ما در این مقاله از نشریه پیامبر آب به بررسی موضوع پارچه کربن فعال چیست؟ می پردازیم. مراحل تهیه الیاف کربن را به صورت کامل توضیح می دهیم. کاربرد پارچه کربن فعال در صنایع مختلف به همراه مزایا و معایب استفاده از الیاف کربن فعال.
پارچه کربن فعال چیست؟
پارچه یا فیبر کربن فعال(ACF) یک ماده پلیمری معدنی نانو متری است که از عنصر کربن تشکیل شده و به دلیل تخلخل بالا و سطح داخلی بسیار بالا، سرعت جذب و ظرفیت بسیار بالا دارد. کربن فعال نسبت به سایر مواد ذخیره سازی متخلخل تجاری مانند کربن فعال دانه ای و کربن فعال پودری از نظر ظرفیت جذب، پایداری، انعطاف پذیری، سهولت و ورقه ورقه شدن عملکرد و کارایی بهتری دارند.
مراحل تهیه پارچه کربن فعال
-
مرحله اول: تهیه مواد اولیه
ما معولا از الیاف مصنوعی مانند پلی اکریلونیتریل(PAN)، یا ابریشم مصنوعی به عنوان ماده پایه برای پارچه های کربن فعال استفاده می کنیم. انتخاب این مواد اولیه به الزامات عملکرد محصول نهایی ما بستگی دارد. الیاف اولیه به طور کامل از هرگونه آلودگی، روغن و مواد خارجی پاک شوند. الیاف تمیز شده باید به طور کامل خشک شوند تا رطوبت موجود در آن ها از بین برود. الیاف خشک شده به اندازه کوچک تر خرد می شوند تا سطح تماس آن ها افزایش پیدا می کند و فرآیند فعال سازی به طور یکنواخت انجام می شود. وجود ناخالصی در مواد اولبه می تواند تاثیر منفی بگذارد.
-
مرحله دوم:پیش تصفیه مواد
به منظور بهبود خواص کششی و استحکام الیاف، لازم است مقدار مناسبی از افزودنی های ریسندگی اضافه شود. معمولا از وسایل کمکی ریسندگی پلی وینیل الکل و پلی آکریلات استفاده می شود.
پودر کربن فعال از قبل تصفیه می شود: برای حذف ناخالصی ها و بو و سپس برای دانه بندی می توان آن را در آسیاب قرار داد، از طریق نیروی مکانیکی آسیاب به پودر ریز و سپس پودر کربن فعال با اندازه ذرات مختلف، از طریق تجهیزات طبقه بندی برای جداسازی، به طوری که مشخصات مختلف پودر کربن فعال را برای استفاده در موقعیت های مختلف دریافت کنید. برای اینکه پودر های کربن فعال عملکرد جذب و پایداری بهتری داشته باشند، ما معمولا باید فعالیت سطحی آن ها را بر اساس گروه های عاملی شیمیایی روی سطح پودر کربن فعال انجام دهیم، زیرا مزکز فعال بر شیمی سطح کربن فعال غالب است که برای جذب کربن فعال تعیین کننده است.
فناوری فعال سازی سطح پودر کربن فعال عبارت است از : عامل اکسید کننده قوی در دماهای مختلف، سطح عملیات اکسیداسیون کربن فعال، به طوری که افزایش محتوای گروه های عاملی حاوی اکسیژن سطحی و در نهایت افزایش جذب ظرفیت کربن فعال
-
مرحله سوم: آماده سازی مخلوط کردن
در این مرحله مواد الیافی که از هرگونه آلودگی پاک شده اند را با پودر کربن فعال با نسبت مشخصی مخلوط می کنیم تا از توضیع یکنواخت آن اطمینان حاصل کنیم و نسبت اختلاط با توجه به نیازهای محصول و موارد کاربرد آن تعیین می شود. برای بهبود بهتر نرمی و دوام کربن فعال، مقدار مناسبی از مواد افزودنی را نیز برای بهبود درجه پایداری اضافه خواهیم کرد.
