מבוא לסיבי פחמן

סיבי פחמן הם סיב מבשר אורגני כגון פולי-אקרילוניטריל (או זפת, זהורית), אשר עובר פירוליזה ופחם בסביבה בטמפרטורה גבוהה ליצירת מבנה עמוד השדרה של פחמן, וסיב פולימרי אנאורגני עם תכולת פחמן גבוהה מ-90 אחוזים. לסיבי פחמן תכונות מכניות מצוינות ויציבות כימית, צפיפות נמוכה מאלומיניום, חוזק גבוה מפלדה,בין הסיבים בעלי ביצועים גבוהיםאשר היהבייצור המוני, לסיבי פחמן יש את החוזק הספציפי הגבוה ביותר ואת המודול הספציפי הגבוה ביותר של הסיב, ויש להם סדרה של תכונות מצוינות כגון מוליכות חשמלית, הולכת חום, עמידות בפני קורוזיה וסדרה של חומרים אחרים שאינם ניתנים להחלפה. סיבי פחמן נמצאים בשימוש נרחב בתעופה וחלל, להבי כוח רוח, ספורט ופנאי, מכלי לחץ, חומרים מרוכבים פחמן/פחמן, בניית תחבורה ותחומים אחרים.

ניתן לסווג סיבי פחמן לפי ממדים שונים כגון סוג המבשר, תכונות מכניות, מפרטי גרר ותהליך הכנה של המבשר. תקני הסיווג לסוגים שונים של סיבי פחמן הם כדלקמן:

סוגי מבשר: מחולקים לסיבי פחמן על בסיס פאן, סיבי פחמן על בסיס זפת וסיבי פחמן על בסיס זהורית. ביניהם, סיבי פחמן מבוססי PAN תפסו במהירות את עמדת המיינסטרים מאז הצגתם בשנות ה-60, והיוו יותר מ-90 אחוז מכלל סיבי הפחמן בשל תהליך הייצור הפשוט יחסית, התכונות המכאניות המצוינות ומגוון השימושים הרחב. קנה המידה של הייצור של מבוססי מגרש ומבוססי זהורית קטן. לכן, כיום, סיבי פחמן מתייחסים בדרך כלל לסיבי פחמן מבוססי PAN.

מאפיינים מכניים: מאפיינים מכניים משמשים בעיקר בתעשייה לסיווג. על פי סיווג המאפיינים המכאניים של התקן הלאומי הנוכחי לסיבי פחמן מבוססי פולי-אקרילוניטריל GB/T 26752-2020, סיבי פחמן מבוססי PAN מחולקים לארבע קטגוריות: סוג חוזק גבוה, חוזק גבוה בינוני-mאודולוססוּג, גבוה-mאודולוססוּג, וחוזק גבוה וגבוה-mאודולוססוּג.

מפרט הגרר: לפי מספר סיבי הפחמן ניתן לחלקו לגררים קטנים ולגררים גדולים. בדרך כלל, סיבי פחמן עם מספר גרירות של פחות מ-24K נקראים גרירות קטנות (1K מייצג 1000 חוטים בחבילה של סיבי פחמן), ואלה שמעל 24K נקראים גרירות גדולות. לסיבי פחמן גרר קטנים יש ביצועים מצוינים, תפוקה נמוכה ומחיר גבוה, והם משמשים בדרך כלל בתחומי היי-טק כמו תעופה וחלל, הגנה לאומית ותעשייה צבאית. מוצרי גרר גדולים בעלי ביצועים נמוכים יחסית, עלות נמוכה ושליטה קשה בייצור, והם נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות בסיסיות ובתחומים אזרחיים.

תהליך הכנת מבשר: על פי בחירת ממס ספינינג, המשכיות תהליך הפילמור, שיטת התהליך המשמשת לספינינג וכו', ניתן לחלק את הכנת המבשר לסוגי תהליך שונים. על פי הממס המסתובב, הוא כולל DMSO (דימתיל sulfoxide), DMAC (N,N dimethylacetamide), NaSCN (נתרן תיאוציאנאט) וקטגוריות ממס שונות אחרות. על פי המשכיות תהליך הפילמור, ניתן לחלקו לשיטה חד-שלבית ושיטה דו-שלבית. על פי תהליך הספינינג, ניתן לחלק אותו לספינינג רטוב ולספינינג רטוב בסילון יבש.