Mae ffibr carbon yn ddeunydd ffibr polymer anorganig gyda chynnwys carbon o dros 90%, sy'n cynnwys cryfder uchel a modwlws uchel. Dyma gyflwyniad manwl amdano:
Nodweddion Sylfaenol
- Pwysau ysgafn a chryfder uchel: Dim ond 1/4 o ddur a 3/5 o alwminiwm yw'r dwysedd, ond mae ei gryfder 7-9 gwaith yn fwy na dur a 4 gwaith yn fwy na chryfder aloi alwminiwm. Mae'r cryfder a'r modwlws penodol ymhlith y gorau mewn deunyddiau peirianneg.
- Gwrthiant tymheredd uchel: Gall wrthsefyll tymheredd o 2000 gradd mewn amgylchedd anadweithiol, yn llawer uwch na dur (sy'n toddi ar 1500 gradd) a gwydr (sy'n meddalu ar 600 gradd).
- Gwrthiant cyrydiad: Mae ganddo wrthwynebiad da i asidau, alcalïau, a thoddyddion organig, ac nid yw'n dueddol o heneiddio na gwisgo.
- Anisotropi: Mae'r cryfder a'r modwlws yn hynod o uchel ar hyd cyfeiriad echelin y ffibr, tra bod y cryfder radial yn gymharol wan. Dylid osgoi grym rheiddiol.
Strwythur a chyfansoddiad
Mae'n cael ei ffurfio trwy bentyrru microgristalau tebyg i graffit ar hyd yr echelin ffibr, gan ffurfio strwythur graffit microgrisialog. Mae atomau carbon yn cael eu cyfuno'n agos trwy fondiau cofalent, gydag egni bond uchel, gan roi cryfder a sefydlogrwydd uchel iddo.
Dosbarthiad a Chymhwysiad
- Yn ôl nifer y ffilamentau: mae wedi'i rannu'n ffilamentau bach (o fewn 24k) a ffilamentau mawr (uwchlaw 48k). Mae gan y ffilamentau bach berfformiad gwell ac fe'u defnyddir mewn awyrofod; mae gan y ffilamentau mawr gost is ac fe'u cymhwysir yn eang mewn meysydd fel automobiles a nwyddau chwaraeon.
- Yn ôl cais: gellir ei ddosbarthu i radd awyrofod (cryfder uchel a modwlws uchel) a gradd ddiwydiannol (math cyffredinol). Defnyddir y cyntaf mewn diwydiannau amddiffyn cenedlaethol a milwrol, tra bod yr olaf yn cael ei ddefnyddio mewn diwydiannau sifil.
- Cymwysiadau nodweddiadol: awyrofod (fel ffiwslawdd awyrennau, cydrannau roced), gweithgynhyrchu ceir (pwysoli cyrff ceir), offer chwaraeon (beiciau, racedi), ynni newydd (llafnau cynhyrchu pŵer gwynt), ac ati.
Proses baratoi
Gan ddefnyddio ffibrau polyacrylonitrile (PAN) fel deunyddiau crai, caiff ei brosesu trwy gyn-ocsidiad, carboneiddio a graffiteiddio o dan amodau tymheredd uchel. Mae'r broses yn gymhleth ac mae angen rheolaeth lem ar dymheredd ac awyrgylch i sicrhau perfformiad y ffibrau.
Manteision a Chyfyngiadau
- Manteision: Ysgafn, cryfder uchel, ymwrthedd tymheredd uchel, ymwrthedd cyrydiad. Mae'n ddeunydd delfrydol ar gyfer cyflawni "gostyngiad pwysau heb aberthu ansawdd" mewn cerbydau cludo.
- Cyfyngiadau: Mae cost cynhyrchu uchel, sy'n dueddol o dorri asgwrn pan gaiff ei ddefnyddio'n uniongyrchol, fel arfer yn gofyn am gyfuno â resinau, metelau, ac ati i'w ddefnyddio fel deunydd cyfansawdd.
Gelwir ffibr carbon yn "Brenin Deunyddiau Newydd" ac "Aur Du". Mae ganddo safle unigryw yn y maes gweithgynhyrchu pen uchel. Yn y dyfodol, gyda chynnydd technolegol a lleihau costau, bydd cwmpas ei gais yn ehangu ymhellach.
