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कार्बन फाइबर यह एक ऐसा रेशा पदार्थ है जिसमें कार्बन की मात्रा 95% से अधिक होती है। इसमें उत्कृष्ट यांत्रिक, रासायनिक, विद्युत और अन्य गुण होते हैं। इसे "नए पदार्थों का राजा" कहा जाता है और यह एक रणनीतिक पदार्थ है जिसकी सैन्य और नागरिक विकास में कमी है। इसे "काला सोना" के नाम से जाना जाता है।

कार्बन फाइबर की उत्पादन प्रक्रिया इस प्रकार है:

पतले कार्बन फाइबर का निर्माण कैसे होता है?

कार्बन फाइबर उत्पादन प्रक्रिया प्रौद्योगिकी अब तक विकसित और परिपक्व हो चुकी है। कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्रियों के निरंतर विकास के साथ, यह सभी क्षेत्रों में तेजी से लोकप्रिय हो रहा है, विशेष रूप से विमानन, ऑटोमोबाइल, रेल, पवन ऊर्जा ब्लेड आदि के मजबूत विकास और इसके प्रेरक प्रभाव से कार्बन फाइबर उद्योग के विकास की संभावनाएं और भी व्यापक हो गई हैं।

कार्बन फाइबर उद्योग श्रृंखला को अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम में विभाजित किया जा सकता है। अपस्ट्रीम आमतौर पर कार्बन फाइबर-विशिष्ट सामग्रियों के उत्पादन को संदर्भित करता है; डाउनस्ट्रीम आमतौर पर कार्बन फाइबर अनुप्रयोग घटकों के उत्पादन को संदर्भित करता है। अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम के बीच की कंपनियों को कार्बन फाइबर उत्पादन प्रक्रिया में उपकरण प्रदाताओं के रूप में समझा जा सकता है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है:

कार्बन फाइबर उद्योग श्रृंखला में कच्चे रेशम से लेकर कार्बन फाइबर तक की पूरी प्रक्रिया में ऑक्सीकरण भट्टियां, कार्बनीकरण भट्टियां, ग्राफिटाइजेशन भट्टियां, सतह उपचार और साइजिंग जैसी प्रक्रियाओं से गुजरना पड़ता है। फाइबर की संरचना में कार्बन फाइबर की प्रधानता होती है।

कार्बन फाइबर उद्योग श्रृंखला का ऊपरी भाग पेट्रोकेमिकल उद्योग से संबंधित है, और एक्रिलोनाइट्राइल मुख्य रूप से कच्चे तेल के शोधन, विखंडन, अमोनिया ऑक्सीकरण आदि के माध्यम से प्राप्त किया जाता है; पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल पूर्ववर्ती फाइबर, कार्बन फाइबर पूर्ववर्ती फाइबर के पूर्व-ऑक्सीकरण और कार्बनीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है, और कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए कार्बन फाइबर और उच्च गुणवत्ता वाले राल को संसाधित करके प्राप्त की जाती है।

कार्बन फाइबर की उत्पादन प्रक्रिया में मुख्य रूप से खींचना, आकार देना, स्थिरीकरण, कार्बनीकरण और ग्रेफाइटीकरण शामिल हैं। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है:

चित्रकला:यह कार्बन फाइबर उत्पादन प्रक्रिया का पहला चरण है। इसमें मुख्य रूप से कच्चे माल को रेशों में अलग किया जाता है, जो एक भौतिक परिवर्तन है। इस प्रक्रिया के दौरान, कताई द्रव और जमाव द्रव के बीच द्रव्यमान स्थानांतरण और ऊष्मा स्थानांतरण होता है, और अंत में पैन अवक्षेपण होता है। तंतुओं से एक जेल जैसी संरचना बनती है।

मसौदा तैयार करना:इस प्रक्रिया में उन्मुख रेशों के खिंचाव प्रभाव के साथ काम करने के लिए 100 से 300 डिग्री सेल्सियस तापमान की आवश्यकता होती है। यह पैन फाइबर के उच्च मापांक, उच्च सुदृढ़ीकरण, सघनता और परिष्करण में भी एक महत्वपूर्ण चरण है।

स्थिरता:थर्मोप्लास्टिक पैन रैखिक मैक्रोमोलेक्यूलर श्रृंखला को 400 डिग्री पर गर्म करने और ऑक्सीकरण की विधि द्वारा एक गैर-प्लास्टिक ताप-प्रतिरोधी ट्रेपेज़ॉइडल संरचना में परिवर्तित किया जाता है, जिससे यह उच्च तापमान पर गैर-पिघलने योग्य और गैर-ज्वलनशील हो जाता है, फाइबर के आकार को बनाए रखता है, और थर्मोडायनामिक्स एक स्थिर अवस्था में होता है।

कार्बनीकरण:पैन में मौजूद गैर-कार्बन तत्वों को 1,000 से 2,000 डिग्री के तापमान पर बाहर निकालना आवश्यक है, और अंततः 90% से अधिक कार्बन सामग्री वाले टर्बोस्ट्रेट ग्रेफाइट संरचना वाले कार्बन फाइबर का उत्पादन करना आवश्यक है।

कार्बन फाइबर फैब्रिक

ग्राफिटाइजेशन: इसमें अनाकार और टर्बोस्ट्रैटिक कार्बनीकृत सामग्रियों को त्रि-आयामी ग्रेफाइट संरचनाओं में परिवर्तित करने के लिए 2,000 से 3,000 डिग्री के तापमान की आवश्यकता होती है, जो कार्बन फाइबर के मापांक को बेहतर बनाने का मुख्य तकनीकी उपाय है।

कच्चे रेशम उत्पादन से लेकर तैयार उत्पाद तक कार्बन फाइबर की विस्तृत प्रक्रिया इस प्रकार है: पैन कच्चे रेशम का उत्पादन पूर्व प्रक्रिया द्वारा किया जाता है। वायर फीडर की गीली ऊष्मा द्वारा प्री-ड्राइंग के बाद, इसे ड्राइंग मशीन द्वारा क्रमानुसार प्री-ऑक्सीडेशन भट्टी में स्थानांतरित किया जाता है। प्री-ऑक्सीडेशन भट्टी समूह में विभिन्न तापमानों पर पकाने के बाद, ऑक्सीकृत फाइबर बनते हैं, जिन्हें प्री-ऑक्सीडाइज्ड फाइबर कहा जाता है। इन प्री-ऑक्सीडाइज्ड फाइबर को मध्यम-तापमान और उच्च-तापमान कार्बनीकरण भट्टियों से गुजारकर कार्बन फाइबर में परिवर्तित किया जाता है। इसके बाद, कार्बन फाइबर को अंतिम सतह उपचार, साइजिंग, सुखाने और अन्य प्रक्रियाओं से गुजारकर कार्बन फाइबर उत्पाद प्राप्त किए जाते हैं। निरंतर वायर फीडिंग और सटीक नियंत्रण की इस पूरी प्रक्रिया में, किसी भी प्रक्रिया में थोड़ी सी भी गड़बड़ी स्थिर उत्पादन और अंतिम कार्बन फाइबर उत्पाद की गुणवत्ता को प्रभावित करती है। कार्बन फाइबर उत्पादन में एक लंबी प्रक्रिया, कई तकनीकी महत्वपूर्ण बिंदु और उच्च उत्पादन बाधाएं शामिल हैं। यह कई विषयों और प्रौद्योगिकियों का एकीकरण है।

ऊपर कार्बन फाइबर के निर्माण की प्रक्रिया दिखाई गई है, आइए देखते हैं कि कार्बन फाइबर फैब्रिक का उपयोग कैसे किया जाता है!

