סיב פחמן

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
אריג של סיבי פחמן
משטח פלסטיק מחוזק בסיבי פחמן המשמש במסוקים

סיב פחמן הוא חומר המורכב מסיבים דקים במיוחד המכילים בעיקר אטומי פחמן. קוטר הסיבים נע בין 0.005 ל-0.010 מילימטר. סיבי הפחמן מאורגנים בגבישים זעירים הסדורים בהתאמה טובה לאורך הסיב. מבנה זה מקנה להם חוזק רב יחסית לגודלם הזעיר. השימוש הבסיסי ביותר בחומר מתקבל על ידי שזירת כמה אלפי סיבים לחוט בעל חוזק רב. את החוטים ניתן לשזור לאריג שגם הוא נהנה מחוזק רב ומשקל קל יחסית. יישום נוסף מתקבל באמצעות טבילת אריג סיבי פחמן בתרכובת מותכת כדוגמת אפוקסי לשם יצירת חומרים מרוכבים המאפשרים לעצב משטחים חזקים בעלי משקל קל. אריגים ומשטחים אלו מכונים לעתים בפשטות, סיבי פחמן.

סיבי פחמן נמצאים בשימוש במוצרים הדורשים חוזק גבוה יחסית למשקל. ייצור סיבי הפחמן יקר יחסית, אך ניתן למצוא אותם במוצרים בתעשיית התעופה והחלל, בהנדסה אזרחית ובמוצרים המיועדים לביצועים גבוהים בתעשיית הרכב כדוגמת אופנועי מרוץ וביגוד רכיבה נלווה.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

סיבי הפחמן הראשונים יוצרו במעבדה של חברת יוניון קארבייד האמריקנית ב-1958 על ידי דוקטור רוג'ר בייקון. תהליך הייצור היה מבוסס על חימום של סיבי משי מלאכותי, המבוססים על תאית. תהליך זה הוכח כלא יעיל כיוון שהתוצר הכיל רק 20 אחוז של פחמן. מספר שנים אחר כך פותחה שיטת הפקה שהתבססה על המרת הפולימר פוליאקרילוניטריל והפיקה תוצר המכיל 55 אחוז פחמן. השיטה הוכחה כמוצלחת והפכה מאז לשיטה העיקרית להפקת סיבי פחמן. ב-1969 נארג לראשונה אריג העשוי מסיבי פחמן על ידי חברה בריטית. מאז שנות ה-70 של המאה ה-20 נעשו ניסיונות נוספים לאיתור חומרי גלם לייצור סיבי פחמן ונמצאו חומרים המבוססים על תוצרי נפט, המאפשרים לייצר סיבים בעלי 85 אחוז פחמן המתאפיינים באלסטיות וחוזק טובים.

אופן יצור[עריכת קוד מקור | עריכה]

סיב פחמן בהשוואה לשערה אנושית

אבקת אקרילו-ניטריל מעורבבת בפלסטיק נוסף, למשל מתיל-אקרילט או מתיל מטא-קרילת. התערובת עוברת פלמור בתרחיף או בתמיסה על ידי קטליסט ליצירת פולי-אקרילו-ניטריל. הפולי-אקרילו-ניטריל מועבר דרך פיה ונמתח ליצירת סיב דק. בשלב זה מועברים הסיבים לתנור בטמפרטורה של 200-‏300 מעלות צלזיוס לכ-30 עד 120 דקות. בטמפרטורות אלו ובנוכחות חמצן עובר הסיב תהליך של סידור מולקולרי מחדש אשר בסופו משתנה מבנהו מאופי קווי לבעל מבנה סולם. מבנה הסולם מקנה לסיב עמידות תרמית גבוהה.

לאחר מכן עובר הסיב לתנור בטמפרטורות של 1,000-‏3,000 מעלות צלזיוס תוך כדי מתיחה ובלחץ גבוה של גזים שלא מאפשרים נוכחות חמצן. ללא חמצן הסיב לא נשרף ובמקום זאת הקשרים הבין-אטומיים רועדים בחוזקה ומסירים כמעט את כל האטומים שאינם פחמן. התוצר הסופי הוא סיב עשוי פחמן במבנה שטוח, בדומה לגרפיט, אך מתמשך ואינסופי. כדי לאפשר הדבקה טובה של הסיב לדבק שיקשור אותו לכדי חומר מרוכב (המכונה מטריצה), הוא עובר טיפול פני שטח על ידי חמצון.

יישום[עריכת קוד מקור | עריכה]

היישום הנפוץ ביותר של סיבי פחמן הוא ביצירת משטחי פלסטיק מחוזקים בסיבי פחמן. סיבי הפחמן נארגים בתבניות שונות המותאמות ליישום הנדרש ואחר כך החלק מופק באחת ממספר שיטות הנבחרת לפי האופי הרצוי של החלק (רמת קשיחות, ברק, בעל צורה מפותלת ועוד). אחת השיטות מתבססת על שימוש בריק לשם הזרקה נקייה של החומר העוטף את הסיבים, למשל אפוקסי, על גבי אריג הסיבים, ומניעת בועות גז שעשויות להיוותר במשטח ולגרום להחלשתו באופן משמעותי. כדי לשמור על חוזק גבוה, מקובל גם שימוש במכונת חימום המייבשת ומעקרת את המשטח.

משטחי סיבי פחמן משמשים כמרכיב במוצרים שונים. לדוגמה:

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]