طناب  سرامیکی

طناب  سرامیکی چیست :

طناب  سرامیکی فایبر نوعی نخ است که در دسته نسوزهای سبک قرار دارد ، این نخ همچنین یک ماده عایق است که برای مصارف بین 650 درجه سانتی گراد تا 1430 درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار می گیرد ، طناب  سرامیکی از الیاف بافته بلند ، انعطاف پذیر و ترکیبی تشکیل شده است . فیبر سرامیکی از سه عنصر اساسی تشکیل شده است که شامل سیلیس ، آلومینا و زیرکونیوم است ، این ماده عایق حرارتی برای درجه حرارت بالا به راحتی قابل استفاده است . پتو های و پارچه های تهیه شده از طناب سرامیکی در عایق کاری کوره های صنعتی ، دیگ های بخار ، لوله و دودکش مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین در کلیه عایق های فنی که نیاز به درجه حرارت بالا دارد مورد استفاده قرار می گیرد .

هر چه الیاف تولید شده دارای خلوص بالاتری باشد درای سیلیس و آلومینیوم خالص تری بوده بنابراین در اولین احتراق دود نمی کند و در هنگام احتراق تولید بو نمی کنند . به دلیل داشتن خواص عایق بشتر در ساختار آنها باعث صرفه جویی در مصرف انرژی بیشتر به جای آجرهای آتش نشانی و عایق می شود  .

نخ های سرامیک فایبر کمتر تحت تأثیر مواد شیمیایی قرار می گیرد (به جز مواقعی که تحت تاثیر اسید فسفریک ، اسید هیدروفلوئوریک و قلیاهای قوی مانند Na2O ، K2O قرار می گیرد). خصوصیات حرارتی و مشخصه آن پس از خیس و خشک شدن یکسان است و هنوز هم همان خاصیت عایق حرارتی را دارد . فیبر سرامیک که به دلیل تکنولوژی تولید از ساختار فیبر طولانی برخوردار است ، به دلیل این ویژگی ، به هیچ عامل اتصال دهنده شیمیایی برای تولید آن نیازی نیست.

به علت توانایی عایق حرارتی این نخ که تا 1430 درجه سانتی گراد در عایق کاری مقاوم است ،  صرفه جویی زیادی در مصرف انرژی در مصارف صنعتی می شود . این محصول برای عایق بندی صوتی و حریق عالی و همچنین برای عایق بندی دمای بالا بسیار عالی است .

طناب  سرامیکی فایبر از لحاظ ابعادی الیافی بسیار بلند و دارای سطح مقطع بسیار کمی هستند . به عنوان مثال ،طناب  سرامیکی که به صورت تجاری در دسترس هستند ، دارای قطری حدود 10 میکرومتر می باشند .

با توجه به هندسه و شکل ظاهری این الیاف ، خواص الیاف از لحاظ ظاهری با مواد فله ای همان ماده تفاوت زیادی دارند . به طور مثال ، الیاف سرامیک نسبت به سرامیک فله از استحکام بسیار بالاتری برخوردار بوده ، مقاومت بیشتری نسبت به خرابی دارند اما از آسیب پذیری شیمیایی بیشتری برخوردار است .طناب سرامیکی را می توان به صورت پارچه های فیبری ، الیاف نازک ، الیاف کوتاه یا بلند تولید کرد .

الیاف ریز عموماً به اصطلاح "ردیف" به یکدیگر بسته می شوند و محکم می شوند ، که از 500 تا 10000 رشته منفرد تشکیل شده اند . به هم بستن الیاف ، نه تنها انعطاف پذیری آن را کم نکرده ، بلکه استفاده از آن را نیز تسهیل می کند و باعث می شود که آنها به فرم های مختلف فیبری ساخته شوند . 

طناب سرامیکی که در دسته الیاف معدنی و غیر فلزی هستند از جمله عایق های حرارتی مهم محسوب می شوند و میتوان آنها را به دو دسته اکسیدی و غیر اکسیدی طبقه بندی کرد . در نیم قرن گذشته ، پیشرفت قابل توجهی در پردازش و استفاده از الیاف سرامیکی با کارایی بالا صورت گرفته است .

