علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Molten salt coating takes carbon fiber closer to non-flammability
(بقلم: نيك لافارز – Nick Lavars)
جامعة نبراسكا – لينكولن
مع خفة وصلابة وقوة لا تصدق ، فإن ألياف الكربون لديها الكثير من المواصفات الواعدة ، ولكن حتى أكثر المواد حلمًا لها عيوبها. يعمل أحد العلماء على معالجة ميل ألياف الكربون إلى الاحتراق في درجات حرارة عالية ، وقد وجد فريق دولي من الباحثين الآن حلاً منخفض التكلفة وقابلًا للتطوير لهذه المشكلة ، في شكل طبقة واقية من الملح تتشكل ذاتيًا داخل المنصهر.
وفقًا لبعض المقاييس ، تكون ألياف الكربون بالفعل شديدة المقاومة للحرارة ، مع القدرة على الحفاظ على ثباتها في الهواء عند درجة حرارة تصل إلى 800 درجة مئوية (1،472 درجة فهرنهايت). وهذا يجعلها مناسبة للغاية لجميع أنواع التطبيقات ، من إطارات الدراجات إلى السيارات والمعدات الطبية وحتى القيثارات. ومع ذلك ، يمكن أن تتعرض للمشاكل عندما تتعرض لدرجات حرارة قصوى ، مثل تلك الموجودة في صناعة الطيران. في ظل هذه الظروف ، تتفاعل ألياف الكربون مع الأكسجين وتحترق ، مما يتسبب في تدهور بنيته وبالتالي تدهور صفاته المرغوبة بسرعة.
يقول يونجفينج لو ، الذي قاد الفريق المكون من باحثين من جامعة نبراسكا لينكولن والمعهد الفرنسي لكيمياء المواد المكثفة في بوردو. “إذا تمكنا من جعلها غير قابلة للاشتعال ، بحيث لا تحترق عند تعرضها للنار ، فسيكون ذلك مثيرًا”.
لقد حقق العلماء نجاحات في تطوير أشكال أكثر مقاومة للحريق من ألياف الكربون من قبل ، ولكن هذه الأشكال تضمنت استخدام معدات باهظة الثمن وعمليات معقدة متعددة الخطوات وتفاعلات كيميائية غير متوقعة. نظرنا أيضًا في بحث واعد العام الماضي استخدم مادة مشتقة من النباتات لمنع احتراق المادة مع تسهيل إعادة التدوير أيضًا. توصل مؤلفو هذه الدراسة الجديدة إلى حل يقولون إنه بسيط ورخيص يبدأ بالملح المذاب.
تحدث هذه العملية عند 1،800 درجة فهرنهايت (982 درجة مئوية) وبمجرد اختزال بلورات الملح إلى سائل ، تتم إضافة مساحيق التيتانيوم والكروم إلى المزيج ، قبل إدخال ألياف الكربون كلمسة نهائية. يؤدي هذا إلى تفاعل كيميائي ينتج عنه طبقة واقية من ثلاث طبقات متميزة ، بسبب السلوكيات والتفاعلات المختلفة للمواد في خليط الملح المصهور.
يقول لو: “لقد وجدنا وصفة يمكن أن تشكل ثلاث طبقات في حالة واحدة”. “بغمسة واحدة ، يمكننا الحصول على ثلاث طبقات من الطلاء”.
تم تقييم أدائه من خلال التجارب حيث تعرضت ألياف الكربون المطلية لظروف قاسية تتضمن درجات حرارة تبلغ حوالي 2200 درجة فهرنهايت (1200 درجة مئوية) وشعلة أوكسي أسيتيلين ، مع الحفاظ على ألياف الكربون بنجاح في هيكلها طوال الوقت. تم العثور على الطلاء الثلاثي ، المكون من كربيد الكروم وكربيد التيتانيوم ، لتوفير حماية أكثر من طبقة واحدة.
يقول لو: “نحاول إضافة طبقات سطحية يمكنها فصل ألياف الكربون عن الأكسجين حتى لا يتم حرقها حتى في ظل درجات الحرارة العالية”. “يمكن استخدام ألياف الكربون بعدة طرق – نسجها في المنسوجات وفي أجزاء من المباني والطائرات والمعدات الإلكترونية – ولكن إذا كانت قابلة للاشتعال ، فإن ذلك يشكل خطرًا جديدًا على النظام ويحد من هذه التطبيقات كثيرًا”.
يصف العلماء عمليتهم الجديدة بأنها سريعة ونظيفة ، وبالتالي فهي مناسبة للغاية للاستخدام الصناعي. أثناء عملهم لتحقيق هذا الهدف ، يعتزمون تحديد مدى مقاومة ألياف الكربون المطلية للحريق مقارنةً بالألياف التقليدية ، وإلى متى تحافظ على هيكلها وخصائصها في ظل الظروف القاسية.
المصدر:
https://newatlas.com/materials/molten-salt-coating-carbon-fiber-inflammability/
