कार्बन फाइबर का इतिहास

कार्बन फाइबर का इतिहास

बिजली, प्रकाश बल्ब, एडिसन और बेकन

कार्बन फाइबर का उपयोग पहली बार 1860 में दो आवेशित, प्रवाहकीय कार्बन छड़ों के बीच चाप बनाने के लिए किया गया था। बिजली उस समय सर्कस का एक छोटा सा शो था, और कार्बन फाइबर, जैसा कि वे जानते थे, आज हम जानते हैं कि उच्च-प्रदर्शन सुविधाओं को वितरित करने से कोई लेना-देना नहीं था। हालांकि, कार्बन फाइबर की गर्मी प्रतिरोध और विद्युत चालकता का उपयोग प्रकाश में किया जाता है, इस प्रकार "पायरोलिसिस" के माध्यम से कार्बन फाइबर बनाने वाले बिल्डिंग ब्लॉकों को खोजने में मदद मिलती है। 1879 में, थॉमस एडिसन ने कार्बन फाइबर फिलामेंट्स का उत्पादन करने के लिए पायरोलिसिस का इस्तेमाल किया, जो पहले प्रकाश बल्ब के अंदर इलेक्ट्रोड के रूप में इस्तेमाल किया गया था। जले हुए कपास और बांस के रेशों में अशुद्धियों से प्राप्त ये तंतु वास्तविक कार्बन फाइबर होते हैं जो बिजली का संचालन करते हैं।

यह 1958 तक नहीं था कि भौतिक विज्ञानी रोजर बेकन ने पायरोलिसिस प्रक्रिया के माध्यम से पहले उच्च-प्रदर्शन वाले कार्बन फाइबर मूंछ का उत्पादन किया। उच्च तापमान और दबाव में ग्रेफाइट के पिघलने का अध्ययन करके, बेकन ने कार्बन फाइबर-प्रबलित हेक्सागोनल संरचना के पीछे के रसायन की खोज की। इस कार्बन युक्त संरचना को फिर गुणा किया जाता है, एक शीट में बनाया जाता है और फाइबर की पूरी लंबाई में लगातार घुमाया जाता है। बेकन की मूंछ दुनिया में ज्ञात सबसे कठोर और मजबूत फाइबर का उत्पादन करती है। कुछ साल बाद, बेकन ने रेयॉन-आधारित अग्रदूत का उपयोग करके एक वाणिज्यिक उत्पाद तैयार किया। कार्बन फाइबर की यांत्रिक संभावनाएं आखिरकार जोर पकड़ रही हैं। हालाँकि, इस खोज की उत्पादन लागत खगोलीय थी। ज़िंदा रहने के लिए,

पिच और पैन

70 का दशक वह जगह है जहां औद्योगिक सेटिंग में कार्बन फाइबर के कल्पनाशील गुणों को महसूस किया जाने लगा। लियोनार्ड सिंगर ने पेट्रोलियम और कोयला आधारित सामग्री के कार्बोनाइजेशन का अध्ययन करके "पिच" आधारित कार्बन फाइबर की खोज की। बिटुमेन एक राल जैसा पदार्थ है जो उच्च कार्बन सामग्री वाले पदार्थ में पेट्रोलियम (तेल) को गर्म करके बनाया जाता है। पिच के अणुओं को खींचकर और उन्हें उच्च तापमान पर संसाधित करके, उन्हें अत्यधिक क्रिस्टलीय कार्बन फाइबर में व्यवस्थित किया जाता है। पिच-आधारित कार्बन फाइबर के आगमन से अति-उच्च मापांक (कठोरता) और उच्च तापीय चालकता उत्पन्न हुई, ये सभी विमान के अंदर उच्च तापमान के संपर्क में आने वाले अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक हैं। हालांकि प्रक्रिया के लिए बहुत महंगा है, सिंगर के पिच-आधारित कार्बन फाइबर उच्च तापमान अनुप्रयोगों में उपयोग करते हैं।

