1. คุณสมบัติพื้นฐานของคาร์บอนไฟเบอร์
คาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุเส้นใยชนิดใหม่ที่มีความแข็งแรงสูงและมีเส้นใยโมดูลัสสูงโดยมีปริมาณคาร์บอนมากกว่า 90%
- คาร์บอนไฟเบอร์มีคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมหลายประการ เช่น มีความแข็งแรงสูง ความหนาแน่นต่ำ ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อน เป็นต้น มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา เช่น การบินและอวกาศ การผลิตรถยนต์ อุปกรณ์กีฬา เป็นต้น ในด้านการบินและอวกาศ เนื่องจากมีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูง จึงสามารถลดน้ำหนักของเครื่องบินและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงได้ ในอุปกรณ์กีฬา เช่น จักรยานระดับไฮเอนด์และไม้กอล์ฟ การใช้คาร์บอนไฟเบอร์สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้
2. ลักษณะโครงสร้างและจุดหลอมเหลวของคาร์บอนไฟเบอร์
- โครงสร้างของคาร์บอนไฟเบอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยองค์ประกอบคาร์บอนในรูปของไมโครคริสตัลกราไฟท์ โครงสร้างนี้ทำให้คาร์บอนไฟเบอร์มีความเสถียรมาก จากมุมมองของพันธะเคมี พันธะคาร์บอน-คาร์บอน (พันธะ CC) ในคาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงมาก
- จุดหลอมเหลวของคาร์บอนไฟเบอร์สูงมาก ภายใต้แรงกดดันปกติ คาร์บอนไฟเบอร์แทบจะไม่ละลาย เนื่องจากต้องใช้พลังงานสูงมากในการทำลายโครงสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอนภายในที่แข็งแกร่ง โดยทั่วไป เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึงระดับหนึ่ง คาร์บอนไฟเบอร์จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเมื่อมีออกซิเจน แทนที่จะละลายเหมือนโลหะธรรมดาหรือวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ ตัวอย่างเช่น ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงรอบๆ เครื่องยนต์ของเครื่องบิน คาร์บอนไฟเบอร์จะไม่ละลาย แต่จะรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างและมีบทบาทเป็นวัสดุเสริมแรง
3.ประสิทธิภาพของคาร์บอนไฟเบอร์ที่อุณหภูมิสูง
- ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง คาร์บอนไฟเบอร์จะแสดงคุณสมบัติพิเศษบางอย่าง นอกจากความยากในการหลอมละลายที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ยังสามารถรักษาความแข็งแกร่งไว้ได้ ช่วยให้สามารถใช้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูงหรือใกล้กับชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิสูงในการบินและอวกาศ อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความแข็งแรงของคาร์บอนไฟเบอร์จะค่อยๆ ลดลง
- เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึงระดับหนึ่ง (โดยปกติจะอยู่ที่ประมาณ 2000-3000 องศา ค่าเฉพาะจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของคาร์บอนไฟเบอร์และกระบวนการผลิต) คาร์บอนไฟเบอร์จะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง เช่น การเพิ่มขึ้นของ ระดับของกราฟิเซชั่น แต่ก็ยังไม่ละลาย ประสิทธิภาพพิเศษที่อุณหภูมิสูงนี้ทำให้ไม่สามารถทดแทนคาร์บอนไฟเบอร์ได้ในพื้นที่ที่ต้องการวัสดุที่ทนต่ออุณหภูมิสูง