-
مرحله چهارم: فرآیند عملیات حرارتی
ابتدا با حرارت دادن ماده خام در دمای 200-300 درجه سانتی در یک گاز بی اثر مانند نیتروژن تثبیت می شود. این برای حذف ناخالصی های فرار و تشکیل ساختاری پایدار تر است.
حرارت مواد تثبیت شده در یک گاز بی اثر تا حدور 800- 1000 درجه سانتی گراد برای کربنیزاسیون ادامه می یابد، مرحله ای که مواد آلی را به کربن تبدیل می کند. گرمای استفاده شده در این فرایند از فیلامنت الکتریکی در کوره و همچنین نیاز به افزایش آهسته دما و سپس به سرعت برای حذف اجزای فرار غیر کربنی از الیاف استفاده می شود. پس از کربونیزاسیون، مواد مواد همچنان نیاز به فعال شدن دارند، معمولا از بخار یا معرف های شیمیایی مانند هیدروکسید پتاسیم استفاده می کنیم. این مرحله باعث گسترش بیشتر ناحیه خاص ماده کربن فعال شده و عملکرد جذب ماده را بهتر افزایش می دهد.
پس از چنین عملیاتی، نه تنها یک ماده عایق عالی با درجه حرارت بالا است، بلکه دارای چگالی کم، هدایت الکتریکی کم، مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت الکتریکی است.
-
مرحله پنجم: فرآیند پس از درمان
در پایان عملیات فوق باید مواد کربن فعال را تا دمای اتاق خنک کنیم. در مرحله بعد، غربالگری و شستشو برای حذف ناخالصی ها و فعال کننده های باقی مانده انجام می شود. پس از شست و شو نیز باید آب را خشک و حذف کنیم تا خلوص و عملکرد مواد کرنبی بهبود یابد.
-
مرحله ششم: بسته بندی و ذخیره سازی
پارچه کربن فعال، به عنوان یک ماده جاذب بسیار قوی، نباید به طور معمولی قرار داده شود. بنابراین پس از اتمام مراحل تولید، باید به انتخاب مواد بسته بندی توجه کنیم. ابتدا سعی کنید بسته بندی را در بسته نگه دارید تا از ورودی بو و رطوبت بیرون به داخل پارچه تولیدی جلوگیری کنید تا از عملکرد پایدار پارچه کربن فعال اطمینان حاصل کنید. به دلیل ساختار متخلخل کربن فعال، استحکام مکانیکی آن نسبتا کم است، به راحتی شکسته می شود، در نهایت پارچه کربن فعال مواد قابل اشتعال است، برای جلوگیری از آتش سوزی باید از تماس مستقیم منبع آتش جلوگیری کنیم.
بیشتر بخوانید: نحوه ی ساخت کربن اکتیو
کاربرد های پارچه کربن فعال
-
تصفیه آب
پارچه کربن فعال می تواند آلاینده های آلی، فلزات سنگین، کلر و مواد شیمیایی مضر دیگر را از آب جذب کند. این ویژگی آن را برای استفاده در تصفیه آب آشامیدنی، تصفیه آب استخر ها و تصفیه فاضلاب صنعتی مناسب کند. پارچه کربن فعال می تواند رنگ و بو را از آب جدا کند و طعم و خلوص آن را بهبود ببخشد.
-
تصفیه هوا و گاز
پارچه کربن فعال می تواند به طور موثر بوهای ناخوشایند و گاز های مضر مانند فرمالدهید، بنزن و آمونیاک را جذب کند. این ویژگی آن را برای استفاده در ماسک های تنفسی، فیلتر های هوا و سیستم های تصفیه هوای خودرو مناسب و کاربردی سازد. پارچه کربن فعال می تواند رطوبت هوا را جذب کند، این ویژگی آن را برای استفاده در لباس های ورزشی و تجهیزات نظامی که نیاز به حفظ خشک و خنک بودن دارند، مناسب می کند. این الیاف می تواند آلاینده های هوا مانند ذرات معلق، گاز های سمی و دود را جذب کند، این ویژگی آن را برای استفاده در فیلتر های هوا در محیط های صنعتی و شهری دز برابر آلودگی مناسب می سازد.
