कार्बन फाइबर पार्ट्स

सभी कार्बन फाइबर समान नहीं बनाए गए हैं
अधिकांश कार्बन फाइबर हिस्से सूखे कपड़े के रूप में शुरू होते हैं, जो तरल राल के साथ मिल जाते हैं। राल एक ठोस बहुलक बनाने के लिए ठीक हो जाता है, जिससे कपड़ा अपना आकार बनाए रखता है और एक कठोर कार्बन फाइबर हिस्सा बन जाता है। कार्बन फाइबर के बारे में जानने वाली पहली बात यह है कि सभी कार्बन फाइबर समान रूप से नहीं बनाए जाते हैं। यह कथन विभिन्न कपड़े की बुनाई के प्रकारों या 3k, 6k, या 12k जैसी फाइबर गणना के संदर्भ में नहीं है, बल्कि फाइबर ग्रेड और कपड़े की गुणवत्ता के संदर्भ में है।
कार्बन फाइबर आमतौर पर बुने हुए कपड़े के रोल के रूप में बेचा जाता है। विभिन्न अनुप्रयोगों में फिट होने के लिए चुनने के लिए कई अलग-अलग कपड़ा बुनाई पैटर्न हैं। कपड़ा स्वयं फाइबर बंडलों से बना होता है जिन्हें "टो" कहा जाता है जो एक साथ बुने या सिले जाते हैं। प्रत्येक फाइबर बंडल के भीतर अलग-अलग कार्बन फाइबर फिलामेंट होते हैं जो मानव बाल से भी छोटे होते हैं। इन फिलामेंट्स को उनके ग्रेड के अनुसार वर्गीकृत किया गया है। ग्रेड कार्बन फाइबर भाग की ताकत और कठोरता को निर्धारित करने वाला एक बड़ा हिस्सा है।
स्पेक्ट्रम के निचले सिरे पर "वाणिज्यिक ग्रेड" कार्बन फाइबर है, जो काफी सामान्य है। यह आमतौर पर सबसे कम लागत है, लेकिन इसमें उच्च ग्रेड कार्बन फाइबर की तुलना में कम ताकत और कठोरता भी है। नारंगी रंग में हाइलाइट किया गया उनका T300 ग्रेड, अक्सर व्यावसायिक ग्रेड फाइबर माना जाता है।
रेज़िन फाइबर जितना ही महत्वपूर्ण है
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, कार्बन फाइबर एक सूखे कपड़े के रूप में शुरू होता है, और यह केवल एक मिश्रित सामग्री के रूप में राल के साथ मिलकर एक कठोर हिस्सा बन सकता है। मिश्रित सामग्री के राल घटक के लिए उचित शब्द वास्तव में "मैट्रिक्स सामग्री" या सिर्फ "मैट्रिक्स" है, लेकिन इस लेख के लिए इसे राल के रूप में संदर्भित किया जाएगा। एक सरलीकृत सादृश्य यह होगा कि कार्बन फाइबर मिश्रित की तुलना कंक्रीट और सरिया से की जाए। रेशे सरिया के समान तन्य भार उठाते हैं, और राल कपड़े को अपना आकार बनाए रखने और कंक्रीट के समान संपीड़ित भार उठाने की अनुमति देता है। कोई पुल या इमारत सिर्फ कंक्रीट या सिर्फ सरिया से नहीं बनेगी। किसी संरचना में आवश्यक पूर्ण शक्ति प्राप्त करने के लिए दोनों की आवश्यकता होती है।
कार्बन फाइबर भाग के मामले में भी यही सच है। राल के बिना, कठोर कार्बन फाइबर भागों का निर्माण नहीं किया जा सकता है। उस अर्थ में, रेज़िन किसी भी कार्बन फ़ाइबर भाग में सच्चा गुमनाम नायक है, और सही रेज़िन का चयन करना उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि सही कार्बन फ़ाइबर का चयन करना।
यह महत्वपूर्ण है कि केवल कार्बन फाइबर पर ही केंद्रित न रहें और फिर यह न भूलें कि किस प्रकार के राल का उपयोग किया जाएगा। एक रेज़िन का परीक्षण किया गया था जिसने 300F तक की ताकत बनाए रखने का दावा किया था, लेकिन जब इसे उच्च तापमान पर परीक्षण किया गया, तो यह नरम हो जाएगा और भागों को 200F से कम तापमान पर मोड़ने की अनुमति देगा। कार्बन फ़ाइबर अपना काम कर रहा था, लेकिन रेज़िन अपना काम नहीं कर रहा था।
आसंजन में सुधार के लिए कार्बन फाइबर का लेप किया जा सकता है
कार्बन फाइबर निर्माता राल को चिपकने में मदद करने के लिए अपने कपड़ों में विशेष युग्मन एजेंट (जिन्हें "फिनिश" या "साइज़िंग" एजेंट भी कहा जाता है) जोड़ते हैं। कौन सा रेज़िन चुना गया है, इसके आधार पर, यह कार्बन फाइबर को गीला नहीं करना चाहेगा और रासायनिक रूप से उससे जुड़ना नहीं चाहेगा। यह सैद्धांतिक रूप से वैसा ही है जैसे तेल और पानी मिश्रित नहीं होंगे। कार्बन फाइबर और रेजिन को मिलाते समय यही स्थिति अवांछनीय होगी, इसलिए दोनों सामग्रियों को एक साथ काम करने की अनुमति देने के लिए फाइबर पर एक युग्मन एजेंट लगाया जाता है।