कार्बन फाइबर कपड़े के उत्पादों का प्रसंस्करण

1. काटना

प्रीप्रेग को -18 डिग्री सेल्सियस के कोल्ड स्टोरेज से निकाला जाता है। पिघलने के बाद, पहला चरण स्वचालित कटिंग मशीन पर सामग्री आरेख के अनुसार सामग्री को सटीक रूप से काटना है।

2. पक्की सड़क बनाना

दूसरा चरण है प्रीप्रेग को बिछाने वाले उपकरण पर रखना और डिज़ाइन की आवश्यकताओं के अनुसार अलग-अलग परतें बिछाना। सभी प्रक्रियाएं लेजर पोजिशनिंग के तहत की जाती हैं।

3. गठन

एक स्वचालित हैंडलिंग रोबोट के माध्यम से, प्रीफॉर्म को संपीड़न मोल्डिंग के लिए मोल्डिंग मशीन में भेजा जाता है।

4. काटना

आकार देने के बाद, वर्कपीस को कटिंग और डिबरिंग के चौथे चरण के लिए कटिंग रोबोट वर्कस्टेशन पर भेजा जाता है ताकि वर्कपीस की आयामी सटीकता सुनिश्चित हो सके। यह प्रक्रिया सीएनसी पर भी की जा सकती है।

5. सफाई

पांचवा चरण सफाई स्टेशन पर ड्राई आइस क्लीनिंग करना है ताकि रिलीज एजेंट को हटाया जा सके, जो बाद में ग्लू कोटिंग प्रक्रिया के लिए सुविधाजनक होता है।

6. गोंद

छठा चरण ग्लूइंग रोबोट स्टेशन पर संरचनात्मक ग्लू लगाना है। ग्लू लगाने की स्थिति, ग्लू की गति और ग्लू की मात्रा को सटीक रूप से समायोजित किया जाता है। धातु के हिस्सों के साथ कनेक्शन के एक भाग को रिवेट किया जाता है, जो रिवेटिंग स्टेशन पर किया जाता है।

7. असेंबली निरीक्षण

गोंद लगाने के बाद, भीतरी और बाहरी पैनलों को जोड़ा जाता है। गोंद के सूखने के बाद, कीहोल, बिंदुओं, रेखाओं और सतहों की आयामी सटीकता सुनिश्चित करने के लिए नीली रोशनी से जांच की जाती है।

कार्बन फाइबर को प्रोसेस करना अधिक कठिन है।

कार्बन फाइबर में कार्बन पदार्थों की उच्च तन्यता शक्ति और रेशों की सुगम प्रसंस्करण क्षमता दोनों ही गुण मौजूद हैं। कार्बन फाइबर उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों वाला एक नया पदार्थ है। कार्बन फाइबर और सामान्य स्टील का उदाहरण लें तो, कार्बन फाइबर की शक्ति लगभग 400 से 800 एमपीए होती है, जबकि साधारण स्टील की शक्ति 200 से 500 एमपीए होती है। कठोरता के मामले में, कार्बन फाइबर और स्टील लगभग समान हैं, और इनमें कोई स्पष्ट अंतर नहीं है।

कार्बन फाइबर में उच्च शक्ति और हल्का वजन होता है, इसलिए इसे नए पदार्थों का राजा कहा जा सकता है। इस लाभ के कारण, कार्बन फाइबर प्रबलित कंपोजिट (CFRP) के प्रसंस्करण के दौरान, मैट्रिक्स और फाइबर के बीच जटिल आंतरिक अंतःक्रियाएं होती हैं, जिससे उनके भौतिक गुण धातुओं से भिन्न होते हैं। CFRP का घनत्व धातुओं की तुलना में काफी कम होता है, जबकि इसकी शक्ति अधिकांश धातुओं से अधिक होती है। CFRP की असमानता के कारण, प्रसंस्करण के दौरान फाइबर का खिंचाव या मैट्रिक्स फाइबर का अलग होना अक्सर होता है; CFRP में उच्च ताप प्रतिरोध और घिसाव प्रतिरोध होता है, जिससे प्रसंस्करण के दौरान उपकरणों पर अधिक दबाव पड़ता है, और उत्पादन प्रक्रिया में बड़ी मात्रा में ऊष्मा उत्पन्न होती है, जो उपकरणों के घिसाव के लिए अधिक गंभीर होती है।

