امروزه کاربرد پلیمرهای تقویت شده با الیاف در صنایع گوناگون بر کسی پوشیده نیست، خواه صنعت ساخت و ساز و مقاوم سازی باشد، خواه صنایع هواپیما سازی و ایرواسپیس.
اما این گستردگی چگونه حاصل شده؟ الیاف فایبرگلاس و الیاف کربن که الیاف FRP شاخص در صنعت هستند به وفور در انواع وسایل موتوری از ماشین‌‌های کنترلی و اسباب بازی کوچک گرفته تا هواپیماهای مسافربری غول‌آسای BOEING و ایرباس و همچنین جنگنده‌های مافوق صوت پیدا می شود؛ راز این گستردگی در دو چیز است؛ انعطاف‌پذیری بسیار بالا برای ساخت بخش های خمیده قطعات و سطح براق و درخشنده این الیاف!
شرکتها و غول‌های بزرگ در بخش هوافضا در جدیدترین تولیدات خود هواپیماهای تک نفره (آموزشی) عرضه کرده‌اند که تمامی بدنه‌شان از الیاف کربن تک‌جهته و دو‌جهته ساخته شده است؛ این به معنای سازوکار بهبود یافته و بالاترین سطح ایمنی این هواپیماهاست که به تولید انبوه رسیده است و در کشور ما هم فناوری تولید این هواپیماها در راس فعالیت های هوانوردی آموزشی است.
مطالبی چند پیرامون هواپیماهای تمام کربن
این هواپیماها به منظور راحتی بیشتر خلبان طوری طراحی شده است که فضا برای نشستن 5 نفر سرنشین باشد، بعلاوه تعبیه جعبه دنده تاشو و چراغ های LED به آسایش بیشتر خلبان در کابین کمک می کند، در بخش موتور هواپیما باید این را گفت که تعبیه موتور کانتیننتال CD-300 توانی برابر با 300 اسب بخار فراهم می آورد که در مقایسه با نمونه های مشابه توان بسیار بیشتری است.از آنجایی که کامپوزیت‌های FRP در برابر زنگ زدن، رطوبت، اشعه مستقیم آفتاب، دمای‌های بالا و آسیب رسان تاب آوری بالایی دارند بنابراین تهدیدی مبنی بر آسیب پذیری بر اثر دمای بالای موتور خلبان را تهدید نمی کند.
از دیگر ویژگی که این هواپیما را منحصر به فرد می کند شامل بال های لولایی دو شیار برای بهبود عملکرد در سرعت های پایین، سیستم ترمز پیشرفته و چرخ های جدید است. همه این ویژگی های نوآورانه به کاهش فاصله فرود کمک می کند. بعلاوه سامانه خنک کننده موتور CD-300 از فناوری توربوشارژ و خنک کننده مایع بهره می گیرد.
تاریخچه هوانوردی و پرواز
بسیاری از مردم بر این باورند که نخستین ایده هواپیما برای برادران رایت است. این در حالی است که انسان ها هزاران سال است که مجذوب ایده پرواز بوده اند. در حالی که برادران رایت انخستین نمونه هواپیمای مدرن را اختراع کردند، بالن های هوای گرم اولین ایرکرافت هایی بودند که مسافران را به آسمان بردند. در سال 1783، بالن ها در مرکز توجه قرار گرفتند و در نهایت منجر به اختراع کشتی های هوایی یا بالون های هدایت شونده شد و امروزه بشر در عرصه پهناور آسمان به ارتفاعاتی رسیده که برای نیاکان ما محال بوده.
تفاوت الیاف کربن و فولاد
فیبر کربن بسیار قوی تر و بادوام تر از فولاد است. در حالی که فولاد محکم و سفت است، بسیار سنگین است، حساس به زنگ زدگی است، و انعطاف پذیری کامپوزیت های FRP را ندارد.
مواد کامپوزیت FRP تنها در هواپیماهای شخصی استفاده نمی شود. اگر به بسیاری از هواپیماهای تجاری مانند بوئینگ و ایرباس نگاه کنید، استفاده بیشتر از فیبر کربن را مشاهده خواهید کرد. به طور خاص، بوئینگ 787 دریم لاینر و ایرباس A350 XWB از کامپوزیت های FRP ساخته شده اند.
این ویژگی‌ها به کمک فناوری پالتروژن فراهم شده است که برای فولاد امکان‌پذیر نیست.
تفاوت الیاف کربن و آلومینیوم
اگر فولاد خیلی سنگین باشد و به راحتی دچار خوردگی و زنگ‌زدگی شود، در مورد آلومینیوم چطور؟ در حالی که مسلماً آلومینیوم برای استفاده در بدنه هواپیما بسیار بهتر از فولاد است، اما هنوز با کامپوزیت های FRP قابل مقایسه نیست. آلومینیوم مقاوم در برابر زنگ زدگی و سبک وزن است، اما فیبر کربن حتی سبک تر است غیر رسانا است و مقاوم در برابر حرارت می باشد. مواد کامپوزیتی FRP می توانند در برابر حرارت شدید بدون به خطر انداختن یکپارچگی ساختار مقاومت کنند در صورتی که فلز آلومینیوم این گونه نیست.
فهرست پارامترهایی که کامپوزیت FRP در برابر آنها مقاوم هستند، بسیار طولانی است که دربرگیرنده: مقاومت در برابر ضربه، حشرات، قرار گرفتن در معرض آفتاب، رطوبت، گرما، برق، خوردگی، زنگ زدگی، باد و موارد دیگر است.
مزایای استفاده از الیاف کربن در صنایع هوا فضا
مواد کامپوزیت سبک وزن FRP به کاهش قابل توجه هزینه های سوخت کمک می کند. آیرودینامیک بهبود یافته نیز در این امر نقش دارد. علاوه بر این، هواپیماهای فیبر کربنی در طول سال ها به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارند. در حالی که کامپوزیت های FRP ممکن است در ابتدا گران تر از فولاد و آلومینیوم باشند، هزینه هایی که برای تعمیر و نگهداری کنترل و صرفه جویی شده الیاف FRP را به گزینه ای جذاب تر و کاراتر تبدیل می کند.
