उच्च प्रदर्शन वाले कंपोजिट में प्रयुक्त फाइबर के प्राथमिक प्रकार
1. ग्लास फाइबर (फाइबरग्लास)
फ़ाइबरग्लास की कई अलग-अलग किस्में हैं, लेकिन कंपोजिट के लिए, दो सबसे आम हैं। लगभग सभी फ़ाइबरग्लास {{2}प्रबलित उत्पादों में ई-ग्लास फ़ाइबर मानक प्रकार है, जबकि एस-ग्लास फ़ाइबर (जिसे आर{{4}ग्लास या टी{{5%)ग्लास फ़ाइबर के रूप में भी जाना जाता है) में काफी बेहतर तन्यता ताकत होती है। एस-ग्लास फाइबर आमतौर पर ई-ग्लास फाइबर से छोटा होता है, इसमें रेज़िन मैट्रिक्स में बेहतर आसंजन होता है, और प्रभाव प्रदर्शन में सुधार होता है। लेकिन इसकी लागत बहुत अधिक है. S-2 ग्लास फाइबर एक उच्च शक्ति वाला वाणिज्यिक S-ग्लास फाइबर है, जिसकी तन्य शक्ति सामान्य E{17}}ग्लास फाइबर से दोगुनी है और कठोरता भी लगभग 10-20% अधिक है। लेकिन लगभग सभी अनुप्रयोगों के लिए, ई-ग्लास फाइबर पर्याप्त है।
फाइबरग्लास छोटे व्यास के छिद्रों के माध्यम से पिघले हुए (1700 डिग्री) खनिज उत्पादों (सिलिका, एल्यूमीनियम और कैल्शियम ऑक्साइड, आदि) को बाहर निकालकर बनाया जाता है। आमतौर पर, E-ग्लास फाइबर का व्यास लगभग 10-25 माइक्रोन होता है, जो उन्हें कार्बन फाइबर से बड़ा बनाता है।
2. कार्बन फाइबर
कार्बन फाइबर विभिन्न यांत्रिक गुणों और लागतों के साथ कई किस्मों में आते हैं। कार्बन फाइबर सीधे पिघले हुए पदार्थ से बाहर नहीं निकाला जाता है, बल्कि पूर्ववर्ती फाइबर के ताप उपचार द्वारा बनाया जाता है, जिसमें वायु वातावरण में पूर्व ऑक्सीकरण और निष्क्रिय वातावरण में कार्बोनाइजेशन शामिल है। तनाव के तहत, फाइबर के भीतर कार्बन संरचना संरेखित होती है, जिससे तन्य शक्ति और कठोरता को अधिकतम करने में मदद मिलती है।
कार्बन फाइबर के लिए उपयोग किया जाने वाला सबसे आम अग्रदूत पॉलीएक्रिलोनिट्राइल (पैन) फाइबर है। वर्तमान में, सबसे आम मानक और मध्यम मापांक कार्बन फाइबर पैन अग्रदूत पर आधारित हैं। डामर (पिच) अग्रदूत प्रणाली द्वारा तैयार कार्बन फाइबर का मापांक आमतौर पर अधिक होता है। एक एकल कार्बन फाइबर आमतौर पर ग्लास फाइबर से छोटा होता है, जिसका व्यास केवल 5 माइक्रोन होता है। मापांक कार्बन फाइबर को अक्सर मानक मापांक, मध्यवर्ती मापांक (आईएम), उच्च मापांक (एचएम), और अल्ट्रा - उच्च मापांक कार्बन फाइबर के साथ वर्गीकृत किया जाता है।
उद्योग में अन्य विशेष सुदृढीकरण फाइबर
पारंपरिक ग्लास और कार्बन से परे, विशेष अनुप्रयोगों के लिए अद्वितीय फाइबर आर्किटेक्चर की आवश्यकता होती है:
- केवलर अरामिड फाइबर:ड्यूपॉन्ट द्वारा विकसित एक सिंथेटिक अरिमिड फाइबर। अन्य वाणिज्यिक अरिमिड फाइबर में ट्वारोन, टेक्नोरा और नोमेक्स शामिल हैं। मिश्रित सामग्रियों के लिए सुदृढीकरण फाइबर के रूप में, अरैमिड फाइबर का उपयोग मुख्य रूप से उच्च तन्यता ताकत और पंचर, घिसाव और टूटना प्रतिरोध वाले अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। इन्हें अक्सर कार्बन फाइबर या ग्लास फाइबर के संयोजन में उपयोग किया जाता है।
