কার্বন ফাইবার ফ্যাব্রিক: এটি কীভাবে তৈরি, বোনা এবং ব্যবহার করা হয়

কার্বন ফাইবার ফ্যাব্রিক কি?

কার্বন ফাইবার ফ্যাব্রিক কার্বন ফাইবারের স্ট্র্যান্ড থেকে বোনা একটি উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন টেক্সটাইল - প্রতিটি স্ট্র্যান্ডের ব্যাস প্রায় 5-10 মাইক্রন, মানুষের চুলের চেয়ে প্রায় 10 গুণ পাতলা। ফলাফল একটি উপাদান যে হয় স্টিলের চেয়ে 5 গুণ শক্তিশালী এখনও সম্পর্কে ওজন 40% কম . এটি চরম দৃঢ়তা, কম ওজন, এবং তাপ এবং ক্ষয়ের জন্য চমৎকার প্রতিরোধকে একত্রিত করে, যা এটিকে বর্তমানে উপলব্ধ সবচেয়ে প্রকৌশলী উপকরণগুলির মধ্যে একটি করে তুলেছে।

কিভাবে কার্বন ফাইবার ফ্যাব্রিক তৈরি করা হয়?

উত্পাদন প্রক্রিয়া একটি অগ্রদূত উপাদান দিয়ে শুরু হয়, সাধারণত polyacrylonitrile (PAN) , যা বাণিজ্যিক কার্বন ফাইবার উৎপাদনের 90% এর বেশি। প্রক্রিয়াটি বেশ কয়েকটি সুনির্দিষ্টভাবে নিয়ন্ত্রিত পর্যায়ে জড়িত:

1. স্পিনিং: PAN দ্রবীভূত হয় এবং একটি স্পিনরেটের মাধ্যমে সূক্ষ্ম ফিলামেন্টে বের করা হয়, যেভাবে সিন্থেটিক টেক্সটাইল তৈরি করা হয়।
2. স্থিতিশীলতা (জারণ): ফিলামেন্টগুলি 200-300 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 30-120 মিনিটের জন্য বাতাসে প্রসারিত এবং উত্তপ্ত হয়। এই ধাপটি পলিমার চেইনকে ক্রসলিংক করে, কার্বনাইজেশনের জন্য প্রস্তুত করে।
3. কার্বনাইজেশন: স্থিতিশীল তন্তুগুলি একটি নিষ্ক্রিয় নাইট্রোজেন বায়ুমণ্ডলে 1,000°C এবং 1,500°C এর মধ্যে তাপমাত্রায় উত্তপ্ত হয়। এই পর্যায়ে, নন-কার্বন পরমাণুগুলি (হাইড্রোজেন, নাইট্রোজেন, অক্সিজেন) বহিষ্কৃত হয়, একটি ফাইবার ছেড়ে যায় যা 92% বিশুদ্ধ কার্বন।
4. গ্রাফিটাইজেশন (ঐচ্ছিক): অতি-উচ্চ-মডুলাস ফাইবারগুলির জন্য, তাপমাত্রা 2,000-3,000 °C এ পৌঁছাতে পারে, কার্বন পরমাণুগুলিকে আরও বেশি কঠোরতার জন্য আরও অর্ডারযুক্ত গ্রাফাইটের মতো জালিতে সারিবদ্ধ করে।
5. পৃষ্ঠ চিকিত্সা: কম্পোজিট ব্যবহার করার সময় আনুগত্য উন্নত করার জন্য পৃষ্ঠটি রাসায়নিকভাবে খোদাই করা হয় এবং একটি সাইজিং এজেন্ট (সাধারণত ইপোক্সি-সামঞ্জস্যপূর্ণ) দিয়ে লেপা হয়।
6. স্পুলিং এবং বুনন: সমাপ্ত টো বান্ডিল (যেমন, 3K = 3,000 ফিলামেন্ট, 12K = 12,000 ফিলামেন্ট) ববিনে ক্ষতবিক্ষত করা হয় এবং তাঁতে তাঁতে খাওয়ানো হয়।

কাঁচা প্যান থেকে শেষ কার্বন ফাইবার ফ্যাব্রিক পর্যন্ত মোট প্রক্রিয়াটি সাধারণত প্রতি ব্যাচে কয়েক ঘন্টা সময় নেয় এবং শক্তভাবে নিয়ন্ত্রিত শিল্প সরঞ্জামের প্রয়োজন হয়।

কিভাবে কার্বন ফাইবার বোনা হয়?

