भी बने हुए हैं। कुछ स्टील की लचीलापन के विपरीत सीएफआरपी की भंगुर प्रकृति के बारे में चिंतित हैं। चूंकि अमेरिकी कंक्रीट संस्थान जैसे संस्थानों द्वारा डिजाइन कोड तैयार किए गए हैं, किन्तु इन वैकल्पिक सामग्रियों को प्रयुक्त करने के बारे में इंजीनियरिंग समुदाय के बीच कुछ झिझक बनी हुई है। आंशिक रूप से, यह बाजार पर मानकीकरण की कमी और फाइबर और राल संयोजनों की मालिकाना प्रकृति के कारण है।

कार्बन-फाइबर microelectrode

कार्बन-फाइबर माइक्रोइलेक्ट्रोड के निर्माण के लिए कार्बन फाइबर का उपयोग किया जाता है। इस एप्लिकेशन में सामान्यतः 5-7 माइक्रोन के व्यास वाले एक कार्बन फाइबर को एक ग्लास केशिका में सील कर दिया जाता है।[26] टिप पर केशिका या तो कार्बन-फाइबर डिस्क माइक्रोइलेक्ट्रोड बनाने के लिए एपॉक्सी के साथ सील कर दी जाती है या कार्बन-फाइबर सिलेंडर इलेक्ट्रोड बनाने के लिए फाइबर को 75-150 माइक्रोन की लंबाई में काटा जाता है। बायोकेमिकल सिग्नलिंग का पता लगाने के लिए कार्बन-फाइबर माइक्रोइलेक्ट्रोड या तो एम्परोमेट्री या फास्ट-स्कैन चक्रीय वोल्टामेट्री में उपयोग किया जाता है।

खेल का सामान

एक कार्बन-फाइबर और केवलर डोंगी (एडिरोंडैक कैनो क्लासिक में प्लेसिड बोटवर्क्स रैपिडफ़ायर)

सीएफआरपी का अब व्यापक रूप से स्क्वैश, टेनिस और बैडमिंटन रैकेट, स्पोर्ट काइट स्पर्स, उच्च गुणवत्ता वाले एरो शाफ्ट, हॉकी स्टिक, फिशिंग रॉड, सर्फ़बोर्ड, हाई एंड स्विम फ़िन और रोइंग रेसिंग खोल जैसे खेल उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। जॉनी पीकॉक जैसे विकलांग एथलीट दौड़ने के लिए कार्बन फाइबर ब्लेड का उपयोग करते हैं। यह पैर को स्थिर रखने के लिए कुछ बास्केटबाल स्नीकर्स में शैंक प्लेट के रूप में उपयोग किया जाता है, सामान्यतः जूते की लंबाई एकमात्र के ठीक ऊपर होती है और कुछ क्षेत्रों में सामान्यतः आर्च में खुला छोड़ दिया जाता है।

