Uhlíkové vlákno je vysoko výkonný vláknitý materiál. Proces jeho prípravy zahŕňa najmä tieto kroky:
1. Výber surovín
Hlavnou surovinou uhlíkových vlákien je polyakrylonitril, čo je syntetické vlákno.
Na prípravu uhlíkových vlákien možno použiť aj niektoré ďalšie suroviny, ako je uhoľná smola, prírodné vlákna.
2.Pradenie
Prekurzor sa zmieša s inými materiálmi a potom sa spriada na vlákna.
Potom sa vlákna umyjú a natiahnu.
3.Stabilizácia
Uhlíkové vlákno musí byť pred karbonizáciou chemicky upravené, aby bolo tepelne stabilnejšie, a to zmenou jeho lineárnych atómových väzieb na rebríkové väzby. Zahrievajte vlákno na vzduchu na 200-300 stupeň približne 30 minút až 2 hodiny. Tento proces zahrievania núti atómy uhlíka absorbovať atómy kyslíka zo vzduchu a preskupuje molekuly do tepelne stabilnejších väzobných vzorov.
Tento exotermický proces musí byť starostlivo kontrolovaný, aby sa zabránilo prehriatiu vlákna. Na stabilizáciu uhlíkových vlákien sa používa niekoľko metód.
4. Karbonizácia
Po tepelnej stabilizácii vlákna sa zahreje na 1,000-3,000 stupeň v neprítomnosti kyslíka počas niekoľkých minút.
Nedostatok kyslíka zabraňuje spáleniu vlákien pri tak vysokej teplote. Počas tohto procesu je dôležité udržiavať tlak vzduchu vo vnútri pece vyšší ako tlak vzduchu mimo pece a udržiavať vstup a výstup vlákna utesnený, aby sa do pece nedostal kyslík.
Pri tejto vysokej teplote vlákno vytlačí svoje neuhlíkové atómy a zvyšné uhlíkové atómy tvoria pevne viazané uhlíkové kryštály.
Tieto uhlíkové kryštály sú zarovnané rovnobežne s dlhou osou uhlíkového vlákna.
5.Povrchová úprava
Proces karbonizácie dáva vláknu hladký povrch, ktorý sa nedokáže dobre spojiť s epoxidovou živicou a inými materiálmi používanými na výrobu kompozitných produktov.
Preto je povrch mierne oxidovaný. Oxidácia dáva povrchu lepšie vlastnosti chemickej väzby a zároveň leptá povrch, aby sa umožnilo chemikáliám lepšie priľnúť k povrchu.
Vlákna sa niekedy oxidujú ponorením do plynov, ako je oxid uhličitý, vzduch alebo ozón, alebo do kvapalín, ako je kyselina dusičná alebo chlórnan sodný. Inokedy sa oxidácia dosiahne elektrolýzou ponorením kladne nabitých vlákien do kúpeľa vodivého materiálu.
Bez ohľadu na použitú metódu prípravy povrchu je kľúčové, aby bola vykonaná pod starostlivým dohľadom odborníkov, aby sa zabránilo vneseniu povrchových nedokonalostí, ktoré by mohli viesť k poruche materiálu.
6. Dimenzovanie
Po oxidácii sa vlákna zabalia, aby sa predišlo poškodeniu pri navíjaní na cievky alebo votkaní do látky.
Proces poťahovania sa nazýva glejenie a glejovací materiál sa starostlivo vyberá tak, aby bol kompatibilný s lepidlom použitým na vytvorenie kompozitnej štruktúry.
Poťahové materiály môžu zahŕňať polyester, nylon, uretán alebo epoxid.
Je potrebné poznamenať, že proces prípravy uhlíkových vlákien je pomerne zložitý a vyžaduje prísnu kontrolu procesu a podmienky vybavenia, aby sa zabezpečilo, že uhlíkové vlákno má dobrý výkon a kvalitu.
