هل الكيفلار وألياف الكربون متماثلان؟ ما الذي يميز الكيفلار عن ألياف الكربون؟

ما هي ألياف الكربون؟

ألياف الكربون هي مادة كربونية ليفية معروفة بلونها الأسود. إنه يتميز بمزيج من الخصائص بما في ذلك القوة العالية، الكثافة المنخفضة، المقاومة الممتازة للتآكل، تحمل الحرارة الفائق، والتوصيل الكهربائي المشابه للنحاس. تتميز هذه المادة بخصائصها الكهربائية والحرارية والميكانيكية الاستثنائية. يتم إنتاج ألياف الكربون من خلال تفحيم ألياف سلائف مختلفة مثل بولي أكريلونيتريل (مِقلاة)، أو الملعب، أو الحرير الصناعي، أو ألياف الفينول. ويمكن تصنيفها حسب شكلها إلى خيوط وألياف قصيرة وألياف مقطعة، أو حسب خواصها الميكانيكية إلى أنواع للأغراض العامة وعالية الأداء. تتمتع ألياف الكربون للأغراض العامة بقوة شد تبلغ حوالي 1000 ميجا باسكال ومعامل يبلغ حوالي 100 جيجا باسكال. تشتمل ألياف الكربون عالية الأداء على ألياف عالية القوة (قوة 2000 ميجا باسكال، معامل 250 جيجا باسكال) وألياف عالية المعامل (أكثر من 300 معامل جيجا باسكال). يُطلق على الألياف التي تزيد قوتها عن 4000 ميجا باسكال اسم القوة الفائقة، في حين تُسمى الألياف التي تزيد معامل قوتها عن 450 جيجا باسكال بأنها ألياف ذات معامل عالي جدًا.

ما هو كيفلر؟

الكيفلار، وهو اسم تجاري لشركة دوبونت، هو نوع من مادة ألياف الأراميد المعروفة بلونها الأصفر وخصائصها القوية. الاسم الكيميائي للكيفلر هو بولي بارا فينيلين تيريفثالاميد، وتتكون صيغته الكيميائية من وحدات متكررة من -[-شركة-C6H4-CONH-C6H4-نيو هامبشاير-]-. تشتهر مادة الكيفلار بكثافتها المنخفضة، وقوتها العالية، وصلابتها الممتازة، ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية، وعدم موصليتها، مما يجعلها سهلة المعالجة والشكل. تبلغ قوته خمسة أضعاف قوة الفولاذ الذي له نفس الوزن، ومع ذلك فإن كثافته تبلغ خمس الفولاذ فقط (كثافة كيفلر هي 1.44 جم/سم3 مقارنة بـ 7.859 جم/سم3 للفولاذ). هذا المزيج الفريد من الخصائص جعل الكيفلار ذو قيمة عالية، خاصة في التطبيقات العسكرية حيث يشار إليه باسم"حارس الدروع."

مقارنة الخواص الميكانيكية

• ألياف كربونيه: تتراوح قوة الشد من 2 إلى 7 جيجا باسكال، ومعامل الشد بين 200 إلى 700 جيجا باسكال. تتراوح كثافته من 1.5 إلى 2.0 جرام/سم مكعب، وتتأثر إلى حد كبير ببنية المادة الأولية ودرجة حرارة الكربنة. يمكن أن يؤدي الرسم البياني عند 3000 درجة مئوية إلى زيادة الكثافة إلى 2.0 جم / سم مكعب.

• كيفلر: تبلغ القوة حوالي 3.6 جيجا باسكال، مع معامل شد 131 جيجا باسكال واستطالة الكسر 2.8%. يمكنه تحمل درجات حرارة طويلة المدى تصل إلى 180 درجة مئوية، وله معامل تمدد حراري محوري يبلغ -2 × 10^(-6) /K، وموصلية حرارية تبلغ 0.048 واط/(م·ك).

  
  

الخصائص الرئيسية لألياف الكيفلار:

• مقاومة دائمة للحرارة ومثبطات اللهب، مع مؤشر أكسجين محدد (خطاب النوايا) أكبر من 28.

• خصائص دائمة مضادة للكهرباء الساكنة.

• مقاومة الأحماض والقلويات والمذيبات العضوية.

• قوة عالية، ومقاومة للتآكل، ومقاومة للتمزق.

• لا تنتج قطرات منصهرة أو غازات سامة عند حرقها.

• يصبح القماش سميكًا عند تعرضه للنار، مما يعزز خصائص الغلق دون أن ينكسر.

تجدر الإشارة إلى أن ألياف الكربون الملونة، بما في ذلك المتغيرات الحمراء أو المتعددة الألوان، يتم إنتاجها عادةً عن طريق إضافة أصباغ ملونة أثناء عملية التصنيع. يمكن تحقيق هذا التحول من ألياف الكربون السوداء إلى ألياف الكربون الملونة من خلال الشركات المتخصصة في أقمشة ألياف الكربون والمواد التمهيدية.

ومن خلال فهم هذه الاختلافات، يمكنك تقدير المزايا والتطبيقات الفريدة لكل مادة بشكل أفضل.