প্রচলিত টেক্সটাইলের মতো, কার্বন ফাইবার ফ্যাব্রিক শিল্প তাঁতে উত্পাদিত হয়। বুনা প্যাটার্ন উল্লেখযোগ্যভাবে যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, ড্রেপ, এবং চূড়ান্ত কাপড়ের চেহারা প্রভাবিত করে। সবচেয়ে সাধারণ বয়ন শৈলী হল:

দ 2×2 টুইল সবচেয়ে স্বীকৃত — এটি উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন স্পোর্টস কার এবং প্রিমিয়াম ভোগ্যপণ্যের সাথে যুক্ত আইকনিক তির্যক হেরিংবোন প্যাটার্ন তৈরি করে। বোনা কাপড় সাধারণত প্রতি বর্গ মিটার (gsm) গ্রাম ওজন দ্বারা বিক্রি হয়; সাধারণ ওজন পরিসীমা থেকে 100 জিএসএম (হালকা, ভাল ড্রেপ) থেকে 600 জিএসএম (ভারী কাঠামোগত ব্যবহার) .

কার্বন ফাইবার কাপড় জলরোধী?

বেয়ার কার্বন ফাইবার ফ্যাব্রিক হয় সহজাতভাবে জলরোধী নয় . কাঁচা বোনা কাপড় ছিদ্রযুক্ত এবং জল শোষণ করবে। যাইহোক, কার্বন ফাইবার কম্পোজিট - যেখানে ফ্যাব্রিক একটি রজন সিস্টেম (ইপক্সি, ভিনাইল এস্টার, বা পলিয়েস্টার) দিয়ে মিশ্রিত বা স্তরিত হয় - একবার নিরাময় করার পরে কার্যকরভাবে জলরোধী হয়ে যায়।

আর্দ্রতা আচরণের মূল পয়েন্ট:

• শুকনো কার্বন ফাইবার ফ্যাব্রিক সহজে জল শোষণ করে এবং লে-আপের আগে দূষণ রোধ করতে সিল করা প্যাকেজিংয়ে সংরক্ষণ করা উচিত।
• নিরাময় করা কার্বন ফাইবার/ইপক্সি কম্পোজিটগুলিতে খুব কম জল শোষণ থাকে - সাধারণত ওজন দ্বারা 1% এর কম এমনকি বর্ধিত নিমজ্জনের পরেও, ফাইবারগ্লাসের চেয়ে অনেক ভাল।
• গ্যালভানিক জারা একটি উদ্বেগের বিষয়: কার্বন ফাইবার বৈদ্যুতিকভাবে পরিবাহী এবং আর্দ্রতা উপস্থিত থাকলে অ্যালুমিনিয়াম বা ইস্পাত ফাস্টেনারগুলিতে ক্ষয়কে ত্বরান্বিত করতে পারে। সামুদ্রিক এবং মহাকাশ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে যথাযথ বিচ্ছিন্নতা গুরুত্বপূর্ণ।
• দীর্ঘায়িত ইউভি এক্সপোজার রজন ম্যাট্রিক্সকে (নিজেদের কার্বন ফাইবার নয়) ক্ষয় করতে পারে, যার ফলে পৃষ্ঠের চকিং হয়। একটি UV-প্রতিরোধী টপকোট বা জেল কোট বাইরের ব্যবহারের জন্য এটি সমাধান করে।

সামুদ্রিক ব্যবহারের জন্য, কার্বন ফাইবার যৌগিক অংশগুলি রেসিং ইয়ট হুল, মাস্ট এবং রডারগুলিতে কম ওজন এবং কম জল শোষণের সংমিশ্রণের কারণে সুনির্দিষ্টভাবে সাধারণ।

কার্বন ফাইবার ফ্যাব্রিক কি জন্য ব্যবহৃত হয়?

দ global carbon fiber market was valued at approximately 2023 সালে USD 4.7 বিলিয়ন এবং অতিক্রম করতে অনুমান করা হয় 2030 সালের মধ্যে 9 বিলিয়ন মার্কিন ডলার , একাধিক শিল্প জুড়ে চাহিদা দ্বারা চালিত.

মহাকাশ ও প্রতিরক্ষা

এটি সবচেয়ে বড় এবং সবচেয়ে চাহিদাপূর্ণ অ্যাপ্লিকেশন অবশেষ। বোয়িং এর 787 ড্রিমলাইনার প্রায় কার্বন ফাইবার কম্পোজিট ব্যবহার করে এর কাঠামোগত ওজনের 50% , ফিউজলেজ এবং উইংস সহ। Airbus A350 একইভাবে তার এয়ারফ্রেমের 50% এর বেশি কার্বন ফাইবারের উপর নির্ভর করে। উপাদানটি প্রথাগত অ্যালুমিনিয়াম বিমানের তুলনায় 20% পর্যন্ত জ্বালানী সাশ্রয় করতে সক্ষম করে।

