ایرو اسپیس ایپلی کیشنز کے لیے تھرمو پلاسٹک کاربن فائبر اور تھرموسیٹنگ کاربن فائبر کے درمیان کارکردگی کا موازنہ۔

ایرو اسپیس ایپلی کیشنز کے لیے تھرمو پلاسٹک کاربن فائبر اور تھرموسیٹنگ کاربن فائبر کے درمیان کارکردگی کا موازنہ۔

تھرمو پلاسٹک کاربن فائبر مرکبات ایرو اسپیس ایپلی کیشنز کے لیے زیادہ موزوں ہیں۔

کاربن فائبر اور مختلف پلاسٹک پر بڑھتی ہوئی تحقیق کے ساتھ، یہ دریافت ہوا ہے کہ کاربن فائبر کے ساتھ مل کر ایک میٹرکس کے طور پر خصوصی پلاسٹک کا استعمال کاربن فائبر کی اعلیٰ کارکردگی کی خصوصیات کو بہتر طریقے سے فائدہ اٹھا سکتا ہے۔ اگر مسلسل کاربن فائبر سے تقویت یافتہ تھرموپلاسٹک مرکبات بڑے پیمانے پر تیار کیے جاسکتے ہیں، تو پورے صنعتی شعبے کو فائدہ ہوگا، اور اعلیٰ درجے کی صنعتیں جیسے ایرو اسپیس اور طبی شعبوں میں نمایاں ترقی ہوگی۔ فی الحال، کاربن فائبر ایپوکسی رال مرکبات کے فوائد جیسے کہ اعلی طاقت، کم کریپ، زیادہ ماڈیولس، اور کم لاگت- ایرو اسپیس فیلڈ پر لاگو ثابت ہو چکے ہیں۔ تاہم، ان کی کمزوریاں بھی کافی واضح ہیں، بشمول زیادہ ٹوٹ پھوٹ، تقسیم کے لیے حساسیت، اور نمی جذب کرنے کی اعلی شرح، جس سے درخواست کے کچھ خطرات لاحق ہوتے ہیں۔ تھرمو پلاسٹک میٹرکس مواد کی شمولیت ان کارکردگی کی کمیوں کو دور کر سکتی ہے اور کاربن فائبر مرکبات کے لیے نئے امکانات کھول سکتی ہے۔

ایرو اسپیس ایپلی کیشنز کے لیے تھرمو پلاسٹک اور تھرموسیٹنگ کاربن فائبر کی کارکردگی کا موازنہ

تحقیقی ٹیموں نے ایرو اسپیس ایپلی کیشنز کے لیے تھرموسیٹنگ اور تھرمو پلاسٹک کاربن فائبر مرکبات پر گہرائی سے مطالعہ کیا ہے، جس میں کاربن فائبر رینفورسڈ پولیتھر کیٹون (PEK) کمپوزٹ کا کاربن فائبر ریئنفورسڈ ایپوکسی رال کمپوزائٹس سے موازنہ کیا گیا ہے۔

1. کاربن فائبر کو تقویت ملی پولیتھر کیٹون پلیٹ: یہ مرکب 60% کاربن فائبر اور 40% پولیتھر کیٹون (PEK) سے بنے ہوئے ٹکڑے پر مشتمل ہے۔ اس میں دو طرفہ کاربن فائبر کی دس تہوں کو PEK کی گیارہ تہوں کے درمیان رکھا گیا ہے، جس میں اوپر اور نیچے دونوں طرف PEK فلم ہے۔ اسٹیک شدہ CF/PEK کو 30 منٹ کے لیے 10 بار کے دباؤ کے تحت 410 ڈگری پر دبایا جاتا ہے۔

2. کاربن فائبر ایپوکسی رال پلیٹ: یہ مرکب LY556 epoxy رال کو میٹرکس مواد کے طور پر استعمال کرتا ہے، جس کو دو طرفہ کاربن تانے بانے سے تقویت ملتی ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت پر، HY951 کیورنگ ایجنٹ کو epoxy رال میں ملایا جاتا ہے، 100:12 کے تناسب سے ملایا جاتا ہے۔ کاربن فائبر کی مضبوطی کو 60 wt% پر برقرار رکھا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں کپڑے کی دس تہوں کا استعمال کرتے ہوئے تقریباً 3 ملی میٹر موٹا کاربن فائبر ایپوکسی رال لیمینیٹ ہوتا ہے۔

3. ٹیسٹنگ کا طریقہ کار: اوپر بیان کردہ کاربن فائبر پلیٹوں کی دو قسموں پر مکینیکل کارکردگی کے ٹیسٹ کیے گئے جن میں ٹینسائل ٹیسٹنگ، سختی کی جانچ، اور فریکچر ٹفنس ٹیسٹنگ شامل ہیں۔ مزید برآں، دونوں کاربن فائبر پلیٹوں پر تھرمل کارکردگی کے ٹیسٹ کیے گئے، بشمول ڈیفرینشل اسکیننگ کیلوری میٹری (DSC) اور محدود آکسیجن انڈیکس (LOI) ٹیسٹ۔

4. کارکردگی کی جانچ کے نتائج دکھائیں۔:

