पॉलीएक्रिलोनिट्राइल (कड़ाही)-आधारित कार्बन फाइबर एक उच्च-प्रदर्शन सामग्री है जिसका व्यापक रूप से एयरोस्पेस, निर्माण, खेल, ऑटोमोटिव और चिकित्सा क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। यह लेख घरेलू और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर कड़ाही-आधारित कार्बन फाइबर के विकास इतिहास और वर्तमान स्थिति, इसकी तैयारी, संरचना, गुणों और अनुप्रयोगों की समीक्षा करता है। यह प्रासंगिक मानकों और परीक्षण विधियों पर भी चर्चा करता है और भविष्य के दृष्टिकोण की पेशकश करता है।

पैन-आधारित कार्बन फाइबर का परिचय

कार्बन फाइबर एक उन्नत सामग्री है जो अपने बेहतरीन यांत्रिक गुणों के लिए जानी जाती है। यह कार्बन की अंतर्निहित विशेषताओं को कपड़ा फाइबर की लचीलेपन और प्रक्रियाशीलता के साथ जोड़ता है, जिससे यह एक आवश्यक सुदृढ़ीकरण फाइबर बन जाता है। स्टील के एक-चौथाई से भी कम के विशिष्ट गुरुत्व और आम तौर पर 3500 एमपीए से अधिक तन्य शक्ति के साथ, कार्बन फाइबर कंपोजिट स्टील की तुलना में 7-9 गुना अधिक ताकत और 23,000 एमपीए से 43,000 एमपीए तक का लोचदार मापांक प्रदान करते हैं। ये गुण कार्बन फाइबर को इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में एक आशाजनक सामग्री बनाते हैं।

पॉलीएक्रिलोनिट्राइल, डामर या विस्कोस से प्राप्त कड़ाही-आधारित कार्बन फाइबर, प्री-ऑक्सीकरण, कार्बनीकरण और ग्रेफाइटाइजेशन जैसी प्रक्रियाओं से गुजरते हैं, जिसके परिणामस्वरूप 90% से अधिक कार्बन सामग्री वाले फाइबर बनते हैं। ये फाइबर अन्य गुणों के अलावा उच्च शक्ति, उच्च मापांक, कम घनत्व, उच्च तापमान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध, घर्षण प्रतिरोध, चालकता और कम तापीय विस्तार प्रदर्शित करते हैं। कड़ाही-आधारित कार्बन फाइबर सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, इसकी सरल विनिर्माण प्रक्रिया और उत्कृष्ट व्यापक प्रदर्शन के कारण 90% से अधिक उत्पादन के लिए जिम्मेदार है।

1. पैन-आधारित कार्बन फाइबर की विकास स्थिति

1.1 अंतर्राष्ट्रीय विकास

पैन-आधारित कार्बन फाइबर का विकास 1959 में शुरू हुआ जब जापान के अकियो शिंदो ने पॉलीएक्रिलोनिट्राइल से उच्च-प्रदर्शन कार्बन फाइबर बनाने की प्रक्रिया का पेटेंट कराया। आज, पैन-आधारित कार्बन फाइबर के उत्पादन में यूएसए के बड़े टो फाइबर और जापान के छोटे टो फाइबर का वर्चस्व है, जो वैश्विक आपूर्ति का लगभग 80% है। जापान में टोरे, टोहो और मित्सुबिशी जैसे प्रमुख उत्पादक बाजार का नेतृत्व करते हैं, जिसमें टोरे वैश्विक स्तर पर सबसे बड़ा पैन-आधारित कार्बन फाइबर निर्माता है।

1.2 घरेलू विकास

चीन ने 1960 के दशक में कार्बन फाइबर पर शोध करना शुरू किया, जिसमें धीमी लेकिन स्थिर प्रगति हुई। टोरे के टी-300 स्तर के करीब उत्पाद विकसित करने के बावजूद, घरेलू उत्पादन क्षमता सीमित बनी हुई है। हाल के वर्षों में, अनहुई हुआवन कार्बन फाइबर जैसी कंपनियों ने औद्योगिक उत्पादन शुरू किया है, लेकिन चीन की कार्बन फाइबर की अधिकांश मांग आयात के माध्यम से पूरी होती है, जिससे संबंधित उद्योगों पर काफी हद तक प्रतिबंध लगता है।