युग्मन एजेंटों की विशिष्ट रसायन शास्त्र को अक्सर कार्बन फाइबर निर्माताओं द्वारा गुप्त रखा जाता है। वे विशिष्ट कोटिंग को अस्पष्ट कर देंगे और इसके बजाय केवल उस सामान्य रसायन विज्ञान का खुलासा करेंगे जिसके साथ कोटिंग संगत है। कपलिंग एजेंट संगतता को उजागर करने वाला एक उदाहरण ऊपर हेक्ससेल चार्ट में दिखाया गया है। अपरंपरागत मैट्रिक्स सामग्री के साथ प्रयोग करते समय युग्मन एजेंट को ध्यान में रखें।
प्रक्रिया गुण निर्धारित करती है
कार्बन फाइबर भागों को बनाने के कई अलग-अलग तरीके हैं जैसे वेट लेअप, इन्फ्यूजन, प्रीप्रेग या यहां तक ​​कि 3डी प्रिंटिंग। ये विधियां अलग-अलग फाइबर से राल अनुपात और विभिन्न मात्रा में दोषों के साथ भागों का निर्माण करेंगी, जिसके परिणामस्वरूप अंतिम भाग में अलग-अलग ताकत और कठोरता गुण होंगे। जिस तापमान पर भाग को ठीक किया जाता है वह अंतिम भाग के गुणों को भी प्रभावित करता है।
कार्बन फाइबर भाग बनाने के लिए कोई आधिकारिक "सर्वोत्तम" दृष्टिकोण नहीं है। सर्वोत्तम विधि वास्तव में भाग के डिज़ाइन और विनिर्माण लक्ष्यों पर निर्भर करती है। प्रत्येक विधि के अपने पक्ष और विपक्ष हैं।
उदाहरण के लिए, वेट लेअप कम लागत वाला और करने में आसान है, लेकिन इसके परिणामस्वरूप आमतौर पर ऐसे हिस्से बनते हैं जिनमें असंगत भौतिक गुण होते हैं और अन्य मिश्रित विनिर्माण तकनीकों की तुलना में आमतौर पर भारी होते हैं।
प्रीप्रेग कार्बन फाइबर उच्च गुणवत्ता वाले, हल्के भागों का उत्पादन कर सकता है, लेकिन इस विधि के लिए अक्सर भंडारण फ्रीजर और आटोक्लेव जैसे अधिक महंगे टूलींग की आवश्यकता होती है। चुनने के लिए रेजिन और बुनाई संयोजन भी कम हैं। प्रीप्रेग रेज़िन की एक शेल्फ लाइफ भी होती है, जिसका अर्थ है कि प्रीप्रेग सामग्री समाप्त हो सकती है और यदि इसकी शेल्फ लाइफ के भीतर इसका उपयोग नहीं किया जाता है तो इसे त्याग दिया जाना चाहिए।
शारीरिक परीक्षण महत्वपूर्ण है
कार्बन फाइबर धातु की तरह नहीं है. धातुएँ आम तौर पर आइसोट्रोपिक होती हैं, जिसका अर्थ है कि उनके सभी दिशाओं में समान गुण होते हैं, जो डिजाइन और विश्लेषण को सरल बनाता है। इसके अलावा, सामान्य धातु मिश्र धातुओं के लिए मापे गए यांत्रिक गुण अच्छी तरह से स्थापित हैं। उनके सीमित मानकीकरण और कंपोजिट में सामग्री और प्रक्रिया चर की विस्तृत श्रृंखला के कारण कंपोजिट के लिए ऐसा नहीं कहा जा सकता है। इसका मतलब यह है कि यह सत्यापित करने के लिए परीक्षण किए जाने की आवश्यकता है कि मिश्रित हिस्से उनकी वांछित आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
एयरोस्पेस क्षेत्र में, कंपोजिट पर परीक्षण करने का सबसे अच्छा तरीका "बिल्डिंग ब्लॉक दृष्टिकोण" का पालन करना है। यह विधि भौतिक गुणों का डेटाबेस बनाने के लिए सामान्य कूपन और तत्वों का परीक्षण करके शुरू होती है। इस डेटा का उपयोग बड़े घटकों के डिज़ाइन और परीक्षण, फिर उप-असेंबली और अंततः पूर्ण संरचनाओं को चलाने के लिए किया जाता है। प्रत्येक परीक्षण लेख को अंतिम संरचना में प्रयुक्त सामग्री और प्रक्रिया का प्रतिनिधि होना चाहिए।
एक गलत धारणा है कि कार्बन फाइबर भागों को केवल सिमुलेशन के माध्यम से मान्य किया जा सकता है। परिमित तत्व विश्लेषण (एफईए) जैसे विश्लेषण उपकरण समग्र भाग डिजाइन को निर्देशित करने में मदद कर सकते हैं, लेकिन वे भौतिक संपत्ति इनपुट पर भरोसा करते हैं जो विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करने के लिए सटीक होना चाहिए। इन इनपुट चर के लिए सटीक संख्या प्राप्त करने का सबसे अच्छा तरीका प्रतिनिधि समग्र परीक्षण नमूनों पर भौतिक परीक्षण है। सटीक इनपुट के बिना, विश्लेषण परिणामों की उपयोगिता सीमित होगी। भौतिक गुणों की अपरिष्कृत मात्रा का आकलन करने के लिए डिज़ाइन में बड़े सुरक्षा मार्जिन जोड़े जाने चाहिए। इससे वजन बढ़ जाता है और अंततः समग्र सामग्री को पहले स्थान पर चुनने के मुख्य कारणों में से एक को हरा दिया जाता है। इस प्रकार, अनुकूलित समग्र संरचना की डिज़ाइन प्रक्रिया से भौतिक परीक्षण को पूरी तरह से समाप्त करने का वास्तव में कोई तरीका नहीं है।