विवादास्पद रूप से, 2006 में, रिकी पोंटिंग और माइकल हसी सहित हाई-प्रोफाइल खिलाड़ियों द्वारा प्रतिस्पर्धी मैचों में पीठ पर पतली कार्बन-फाइबर परत वाले क्रिकेट बैट का उपयोग किया गया था। प्रमाणित किया गया था कि कार्बन फाइबर केवल चमगादड़ों के स्थायित्व को बढ़ाता है, किन्तु 2007 में अंतर्राष्ट्रीय क्रिकेट परिषद द्वारा इसे सभी प्रथम श्रेणी मैचों से प्रतिबंधित कर दिया गया था।[27] एक सीएफआरपी साइकिल फ्रेम का वजन स्टील, एल्यूमीनियम, या टाइटेनियम से कम होता है, जिसकी ताकत समान होती है। कार्बन-फाइबर बुनाई के प्रकार और अभिविन्यास को आवश्यक दिशाओं में कठोरता को अधिकतम करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। अलग-अलग सवारी शैलियों को संबोधित करने के लिए फ़्रेम को ट्यून किया जा सकता है: स्प्रिंट इवेंट्स को कठोर फ़्रेमों की आवश्यकता होती है, जबकि धीरज की घटनाओं में लंबी अवधि में सवार आराम के लिए अधिक लचीले फ्रेम की आवश्यकता हो सकती है।[28] इसे विभिन्न प्रकार के आकार में बनाया जा सकता है जिससे कठोरता में और वृद्धि हुई है और वायुगतिकीय ट्यूब अनुभागों को भी अनुमति दी गई है। सस्पेंशन फोर्क क्राउन और स्टीयरर्स, साइकिल हैंडलबार, सीट पोस्ट और क्रैंकसेट सहित सीएफआरपी साइकिल कांटा मध्यम और साथ ही उच्च कीमत वाली साइकिलों पर अधिक आम होते जा रहे हैं। सीएफआरपी साइकिल का पहिया महंगा रहता है किन्तु एल्यूमीनियम की तुलना में उनकी स्थिरता पहिया को फिर से सही करने की आवश्यकता को कम कर देती है और कम द्रव्यमान पहिया की जड़ता के क्षण को कम कर देता है। सीएफआरपी प्रवक्ता दुर्लभ हैं और अधिकांश कार्बन पहिए पारंपरिक स्टेनलेस स्टील के प्रवक्ता को बनाए रखते हैं। सीएफआरपी अन्य घटकों जैसे डिरेल्लेर भागों, ब्रेक और शिफ्टर लीवर और बॉडी, कैसेट स्प्रोकेट कैरियर, सस्पेंशन लिंकेज, डिस्क ब्रेक रोटार, पैडल, शू सोल और सैडल रेल में भी तेजी से दिखाई देता है। चूंकि शक्तिशाली और हल्का, प्रभाव, अत्यधिक मरोड़, या सीएफआरपी घटकों की अनुचित स्थापना के परिणामस्वरूप दरारें और विफलताएं होती हैं, जिन्हें सुधारना कठिनाई या असंभव हो सकता है।[29][30]


अन्य अनुप्रयोग

Dunlop मैक्स-ग्रिप कार्बन फाइबर गिटार चुनता है। आकार 1 मिमी और जैज III.यदि कार्बन फाइबर की पतली परत को सतह के पास ढाला जाता है तो पॉलिमर और थर्मो-सेट कंपोजिट की आग प्रतिरोध में अधिक सुधार होता है क्योंकि कार्बन फाइबर की घनी, कॉम्पैक्ट परत कुशलता से गर्मी को दर्शाती है।[31]

सीएफआरपी का उपयोग उच्च अंत उत्पादों की बढ़ती संख्या में किया जा रहा है, जिनमें कठोरता और कम वजन की आवश्यकता होती है, इनमें सम्मिलित हैं:

  • वायलिन धनुष सहित संगीत वाद्ययंत्र; गिटार की पसंद, गर्दन (कार्बन फाइबर की छड़ें), और पिक-गार्ड; ड्रम गोले; बैगपाइप मंत्र; और पूरे संगीत वाद्ययंत्र जैसे लुइस और क्लार्क के कार्बन फाइबर सेलोस, वायलास और वायलिन; और ब्लैकबर्ड गिटार के ध्वनिक गिटार और गिटार; टर्नटेबल्स और लाउडस्पीकर जैसे ऑडियो घटक भी।
  • आग्नेयास्त्र इसका उपयोग कुछ धातु, लकड़ी और फाइबरग्लास घटकों को बदलने के लिए करते हैं किन्तु कई आंतरिक भाग अभी भी धातु मिश्र धातुओं तक सीमित हैं क्योंकि वर्तमान प्रबलित प्लास्टिक अनुपयुक्त हैं।
  • उच्च-प्रदर्शन वाले ड्रोन निकाय और अन्य रेडियो-नियंत्रित वाहन और हेलीकॉप्टर रोटर ब्लेड जैसे विमान घटक।
  • हल्के वजन वाले पोल जैसे: ट्राइपॉड लेग्स, टेंट पोल, फिशिंग रॉड, बिलियर्ड क्यू, वॉकिंग स्टिक, और हाई-रीच पोल जैसे कि खिड़की की सफाई के लिए।
  • दंत चिकित्सा, पोस्ट और कोर या कार्बन फाइबर का उपयोग रूट कैनाल उपचारित दांतों को बहाल करने में किया जाता है।
  • यात्री सेवा के लिए ट्रेन की बोगियों को रेल किया गया। यह धातु की बोगियों की तुलना में 50% तक वजन कम करता है, जो ऊर्जा बचत में योगदान देता है।[32]
  • लैपटॉप शेल और अन्य हाई परफॉरमेंस केस.
  • कार्बन बुने हुए कपड़े।[33][34]
  • तीरंदाजी: कार्बन फाइबर तीर और बोल्ट, क्रॉसबो या शब्दावली (क्रॉसबो के लिए) और बो_एंड_एरो या पार्ट्स_ऑफ_द_बो (ऊर्ध्वाधर धनुष के लिए), और रेल।
  • 3डी फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग प्रिंटिंग प्रक्रिया के लिए फिलामेंट के रूप में,[35] कार्बन फाइबर-प्रबलित प्लास्टिक (पॉलियामाइड-कार्बन फिलामेंट) का उपयोग इसकी उच्च शक्ति और आंसू की लंबाई के कारण शक्तिशाली किन्तु हल्के उपकरण और भागों के उत्पादन के लिए किया जाता है।[36]
  • CIPP विधि का उपयोग करते हुए जिला हीटिंग पाइप पुनर्वास।

