Вуглецеве волокно є високоефективним волокнистим матеріалом. Процес його приготування в основному включає наступні етапи:
1. Вибір сировини
Основною сировиною для вуглецевого волокна є поліакрилонітрил, який є синтетичним волокном.
Для виготовлення вуглецевих волокон також можна використовувати деякі інші сировинні матеріали, такі як кам’яновугільний пек, природні волокна.
2.Прядіння
Попередник змішують з іншими матеріалами, а потім прядуть у волокна.
Потім волокна промивають і розтягують.
3.Стабілізація
Вуглецеве волокно має бути хімічно змінено перед карбонізацією, щоб зробити його більш термічно стабільним шляхом зміни його лінійних атомних зв’язків на сходові зв’язки. Нагрійте волокно на повітрі до 200-300 градуса приблизно від 30 хвилин до 2 годин. Цей процес нагрівання змушує атоми вуглецю поглинати атоми кисню з повітря та перегруповувати молекули у більш термічно стабільні зв’язки.
Цей екзотермічний процес необхідно ретельно контролювати, щоб запобігти перегріву волокна. Існує кілька методів стабілізації вуглецевого волокна.
4.Карбонізація
Після термостабілізації волокна його нагрівають до 1,000-3,000 градуса за відсутності кисню протягом кількох хвилин.
Відсутність кисню не дає волокнам горіти при такій високій температурі. Під час цього процесу важливо підтримувати тиск повітря всередині печі вищим, ніж тиск повітря зовні печі, а також герметично закривати вхідний і вихідний отвір волокна, щоб запобігти потраплянню кисню в піч.
При цій високій температурі волокно викидає свої невуглецеві атоми, а атоми вуглецю, що залишилися, утворюють щільно зв’язані кристали вуглецю.
Ці вуглецеві кристали розташовані паралельно довгій осі вуглецевого волокна.
5.Обробка поверхні
Процес карбонізації надає волокну гладку поверхню, яка не може добре зв’язуватися з епоксидною смолою та іншими матеріалами, що використовуються для виготовлення композитних виробів.
Тому поверхня трохи окислена. Окислення надає поверхні кращих властивостей хімічного зв’язку, а також травить поверхню, щоб хімічні речовини краще прилипали до поверхні.
Волокна іноді окислюють, занурюючи їх у такі гази, як вуглекислий газ, повітря чи озон, або в рідини, такі як азотна кислота чи гіпохлорит натрію. В інших випадках окислення досягається за допомогою електролізу шляхом занурення позитивно заряджених волокон у ванну з провідним матеріалом.
Незалежно від використовуваного методу підготовки поверхні, дуже важливо, щоб вона проводилася під ретельним наглядом експертів, щоб запобігти появі дефектів поверхні, які можуть призвести до пошкодження матеріалу.
6. Розміри
Після окислення волокна загортаються, щоб запобігти пошкодженню під час намотування на котушки або вплетення в тканину.
Процес нанесення покриття називається проклейкою, і матеріал проклейки ретельно відбирається, щоб бути сумісним з адгезивом, який використовується для формування композитної структури.
Матеріали покриття можуть включати поліестер, нейлон, уретан або епоксидну смолу.
Слід зазначити, що процес підготовки вуглецевого волокна є відносно складним і вимагає суворого контролю процесу та умов обладнання, щоб гарантувати, що вуглецеве волокно має хороші характеристики та якість.