इस बीच, जापानी वैज्ञानिक अकीओ शिंदो ने पेट्रोलियम आधारित पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल (पैन) के उच्च शुद्धता वाले रूप का उपयोग करके जापान में कार्बन फाइबर अनुसंधान का विस्तार किया। पैन, आज का सबसे आम कार्बन फाइबर अग्रदूत, फाइबर के भीतर उच्च स्तर के क्रिस्टलिनिटी का उत्पादन करता है, फिर भी पिच या रेयान-आधारित कार्बन फाइबर में पहले से कहीं ज्यादा कठिन है। शिंदो की पैन अग्रदूत प्रक्रिया भी पिच या रेयान-आधारित फाइबर की तुलना में उच्च गुणवत्ता वाले कार्बन फाइबर के उत्पादन में अधिक लागत प्रभावी है।

मुख्यधारा में प्रवेश करें

1980 और 1990 के दशक के दौरान, सरकार से वाणिज्यिक ग्राहकों के लिए विमानन और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों पर एक वैश्विक परिप्रेक्ष्य अब स्पष्ट रूप से पहचाना जाता है। इससे इन उद्योगों के लिए कार्बन फाइबर विकल्पों में तेजी से वृद्धि हुई है। यह इस तथ्य के कारण है कि विमान के वजन में पर्याप्त कमी के परिणामस्वरूप उच्च प्रदर्शन और विमान की ईंधन दक्षता और यहां तक ​​कि इंजन के घटक भी होते हैं। इंजीनियरों ने हल्की, मजबूत, तेज अवधारणाओं पर काम करना शुरू किया। स्टील-आधारित मिश्र धातुओं और एल्यूमीनियम से बने भागों को बदलने के लिए अब प्रतिस्थापन भागों को कार्बन फाइबर सामग्री का उपयोग करके डिज़ाइन किया जा रहा है। हालांकि, धातु निर्माण के लिए जाने जाने वाले घटिया मशीनिंग विधियों की तुलना में कार्बन फाइबर मशीन के लिए एक कठिन सामग्री है। कार्बन फाइबर निर्माण विधियों को सीखने और समझने में लगने वाले समय के साथ, धातु के पुर्जों की संख्या कम हो गई और हर नए डिज़ाइन किए गए विमानों में कम आम हो गई। जैसे-जैसे निर्माण के तरीके आगे बढ़ते हैं, वैसे-वैसे तंतुओं का उत्पादन भी स्वयं होता है। इन सबकी वजह से काले सोने के इस रूप में उछाल आया है, जिससे मांग में बढ़ोतरी हुई है।

इसके बेहतर निर्माण और प्रसंस्करण गुणों के कारण, कार्बन फाइबर अब दुनिया भर में औद्योगिक क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उच्च कार्बन सामग्री में लगातार वृद्धि, कुछ 90 प्रतिशत कार्बन से अधिक, बाजार में अधिक लागत प्रभावी होने के साथ-साथ बढ़ी हुई ताकत के लाभों को साझा करती है। इंजीनियरिंग और प्रक्रिया नियंत्रण में सुधार के कारण कार्बन फाइबर का लागत कारक काफी गिर गया है। कार्बन फाइबर का उपयोग एयरोस्पेस अनुप्रयोगों से परे चला गया है और अब मोटरस्पोर्ट्स, नौका विहार, खेल के सामान, निर्माण और यहां तक ​​कि फर्नीचर सहित उद्योगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए एक व्यवहार्य समाधान है। पचास साल पहले, किसी ने कार्बन फाइबर से बने डेस्क के मालिक होने के बारे में नहीं सोचा था। इतने कच्चे कार्बन फाइबर के उत्पादन पर भी लाखों डॉलर खर्च होंगे। आज, कार्बन फाइबर का प्रयोग केवल हमारी मानवीय कल्पना तक ही सीमित है।