- बेसाल्ट फाइबर:ग्लास फाइबर के समान पिघलने और बाहर निकालना प्रक्रिया का उपयोग करके बनाया गया। इसकी तन्यता ताकत और मापांक E-ग्लास फाइबर से थोड़ा अधिक है लेकिन कार्बन फाइबर से कम है। घनत्व E-ग्लास फ़ाइबर के समान है। कीमत E-ग्लास फ़ाइबर और कार्बन फ़ाइबर के बीच है।
- अल्ट्रा-उच्च आणविक भार पॉलीथीन:डायनेमा और स्पेक्ट्रा दोनों ही अल्ट्रा-{0}} उच्च आणविक भार पॉलीथीन (यूएचएमडब्ल्यूपीई) या उच्च मॉड्यूलस पॉलीथीन (एचएमपीई) एक्सट्रूडेड फिलामेंट से बने फाइबर हैं। यूएचएमडब्ल्यूपीई मजबूत, टिकाऊ है और समग्र कठोरता को बढ़ाने और ऊर्जा अवशोषण को प्रभावित करने के लिए अक्सर कार्बन फाइबर के साथ मिश्रित होता है।
- उच्च आणविक भार पॉलीप्रोपाइलीन:इनेग्रा उच्च आणविक भार पॉलीप्रोपाइलीन (एचएमपीपी) से बना एक फाइबर है। हालांकि केवलर या डायनेमा जितना मजबूत नहीं, इनेग्रा कम लागत पर प्रभाव और टूटने के लिए कठिन और प्रतिरोधी है।
- पौधे के रेशे:सबसे पुराने संरचनात्मक सुदृढ़ीकरण फाइबर लकड़ी और पौधों के फाइबर (जैसे सन और जूट) हैं। पारिस्थितिक लाभ प्रदान करते हुए, पौधों के रेशे नमी अवशोषण के साथ संघर्ष करते हैं और इंजीनियर्ड ई-ग्लास की तुलना में यांत्रिक असंगतता की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदर्शित करते हैं।
- सिरेमिक फाइबर:अत्यधिक उच्च तापमान प्रतिरोध के लिए सिरेमिक मैट्रिक्स कंपोजिट (सीएमसी) में उपयोग किया जाता है। गैर-{2}}ऑक्साइड बोरॉन फाइबर में अविश्वसनीय संपीड़न शक्ति होती है, जबकि सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) फाइबर सर्वोच्च कठोरता प्रदान करते हैं।
कच्चे रेशों को संरचनात्मक समाधानों में परिवर्तित करना: एलएफटी अंतर
केवल कच्चे रेशों को प्लास्टिक के साथ मिलाना भारी-भरकम संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त नहीं है। मानक छोटे -फाइबर यौगिक 1 मिमी से कम के कटे हुए फाइबर का उपयोग करते हैं, जो कण भराव के रूप में कार्य करते हैं लेकिन यांत्रिक तनाव को कुशलता से संचारित करने में विफल होते हैं। यहीं परलंबे फाइबर थर्मोप्लास्टिक्स (एलएफटी/एलएफआरटी)आवश्यक हो गया.
निरंतर पल्ट्रूज़न कंपाउंडिंग तकनीक का उपयोग करके, एलएफटी-जी®पॉलिमर मैट्रिसेस (जैसे पीपी, पीए 6, पीए 12, पीपीएस, पीईईके) के अंदर ई {{0} ग्लास फाइबर या पैन कार्बन फाइबर को संरेखित करता है। अंतिम इंजेक्शन में ढाले गए घटक में, ये फाइबर 10-12 मिमी की लंबाई बनाए रखते हैं, जिससे एक स्थापना होती है3डी इंटरलॉकिंग कंकाल नेटवर्क. इस आंतरिक ढांचे में नाटकीय रूप से सुधार होता है:
- संघात प्रतिरोध:यांत्रिक झटके को अवशोषित करता है और दरार को फैलने से रोकता है।
- आयामी स्थिरता:मोल्ड सिकुड़न को कम करता है और विकृति को समाप्त करता है।
- धातु प्रतिस्थापन क्षमताएँ:भारी एल्यूमीनियम और स्टील घटकों को प्रतिस्थापित करता है, जिससे हिस्से का वजन 50% तक कम हो जाता है।