-
کاربردهای صنعتی
پارچه کربن فعال می تواند حلال ها و رنگ ها را از هوا و آّب جذب کند. برای استفاده در صنایع مختلف مانند چاپ، رنگ آمیزی و تولید مواد شیمیایی کاربرد دارد. می تواند گاز های خروجی از از نیروگاه ها و پالایشگاه ها را جذب کند.
-
کاربرد های پزشکی
می تواند سموم را از خون و بافت بدن جذب کند، برای استفاده در درمان مسمومیت، سوختگی و عفونت های پوستی استفاده می شود. پارچه کربن فعال می تواند باکتری ها و ویروس ها را جذب کند، در بانداژ ها، لباس های جراحی و ماسک های تنفسی پزشکی مناسب است.
-
صنعت هوا فضا
پارچه کربن فعال برای حذف آلاینده ها و بو از هوای کابین در هواپیما و فضاپیما استفاده می شود. می تواند گازهای مضر مانند دی اکسید کربن و آمونیاک را جذب کند. پارچه کربن فعال، گازهای سمی را از لباس های فضانوردان جذب می کند. اجزای سازه ای ماهواره ها، سازه های داخلی هواپیماهای مسافر بری اعم از صندلی ها، میزها و سایر پوشش ها کربنی هستند.
-
صنعت خودرو سازی
انعطاف پذیری طراحی فیبر کربن مزیت دیگری است که باعث محبوبیت آن در صنعت خودروسازی شده است. بر خلاف مواد سنتی مانند فولاد و آلومینیوم، پارچه کربن فعال را می توان به اشکال و فرم های پیچیده قالب گیری کرد، که آن را برای ایجاد پانل های بدنه آیرودینامیک، اسپویلرها و سایر ویژگی های طراحی که می تواند عملکرد و زیبایی یک خودرو را بهبود بخشد، ایده آل می کند.
استفاده در خودرو های الکتریکی، وزن سبک پارچه کربن فعال و استحکام بالا، آن را به یک ماده مناسب و عالی در صنعت خودروهای الکتریکی تبدیل می کند. جایی که کاهش وزن و بهبود کارایی ضروری است.
مزایا پارچه کربن فعال
- جذب بالا: پارچه کربن فعال توانایی بالایی در جذب گازها، بخار ها و مایعات دارد. این خاصیت به دلیل سطح بالای تخلخل و ناحیه سطحی وسیع آنها است.
- ظرفیت نگهداری بالا: پارچه کربن فعال می تواند مقادیر زیادی از مواد را بدون تغییر در خصوصیات خود جذب و نگه داری کند.
- مقاومت شیمیایی: این پارچه ها در برابر بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم هستند و کاربرد گسترده ای دارند.
- نرم و سبک: بر خلاف برخی از مواد جاذب، پارچه کربن فعال بسیار نرم و سبک است.
- بو زدایی: به دلیل قابلیت جذب بالا، می تواند بوهای نامطلوب را از بین ببرد
- ماندگاری طولانی: برای مدت طولانی عملکرد جذب خود را حفظ کند.
- سازگاری با محیط زیست: این الیاف از مواد طبیعی قابل تجدید به دست می آید و قابل بازیافت نیز هست.
معایب پارچه کربن فعال
- هزینه بالا: فرایند تولید پارچه کربن فعال به دلیل نیاز به تجهیزات و مواد خاص هزینه بر است.
- حساسیت به رطوبت: پارچه کربن فعال در محیط های مرطوب عملکرد کمتری از خود نشان می دهد.
- قابلیت اشتعال : الیاف کربن می توانند قابل اشتعال باشند. این موضوع نیاز به مدیریت دقیق در کاربرد های حساس به اتش سوزی را افزایش می دهد.
- طول عمر محدود: ظرفیت جذب پارچه کربن فعال پس از مدتی استفاده کاهش می یابد و نیاز به تعویض و بازیابی دارد.
