Uhlíkové vlákno je vysoce výkonný vláknitý materiál. Proces jeho přípravy zahrnuje především následující kroky:
1.Výběr surovin
Hlavní surovinou uhlíkových vláken je polyakrylonitril, což je syntetické vlákno.
Některé další suroviny, jako je uhelná smola, přírodní vlákna, lze také použít k přípravě uhlíkových vláken.
2. Předení
Prekurzor je smíchán s jinými materiály a poté spřádán do vláken.
Vlákna se pak perou a natahují.
3.Stabilizace
Uhlíkové vlákno musí být před karbonizací chemicky upraveno, aby bylo tepelně stabilnější změnou jeho lineárních atomových vazeb na žebříkové vazby. Zahřívejte vlákno na vzduchu na 200-300 stupňů po dobu přibližně 30 minut až 2 hodin. Tento proces zahřívání nutí atomy uhlíku absorbovat atomy kyslíku ze vzduchu a přeskupuje molekuly do tepelně stabilnějších vazebných vzorů.
Tento exotermický proces musí být pečlivě kontrolován, aby se zabránilo přehřátí vlákna. Ke stabilizaci uhlíkových vláken se používá několik metod.
4. Karbonizace
Poté, co je vlákno tepelně stabilizováno, je několik minut zahříváno na 1,000-3,000 stupeň v nepřítomnosti kyslíku.
Nedostatek kyslíku zabraňuje spalování vláken při tak vysokém žáru. Během tohoto procesu je důležité udržovat tlak vzduchu uvnitř pece vyšší než tlak vzduchu vně pece a udržovat vstup a výstup vlákna utěsněný, aby se do pece nedostal kyslík.
Při této vysoké teplotě vlákno vypudí své neuhlíkové atomy a zbývající uhlíkové atomy vytvoří pevně vázané uhlíkové krystaly.
Tyto uhlíkové krystaly jsou zarovnány rovnoběžně s dlouhou osou uhlíkového vlákna.
5.Povrchová úprava
Proces karbonizace dává vláknu hladký povrch, který se nemůže dobře spojit s epoxidovou pryskyřicí a dalšími materiály používanými k výrobě kompozitních produktů.
Proto je povrch mírně oxidován. Oxidace poskytuje povrchu lepší vlastnosti chemické vazby a zároveň povrch leptá, aby chemikálie lépe přilnuly k povrchu.
Vlákna se někdy oxidují ponořením do plynů, jako je oxid uhličitý, vzduch nebo ozón, nebo do kapalin, jako je kyselina dusičná nebo chlornan sodný. Jindy se oxidace dosáhne elektrolýzou ponořením kladně nabitých vláken do lázně z vodivého materiálu.
Bez ohledu na použitou metodu přípravy povrchu je klíčové, aby byla prováděna pod pečlivým dohledem odborníků, aby se zabránilo vnesení povrchových nedokonalostí, které by mohly vést k porušení materiálu.
6.Dimenzování
Po oxidaci jsou vlákna obalena, aby se zabránilo poškození při navíjení na cívky nebo vetkaní do látky.
Proces potahování se nazývá klížení a klížící materiál je pečlivě vybrán tak, aby byl kompatibilní s lepidlem použitým k vytvoření kompozitní struktury.
Potahové materiály mohou zahrnovat polyester, nylon, uretan nebo epoxid.
Je třeba poznamenat, že proces přípravy uhlíkových vláken je poměrně složitý a vyžaduje přísnou kontrolu procesu a podmínky zařízení, aby bylo zajištěno, že uhlíkové vlákno má dobrý výkon a kvalitu.
