کاغذ سرامیکی یکی از پرکاربردترین وسایل در صنایع برای حل مشکلات مربوط به گرماست؛ این کاغذ بهترین جایگزین برای کاغذ آزبست، در عایق‌بندی ورق قالب ریخته‌گری، پوشش پشتیبان، عایق حرارتی و الکتریکی، واشر و مهروموم است. ویژگی‌های خوبی مانند برش، بسته‌بندی یا فرم‌دهی آسان، پایداری دما، هدایت حرارتی کم، ذخیرۀ گرمای کم، خاصیت ارتجاعی، وزن سبک، قدرت دی‌الکتریک خوب و مقاومت در برابر شعله سبب شده تا امروزه از آن در موارد مختلفی استفاده شود.
کاغذ سرامیکی چیست؟
کاغذ سرامیکی مادۀ نسوز و سبکی است که از ترکیب الیاف آلومینا-سیلیس و تبدیل آن به یک صفحۀ یکنواخت و قابل‌انعطاف تولید می‌شود. کاغذ سرامیک در دماهای ۱۲۶۰ الی ۱۶۰۰ تهیه و تولید می‌شود. دمای ۱۶۰۰ برای گریدهایی با مصرف خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محصول از طریق فرآیند تولید کاغذ مخصوص با خلوص بالا و مناسب برای عایق در دمای بالا تهیه می‌گردد. این فرآیند باعث شده تا محصول نهایی با چگالی کم، از استحکام بالایی برخوردار شود. همچنین در مقابل مواد شیمیایی و خوردگی، مقاومت بالایی داشته باشد. با توجه به یکدست و یکنواخت بودن سطح آن، همۀ سطوح دارای هدایت حرارتی یکسانی است که این مسئله مزیت مهمی برای کاغذ سرامیکی قلمداد می‌شود.
ویژگی‌های کاغذ سرامیکی
- یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های کاغذ سرامیکی قابلیت انعطاف‌پذیری آن است. این قابلیت باعث می‌شود تا بتوان از آن به‌راحتی در هم جا استفاده کرد. این ماده حاوی مقدار کمی چسب آلی برای پردازش است که علاوه بر بالا بردن انعطاف آن، گاز و بوی بد آن را هنگام استفاده کاهش می‌دهد.
- این صفحات به‌راحتی برش داده می‌شوند و قابلیت فرم‌دهی مناسبی دارند.
- وزن سبک، یکنواختی سازه از بارزترین ویژگی‌های کاغذ سرامیکی است.
- از دیگر ویژگی‌های مثبت این نوع صفحات پایین بودن میزان هدایت حرارتی است به همین دلیل این صفحات در برابر شوک‌های حرارتی مقاومت بالایی دارند و پایداری دمایی مناسبی در برابر حرارت مستمر از خود نشان دهند. این کاغذ می‌تواند محدودۀ دمایی ۱۲۶۰ تا ۱۴۳۰ درجۀ سانتیگراد را تحمل کند.
- کاغذهای سرامیکی مقاومت بالایی در مقابل خوردگی و مواد شیمیایی از خود نشان می‌دهند. در برابر بسیاری از مواد شیمیایی به‌جز اسید هیدروفلوریک و اسید فسفرید و نیز مواد قلیایی غلیظ، مقاومت قابل قبولی از خود نشان می‌دهد.
- گرمای کمی را در خود ذخیره می‌کنند.
- کاغذهای نسوز، عایق صوت و الکتریک هم به شمار می‌روند.
- کاغذ سرامیکی کاملاً فاقد آزبست بوده در اغلب صنایع استفاده از آن به دلیل باصرفه بودن ازنظر اقتصادی جایگزین مناسبی برای مواد آزبستی محسوب می‌شوند.
- از دیگر ویژگی‌های خاص این محصول، آبگریز بودن آن است.
- اطمینان از رسانایی گرمایی همگن و سطح صاف و تمیز، این کاغذ را به گزینه‌ای ایدئال برای واشر یا آب‌بندی نیز تبدیل کرده است.
استفاده به عنون مواد پکینگ و گسکت: از این نوع کاغذهای نسوز همچنین به‌عنوان مواد پکینگ و گسکت استفاده می‌شود و برای پر کردن درز آجرهای نسوز به‌عنوان پرکننده و فیلر کاربرد دارد.
کاغذ سرامیکی برای ساخت واشر حرارت بالا: واشرهای ساخته شده از کاغذ سرامیکی نوعی از واشر مقاوم در برابر حرارت بالا و ضد خوردگی است. این واشر کاملاً در محیط آب‌بندی و ضد خوردگی با درجه حرارت بالاتر از ۱۰۰۰ سانتیگراد کار می‌کند. واشر سرامیکی دارای مزایای فراوانی از قبیل قدرت عالی، اندازه دقیق و شکل‌های متنوع و متنوع است. واشر فیبر سرامیکی نوع خاصی از فیبر سرامیکی است که برای برخی از قطعات ثابت از امکانات صنعتی عایق حرارتی، آب‌بندی و درزبندی و ضد خوردگی استفاده می‌شود.
جایگزینی مناسب برای آزبست: آزبست یک ماده فیبری نسوز بسیار سمی است. برخی از تحقیقات نشان داده که آزبست باعث ایجاد سرطان می‌گردد؛ مواد سمی درون آن از طریق هوا به‌راحتی منتقل می‌شوند. اکنون کاغذهای سرامیکی جایگزین آن‌ها شده‌اند تا خطرات کمتری را برای سلامت انسان ایجاد کنند.
استفاده به عنوان ماده‌ای جداساز: کاغذ سرامیکی یک جداساز مواد نیز محسوب می‌شود و به‌عنوان جداساز مواد برای سرامیک شیشه، آجرهای پوشش داده شده با فلز و همچنین پوشش واگن‌های کوره استفاده می‌گردد.
استفاده در ریخته‌گری: این محصول از استحکام بالایی برخوردار است؛ درعین‌حال، حالت ارتجاعی داشته و می‌تواند شکل بگیرد. این مسئله باعث شده تا در بخش فولاد و مواد غیر آهنی نیز مورد مصرف قرار گیرد. از کاغذ سرامیکی برای پوشش قالب ریخته‌گری و محافظ دیرگداز پاتیل‌ها استفاده می‌شود. مقاومت بالا در برابر حرارت، این محصول را به یک پشتیبان مناسب برای جداره‌ها و تنه پاتیل یا کوره فلزات تبدیل کرده است. همچنین، می‌توان از آن برای درزگیری کوره‌ها استفاده نمود.
یکی از کاربردهای جالب کاغذهای سرامیکی استفاده از آن‌ها به‌عنوان لایۀ سطحی و رویی در کامپوزیت معمولی و در نتیجه ایجاد سدی در برابر آتش‌سوزی با ویژگی‌های برتر نسبت به ساختار زیرین است.
استفاده از کاغذ سرامیکی در کامپوزیت‌ها: وجود الیاف سرامیکی به‌طور قابل‌توجهی خواص فیزیکی و مکانیکی CMC ها را بهبود می‌بخشد و یکپارچگی کامپوزیت‌ها را از طریق ترک‌های ماتریسی تأمین می‌کند که منجر به افزایش تحمل کامپوزیت در برابر شکست می‌شود. از نقطه نظر اجرای صنعتی، کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف سرامیکی در بسیاری از محصولات تجاری مختلف مانند اجزای موتور هواپیما (احتراق توربین، کمپرسور و نازل اگزوز)، عناصر توربین خودرو و گاز، موشک‌های هوافضا، مبدل‌های حرارتی، استفاده می‌شود.
فرایند تولید کاغذ سرامیکی نسوز
این نوع کاغذها از ترکیب سیلیکات و آلومینا و کمی بایندر درست می‌شوند که طی فرایندی این ترکیب مرطوب می‌شود تا الیاف ایجادشده کاملاً شسته شده و به‌صورت کاغذ درآید. سپس با کمک گرما هر نوع مواد غیر فیبری داخل این ترکیب را از بین می‌برند تا سطح یکدست و یکنواختی داشته باشند. کاغذهای نسوز ایجادشده را برش می‌دهند تا برای استفاده در صنایع مختلف روانۀ بازار کنند.
انواع کاغذ سرامیکی
کاغذهای سرامیکی با توجه به ضخامتشان دسته‌بندی می‌شوند. کاغذهای نسوز در میان عامۀ مردم ازنظر اندازه معمولاً به نام‌های کاغذهای دو و سه میلی‌متری شناخته می‌شوند؛ که در حقیقت استاندارد آن ۱/۲ و ۲/۳ میلی‌متر است.
دسته‌بندی کاغذهای سرامیکی
کاغذ سرامیکی به‌طورمعمول به‌صورت قالب‌های رولی در جعبه عرضه می‌شود. ضخامت‌های کاربردی و پرمصرف موجود در بازار شامل ۱، ۲، ۳ و ۵ میلی‌متری هستند؛ هر چه ضخامت بیشتر باشد، طول رول کمتر خواهد بود.
هر یک از ضخامت‌های گفته‌شده، عرض و دانسیته یکسانی دارند امّا طول آن‌ها متفاوت است. ضخامت‌های ۱، ۲، ۳ و ۵ در دمای ۱۲۶۰ درجه سانتیگراد تهیه می‌شوند. گزینه اول یعنی یک میلی‌متری دارای ۶۱ سانت عرض و ۶۰ متر طول و دانسیته ۲۰۰ است که این مقدار برای گزینه‌های بعدی نیز به همین مقدار است. به طبع همان‌طور که اشاره کردیم با افزایش ضخامت، طول رول کمتر خواهد شد. در ضخامت دو میلی‌متر، طول معادل ۳۰ متر، در ضخامت سه میلی‌متر، طول ۲۰ متر و در ضخامت پنج میلی‌متر طول معادل ۱۲ متر خواهد بود.
کاغذ سرامیکی و هنر
اگر بتوان کاغذ سرامیکی با ضخامت کمتر از دو میلی‌متر و محتوای پرکننده سرامیکی بالای چهل درصد تولید کرد، ماده کامپوزیت کاغذمانندی با طیف وسیعی از کاربردها در صنعت و محصولات هنری تولید می‌شود. در حال حاضر هنرمندان و مجسمه‌سازان الیاف کاغذی را به بدنه سفالی اضافه می‌کنند که ویژگی‌های کاری مهم و غیرمعمول مانند افزایش سطح و کیفیت اتصال در مرحله سبز فرآیند ساختمان را به آن می‌دهد. این ویژگی امکان تولید اجسام نازک و بزرگ را بدون ترک خوردن فراهم می‌کند. الیاف کاغذی که به بدنه رُسی اضافه می‌شود در اوایل پخت می‌سوزند و محصول سرامیکی بادوامی را که عملاً از سرامیک‌های معمولی غیرقابل تشخیص است، تولید می‌کنند.
منابع
[1] Doelle K, Amaya J J 2012 Application of calcium carbonate for uncoated digital printing paper
from 100% eucalyptus pulp TAPPI JOURNAL 11(1) pp 41-49
[2] Doelle K., Heise O, Klungness J H, AbuBakr S 2000 Lightweight, High-Opacity Bible Paper by
Fiber Loading Intertech, Specialty & Technical Papers Europe 2000 (Berlin Germany) pp1-9
[3] Fiedler M, Kretzschar J 2008 New Development in the field of highly filled papers PTS NEWS
(Munich Germany) vol 1
[4] Doelle K, Heise O 2005 Apparatus for loading fibers in a fiber suspension United States Patent
Office US Patent 6,939,438
[5] Doelle K, Heise O 2002 Method of loading fiber suspension with calcium carbonate United
States Patent Office US Patent 6,413,365
[6] Frank J S, Ashland Hercules Water Technologies, Wilmington, DE. The Influence of Filler
Content and Process Additives on Wet Web Strength and Runnability Accessed June 15st
2017 Available:
http://www.tappi.org/content/events/11papercon/documents/257.197%20doc.pdf
[7] Pacor Inc. , Ceramic Papers, Accessed June 15th, 2017 Available:
http://www.pacorinc.com/ceramic-insulation-ceramic-papers
[8] Shandong Minye Refractory Fiber Co. ,Ltd. What is the usage of ceramic paper in automobile
mufflers? Accessed June 20th 2017 Available:
http://www.ceceramicfiber.com/Article/Whatistheusageofcera_1.html
[9] Gartside, B (1993) Mix what with clay?, New Zealand Potter vol 3 pp 32-33
[10] Juvonen, L (1995) Using paper fiber as a substitute in ceramic clays. Proceedings of the Cimtec
world ceramics congress (Finenze, Italy) pp 193-200 Accessed July 20th 2017 Available:
http://www.grahamhay.com.au/juvonen1997.html
[11] Gartside, B. (1994). The potential of paperclay. Ceramic: Art and Perception vol 18 pp 81-85
[12] Image by Klaus Dölle, Fourdrinier pilot paper machine jpg-file
[13] Photo by Klaus Dölle, Rolled up ceramic paper jpg-file
[14] TAPPI T 402 sp-13 “Standard conditioning and testing atmospheres for paper, board, pulp
handsheets”
[15] TAPPI T 410 om-08 “Grammage of Paper and Paperboard (weight per unit area)”
[16] TAPPI T412 om-06 “Moisture in pulp, paper and paperboard”.
[17] TAPPI T 227 om-09 “Freeness of pulp (Canadian standard method)”
[18] TAPPI T-211 om-02 “Ash in wood, pulp, paper and paperboard: combustion at 525°C”
[19] Photos by Klaus Dölle, a) Ceramic paper origami after 1st firing, b) glazed, c) ceramic paper
origami after 2nd firing with glaze jpg-file
[20] Photo by Klaus Dölle, a) Ceramic paper cup after firing, b) wall thickness glazed 1.5 mm, c)
paper clay cup after 2nd firing with glaze jpg