A. تناؤ کی طاقت اور ماڈیولس: کاربن فائبر ریئنفورسڈ پولیتھر کیٹون (PEK) کمپوزٹ کی اوسط ٹینسائل طاقت اور ماڈیولس بالترتیب 425 MPa اور 7.8 GPa ہیں، جبکہ کاربن فائبر ریئنفورسڈ epoxy رال کمپوزائٹس کی اوسط ٹینسائل طاقت اور ماڈیولس بالترتیب 312 MPa اور GPa5 ہیں۔ کاربن فائبر ریئنفورسڈ PEK کمپوزائٹس کے لیے وقفے پر لمبا 9.43% ہے، جب کہ کاربن فائبر ریئنفورسڈ ایپوکسی رال کمپوزٹ کے لیے 11.32% ہے۔

B. سختی: جب کاربن فائبر کو میٹرکس میں شامل کیا جاتا ہے، تو مرکب کی مجموعی سختی بڑھ جاتی ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ فلر پلاسٹک کی اخترتی کے خلاف مزاحمت کو بڑھاتا ہے۔ PEK اور epoxy رال کی سختی کی قدریں بالترتیب 87 اور 85 ہیں، 94 اور 89 کی جامع سختی کی قدروں کے ساتھ، کوئی خاص فرق نہیں دکھاتا ہے۔

C. فریکچر سختی: epoxy رال کی ٹوٹ پھوٹ کی وجہ سے، کاربن فائبر سے تقویت یافتہ epoxy رال مرکبات کی فریکچر سختی کم ہوتی ہے کیونکہ میٹرکس کی سختی کم ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، PEK میٹرکس بہتر سختی کی نمائش کرتا ہے، جس کی وجہ سے کاربن فائبر سے تقویت یافتہ PEK کمپوزٹ میں سختی بہتر ہوتی ہے۔ فریکچر کی سختی کا حساب لگاتے وقت زیادہ سے زیادہ بوجھ سمجھا جاتا ہے وہ زیادہ سے زیادہ بوجھ ہے جو مواد SENB ٹیسٹ میں فریکچر سے پہلے برداشت کر سکتا ہے۔ زیادہ تناؤ کی شدت کا عنصر (Kic) زیادہ سختی کے مساوی ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ کاربن فائبر ریئنفورسڈ PEK کمپوزائٹس کا کِک 13.71 MPa·√m ہے، جب کہ کاربن فائبر ریئنفورسڈ epoxy رال کمپوزٹ کے لیے یہ 11.53 MPa·√m ہے، جو پہلے کے لیے بہتر کارکردگی کی نشاندہی کرتا ہے۔

D. حرارتی اور ٹھنڈک کے دوران تھرمل سلوک: حرارتی اور ٹھنڈک کے دوران پولیمر مرکبات کے تھرموٹرانزیشن کا مطالعہ DSC کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا۔ میٹرکس کے پگھلنے والے درجہ حرارت اور کرسٹلائزیشن کے درجہ حرارت کا موازنہ کیا گیا، جس سے پگھلنے کا درجہ حرارت (Tm)، کرسٹلائزیشن درجہ حرارت (Tc)، اور شیشے کی منتقلی کا درجہ حرارت (Tg) ظاہر ہوتا ہے۔

E. آکسیجن انڈیکس کو محدود کرنا: محدود آکسیجن انڈیکس (LOI) کی جانچ سے پتہ چلتا ہے کہ دونوں میٹرکس مواد میں کاربن فائبر کو شامل کرنے سے LOI میں نمایاں بہتری آتی ہے۔ اعداد و شمار بتاتے ہیں کہ epoxy رال اور PEK کے لیے LOI بالترتیب 25 اور 35 ہیں، جبکہ کاربن فائبر مرکبات کے لیے متعلقہ LOIs 32 اور 47 ہیں، کاربن فائبر سے تقویت یافتہ PEK کمپوزٹ نمایاں بہتری دکھا رہے ہیں۔

جانچ کے ذریعے، محققین نے پایا کہ تھرمو پلاسٹک کاربن فائبر مرکبات PEK کے ساتھ میٹرکس کے طور پر مختلف کارکردگی کے میٹرکس میں ایپوکسی رال کے ساتھ تھرموسیٹنگ کاربن فائبر مرکبات کو پیچھے چھوڑتا ہے۔ اعداد و شمار میں نمایاں فرق تھرموسیٹنگ اور تھرمو پلاسٹک کاربن فائبر کمپوزائٹس کے درمیان کارکردگی کے بنیادی تفاوت کو نمایاں کرتے ہیں، جو تھرمو پلاسٹک کاربن فائبر مرکبات کے لیے وسیع اطلاق کی صلاحیت کی تجویز کرتے ہیں، خاص طور پر ایرو اسپیس جیسے جدید شعبوں میں۔

تاہم، تھرمو پلاسٹک کاربن فائبر مرکبات کو اپنانا تھرموسیٹنگ کمپوزٹ کے مقابلے میں کیوں کم وسیع ہے؟ اس کا ان کی متعلقہ پروسیسنگ تکنیکوں سے گہرا تعلق ہے۔ تھرمو پلاسٹک کاربن فائبر مرکبات کو اعلی پروسیسنگ درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے، اور پگھلی ہوئی تھرمو پلاسٹک رال اکثر کاربن فائبر بنڈلوں کو مکمل طور پر رنگ دینے کے لیے جدوجہد کرتی ہے۔ اگر یہ مرحلہ مکمل طور پر انجام نہیں دیا جاتا ہے تو، نتیجے میں تھرمو پلاسٹک کاربن فائبر مرکبات کی مکینیکل کارکردگی موجودہ مین اسٹریم تھرموسیٹنگ کاربن فائبر کمپوزائٹس سے بھی کم ہوسکتی ہے۔