Jak powstaje włókno węglowe?

Nazywany również włóknem grafitowym lub grafitem węglowym, włókno węglowe jest wykonane z bardzo cienkich pasm pierwiastka węgla. Włókna węglowe mają wysoką wytrzymałość na rozciąganie i są bardzo mocne jak na swój rozmiar. Jest to również bardzo lekki materiał.

Każde włókno ma średnicę {{0}} mikronów. Aby dać poczucie, jak małe to jest, jeden mikron to 0,0001 milimetra. Jedno pasmo jedwabiu pajęczego ma od 3 do 8 mikronów.

Charakterystyka i zastosowanie

Włókna węglowe są dwa razy sztywniejsze i pięć razy mocniejsze niż stal. Inną cechą charakterystyczną jest wysoka odporność chemiczna i wysoka tolerancja temperaturowa przy niskiej rozszerzalności cieplnej.

Włókna węglowe są ważnymi materiałami inżynierskimi, jeśli chodzi między innymi o budowę samolotów, pojazdów o wysokich osiągach, sprzętu sportowego i instrumentów muzycznych.

Jak powstaje włókno węglowe

Włókno węglowe jest wykonane z polimerów organicznych. Polimery te składają się z długich ciągów cząsteczek utrzymywanych razem przez atomy węgla. Około 90 procent włókien węglowych jest wytwarzanych w procesie poliakrylonitrylu (PAN). Pozostałe 10 procent jest wytwarzanych z procesu sztucznego jedwabiu lub paku naftowego.

Gazy, ciecze i inne materiały użyte w procesie produkcyjnym tworzą określone efekty, właściwości i gatunki włókna węglowego. Najwyższej jakości włókno węglowe o najlepszych właściwościach modułu jest używane w wymagających zastosowaniach, takich jak przemysł lotniczy.

Producenci włókien węglowych różnią się między sobą kombinacjami stosowanych surowców. Zwykle traktują swoje specyficzne receptury jako tajemnice handlowe.

Proces produkcji

W procesie produkcyjnym surowce, zwane prekursorami, są wciągane w długie pasma włókien. Włókna są następnie wplecione w tkaninę. Można je również łączyć z innymi materiałami, które są nawijane lub formowane w pożądane kształty i rozmiary.

Proces produkcyjny przebiega następująco:

Spinning. PAN zmieszany z innymi składnikami i przędzony we włókna, które są myte i rozciągane.

Stabilizacja. Zmiana chemiczna w celu ustabilizowania wiązania.

Karbonizacja. Stabilizowane włókna podgrzane do bardzo wysokiej temperatury tworzą ściśle związane kryształy węgla.

Obróbka powierzchni. Powierzchnia włókien jest utleniana w celu poprawy właściwości wiążących.

Rozmiar. Włókna są powlekane i nawijane na szpule. Są one następnie ładowane na maszyny przędzalnicze, które skręcają włókna w przędze o różnych rozmiarach.

Zamiast wplatać się w tkaniny, włókna można formować w kompozyty. Aby utworzyć materiały kompozytowe, można zastosować ciepło, ciśnienie lub próżnię do związania włókien razem z polimerem z tworzywa sztucznego.

Rzeczy, które należy wziąć pod uwagę

Produkcja włókien węglowych wiąże się z szeregiem wyzwań, w tym:

Potrzeba bardziej opłacalnego odzyskiwania i naprawy.

Proces obróbki powierzchni musi być starannie regulowany, aby uniknąć tworzenia się wżerów, które mogłyby skutkować wadliwymi włóknami.

Aby zapewnić stałą jakość, wymagana jest ścisła kontrola.

Wyładowania łukowe i zwarcia w sprzęcie elektrycznym z powodu silnego przewodnictwa elektrycznego włókien węglowych.

Kwestie BHP, w tym podrażnienia skóry i problemy z oddychaniem.