निपटान और पुनर्चक्रण

धूप से सुरक्षित होने पर सीएफआरपीs का जीवनकाल लंबा होता है। जब सीएफआरपी को बंद करने का समय आता है, तो उन्हें कई धातुओं की तरह हवा में पिघलाया नहीं जा सकता। विनाइल (पीवीसी या पॉलीविनाइल क्लोराइड) और अन्य हैलोजेनेटेड पॉलिमर से मुक्त होने पर, सीएफआरपी को ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में थर्मल डीपोलीमराइजेशन के माध्यम से थर्मल रूप से विघटित किया जा सकता है। यह रिफाइनरी में एक-चरणीय प्रक्रिया में पूरा किया जा सकता है। तब कार्बन और मोनोमर्स का कब्जा और पुन: उपयोग संभव है। कार्बन फाइबर को पुनः प्राप्त करने के लिए सीएफआरपीs को कम तापमान पर मिल्ड या श्रेड किया जा सकता है; चूंकि , यह प्रक्रिया तंतुओं को नाटकीय रूप से छोटा कर देती है। डाउनसाइक्लिंग पेपर के साथ ही, छोटे फाइबर पुनर्नवीनीकरण सामग्री को मूल सामग्री से अशक्त होने का कारण बनते हैं। अभी भी कई औद्योगिक अनुप्रयोग हैं जिन्हें पूर्ण लंबाई वाले कार्बन फाइबर सुदृढीकरण की ताकत की आवश्यकता नहीं है। उदाहरण के लिए, कटा हुआ पुनः प्राप्त कार्बन फाइबर का उपयोग उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जा सकता है, जैसे कि लैपटॉप। यह उपयोग किए जाने वाले पॉलिमर का उत्कृष्ट सुदृढीकरण प्रदान करता है, तथापि इसमें एयरोस्पेस घटक के शक्ति-से-भार अनुपात का अभाव हो।

कार्बन नैनोट्यूब प्रबलित बहुलक (सीएनआरपी)

2009 में,जायवेक्स टेक्नोलॉजीज ने कार्बन नैनोट्यूब-प्रबलित एपॉक्सी और कार्बन प्री-प्रीग्स प्रस्तुत किए।[37] कार्बन नैनोट्यूब प्रबलित बहुलक (सीएनआरपी) सीएफआरपी की तुलना में कई गुना अधिक शक्तिशाली और सख्त है और इसका उपयोग लॉकहीड मार्टिन F-35 लाइटनिंग II में विमान के लिए संरचनात्मक सामग्री के रूप में किया जाता है।[38] सीएनआरपी अभी भी प्राथमिक सुदृढीकरण के रूप में कार्बन फाइबर का उपयोग करता है,[39] किन्तु बाइंडिंग मैट्रिक्स कार्बन नैनोट्यूब से भरा एपॉक्सी है।[40]


यह भी देखें

संदर्भ

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