Włókno węglowe jest materiałem włóknistym o wysokiej wydajności. Proces jego przygotowania obejmuje głównie następujące kroki:
1. Wybór surowca
Głównym surowcem włókna węglowego jest poliakrylonitryl, który jest włóknem syntetycznym.
Do przygotowania włókien węglowych można również zastosować inne surowce, takie jak smoła węglowa i włókna naturalne.
2.Przędzenie
Prekursor miesza się z innymi materiałami, a następnie przędzi na włókna.
Następnie włókna są myte i rozciągane.
3.Stabilizacja
Włókno węglowe musi zostać zmienione chemicznie przed karbonizacją, aby stało się bardziej stabilne termicznie poprzez zmianę liniowych wiązań atomowych na wiązania drabinkowe. Podgrzej włókno w powietrzu do 200-300 stopnia przez około 30 minut do 2 godzin. Ten proces ogrzewania zmusza atomy węgla do pochłaniania atomów tlenu z powietrza i przekształca cząsteczki w bardziej stabilne termicznie wzory wiązań.
Ten egzotermiczny proces musi być dokładnie kontrolowany, aby zapobiec przegrzaniu włókna. Istnieje kilka metod stabilizacji włókna węglowego.
4. Karbonizacja
Po ustabilizowaniu termicznym włókna, jest ono podgrzewane do temperatury 1,000-3,000 stopnia w warunkach beztlenowych przez kilka minut.
Brak tlenu zapobiega spalaniu się włókien przy tak wysokiej temperaturze. Podczas tego procesu ważne jest, aby ciśnienie powietrza wewnątrz pieca było wyższe niż ciśnienie powietrza na zewnątrz pieca oraz aby wlot i wylot włókna były uszczelnione, aby zapobiec przedostawaniu się tlenu do pieca.
W tak wysokiej temperaturze włókno wyrzuca swoje atomy inne niż węgiel, a pozostałe atomy węgla tworzą ściśle związane kryształy węgla.
Kryształy węgla są ułożone równolegle do długiej osi włókna węglowego.
5.Obróbka powierzchni
Proces karbonizacji nadaje włóknom gładką powierzchnię, która nie łączy się dobrze z żywicą epoksydową ani innymi materiałami stosowanymi do produkcji wyrobów kompozytowych.
Dlatego powierzchnia jest lekko utleniona. Utlenianie nadaje powierzchni lepsze właściwości wiązania chemicznego, a także wytrawia powierzchnię, aby umożliwić chemikaliom lepsze przyleganie do powierzchni.
Włókna są czasami utleniane poprzez zanurzenie ich w gazach, takich jak dwutlenek węgla, powietrze lub ozon, lub w cieczach, takich jak kwas azotowy lub podchloryn sodu. Innym razem utlenianie osiąga się poprzez elektrolizę poprzez zanurzanie dodatnio naładowanych włókien w kąpieli z materiału przewodzącego.
Niezależnie od zastosowanej metody przygotowania powierzchni, ważne jest, aby było ono przeprowadzane pod ścisłym nadzorem specjalistów, aby zapobiec wprowadzeniu na powierzchnię niedoskonałości, które mogłyby prowadzić do uszkodzeń materiału.
6.Rozmiar
Po utlenieniu włókna są owijane, aby zapobiec uszkodzeniom podczas nawijania na szpule lub wplatania w tkaninę.
Proces powlekania nazywany jest klejeniem, a materiał klejący jest starannie dobierany tak, aby był kompatybilny z klejem użytym do utworzenia struktury kompozytowej.
Materiały powłokowe mogą obejmować poliester, nylon, uretan lub epoksyd.
Należy zauważyć, że proces przygotowania włókna węglowego jest stosunkowo złożony i wymaga ścisłej kontroli procesu oraz warunków sprzętowych, aby zapewnić dobrą wydajność i jakość włókna węglowego.