2. पैन-आधारित कार्बन फाइबर की तैयारी, संरचना और प्रदर्शन

2.1 तैयारी प्रक्रिया

कड़ाही-आधारित कार्बन फाइबर पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर से बनाए जाते हैं, जो होमोपॉलीमर या कोपॉलीमर हो सकते हैं, पॉलीमराइजेशन, स्पिनिंग, प्री-ऑक्सीडेशन, कार्बनाइजेशन और ग्रेफाइटाइजेशन से जुड़ी प्रक्रियाओं के माध्यम से। उत्पादन में पॉलीएक्रिलोनिट्राइल रेजिन को फाइबर में बदलना शामिल है, जिसे फिर उनके प्रदर्शन और स्थिरता को बढ़ाने के लिए उपचारित किया जाता है।

2.2 संरचना

कार्बन फाइबर की विशेषता है"बेक़ायदा"फाइबर अक्ष के साथ स्टैक्ड ग्रेफाइट माइक्रोक्रिस्टल की संरचना, उनके प्रदर्शन को प्रभावित करती है। परतों के बीच की दूरी और रिक्तियों की उपस्थिति फाइबर के गुणों को प्रभावित करती है।

2.3 प्रदर्शन विशेषताएँ

कार्बन फाइबर में उच्च तन्य शक्ति, उच्च मापांक, कम घनत्व, उच्च तापमान प्रतिरोध और संक्षारण प्रतिरोध जैसे अद्वितीय गुण होते हैं। वे उत्कृष्ट थकान प्रतिरोध, कम तापीय विस्तार, अच्छी चालकता और जैव-संगतता भी प्रदर्शित करते हैं।

3. पैन-आधारित कार्बन फाइबर के अनुप्रयोग

3.1 एयरोस्पेस

अपने उच्च शक्ति-भार अनुपात और कठोरता के कारण, कड़ाही-आधारित कार्बन फाइबर कंपोजिट मिसाइलों, रॉकेटों, उपग्रहों और विमानों सहित एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण हैं।

3.2 खेल और चिकित्सा उपकरण

कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग गोल्फ क्लब, टेनिस रैकेट और साइकिल जैसे खेल उपकरणों के साथ-साथ चिकित्सा प्रत्यारोपण और उपकरणों में बड़े पैमाने पर किया जाता है।

3.3 सामान्य उद्योग

ऑटोमोटिव उद्योग में, कार्बन फाइबर का उपयोग वाहन के फ्रेम, पिस्टन और ब्रेक सिस्टम में किया जाता है। वे पवन ऊर्जा, इलेक्ट्रॉनिक्स और बुनियादी ढांचे में भी भूमिका निभाते हैं, जिससे विभिन्न घटकों की ताकत और स्थायित्व बढ़ता है।

4. पैन-आधारित कार्बन फाइबर के लिए मानक

चीन ने कार्बन फाइबर के प्रदर्शन और कंपोजिट में इसके अनुप्रयोग के लिए कई मानक स्थापित किए हैं, जैसे:

• जीबी/टी 3362-2005: कार्बन फाइबर मल्टीफिलामेंट यार्न के तन्य गुण।

• जीबी 3362-1982: कार्बन फाइबर मल्टीफिलामेंट यार्न में फाइबर की संख्या के परीक्षण की विधि।

• जीबी 3364-1982: व्यास और समतुल्य व्यास परीक्षण विधियाँ।

• जीबी/टी 3355-2005: कार्बन फाइबर प्रबलित प्लास्टिक में रेजिन सामग्री परीक्षण।

ये मानक कार्बन फाइबर उत्पादों की गुणवत्ता और स्थिरता सुनिश्चित करते हैं, तथा उनके व्यापक रूप से अपनाए जाने और अनुप्रयोग को सुगम बनाते हैं।

5. भविष्य का दृष्टिकोण

कार्बन फाइबर उद्योग आधुनिक सामग्री अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है, जो स्टील युग से मिश्रित सामग्रियों के नए युग में संक्रमण कर रहा है। उन्नत प्रौद्योगिकियों और औद्योगिक अनुप्रयोगों में कार्बन फाइबर की भूमिका निरंतर बढ़ती रहेगी, जो चल रहे अनुसंधान और विकास द्वारा संचालित होगी। इसे प्राप्त करने के लिए, चीन को तकनीकी चुनौतियों पर काबू पाने और आयात पर निर्भरता कम करने और घरेलू क्षमताओं को बढ़ाने के लिए उत्पादन प्रक्रियाओं में सुधार करने पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए।