karbon Fiber

karbon Fiber Hakkında

Karbon fiber kompozitler, karbon fiberin bir matris olarak bilinen destekleyici bir malzemeye gömülmesiyle oluşturulan hafif, yüksek dayanımlı yapılardır. Malzemelerin birleştirilmesiyle, üreticiler karbon fiberin hem sağlamlığına hem de sertliğine ve matris malzemesinin dayanıklılığına ve çok yönlülüğüne, tipik olarak bir plastik reçineye sahip parçalar üretebilir. Her biri bir dizi kullanım için uygun kılan çeşitli özelliklere sahip olan farklı tiplerde karbon fiber ve matrisler bulunmaktadır.

Karbon elyafı esaslı kompozit malzemeler endüstrisi, son on yılda, dört katına çıktığı tahmin edilen küresel karbon elyaf üretim kapasitesine sahip hızlı bir büyüme yaşamıştır. 1 Bu artışın büyük kısmı, karbon elyafın ticari ve endüstriyel kullanımının artmasından kaynaklanmaktadır. Savunma sektörüne yapılan satışların 1991’de yaklaşık yüzde 28’den 2015’te yüzde 4’e düştüğü tahmin edilmektedir. 2020’ye gelindiğinde, karbon elyaf kompozit pazarının savunma payının, savunma büyümesinin yavaşlaması, ticari ve sınai olarak yüzde 2’den az olacağı tahmin edilmektedir. karbon fiber kullanımı hızla artmaya devam ediyor.

Bir dizi farklı kristalimsi Karbon oluşturur. Karbon, benzersiz yapılarından türetilmiş bazı özelliklere sahiptir. Her biri sonsuz bir ağ içeren en dikkat çeken iki karbon allotropu elmas ve grafittir. Bu iki katı, aynı kimyayı (karbon) paylaşır ancak farklı yapılara ve özelliklere sahiptir. Örneğin, elmas bilinen en zor malzemedir, grafit ise son derece yumuşaktır. Elmas, dev bir molekülün mükemmel atom kristalidir. Tipik olarak kovalent moleküllerde bulunan tam elektron çiftleriyle dört güçlü kovalent bağla (her biri 0.154 nm uzunluğunda) birleştirilen sp3 hibritleştirilmiş karbon atomlarından oluşur. Diğer dört karbon atomu, kuvvetli bir şekilde bağlanmış bir kovalent yapı oluşturmak için normal bir tetrahedronun köşelerine işaret eder.

Pırlanta üç ana kristal formuna sahiptir: kübik (100 düzlem), on ikiyüzlü (110 düzlem) ve oktahedral formlar (111 düzlem) Grafit, düzlemsel bir yoğunlaştırılmış halka sisteminde altıgen düzenlenmiş karbon atomlarına sahip katmanlı bir yapıdır. Tabakanın içinde, iki rol üstlenebilecek bir elektron ile melezleştirilmiş, yani bir düzlemsel birleşme yapısının oluşturduğu, tabaka içinde üç adet 0.1415-nm uzunluğunda güçlü bağ vardır. Bu dağılımlara sırasıyla “π” ve “σ” dağılımları denir. Grafit katmanları van der Waal kuvvetleri ile zayıf bir şekilde bağlanmıştır. 1985 yılında hem sp2 hem de sp3 hibritleşmelerine sahip yeni bir gerçek karbon formu keşfedildi ve “fullerenes” olarak adlandırıldı. Ek olarak, pirolitik grafit, cam benzeri karbon, grafit bıyıkları, buharla yetiştirilmiş karbon lifleri (VGCF) ve katalitik kimyasal buharla biriken filamentler ve karbon lifleri gibi lifli karbon formları vardır. Diğer bazı karbon formları karbon karası, odun kömürü, kömür, kok ve kurumdur. Son olarak, yeni karbon formları fullerenler, karbon nanotüpler ve grafendir.

Karbon Elyafın Kökeni ve Tarihçesi

Pamuk ve bambu lifleri, içlerinde karbon liflerin kullanıldığı en eski malzemelerdi. 1879’da, Thomas Alva Edison ilk defa, ilk akkor ampul deneylerinde karbon fiber filamanlarını (test malzemeleri) kullandı ve parıldayana kadar filament denilen ince bir şerit malzemesini ısıtmak için elektrik kullandı. Daha sonra, 1880’de karbon lifleri keşfedildi ve elektrik lambasında filament malzemesi olarak karbon liflerinin kullanılmasını patentledi. Ayrıca, ilk ticari karbon elyafını yaratmış olabilir. Edison’un doğal bambu elyaflarını veya pamuk iplerini kullanarak yaptığı karbon elyafları yangına dayanıklıydı ve bunları ilk akkor lifleri için ideal hale getiriyordu. Pamuk ve bambu çoğunlukla tekrarlayan glikoz birimlerinden oluşan doğal bir doğrusal polimer olan selülozdan oluşur. Isıtıldığı zaman, filaman ısıtılmış bir gaz ocağında hava yokluğunda karbonlaşır ve daha sonra tam boyutlarda veya şekillerde başlangıç malzemelerinin gerçek bir karbon kopyasını oluşturur. Bu arada, elektrik lambaları için karbon filamanlarının kullanımı nispeten kısa ömürlüdür; Tungsten teli yakında bu karbon liflerini yerinden etti. Bununla birlikte, karbon lifleri 1960 gibi geç saatlerde ABD Donanması gemilerinde kullanılıyordu, çünkü gemi titreşimlerini tungstenlerden daha iyi dayandılar.

Edison ilk kez elektrik ışığının gelişiminde Karbon elyaf kumaşını kullandı ve bu birkaç yıl içinde daha verimli ve dayanıklı malzemelerin kullanılmasının önünü açtı. Özellikle, elyaflı doğanın havacılık ve otomotiv alanlarındaki yapısal gelişmeler için büyük önemi olduğu ortaya çıktı. Karbon fiberlerin, ulaşım, bina inşaatı, denizcilik, elektrik ve ısı yalıtımı ve endüstriyel ürünler de dahil olmak üzere çeşitli alanlarda cam elyafı kullanması bekleniyordu.

1960’lı yıllardan bu yana, yapısal ürünlerin dayanıklılığına ve sertliğine önemli ölçüde katkıda bulunan karbon fiberlerin geliştirilebileceğini ortaya koyduğunda karbon elyafı takviyesi kullanıldı.

Suni ipek ve poli akrilonitril (PAN) oluşturmak için, Dünya Savaşı sırasında karbon elyaf sargısı incelenmiştir. Rayyondan ve PAN öncül fiberlerden elde edilen yüksek mukavemetli ve yüksek modüllü karbon fiberlerden oluşan iki üretim süreci, sırasıyla 1959 ve 1962’de geliştirildi. 1963 yılında, yüksek modüllü özelliklere sahip, zift türevli karbon fiberler icat edildi. Şimdiye kadar, karbon elyafı üretimi için polyesterler, poli amitler, polivinil alkol, poli viniliden, poli-p-fenilen ve fenolik reçineler gibi birçok öncü materyal araştırılmıştır. Edison’un karbon lifleri icadı, sentetik liflerden karbon lifleri üretmek için neredeyse bir yüzyıl sonra geliştirilen oryantasyon sürecinin yolunu açtı.

 Karbon Fiberlerin Tanımı

Karbon fiber denilen 1,000–1,500 ° C aralığında ısıl işlem görmüş lifler ile grafit fiber denilen 2,000 ° C’nin üzerinde ısıl işlem görmüş lifler arasında bir fark vardır. Karbon fiber sargısındaki grafit oranı% 0 ila% 100 arasında değişebilir. Oran% 99’un üzerindeyken, liflere grafit lifleri denirdi.

Genel olarak, karbon lifleri yaygın olarak en az 92 içeren lifler olarak tanımlanır ve

ağırlıkça% 100’e kadar karbon. Ayrıca, karbon fiberler polikristallerdir ve genellikle

grafit olmayan aşama. Düzlemsel altıgen ağlarda iki boyutlu bir uzun menzilli karbon atomu düzenine sahiptirler, ancak üçüncü yönde (z-yönü) daha fazla veya daha az paralel istifleme dışında ölçülebilir herhangi bir kristalografik düzen yoktur.

Öte yandan, bir grafit bıyık (veya karbon bıyık) ile tek bir kristal

karbon katmanı bir kaydırma gibi yuvarlandı. Tek kristal doğası nedeniyle, grafit bıyıkları neredeyse hatasızdır ve olağanüstü yüksek bir güce sahiptir. Bununla birlikte, grafit bıyıkların üretim verimi ticari olarak önemli olamayacak kadar düşüktür.

 

Karbon Elyafların Sınıflandırılması

Çok önemli bir malzeme olarak karbon elyaf kumaşını kullanan birçok değişken uygulama vardır.

Oyun, havacılık, otomobil, kimya endüstrisi, genel mühendislik, füzeler, nükleer enerji, kompozit malzemelerde güçlendirme ve tekstil gibi uzmanlıkta, yüksek mukavemet ve sertlik, boyutsal stabilite, düşük de dahil olmak üzere doğal özellikleri nedeniyle çok önemli bir rol oynamaktadır. ısıl genleşme katsayısı, biyolojik uyumluluk ve yorulma direnci. Bazı benzersiz özellikler de daha sonra açıklanacaktır.

Performans

Karbon lifleri, lif yapısına ve kristalit oryantasyon derecesine göre sınıflandırılmıştır: ultra yüksek modüllü (UHM), yüksek modüllü (HM), orta modüllü (IM), yüksek gerilme dayanımlı (HT) ve izotropik karbon elyaf kumaş.

UHM ve HM karbon fiberleri yüksek oranda grafitlenir ve yüksek bir modül ile karakterize edilir. UHM karbon fiberleri, 500 GPa’dan daha büyük bir modül ile tanımlanırken, HM karbon fiberleri, 300 GPa’dan daha büyük bir modül ile ve% 1’den daha az bir kuvvet-modül oranı ile karakterize edilir.

Küçük sıcaklıklarda HT gibi bazı karbon lifleri, ısıl işlem yüksek mukavemeti için çok az modülü vardır. IM karbon fiberleri, 300 GPa’ya kadar bir modüle ve> 1 x 10−2’lik bir güç / modüle oranına sahiptir. HT karbon fiberleri, 3 GPa’dan daha büyük bir güçle ve yatışmaya modüllü bir güç ile karakterize edilir.

1,5 ile 2 × 10−2 arasında. Son olarak, izotropik karbon fiber sargı veya kumaş, kristalitlerin rastgele bir yönelimini gösterir ve düşük bir güçle birleştirilmiş 100 GPa kadar düşük bir modüle sahiptir. Başlıca avantajları düşük maliyetlidir.

öncü

Karbon fiberler, sentetik fiberlerden (öncül fiberler) ısıtma ve germe işlemleriyle üretilir. Karbon liflerinin farklı öncüllerden işlenmesi, tatmin edici kalitede ürünler elde etmek için farklı koşullar gerektirir. Temel özellikler benzer. Çeşitli öncüler için işlem yolları makro düzeyde benzerdir. Ek olarak, karbon elyaf sargısının öncü malzemeleri de önemlidir, çünkü karbon elyafları üzerindeki çeşitli özellik ve davranışların (mekanik, fiziksel ve kimyasal) birleşimi, başlangıçtaki öncü malzemelere büyük ölçüde bağlıdır. Karbon fiberler, stabilize edilmiş öncül fiberlerin kontrollü bir pirolizi yoluyla sentezlenir.

Öncelikli lifler ilk önce stabilize edildi ve öncülün doğal kimyasına güçlü bir şekilde bağlı olan bir oksidasyon işlemi (termoset işlemi) kullanarak havada 200–400 ° C sıcaklık aralığında gerildi. Ardından, karbonizasyon işleminde, stabilize edilmiş lifler, hidrojen, oksijen, azot ve diğer karbon olmayan elementler de dahil olmak üzere karbon olmayan kirleri çıkarmak için oksijensiz bir ortamda 800-1.600 ° C aralığında yüksek sıcaklıklara maruz bırakıldı. Ayrıca, karbonize edilmiş lifler, 3.000 ° C’ye kadar daha yüksek sıcaklıkları içeren bir grafitleştirme işlemi kullanılarak grafitleştirildi, bu da lifleri% 50-100 uzama ile sonuçlandı. Liflerin gerilmesi, tercih edilen kristalin oryantasyonu sağlamıştır, bu da arzu edilen modülün karbonlu liflerden daha yüksek olmasına neden olmuştur. Elde edilen karbon fiberlerin özellikleri, kristallikleri, kristal dağılımları, karbon içerikleri, moleküler yönelimleri ve kusurların oranıyla ilgilidir. Son olarak, yüzey işleme işlemleri ve karbon liflerinin epoksi boyutlandırması, yani işlem sonrası işlemler, bileşik matrislere yapışmalarını arttırmak için gerçekleştirildi. Karbon fiberler için yaygın öncüller poliakrilonitril (PAN), zift ve suni ipekdir. PAN elyaflarında, sargılı makromolekülün polimer zinciri yönünde gerilmesi elyaf eksenine paralel olmuştur ve müteakiben doğrusal molekülün bir merdiven polimerine dönüşümü gözlenmiştir. PAN bazlı öncül lifler genellikle ıslak eğirme gibi geleneksel eğirme tekniği kullanılarak üretilir. Karbonlaşma ile ilgili yüksek sıcaklıklarda aleve dayanıklı ve stabil bir forma dönüştürülmeleri gerekir. Sonuç olarak, karbonizasyondan önce, bir oksitleyici atmosferde PAN öncüsü durumunda stabilize edilirler.

Zift fiberler söz konusu olduğunda, tercih edilen oryantasyon, poli aromatik moleküllerden oluşan, elyaf kristallerine paralel bir yönde, zift içindeki sıvı kristallerin eğirme işleminde (erime eğirme ve erime üfleme yöntemleri) gerçekleştirildi. Düzlemsel moleküllerin yapısal olarak tercih edilen oryantasyonunun eklenmesini içeren adım işlemindeki adım, sonraki tüm ısıl işlemlerde ortaya çıkan karbonlu kusur yapısını korumak için kimyasal işlem ile birleştirilmelidir. Son 100 yıldan beri, grafit endüstrisinde, termoset polimerlerinin karbonizasyonu ile ne tür bir termal olarak kararlı kusur yapılarının oluştuğu iyi bilinmektedir. Öte yandan, kararsız kusur yapıları, yani iyi grafitleşen koklar, bir sıvı halde karbon-hidrojen bileşiklerinin karbonizasyonu ile sağlanabilir.

Bu genel kurallardan, PAN polimerlerinin siklizasyonu ile hazırlanan PAN bazlı öncü fiberlerin, termal olarak kararlı, kusurlu bir yapıya sahip grafitleştirici olmayan karbon veya karbon fiberleri vermesi gerektiğine inanılmaktadır. Buna karşılık, anizotropik zift bazlı karbon fiberler, iyi grafitleşme için ideal ön koşullara sahiptir. Anizotropik ziftin bu kabiliyeti, zorunlu oksidasyon ve çapraz bağlama reaksiyonları ile karbonizasyondan önce imha edilmelidir.  izotropik ve anizotropik ziftler (mezosfer zifti) optik özelliklerine göre zift öncüleridir. Mekanik özelliklerine dayanarak, zift bazlı karbon fiberler ayrıca yüksek performanslı (HP) karbon fiberlere (HP karbon fiberleri) ve genel amaçlı karbon fiberlerine (GP-karbon fiberleri) ayrılabilir. İzotropik zift GP-karbon elyaf kategorisine ait olan bir izotropik karbon elyaf sargısını oluştururken, anisotropik zift HP-karbon elyaflarını oluşturur, burada karbon tabakaları elyaf eksenine tercihen paraleldir. Zift genellikle kömür veya petrol bazlı kimyadan bir yan ürün olarak elde edilir. Petrolün zifti, kusurlu partiküller olarak doğal kapanımlar nedeniyle kömür ziftinin temizlenmesi zor olduğundan tercih edilir. PAN bazlı öncüllerin aksine, perde düşük moleküler ağırlıklı bir malzemedir.

 

 

Ek olarak, sentetik perde polivinil klorür (PVC) ve naftalen gibi sentetik polimerlerden üretilebilir. Bir kaynak karbon liflerinin üretimi için PVC’nin erimiş piroliz ürününü bildirmiştir. Bu yöntem, petrol rafinerisi ve kömür piroliz işlemlerinden katran sahaların karbon elyaflar için yeni öncüler olarak kullanılması olasılığını öne sürdü. Günümüzde, piyasaya zift bazlı karbon elyaflar tanıtılmıştır.

Rayon bazlı karbon fiberler, kimyasal ön işlemler ve karbonizasyon kullanılarak rayon öncü fiberlerinden elde edilir. Bunlar izotropik karbon lifleridir ve 2.500 ° C’nin üzerindeki sıcaklıklarda gerilerek yüksek mukavemet ve sertliğe sahip anizotropik karbon liflerine dönüştürülebilir. Bununla birlikte, tüm glisosidik bağlar piroliz sırasında uçucu karbon dioksit üretir. Polimerin bimoleküler biriminin uçucu eter glikozlarında kırılmasını önlemek zordur.

Polimer yapısından farklı piroliz aşamalarında meydana gelen kütle kaybı muazzam miktarda büzülmeye neden olmakta ve düşük karbon verimi <% 30 ile sonuçlanmaktadır. Sonuç olarak, düşük yoğunluklu çok gözenekli bir karbon kalıntısı oluşur. Önceden belirtildiği gibi, PAN, pitch ve rayon olmak üzere, öncelikle üç tür ticari öneme sahip materyal türü olduğu iyi bilinmektedir. Her ne kadar dünya çapında karbon elyaf üretimi hızlı bir şekilde artmış olsa da, karbon elyaf üretiminin yüksek maliyeti ve yüksek talep, karbon elyafların yaygın kullanımını sınırlamaktadır. Genel zorluk, öncül maliyet, verim, işlem maliyeti ve benzer faktörlerin birleşimidir. Ek olarak, daha önce ligninden karbon fiberler üretilmiştir. Kaya karbonu gibi lignin bazlı karbon lifleri ilk olarak geliştirildi ve Nippon Kayaku Co. İşlem, kuru bükülmüş liflerin, plastikleştirici olarak poli (vinil alkol) içeren bir alkali çözelti içinde çözülen ligninden karbonlaştırılmasını içermiştir. Asetilen ve etilen de dahil olmak üzere düşük molekül ağırlıklı bileşiklerle hidrokarbon atmosferinin buharında hazırlanarak kısa karbon lifleri hızla gelişmektedir. Bu işlem, çapı 0.1 um kadar küçük olabilen karbon lifleri oluşturmak için katı katalizör parçacıkları (Fe, Co ve diğer geçiş metalleri) kullanarak katalitik büyümeyi içerir. Grafitleştirilebilir karbondan oluşurlar ve 2.500 ° C’nin üzerindeki ısıl işlemlerle grafit liflerine dönüştürülebilirler. Daha sonra, aynı odadaki karbonlu gazdan müteakip kimyasal buhar birikimi, filamentlerin çapta büyümesine neden olarak buharda büyümüş karbon elyafları (VGCF’ler) veya gaz fazında büyütülmüş karbon elyafları ile sonuçlanmıştır. Ticari Kullanılabilirlik Karbon elyafları alternatif olarak ticari kullanılabilirliklerine göre, GP, HP ve aktif karbon elyaflarına (ACF) göre sınıflandırılabilir. GP-karbon lifleri, şekilsiz ve izotropik yapıları nedeniyle düşük gerilme mukavemeti, düşük gerilme modülü ve düşük maliyete sahiptir. Bu karbon elyafların en büyük avantajı düşük maliyetli olmasıdır. Kısa GP-pitch-bazlı karbon fiberler beton takviyesinde kullanılır, çünkü büyük miktarlarda kullanımı kolaydır. GP-karbon lifleri ayrıca ısı yalıtımı, sızdırmazlık malzemeleri, elektrik ileten malzemeler, antistatik malzemeler, ısıtma elemanları, filtreler, fraksiyon malzemeleri, sorbentler ve katalizörler için kullanılır. HP-karbon lifleri, GP-karbon lifleriyle karşılaştırıldığında yüksek mukavemet ve modüllerle karakterize edilir. HP-karbon lifleri arasında, daha yüksek bir modül, daha yüksek bir grafit ve daha fazla anizotropi oranı ile ilişkilidir. HP-karbon fiberleri, yakıt tasarrufu amacıyla hafif olan uçaklar için polimer-matris kompozitlerde yaygın olarak kullanılır. Uçağın yapısının yaklaşık% 90’ı, Voyager, bu tür kompozitlerden yapılmıştır. 1986’da, Voyager, kesintisiz, yakıtsız ve dünya çapında bir uçuş gerçekleştirdi. Bu tür kompozitlerin yolcu uçağında kullanımı hızla artmaktadır. HP-karbon elyafları, karbon matrisi bir polimer matrisine kıyasla daha sıcaklığa dayanıklı olduğundan, Uzay Mekiği gibi yüksek sıcaklıktaki havacılık uygulamaları için karbon-matris kompozitlerinde de kullanılır. Bu elyaflar şimdi alüminyum gibi metal matrislerinde havacılık uygulamaları için kullanılmaktadır çünkü alüminyum polimerlere kıyasla daha sıcaklığa dayanıklıdır.

Gaz veya sıvının adsorpsiyonu için, ACF’ler geniş yüzey alanına ve mikro gözenek hacmine sahip olmaları nedeniyle uygun bir malzemedir. Geleneksel granüler veya tozla aktifleştirilmiş karbonlarla karşılaştırıldığında ACF’ler, genişletilmiş spesifik yüzey alanları, yüksek adsorpsiyon kapasiteleri, yüksek gözenekli yapıları ve özel yüzey reaktiviteleri nedeniyle ayırma, saflaştırma ve katalitik işlemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. ACF’ler sadece indirgeme ajanları olarak değil aynı zamanda NOx, SOx, NH3 ve hatta HCI gibi kirleticilerin giderilmesi için katalizör destekleri olarak da kullanılmıştır. Ayrıca, ACF’lerin mikro yapısı aktivasyon sırasında yaratılır ve aktivasyon derecesi ve karbonizasyon koşulları gibi birçok faktörden etkilenir. Karbonlu adsorbanların adsorpsiyon / desorpsiyon oranı, sadece mikro gözenekli yapılara değil, aynı zamanda yüzey özelliklerine de büyük ölçüde bağlıdır.

Karbon Elyafın Yapısı

Karbon sargısı genel olarak mükemmel gerilme özelliklerine, düşük yoğunluklara ve oksitleyici ajanların yokluğunda yüksek termal ve kimyasal stabiliteye, iyi termal ve elektriksel iletkenliklere ve mükemmel sürünme direncine sahiptir. Kompozitlerde dokuma tekstil, ön baskı, sürekli elyaf / traş ve doğranmış elyaf formunda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Kompozit parçalar filament sarımı, bant sarımı, pultrusion, kompresyon kalıplama, vakumlu torbalama, sıvı kalıplama ve enjeksiyon kalıplama yoluyla üretilebilir.

Karbon sargısının yapısı için geniş ve küçük açılı X ışını kırınımı, elektron kırınımı, iletimi, kandırılması ve yüzey replikasyonu elektron mikroskobu ve optik mikroskopi gibi çeşitli teknikler incelenmiştir. Bu tekniklerden, elyaf yapısının çeşitli mikro ve makro yönleri hakkında değerli bilgiler, şimdiye kadar, kristalit büyüklüğü ve oryantasyonu, yığın yüksekliği ve genişliği, gözeneklerin şekli ve boyutu gibi çeşitli yapısal parametreler hakkında kalitatif ve kantitatif bilgiler gibi sürekli olarak sağlanmıştır. ve üç boyutlu düzenin varlığı.

Burada, X-ışını kırınımı ve elektron mikroskobu kullanılarak keşfedilen ve karbon liflerindeki temel yapı biliminin açıklanması ve temelini anlaması için en basit ve en etkili teknik olan elektron mikroskobu kullanılarak keşfedilen eşsiz karbon yapılarını kısaca özetleyeceğiz. Karbon lifleri kısa veya sürekli olabilir. Ek olarak, karbon fiberlerin yapısı kristal, amorf veya kısmen kristal olabilir. Bir karbon fiberin atomik yapısı, tabaka düzlemleri arasındaki c-yönü mesafesinin 3.35 is (d-aralığı, d (002)) olduğu ve normal altıgen bir düzende düzenlenmiş karbon atomu tabakalarından oluştuğu grafite benzemektedir.

0.18-0.35 GPa olan yüksek bir modülü vardır; bununla birlikte, nemli atmosferde, kayma mukavemeti a ekseni boyunca zayıftır. Organize edilmiş Sp2 Karbon sargının kristal yapısı ve x-y düzleminde bir bal peteği yapısında iki boyutlu olarak düzenlenmiş karbon atomlarını, düzenli bir şekilde birbirine paralel olarak dizilmiş van der Waals kuvvetleri ile melezledi. Grafit katmanında karbon atomları

spz melezleştirilmiş orbitalinin üst üste binmesi ve sırasıyla pz orbitallerinin (π elektronları) yer değiştirmesi nedeniyle kovalent olarak ve metalik bağlar vasıtasıyla bağlanır.

Grafitin iyi elektriksel ve termal iletkenliği, xy y düzlemindeki delokalizasyona bağlanabilir. Türbostratik katmanlar karbon sarma yapısını düzenledi. Bu yapıda, paralel grafen levhalar arasındaki mesafe, grafitte olduğundan daha büyüktür. Temel yapısal birim, mikro alanlar oluşturmak için düzensiz veya gelişigüzel şekilde bölünebilir, eğilebilir, bükülebilir, katlanabilir ve diğer temel yapısal birimlere birleştirilebilir. Bu mikro alanlar ayrıca karbon fiberlerde ayrılabilir, eğilebilir, bükülebilir, katlanabilir ve birleştirilebilir. Dolayısıyla karbon sargısının yapısı homojen değildir. Düzensiz istifleme ve sp3 bağlanmasının varlığının d-aralığını 3.44 Å ye çıkarabileceği bildirildi.

Bourrat ve arkadaşları, karbonize edilmemiş mezosfer zift bazlı liflerin üç düzeyde yapısal organizasyon sergilediklerini bildirmiştir. Aynı üç seviyede organizasyon, küçük değişikliklerle, her tür karbon elyafına uygulanabilir. Bunlar aşağıdaki gibidir:

1. Moleküler aralık seviyesinde, moleküller, “temel yapısal üniteler” olarak bilinen başlangıç mezosfer ziftinde olduğu gibi küçük uyumlu alanlar oluşturarak bir araya getirilir.
2. Bir sonraki organizasyon seviyesinde, yani bir ila birkaç yüz nm arasında bir mikro doku gözlenir. Uzun menzilli oryantasyon sırasına sahip molekül gruplarından oluşan mikro alanlar tarafından tanımlanır. Bu mikro alanlar elyaf ekseni boyunca birkaç μm’ye kadar uzar ve yanal olarak gözenekler ve kama sapmaları ile sınırlandırılır. Tanımlayıcı “mikro” burada bu organizasyon seviyesini belirtmek için kullanılır. Temel yapısal ünite ve mikro doku özellikleri, geniş açılı X-ışını saçılması (WAXS), küçük açılı X-ışını saçılması (SAXS), transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ile seçilen alan kırınımı (SAD) kombinasyonu kullanılarak belirlenir ve TEM’de parlak ve karanlık alan görüntülemenin kullanılması.
3. Son organizasyon seviyesi elyafın dokusunu tanımlar. Moleküllerin değişen istatistiksel yönelimini çok uzun bir aralıkta yansıtır. Doku SEM’de kolayca gözlenir ve yansıtılan polarize ışığın asidiyle optik mikroskop çalışmaları ile çıkarılabilir.

Karbon Fiber üretimi

Karbon fiberi yeni yüksek performanslı malzemelerdir. Uygun liflerin kontrollü pirolizi ile elde edilen en az% 90 karbon içeren lifler olarak tanımlanabilirler. 1879’da Edison, karbon lambanın elektrik lambalarında karbon lifleri olarak kullanılabileceğini buldu. Edison’un ilk çalışmalarından bu yana, karbon lifleri yoğun olarak araştırılmış ve kullanılmıştır, çünkü genel olarak mükemmel gerilme özelliklerine, düşük yoğunluklara, oksitleyici maddelerin yokluğunda yüksek termal ve kimyasal stabiliteye, iyi termal ve elektriksel iletkenliğe ve mükemmel sürünme direncine sahiptirler. Son yıllarda, karbon elyaf endüstrisi, havacılık (uçak ve uzay sistemleri), askeri, türbin kanatları, inşaat, hafif silindirler ve basınçlı kaplar, tıbbi, otomobil ve spor malzemeleri gibi farklı uygulamalardan kaynaklanan talepleri karşılamak için istikrarlı bir şekilde büyümektedir. . Ayrıca, karbon lifleri söz konusu olduğunda, uygulama aralığı karbon liflerini üretmek için kullanılan öncüllerin tipine bağlı olacaktır. Sonuç olarak, karbon sarımları üretmek için birçok öncül tip üzerinde çalışılmıştır. Karbon sargısı üretmek için gereken öncüllerin ideal özellikleri, karbon sargısına kolay dönüşüm, yüksek karbon verimi ve düşük maliyetli işlemdir. Bu açıdan bakıldığında, en popüler olanları da kanıtlamış olan aşağıdaki dört tür öncül yaygın olarak kullanılmıştır: 1. Akrilik öncüler: Çoğu endüstriyel imalatçı tarafından uzun süredir karbon elyaf hazırlığı için başarıyla kullanılmıştır. Bu akrilik öncüler>% 85 akrilonitril (AN) monomeri içerir. Özellikle, poli akrilonitril (PAN), karbon elyaflarını üretmek için yaygın olarak kullanılan en popüler akrilik öncüsüdür.

1. Selülozik öncüler:% 44.4 karbon içerirler. Bununla birlikte, pratikte, reaksiyon sadece dehidrasyondan daha karmaşıktır ve karbon verimi sadece yaklaşık% 25–30’dur. 3. Pitch bazlı öncüler:% 85 verim gösterirler ve bu öncülerden elde edilen karbon elyafları, daha fazla grafitik doğası nedeniyle yüksek bir modül gösterir. Öte yandan, zift bazlı karbon elyaf, PAN bazlı karbon elyaflara kıyasla daha zayıf sıkıştırma ve enine özelliklere sahiptir.
2. Diğer öncül formlar: Karbonillerin üretimi için öncül olarak viniliden klorür ve fenolik reçineler araştırılmış, ancak ticari olarak uygun bulunmamıştır.

Akrilik Öncüller

Tarafından üretilen karbon sargısı ile düzenlenen karbon elyafı esaslı kompozit

Çeşitli akrilik öncüleri. Karbon kaplama endüstrisi için akrilik öncüler, ticari ölçekte tekstil sınıfı akrilik elyaf üreticileri kurmuş şirketlerden kaynaklanmaktadır. Bunun nedeni, karbon fiberlerin akrilik fiberlerin pirolizi yoluyla üretilmeleridir. Bu nedenle, karbon elyaf üreticileri en son haliyle mevcut teknolojiyi karbon elyaf üretimi için öncüllere uyarlayabildiler. Özellikle, PAN bazlı karbon fiberler gibi akrilik öncüllerinden elde edilen karbon fiberler, otomobil, havacılık, eğlence ve diğer çeşitli endüstrilerde takviye edici malzemeler olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.

Selülozik Ön Maddeler

Edison ilk defa Selüloz kullandı. Bu eylemde karbon lifleri yapılmıştır. Neredeyse 80 yıl sonra, 1959’da, Ulusal Karbon Şirketi (Union Carbide’nin bir bölümü), bir rayon öncüsünden bir karbon kumaş üretti ve iki yıl sonra, 1961’de, bir karbon ipliği tanıtıldı. 1965 yılında Thorne serisi – 1.25 GPa’lık bir çekme dayanımına sahip karbon fiberler ve Young’ın 170 GPa’lık bir modülü tanıtıldı. Bu karbon elyaflarının özellikleri, 2.500 ° C’de gerilmeyi içeren karbonizasyon sonrası muamele ile geliştirilmiştir. Bununla birlikte, bu karbon elyaflarının üretimi, ısı germe işleminin yüksek maliyeti, düşük verim ve selüloz öncülünün özellikleri nedeniyle 10 yıldan daha fazla gecikmiştir.

Ford ve Mitchell, suni ipek monofilamentleri, selülozik iplikler veya önceden dokuma suni ipek tekstil malzemeleri için kullanılabilecek bir işlem önerdi. İşlemleri, 10 ° C / saate kadar 100, 50 ° C / saate kadar 400 ve 100 ° C / saate kadar yaklaşık 900 ° C’ye kadar ısıtmayı ve bunu takiben 3.000 ° C’ye kadar ısıtmayı içeren kontrollü bir ısıtma işlemini içermiştir. grafitleşme meydana geldi. 900-3.000 ° C aralığında ısıtma yapılırken koruyucu bir azot veya diğer atıl gaz atmosferi kullanıldı. Bu işlemden ortaya çıkan karbon lifleri, önceki karbon liflerine kıyasla geliştirilmiş gerilme mukavemeti göstermiştir. Ayrıca, bu karbon elyaflarındaki daha güçlü grafitik yapı, X-ışını desenleri kullanılarak doğrulanmıştır.

Pitch Öncülleri

Ek olarak, Pitchler karbon fiber kompozitler üretmek için öncüler olarak kullanılabilir. Bu ziftler% 80’den fazla karbon içerebilir ve bir ziftin bileşimi kaynak katran ve işleme koşullarına göre değişir. Ek olarak, bu bölümler aşağıda belirtilen çeşitli kaynaklardan birinden elde edilebilir:

1. Petrol rafinerisi, normalde bitüm veya asfalt
2. Kömürün yıkıcı damıtılması
3. Doğal asfalt, örneğin Trinidad’dan
4. PVC Pirolizi

Genel olarak, çeşitli kaynaklar kullanılarak hazırlanan hazırlıklar arasında, petrol atımı ve kömür atımı, karbon elyaflarının üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Pitchin bileşenleri açısından, Riggs ve ark. Ziftin dört ana sınıf kimyasal bileşikten oluştuğu düşünülmektedir.

1. Doygunluk: Düşük molekül ağırlıklı alifatik bileşikler
2. Naften aromatikler: Düşük moleküler ağırlıklı aromatikler ve doymuş halka yapıları
3. Polar aromatikler: Doğada daha yüksek moleküler ağırlık ve daha fazla heterosiklik
4. Asfaltenler: En yüksek aromatikliğe sahip ve termal olarak en stabil olan, en yüksek moleküler ağırlıklı fraksiyondur. Bazı araştırmacılar, asfalten zengin malzemelerin karbon liflerine dönüşüm için en uygun olduğunu onaylamıştır.

Diğer Öncül Formlar

Diğer birçok polimer de karbon fiber öncüleri olarak potansiyelleri bakımından araştırılmıştır. Daha önce tartışılan selülozik liflere ek olarak, diğer doğal lifler araştırılmış ve ipek, kitosan ve okaliptüs gibi karbon liflerinin öncüleri olarak kabul edilmiştir. Üretim maliyetini düşürebilirler; ancak, çoğu, güçlü mekanik özellikler sağlamayan GP karbon elyafları için kullanılır. Buna ek olarak, çok sayıda doğrusal ve siklik polimerler fenolik polimerler, polyacenephthalene, poliamid, polifenilen, poli-p-fenilen benzobistiyazol (PBBT), polıbenzoksazol’un, polibenzimidazol, polivinil alkol, polivinil klorür içermeyen, karbon fiberlerin üretilmesi için bir ön-madde olarak araştırılmıştır ve polistiren. Doğrusal öncüler, yüksek performanslı karbon elyafları elde etmek için ısı gerilmesini gerektirir ve karbon verimleri genellikle çok düşüktür.

Yüksek aromatik içeriğe sahip polimerler genellikle yüksek bir karbon verimi sağlayabilir ve bazı durumlarda kolay stabilizasyon sağlayabilir. Bununla birlikte, bu polimerler ya yüksek maliyetlere sahiptir ya da yüksek performanslı karbon elyafı üretmezler. Elde edilen karbon elyafların mekanik özelliklerini geliştirirken, işlem maliyetini azaltmak için daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir.

Uçak

CFRP fitillerinin (Karbon Fiberle Güçlendirilmiş Polimer) uçaklara uygulanması, yaklaşık 30 yıl içinde, antenlerindeki bor / epoksi kaplamaları kullanan F-14 (ABD Donanması) ve F-15 (ABD Hava Kuvvetleri) savaşçılarına kadar izlenebilir. Daha sonra, askeri ve nakliye uçaklarında karbon fiber takviyeli kompozitlerin kullanımı, yüksek performanslarından dolayı arttı. CFRP’nin uçak yapılarına ilk uygulamaları, kaportalar, küçük kapılar ve kontrol yüzeyleri gibi ikincil yapılardır. Teknoloji geliştikçe, kanatlar ve sigortalar gibi birincil yapılar için CFRP kullanımı artmıştır.

Uçak endüstrisi, CFRP sargı ve kumaşları yalnızca ağırlığı azaltmak için değil, aynı zamanda bu malzemeler korozyona ve yorulmaya karşı dirençli olduğu için kullanmayı seçer. Bu malzemelerin yaygın uygulamalarındaki sınırlayıcı faktör, geleneksel metallerinkine kıyasla yüksek maliyeti olmuştur.

Otomobiller

Günümüz dünyasındaki otomotiv şirketleri, zorlu rekabet nedeniyle otomobil / kamyon üretiminde yeni yollar ve yenilikler aramak zorunda kalıyor. Günümüzde otomobiller, müşterilerin talep ettiği tüm özelliklere düşük maliyetle sahip olmalıdır. Bu, gövde, iç kısım, şasi, davlumbaz ve elektrikli bileşenler gibi parçaların yapımında karbon kumaş ve ambalaj ve CFRP kompozit malzemelerin kullanılmasına yol açmıştır. CFRP kompozit malzemeleri, araç üreticilerinin gereksinimlerini karşılamak için istenen özelliklere sahiptir. Bu nedenle, CFRP kompozitleri bugün daha önemli ve gelecekte otomobil endüstrisinde olmaya devam edecek. Otomotiv imalat endüstrisindeki ileri kompozitler alanındaki son yenilikler, termoplastik polimerlerin çeşitli termosetleriyle güçlendirilmiş yüksek modüller ve yüksek mukavemetli karbon fiber kullanılmasına yol açmıştır.

Deniz Uygulamaları

Son zamanlarda, karbon elyafı ile güçlendirilmiş kompozitler, denizcilik sektöründe deniz ortamına karşı mükemmel direnç göstermeleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Kusursuz gövdelerin avantajları ile birlikte karmaşık yapılandırmalar, CFRP teknelerinin gelişimini hızlandırdı. Motorlu yarış teknelerinde, yüksek performanslı tekne ve sürücü güvenliği için gelişmiş ve hibrit kompozitler kullanılmıştır. Ana yapısal elemanlar, viz. güverte evler, kapaklar, kral direkler ve yay modülleri CFRP yapımı için çok uygun görünüyordu. Deniz segmentinde CFRP uygulamaları

Son 10 yılın başından beri sürat teknelerinde, deniz gemilerinde, yelkenli gemilerde, balıkçı teknelerinde, yüksek kapasiteli trol gemilerinde, mavnalarda ve diğer gemi parçalarında kullanılmaktadır. Denizcilik endüstrisi, esas olarak kompozit malzeme olarak karbon elyaf takviyeli epoksiyi kullandı. Gemilerdeki gelişmiş kompozit malzemeler, üretim ve bakım maliyetlerini düşürme, şekillendirmeyi geliştirme, kıyafet ağırlığını azaltma ve güvenilirliği artırma potansiyeline sahiptir.

Rüzgar Türbini Bıçakları

Rüzgar türbini kanatları, rüzgar tarafından sağlanan mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Havadan gelen enerjiyi türbin jeneratörünü elektrik şebekesine bağlayan bir kabloya yönlendirmek ve konsantre etmek için tasarlanmış makinelerde kullanılırlar. Enerji maliyeti, rüzgar kanatları gibi muazzam kompozit yapılar üretmek için gelişmiş ve uygun maliyetli çözümlere bağlıdır. Kompozitler, büyük çaplı bıçaklar için uygun maliyetli malzemelerdir ve yapılarda gerekli gücü ve sağlamlığı sağlar. Rüzgar türbini kanatları hafif, sert olmalı ve tipik bir 10 yıllık hizmet ömrü boyunca yorulma direnci göstermelidir. Bu şartlar, tercih edilen malzeme olarak gelişmiş kompozitler lehinedir. Tipik bir rüzgar türbini kanadı, bir ana spar tarafından desteklenen bir dış kabuktan oluşur. Serçenin geleneksel malzemeleri, doymamış bir polimer reçine matrisine bağlı E-cam takviye elyafları kullandı. Bir matris reçinesi olarak epoksi daha iyi çekme ve bükülme mukavemeti sağlarken, karbon kaplamalar daha uzun, daha hafif türbin kanatlarına izin veren yoğunluk oranına çok yüksek bir sertliğe sahiptir. Bu nedenle, daha yeni rüzgar türbini kanatları, karbon elyaf fitil ve sargı veya kumaş kompozit kullanılarak üretilmiştir.

 İnşaat

Son yıllarda, daha dayanıklı altyapılar için yapılan çağrıya cevap olarak maddi gelişme, pek çok heyecan verici ilerlemeye yol açmıştır. Benzersiz özelliklere sahip elyaf takviyeli kompozit tasarımlar şimdi birçok altyapı uygulamasında araştırılmaktadır. Beton ve çelik bile daha iyi özelliklere ve dayanıklılığa sahip olmak için sürekli iyileştirilmektedir. CFRP, üstün yapısal ve işlevsel özelliklerin artan talebi nedeniyle hızla önem kazanan yapısal malzemelerdir. Özellikle, karbon elyafları, mükemmel mekanik özelliklerinden dolayı çimentolu malzemeleri güçlendirmek için en yaygın bileşenlerden biridir. Karbon fiberler çimentolu matrikse dahil edildiklerinde, çekme dayanımı, eğilme dayanımı, basınç dayanımı, tokluk ve kuruma büzülmesi dahil olmak üzere karbon elyafı ile güçlendirilmiş çimento-matris kompozitlerin (CFRCC’ler) bazı özellikleri geliştirilir. Bu nedenle, karbon lifleri genellikle çimento hamuru gibi kırılgan bir matrisin mekanik özelliklerini geliştirmek için bir takviye malzemesi olarak kullanılır ve özellikle yuvarlak olmayan karbon lifler, yuvarlak olanlara kıyasla daha etkilidir. Park ve arkadaşları, çimento takviyesinde karbon elyafı kullandılar. Bu çalışmada, farklı enine kesit tiplerinin karbon fiber takviyeli çimento kompozitlerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Şekil faktörünün etkisini incelemek için, yuvarlak, H ve C şeklinde rastgele yönlendirilmiş CFRCC’lerin üç tip karbon fiberin mekanik özellikleri incelenmiştir. Sonuç olarak, C-şekilli CFRCC, herhangi bir karbon fiber takviyeli kompozit şekline kıyasla daha yüksek çekme ve eğilme mukavemeti gösterdi. C-şekilli CFRCC’nin, matris içine mekanik ankraj sayesinde daha güçlü fiber-matris ara-yüzleşme yapışkan kuvvetleri sunduğu gözlenmiştir. Bununla birlikte, CFRCC’nin basınç dayanımı, artan en boy oranı ve fiber hacim oranı ile azalmıştır. Bu muhtemelen, tutulan hava içeriği miktarlarının, her bir elyafın karıştırılması sırasında artması nedeniyle olmuştur.

CFRP ile Güçlendirme

CFRP kompozitlerin betonarme yapıların güçlendirilmesi, güçlendirilmesi ve onarılmasında kullanımı son yıllarda önemli ölçüde artmıştır; temel amaç, altyapının ömrünü uzatmak ve tüm dünyada altyapının iyileştirilmesi gereğidir. Karbon elyafı takviyeli plastiklerin temel avantajları, yüksek korozyon direncine sahip olmaları, montaj yerlerine kolay montaj ve düşük ağırlıklarıdır. Geçtiğimiz yıllarda, CFRP kompozitlerin kullanımı sıradan bina yapımında kullanılan pahalı bir yöntem olarak kabul edilirken, günümüzde üretim teknolojilerinin ilerlemesi bu malzemelerin fiyatını çok aşağıya itmiştir. Son yıllarda, FRP’lerin mekanik davranışları ve uygulamaları da dahil olmak üzere kullanımıyla ilgili teknik bilgiler, inşaat mühendisliği veya makine mühendisliği alanındaki her bilimsel dergide FRP kompozitlerinin belirli bir yönünü belirten en az bir araştırma makalesi görüyoruz. FRP ürünlerinin güçlendirilmesinde kullanılmasıyla ilgili dergilerde ve konferanslarda önemli sayıda bilimsel makale bulunmaktadır. Bu büyüme eğilimi, kompozit malzemeler kullanarak CFRP ile Güçlendirme

CFRP kompozitlerin betonarme yapıların güçlendirilmesi, güçlendirilmesi ve onarılmasında kullanımı son yıllarda önemli ölçüde artmıştır; temel amaç, altyapının ömrünü uzatmak ve tüm dünyada altyapının iyileştirilmesi gereğidir. Karbon elyafı takviyeli plastiklerin temel avantajları, yüksek korozyon direncine sahip olmaları, montaj yerlerine kolay montaj ve düşük ağırlıklarıdır. Geçtiğimiz yıllarda, CFRP kompozitlerin kullanımı sıradan bina yapımında kullanılan pahalı bir yöntem olarak kabul edilirken, günümüzde üretim teknolojilerinin ilerlemesi bu malzemelerin fiyatını çok aşağıya itmiştir. Son yıllarda, FRP’lerin mekanik davranışları ve uygulamaları da dahil olmak üzere kullanımıyla ilgili teknik bilgiler, inşaat mühendisliği veya makine mühendisliği alanındaki her bilimsel dergide FRP kompozitlerinin belirli bir yönünü belirten en az bir araştırma makalesi görüyoruz. FRP ürünlerinin güçlendirilmesinde kullanılmasıyla ilgili dergilerde ve konferanslarda önemli sayıda bilimsel makale bulunmaktadır. Bu büyüme eğilimi, kompozit malzemeler kullanarak yapıların güçlendirilmesi ve güçlendirilmesine olan ihtiyaç ve dikkatin artırılmasına ve bu malzemelerin tasarlanması ve kullanılması için teknik bilginin geliştirilmesine olan ilginin artmasına ve önemine tanık oluyor. Analiz yöntemlerinin açıklanması ve tasarımdaki güvenlik faktörlerinin ekonomik hususlarla dikkate alınması, Kanadalı ISIS, FIB Avrupa ve ACI 440 R kodları gibi hesaplama ve yürütme uygulamaları için kılavuz ilkelerin ve düzenlemelerin oluşturulmasına yol açtı.

CFRP onarım, güçlendirme projeleri artık yaygındır ve CFRP malzemeleri kullanılarak yapısal hasar ve güç arttırılabilir. Geçtiğimiz yirmi yılda, altyapının aşınmasından ve katı tasarım gereksinimlerini karşılamak için yapıların güçlendirilmesi gerekliliğinden sonra, dünya genelinde yapı inşa etmeye ve onarmaya verilen önem vurgulandı. Öte yandan, özellikle deprem eğilimli bölgelerde yapıların sismik rekonstrüksiyonu çok önemli hale gelmiştir. Bu arada, dış güçlendirici olarak FRP kompozitlerinin kullanımına yönelik tekniklerin, yüksek mukavemet, hafiflik, kimyasal direnç ve kullanım kolaylığı dahil olmak üzere benzersiz FRP mekanik özellikleri açısından özel önem taşıdığı bulunmuştur. Diğer taraftan, bu teknikler hızlı uygulama ve düşük maliyet nedeniyle özellikle cazip hale gelmiştir.

Yapıları yapılandırmak, düzeltmek ve güçlendirmek için kullanılan iki genel CFRP malzemesi türü vardır. Bu iki tip CFRP inşaat demiri ve CFRP sarma ve FRP laminat gibi CFRP kaplama malzemelerini içerir. Bu iki tipe ek olarak, günümüzde yeni yapılar inşa etmek ve binaları onarmak için I ve U şeklindeki CFRP profilleri, kutu ve açı da kullanılmaktadır. Aşağıda, FRP güçlendirme sisteminde daha önce bahsedilen malzemelerin kullanımı açıklanmaktadır.

Epoksi, polyester ve vinil ester reçine ile üretilen FRP inşaat demiri günümüzde çeşitli endüstrilerde ve binaların iyileştirilmesinde kullanılmaktadır. Güçlendirmek için CFRP inşaat demiri kullanan bir yöntem, NSM FRP Çubukları ve NSM CFRP Şeritlerini içeren yüzeye yakın (NSM) bir yöntemdir. Çelik ve betonun birleşimi yüksek mukavemetli bir bileşiktir ve çelik ile beton arasındaki bu uygun yapı, onu beton bölümün en kullanışlı ve kaliteli beton elemanlarından biri yapar. Ancak çelik için oksidasyon adı verilen bir sorun var. Özellikle uygun beton ve çatlak eksikliği, yetersiz beton kaplamalar, uygun olmayan hava koşulları vb. Nedenlerden dolayı, çelik eleman neme, tuzlara, klorürlere vb. Maruz kalır ve çalmaya başlar ve betonun patlamasına neden olur. . Bu problem CFRP iğleri kullanılarak çözülebilir. Yüksek mukavemetli gerilebilir CFRP milleri, kabul edilebilir elastik modül, yüksek korozyon direnci, yorulma ve sürünmeye karşı iyi direnç, betona iyi yapışma, elektromanyetik dalgalara karşı yalıtım, hafif ve hafif olması, çabuk kurulmasını ve çalışmasını kolaylaştırır. Taşıyıcı kapasiteyi artıran, yapısal mukavemeti artıran, yapının korozyon ve hafifliğini azaltan çeliğin değiştirilmesi için çok uygun bir elementtir. CFRP şeritleri temel olarak mevcut yapı davranışını güçlendirmek, iyileştirmek ve iyileştirmek veya mevcut yapıda yaratılan hasarları modern bir mühendislik yöntemi olarak onarmak için kullanılır. Belirtildiği gibi, bu malzemeyi güçlendirme için uygun kılan temel özellik, aşındırıcı olmayan özellikleri ve yüksek ağırlık / ağırlık direncidir. Bu nedenle, CFRP malzemeleri kullanılarak beton yapıların güçlendirilmesi için çeşitli teknikler geliştirilmiştir. Bir beton elemanın dış yüzeyine veya başka bir yüzeye yapışan FRP şeritleri, EBR-Harici Olarak Bağlanmış Takviye olarak bilinir.

CFRP kompozitler ile yapıların güçlendirilmesi, plakaların, levhaların ve karbon FRP laminatların yapılması, yüksek mukavemetli beton takviyeli elyafların takviye edilmesi, yüksek mukavemetli karbon elyaf duvarların yapılması, betonarme yapılarda gerilmiş CFRP yapıların yapılması ve iç mekanlarda kullanılması Tünellerin duvarları. Karbon fiber özellikleri CFRP laminatın eşsiz bir ürün olmasını sağlamıştır. FRP Laminat (FRP Levhalar), tek veya iki yönlü dirence sahip çok katmanlı tabakalardır ve özel FRP epoksi reçine sistemleri ile beton veya çelik yüzeylere yapıştırılmıştır. FRP laminasyon genellikle, betonarme ve önceden gerilmiş yapıların kuvvetini güçlendirmek ve arttırmak için kullanılır, bu da üyelerin sertliğini ve kuvvetini arttırır, üyelerin plastik alanında çatlamayı kontrol etmek ve önlemek için önemli ölçüde. FRP tabaka malzemesi, uygulamasına bağlı olarak, karbon, cam ve aramid plakalardan yapılabilir. Karbon tipi (CFRP laminat) daha yaygın olarak kullanılmakta ve sınırsız uzunluklarda ve 10 ve 5 santimetre genişlikte sunulmaktadır.

Günümüzde, tek yönlü karbon-laminatlar, kirişlerin ve binaların sütunlarının ve köprü teraslarının

güçlendirilmesinde kullanılmaktadır. Köprü bileşenlerinin onarımı ve değiştirilmesinin maliyeti çok yüksektir. Onarımlar yapıldığında şartlar ve tesisler sağlandığında bile, birçok trafik sorunu yaratır. Yukarıda belirtilenlere ilişkin olarak, köprünün yapısını iyileştirmek için FRP malzemelerinin kullanılması gibi modern güçlendirme yöntemleri, yeni parçaların ve elemanların değiştirilmesinden daha ucuzdur. Ayrıca, yapı iyileştirildiğinde azalır. Bugün, güçlendirme endüstrisinde, GFRP camından, AFRP aramidinden ve CFRP karbon fiberinden yapılan FRP laminat levhalar, yüksek mukavemetleri ve düşük ağırlıkları nedeniyle çelik plakaların yerini almıştır. Süper laminat, genellikle boru ve tank iyileştirme işlemlerinde kullanılan başka bir FRP laminat ürünüdür.