साथ ही, इसके अनुप्रयोग क्षेत्रों के निरंतर विस्तार के साथ, आवश्यकताएं और भी अधिक जटिल होती जा रही हैं, और सामग्रियों की प्रयोज्यता के लिए आवश्यकताएं और सीएफआरपी के लिए गुणवत्ता आवश्यकताएं और भी अधिक सख्त होती जा रही हैं, जिससे प्रसंस्करण लागत में भी वृद्धि हो रही है।

कार्बन फाइबर बोर्ड का प्रसंस्करण

कार्बन फाइबर बोर्ड के सूखने और आकार देने के बाद, सटीक काम या संयोजन के लिए कटिंग और ड्रिलिंग जैसी पोस्ट-प्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है। कटिंग प्रक्रिया के मापदंडों और कटिंग की गहराई जैसी समान परिस्थितियों में भी, अलग-अलग सामग्री, आकार और प्रकार के औजारों और ड्रिलों का चयन करने से परिणाम बहुत भिन्न हो सकते हैं। साथ ही, औजारों और ड्रिलों की मजबूती, दिशा, समय और तापमान जैसे कारक भी प्रोसेसिंग के परिणामों को प्रभावित करते हैं।

पोस्ट-प्रोसेसिंग प्रक्रिया में, डायमंड कोटिंग वाले तेज़ औज़ार और सॉलिड कार्बाइड ड्रिल बिट का चुनाव करने का प्रयास करें। औज़ार और ड्रिल बिट की घिसावट प्रतिरोधक क्षमता ही प्रोसेसिंग की गुणवत्ता और औज़ार की सेवा अवधि निर्धारित करती है। यदि औज़ार और ड्रिल बिट पर्याप्त तेज़ नहीं हैं या उनका अनुचित उपयोग किया जाता है, तो इससे न केवल घिसावट तेज़ होगी और उत्पाद की प्रोसेसिंग लागत बढ़ेगी, बल्कि प्लेट को भी नुकसान होगा, जिससे प्लेट का आकार और माप बिगड़ जाएगा और प्लेट पर बने छेदों और खांचों की स्थिरता प्रभावित होगी। इससे सामग्री की परतें उखड़ सकती हैं, या यहाँ तक कि ब्लॉक ढह सकता है, जिसके परिणामस्वरूप पूरी बोर्ड को फेंकना पड़ सकता है।

ड्रिलिंग करते समयकार्बन फाइबर शीटजितनी तेज़ गति होगी, उतना ही बेहतर प्रभाव होगा। ड्रिल बिट के चयन में, PCD8 फेस एज ड्रिल बिट की अनूठी ड्रिल टिप डिज़ाइन कार्बन फाइबर शीट के लिए अधिक उपयुक्त है, जो कार्बन फाइबर शीट में बेहतर ढंग से प्रवेश कर सकती है और परत उखड़ने के जोखिम को कम करती है।

मोटी कार्बन फाइबर शीट काटते समय, बाएँ और दाएँ हेलिकल किनारों वाले दोहरे धार वाले कम्प्रेशन मिलिंग कटर का उपयोग करने की सलाह दी जाती है। इस तेज धार वाले किनारे के ऊपरी और निचले दोनों सिरे हेलिकल होते हैं, जो काटने के दौरान उपकरण के अक्षीय बल को संतुलित करते हैं। इससे यह सुनिश्चित होता है कि परिणामी काटने का बल सामग्री के भीतरी भाग पर लगे, जिससे स्थिर कटाई की स्थिति प्राप्त होती है और सामग्री के परतदार होने की संभावना कम हो जाती है। "पाइनएप्पल एज" राउटर के ऊपरी और निचले हीरे के आकार के किनारों का डिज़ाइन भी कार्बन फाइबर शीट को प्रभावी ढंग से काट सकता है। इसकी गहरी चिप फ्लूट काटने की प्रक्रिया के दौरान चिप्स को बाहर निकालकर काफी मात्रा में काटने की गर्मी को दूर कर देती है, जिससे कार्बन फाइबर शीट के गुणों को नुकसान नहीं पहुँचता।

01 निरंतर लंबा फाइबर

उत्पाद की विशेषताएँ:कार्बन फाइबर निर्माताओं का सबसे आम उत्पाद रूप बंडल है, जो हजारों मोनोफिलामेंट्स से बना होता है, जिन्हें घुमाव विधि के अनुसार तीन प्रकारों में विभाजित किया जाता है: एनटी (कभी नहीं घुमाया गया, बिना घुमाया हुआ), यूटी (बिना घुमाया हुआ, बिना घुमाया हुआ), टीटी या एसटी (घुमाया हुआ, घुमाया हुआ), जिनमें से एनटी सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला कार्बन फाइबर है।

मुख्य अनुप्रयोग:इसका उपयोग मुख्य रूप से सीएफआरपी, सीएफआरटीपी या सी/सी मिश्रित सामग्री जैसे मिश्रित सामग्रियों के लिए किया जाता है, और इसके अनुप्रयोग क्षेत्रों में विमान/अंतरिक्ष उपकरण, खेल के सामान और औद्योगिक उपकरण के पुर्जे शामिल हैं।

02 स्टेपल फाइबर यार्न

उत्पाद की विशेषताएँ:संक्षेप में कहें तो, छोटे रेशे वाले धागे, जैसे कि सामान्य प्रयोजन वाले पिच-आधारित कार्बन फाइबर से काते गए धागे, आमतौर पर छोटे रेशों के रूप में उत्पाद होते हैं।

मुख्य उपयोग:ऊष्मा रोधक सामग्री, घर्षण रोधी सामग्री, कार्बन/कार्बन मिश्रित पुर्जे आदि।

03 कार्बन फाइबर फैब्रिक

उत्पाद की विशेषताएँ:यह निरंतर कार्बन फाइबर या कार्बन फाइबर से बने धागे से निर्मित होता है। बुनाई विधि के अनुसार, कार्बन फाइबर कपड़ों को बुने हुए कपड़े, बुनाई वाले कपड़े और बिना बुने हुए कपड़े में विभाजित किया जा सकता है। वर्तमान में, कार्बन फाइबर के कपड़े आमतौर पर बुने हुए कपड़े होते हैं।

मुख्य अनुप्रयोग:निरंतर कार्बन फाइबर के समान, इसका उपयोग मुख्य रूप से सीएफआरपी, सीएफआरटीपी या सी/सी मिश्रित सामग्री जैसे मिश्रित सामग्रियों में किया जाता है, और इसके अनुप्रयोग क्षेत्रों में विमान/अंतरिक्ष उपकरण, खेल के सामान और औद्योगिक उपकरण के पुर्जे शामिल हैं।

04 कार्बन फाइबर ब्रेडेड बेल्ट

उत्पाद की विशेषताएँ:यह एक प्रकार के कार्बन फाइबर कपड़े से संबंधित है, जिसे निरंतर कार्बन फाइबर या कार्बन फाइबर से बुने हुए धागे से भी बनाया जाता है।

मुख्य उपयोग:इसका उपयोग मुख्य रूप से रेजिन-आधारित सुदृढ़ीकरण सामग्री के लिए किया जाता है, विशेष रूप से ट्यूबलर उत्पादों के उत्पादन और प्रसंस्करण के लिए।

05 कटा हुआ कार्बन फाइबर

उत्पाद की विशेषताएँ:कार्बन फाइबर से बने धागे की अवधारणा से भिन्न, इसे आमतौर पर निरंतर कार्बन फाइबर से काटकर तैयार किया जाता है, और फाइबर की कटी हुई लंबाई को ग्राहक की आवश्यकताओं के अनुसार काटा जा सकता है।

मुख्य उपयोग:आमतौर पर प्लास्टिक, रेजिन, सीमेंट आदि के मिश्रण के रूप में उपयोग किया जाता है, मैट्रिक्स में मिलाने से यांत्रिक गुण, घिसाव प्रतिरोध, विद्युत चालकता और ताप प्रतिरोध में सुधार किया जा सकता है; हाल के वर्षों में, 3डी प्रिंटिंग कार्बन फाइबर कंपोजिट में सुदृढ़ीकरण फाइबर मुख्य रूप से कटे हुए कार्बन फाइबर होते हैं।

06 कार्बन फाइबर की पिसाई

उत्पाद की विशेषताएँ:क्योंकि कार्बन फाइबर एक भंगुर पदार्थ है, इसलिए इसे पीसकर पाउडर कार्बन फाइबर सामग्री में तैयार किया जा सकता है।

मुख्य अनुप्रयोग:यह कटे हुए कार्बन फाइबर के समान होता है, लेकिन सीमेंट सुदृढ़ीकरण में इसका उपयोग शायद ही कभी किया जाता है; आमतौर पर इसका उपयोग प्लास्टिक, राल, रबर आदि के मिश्रण के रूप में मैट्रिक्स के यांत्रिक गुणों, घिसाव प्रतिरोध, विद्युत चालकता और ताप प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए किया जाता है।

07 कार्बन फाइबर मैट

उत्पाद की विशेषताएँ:इसका मुख्य रूप फेल्ट या मैट होता है। सबसे पहले, छोटे रेशों को यांत्रिक कार्डिंग और अन्य विधियों द्वारा परत दर परत बिछाया जाता है, और फिर नीडल पंचिंग द्वारा तैयार किया जाता है; इसे कार्बन फाइबर नॉन-वोवन फैब्रिक भी कहा जाता है, यह कार्बन फाइबर वोवन फैब्रिक का एक प्रकार है।मुख्य उपयोग:ऊष्मीय इन्सुलेशन सामग्री, ढाली हुई ऊष्मीय इन्सुलेशन सामग्री के सब्सट्रेट, ऊष्मा-प्रतिरोधी सुरक्षात्मक परतें और संक्षारण-प्रतिरोधी परत सब्सट्रेट आदि।

08 कार्बन फाइबर पेपर

उत्पाद की विशेषताएँ:इसे कार्बन फाइबर से शुष्क या गीली कागज बनाने की प्रक्रिया द्वारा तैयार किया जाता है।

मुख्य उपयोग:एंटी-स्टैटिक प्लेटें, इलेक्ट्रोड, स्पीकर कोन और हीटिंग प्लेटें; हाल के वर्षों में इनके प्रमुख अनुप्रयोगों में नई ऊर्जा वाहनों की बैटरी के कैथोड सामग्री आदि शामिल हैं।

09 कार्बन फाइबर प्रीप्रेग

उत्पाद की विशेषताएँ:कार्बन फाइबर से युक्त थर्मोसेटिंग राल से बना एक अर्ध-कठोर मध्यवर्ती पदार्थ, जिसमें उत्कृष्ट यांत्रिक गुण होते हैं और जिसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है; कार्बन फाइबर प्रीप्रेग की चौड़ाई प्रसंस्करण उपकरण के आकार पर निर्भर करती है, और सामान्य विशिष्टताओं में 300 मिमी, 600 मिमी और 1000 मिमी चौड़ाई वाले प्रीप्रेग पदार्थ शामिल हैं।

मुख्य अनुप्रयोग:विमान/अंतरिक्ष उपकरण, खेल सामग्री और औद्योगिक उपकरण आदि।

010 कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री

उत्पाद की विशेषताएँ:इंजेक्शन मोल्डिंग सामग्री थर्मोप्लास्टिक या थर्मोसेटिंग राल से बनी होती है जिसमें कार्बन फाइबर मिलाया जाता है, इस मिश्रण में विभिन्न योजक और कटे हुए फाइबर मिलाए जाते हैं, और फिर इसे एक मिश्रित प्रक्रिया से गुजारा जाता है।

मुख्य अनुप्रयोग:इस सामग्री की उत्कृष्ट विद्युत चालकता, उच्च कठोरता और हल्के वजन के फायदों के कारण, इसका उपयोग मुख्य रूप से उपकरण आवरणों और अन्य उत्पादों में किया जाता है।

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