چندین ترکیب از الیاف با قطر ریز (کمتر از 20 میکرومتر) از نظر تجاری در دسترس هستند و مورد استفاده قرار میگیرند و سایر سایز های این الیاف  در حال توسعه هستند .

به دلیل قطر خوب الیاف سرامیک ، این الیاف از مقاومت بسیار بالایی نیز برخوردار هستند ( به طوری که استحکام کششی آنها در محدوده 1.5 تا 3 گیگا پاسکال تخمین زده می شود ) و می توان آنها را بافته کرد .

از دیگر ویژگی های می توان به  قابلیت استفاده از آنها در دمای بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و مدول بالا نیز اشاره کرد .

طناب سرامیکی بیشتر در موارد استفاده می شود که نیاز به دمایی بیش از 1000 درجه سانتی گراد باشد و به عنوان الیاف نسوز مورد استفاده قرار می گیرند و از مشخصه های اصلی این الیاف ساختار پلی کریستالی آن است به جای الیاف آمورف .

الیاف سرامیکی نسوز بیشتر برای استفاده به عنوان عایق حرارتی در دماهای بالا و ساخت کامپوزیت های خاص استفاده می شوند . الیاف سرامیکی در دسته الیاف گران قیمت هستند زیرا تنها مقدار کمی از آن تولید می شود و از آنها در زمینه های خاصی مانند هوافضا استفاده می شود .

موادی که در ساختار طناب سرامیکی استفاده می شوند معمولا شامل بور ، سیلیس ، کاربید ، آلومینا و زیرکونیا هستند که به صورت رشته یا الیاف بسیار نازک (ویسکر) هستند .

از مونو فیلامنت های بزرگتر یا چند کاناله می توان در  صنعت نساجی (نخ ، طناب ، قسمت هایی از کامپوزیت ها) استفاده کرد . مشخصات آنها با توجه به نوع فیبر به ساختار نازک مواد محدود می شود . در نهایت ، انواع پیچیده تری از الیاف سرامیک نیز وجود دارند بر پایه بورات ، کاربید ، نیترات سیلیکون و نیترات بورات هستند .

طناب سرامیکی مطابق شکل و ضخامت خود عمل می کنند . هرچه نازک تر باشند ، انعطاف پذیر تر بوده و برای نسوز های سبک و نرم مورد استفاده قرار می گیرند . هنگامی که قطر الیاف بیش از 1 میلی متر است ، طبق سیستم نساجی می توان آنها را به عنوان الیاف قابل تغییر در نظر گرفت .

ویسکرها یا همان الیاف سرامیکی بسیار نازک ، دارای استحکام مناسبی هستند (مدول> 600 گیگاپاسکال ، سختی> 20000 مگا پاسکال). الیاف نسوز سرامیک دارای مقامت شیمیایی خوب و واکنش شیمیایی کم با مواد اسیدی و قلیایی هستند . از بهترین خصوصیات آنها می توان به مقاومت آنها  در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا و عدم فعالیت آنها در برابر خوردگی در کامپوزیت هایی با ماتریس فلزی اشاره کرد .

برای تولید سرامیک فایبر باید در نظر داشت فرآیند فیبرسازی با ترکیبی از آلومینا و سیلیس با خلوص بالا با نسبت مشخص آغاز می شود و در میکسر های خاص تحت حرارت قرار می گیرند – جنس طناب سرامیک فایبر از نوع آلومینیوم سیلیکات است – این دو ماده اولیه یعنی سیلیس و آلومینا تحت دمای 1926 درجه سانتی گراد ذوب می شود .

یک جریان مذاب از این ترکیب برش داده می شود که مواد را به الیاف تبدیل می کند . سپس یک اتصال دهنده – یا بایندر-  اضافه می شود و سپس توسط اکسترودر هایی با مش خاص ، الیاف فرم دهی می شوند و در نهایت تحت حرارت اصلاح می شوند .