মোটরগাড়ি

ফর্মুলা 1 চ্যাসিস নির্মাণে কার্বন ফাইবার মানসম্মত, যেখানে পুরো মনোকোক একটি কার্বন ফাইবার সংমিশ্রণ। উত্পাদনের যানবাহনে, এটি ছাদের প্যানেল, হুড, বাম্পার এবং অভ্যন্তরীণ ট্রিমে প্রদর্শিত হয়। BMW i3 এবং i8 একটি কার্বন ফাইবার রিইনফোর্সড প্লাস্টিক (CFRP) প্যাসেঞ্জার সেল ব্যবহার করেছে - মূলধারার স্বয়ংচালিত গ্রহণের ক্ষেত্রে একটি উল্লেখযোগ্য মাইলফলক। Ferrari SF90 এবং McLaren Senna-এর মতো সুপারকারগুলি শক্তিশালী হাইব্রিড ড্রাইভট্রেন থাকা সত্ত্বেও ওজন 1,500 কেজির নিচে রাখতে ব্যাপক কার্বন ফাইবার বডিওয়ার্ক ব্যবহার করে।

বায়ু শক্তি

60 মিটারের বেশি লম্বা উইন্ড টারবাইন ব্লেডগুলিতে চক্রাকার লোডিংয়ের অধীনে কাঠামোগত অনমনীয়তা বজায় রাখতে কার্বন ফাইবার স্পার ক্যাপগুলির প্রয়োজন হয়। একটি একক অফশোর টারবাইন ব্লেড ওভার ধারণ করতে পারে 1 টন কার্বন ফাইবার . বায়ু শক্তি খাত 2022 সালে প্রায় 30,000 মেট্রিক টন কার্বন ফাইবার ব্যবহার করেছে।

ক্রীড়া সামগ্রী

কার্বন ফাইবার উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন ক্রীড়া সরঞ্জামগুলিতে সর্বব্যাপী:

• রাস্তার সাইকেল ফ্রেম (সাধারণ ওজন: একটি সম্পূর্ণ ফ্রেমসেটের জন্য 700-900 গ্রাম)
• টেনিস র্যাকেট, গলফ ক্লাব শ্যাফ্ট, হকি স্টিক
• রোয়িং ওয়ার এবং কায়াক প্যাডেল
• প্রতিযোগিতামূলক প্রস্থেটিক্স (যেমন, চলমান ব্লেড)

সিভিল ইঞ্জিনিয়ারিং ও কনস্ট্রাকশন

কার্বন ফাইবার রিইনফোর্সড পলিমার (CFRP) শীট এবং স্ট্রিপগুলিকে বর্ধিত কংক্রিট কাঠামোকে শক্তিশালী করতে ব্যবহৃত হয় - সেতু, কলাম এবং পার্কিং গ্যারেজগুলি - তাদের বাইরের পৃষ্ঠের সাথে বন্ধন করে৷ এই পদ্ধতিটি উল্লেখযোগ্য ওজন যোগ না করে বা কাঠামোগত ধ্বংসের প্রয়োজন ছাড়াই লোড ক্ষমতা বাড়ায়।

মেডিকেল ডিভাইস

কার্বন ফাইবারের রেডিওলুসেন্সি (এটি এক্স-রে ব্লক করে না) এটিকে অস্ত্রোপচারের টেবিল, অর্থোপেডিক ইমপ্লান্ট উপাদান এবং ইমেজিং সরঞ্জামের জন্য আদর্শ করে তোলে। এটি কৃত্রিম অঙ্গগুলিতেও উপস্থিত হয়, যেখানে এর দৃঢ়তা-থেকে-ওজন অনুপাত হাড়ের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি ঘনিষ্ঠভাবে অনুকরণ করে।

ফ্যাব্রিক বনাম প্রিপ্রেগ: সঠিক ফর্ম নির্বাচন করা

যৌগিক তৈরির জন্য কার্বন ফাইবার দুটি প্রধান আকারে বিক্রি হয়:

• শুকনো কাপড়: প্লেইন বোনা কাপড়ের জন্য আলাদা রজন ইনফিউশন প্রয়োজন (ওয়েট লেআপ বা ভ্যাকুয়াম ইনফিউশন)। কম খরচে, ঘরের তাপমাত্রায় দীর্ঘ শেলফ লাইফ, বড় অংশ এবং কাস্টম দোকানগুলির জন্য পছন্দ।
• প্রস্তুতি: ফ্যাব্রিক আংশিকভাবে নিরাময় রজন সঙ্গে প্রাক impregnated. রেফ্রিজারেটেড স্টোরেজ প্রয়োজন (সাধারণত −18°C তাপমাত্রায়), কিন্তু আরও সামঞ্জস্যপূর্ণ ফাইবার-টু-রজন অনুপাত সরবরাহ করে এবং মহাকাশ উৎপাদনে মানসম্মত।

কাঠামোগত অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য যেখানে সঠিক যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি অবশ্যই প্রত্যয়িত হতে হবে, অটোক্লেভ কিউরিং সহ প্রিপ্রেগ হল শিল্পের মান। প্রসাধনী অংশ এবং কাস্টম ফ্যাব্রিকেশনের জন্য, হ্যান্ড লেআপ বা ভ্যাকুয়াম ইনফিউশন সহ শুকনো ফ্যাব্রিক অনেক বেশি অ্যাক্সেসযোগ্য এবং সাশ্রয়ী।