Як виготовляється вуглецеве волокно?

Також називається графітовим волокном або вуглецевим графітом, вуглецеве волокно складається з дуже тонких ниток елемента вуглецю. Вуглецеві волокна мають високу міцність на розрив і дуже міцні для свого розміру. Крім того, це дуже легкий матеріал.

Діаметр кожного волокна становить {{0}} мікрон. Щоб зрозуміти, наскільки це мало, один мікрон дорівнює 0,0001 міліметра. Одне пасмо шовку павутини має розмір від 3 до 8 мікрон.

Характеристики та застосування

Вуглецеві волокна вдвічі жорсткіші та в п’ять разів міцніші за сталь. Ще одна характеристика полягає в тому, що вони мають високу хімічну стійкість і стійкість до високих температур з низьким тепловим розширенням.

Вуглецеві волокна є важливими інженерними матеріалами, коли мова йде про будівництво літаків, високопродуктивних транспортних засобів, спортивного обладнання та музичних інструментів, серед багатьох інших речей.

Як виготовляється вуглецеве волокно

Вуглецеве волокно виготовляється з органічних полімерів. Ці полімери складаються з довгих ниток молекул, які утримуються разом атомами вуглецю. Близько 90 відсотків вуглецевих волокон виготовляються з поліакрилонітрилу (PAN). Решта 10 відсотків виготовляються з віскози або нафтового пеку.

Гази, рідини та інші матеріали, що використовуються у процесі виробництва, створюють певні ефекти, якості та сорти вуглецевого волокна. Вуглецеве волокно найвищого класу з найкращими властивостями модуля використовується у складних сферах застосування, таких як аерокосмічна промисловість.

Виробники вуглецевого волокна відрізняються один від одного з точки зору комбінації сировини, яку вони використовують. Зазвичай вони розглядають свої конкретні рецептури як комерційну таємницю.

Процес виготовлення

У процесі виробництва сировина, яка називається прекурсорами, витягується в довгі нитки волокон. Потім волокна вплітаються в тканину. Їх також можна комбінувати з іншими матеріалами, які намотані на нитки або відформовані у потрібні форми та розміри.

Процес виготовлення проходить наступним чином:

Спінінг. ПАН змішують з іншими інгредієнтами та прядуть у волокна, які миють і розтягують.

стабілізуючий. Хімічна зміна для стабілізації з’єднання.

Карбонізація. Стабілізовані волокна нагріваються до дуже високої температури для утворення щільно зв’язаних кристалів вуглецю.

Обробка поверхні. Поверхня волокон окислена для поліпшення зв'язувальних властивостей.

Розмір. Волокна покриті та намотані на бобіни. Потім їх завантажують на прядильні машини, які скручують волокна в нитки різного розміру.

Замість вплетення в тканину, волокна можуть бути сформовані в композити. Щоб сформувати композитні матеріали, можна використовувати тепло, тиск або вакуум для зв’язування волокон разом із пластиковим полімером.

Речі, які слід взяти до уваги

Виробництво вуглецевих волокон пов’язане з низкою проблем, зокрема:

Необхідність більш економічно ефективного відновлення та ремонту.

Процес обробки поверхні необхідно ретельно регулювати, щоб уникнути утворення ямок, які можуть призвести до дефектних волокон.

Для забезпечення стабільної якості необхідний ретельний контроль.

Іскріння та замикання в електрообладнанні через сильну електропровідність вуглецевих волокон.

Проблеми здоров'я та безпеки, серед яких подразнення шкіри та проблеми з диханням.