کاربرد طناب سرامیکی :

این طناب سرامیکی  در ساخت ماشین آلات ، صنایع متالورژی ، صنایع شیمیایی ، نفت ، پتروشیمی ، در صنایع تولید شیشه ، آجر پزی ، الکترونیک و سایر صنایع مورد استفاده گسترده قرار گرفته است. در سال های اخیر ، به دلیل افزایش مداوم قیمت جهانی انرژی ، در این زمینه ، الیاف سرامیکی که 10 تا 30٪ توانایی بیشتری در ذخیره سازی انرژی دارند نسبت به مواد نسوز سنتی مانند آجرهای عایق و کاستیل دارند در نتیجه صرفه جویی بیشتری در انرژی می شود . چشم انداز توسعه بسیار امیدوار کننده است .

از دیگر کاربرد های این طناب سرامیکی  می توان به موارد زیر اشاره کرد :

در صنایع آهن و فولاد :

روکش گرم برای کوره های گرمایشی ، عایق پشتیبان برای کوره های گرمایشی ، درزگیری روکش های کوره آنیلی ، پوشش نازل های ریخته گری ، صنایع غیر آهنی ، آستر کوره های ذوب فلزات ، نگه داشتن روکش کوره ، قالب ریخته گری  ، به عنوان درزگیر بین بخش های تجهیزات صنایع ذوب فلز ، به عنوان فیلتربرای جداسازی نیتریدها و اکسیدها از فلزات مذاب ، به عنوان فیلتر برای جدا کردن سرباره از مذاب

در صنایع نفت ، گاز و پتروشیمی :  

عایق بندی دیگ های بخار و مراکز گرمایش ، قسمت های پایه و فیلترکننده کاتالیزور در تصفیه گازهای داغ ، فیلتراسیون با درجه حرارت بالا از گازها و مایعات ، راکتورها ، عایق مشعل ها .

کارخانه های آجر و ساخت شیشه : عایق بندی کوره های آجر پزی و ذوب شیشه

صنایع شیمیایی :

آسترهای کوره های بازیابی ، فیلتر کاتالیزور برای ذرات رادیواکتیو ، مواد آب بندی درجه حرارت بالا ، عایق کاری برای سنگ فرش ها ، کانال ها و سقف کوره های ذوب

در صنایع حمل و نقل :

عایق صوتی و حرارتی ، لنت ترمز ، مبدل های کاتالیزوری و عایق لوله اگزوز

سایر کاربرد های عمومی نخ فایبر سرامیک میتوان به عایق آکوستیک یا صوتی توربین های گازی ، عایق صوتی اگزوز موتورهای دیزل ، عایق لوله های انعطاف پذیر با دمای بالا اشاره کرد .

ویژگی طناب سرامیکی :

- استحکام بالایی دارد به طوری که جزو قوی ترین الیاف در بین مواد عایق حرارتی معدنی با چگالی مشابه محسوب می شود .

- ثبات ابعادی دارد به طوری که در محدوده دمایی مختلف دچار تغییر اندازه نمی شود .

- رسانایی حرارتی کمی و در عین حال مقاومت زیادی در برابر درجه حرارت بالا دارد .

- بدون آزبست هستند بنابراین کاملا غیر سمی و خنثی است .

- جایگزینی مناسب برای آزبست محسوب می شود

- مقاومت خوب در برابر لرزش های مکانیکی از خود نشان می دهد

- پایداری حرارتی خوبی دارد .

- خاصیت ضد حریق دارد .

- مقاومت بالا در برابر شوک های حرارتی

- ذخیره کم حرارت

- نصب سریع و ساده

- قابل استفاده به عنوان پتوهای عایق قابل جابجایی

 - قابلیت استفاده به عنوان مواد نسوز به شکل پارچه

- عایق عالی صوت

- مقاومت خوب در برابر خوردگی

- مقاوم در برابر اکثر قلیاها و اسیدها

- پایداری شیمیایی

- استفاده به عنوان اتصالات و درزگیری های انبساط طناب سرامیکی

منبع طناب سرامیکی :

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/ceramic-fiber

http://www.hmagroup.in/asbestos-rope.html

http://www.scfc.ir/index.php/en/ceramic-fibers.html