Ako sa vyrába uhlíkové vlákno?

Uhlíkové vlákno, nazývané tiež grafitové vlákno alebo uhlíkový grafit, je vyrobené z veľmi tenkých vlákien prvku uhlíka. Uhlíkové vlákna majú vysokú pevnosť v ťahu a sú veľmi pevné na svoju veľkosť. Je to tiež veľmi ľahký materiál.

 

Každé vlákno má priemer {{0}} mikrónov. Pre predstavu, aké malé to je, jeden mikrón je 0,0001 milimetra. Jeden prameň pavúčieho hodvábu má hrúbku 3 až 8 mikrónov.

 

Charakteristika a aplikácia

Uhlíkové vlákna sú dvakrát tuhšie a päťkrát pevnejšie ako oceľ. Ďalšou charakteristikou je, že sú vysoko chemicky odolné a majú toleranciu voči vysokým teplotám s nízkou tepelnou rozťažnosťou.

 

Uhlíkové vlákna sú dôležitými inžinierskymi materiálmi, pokiaľ ide o stavbu lietadiel, vysokovýkonných vozidiel, športového vybavenia a hudobných nástrojov, okrem iného.

 

Ako sa vyrába uhlíkové vlákno

Uhlíkové vlákno je vyrobené z organických polymérov. Tieto polyméry pozostávajú z dlhých reťazcov molekúl držaných pohromade atómami uhlíka. Približne 90 percent uhlíkových vlákien je vyrobených procesom polyakrylonitrilu (PAN). Zvyšných 10 percent je vyrobených z umelého hodvábu alebo procesu z ropnej smoly.

 

Plyny, kvapaliny a iné materiály používané vo výrobnom procese vytvárajú určité efekty, kvality a triedy uhlíkových vlákien. Najkvalitnejšie uhlíkové vlákna s najlepšími modulovými vlastnosťami sa používajú v náročných aplikáciách, ako je napríklad letecký priemysel.

 

Výrobcovia uhlíkových vlákien sa navzájom líšia, pokiaľ ide o kombinácie surovín, ktoré používajú. S ich konkrétnymi formuláciami zvyčajne zaobchádzajú ako s obchodným tajomstvom.

 

Výrobný proces

Vo výrobnom procese sa suroviny, nazývané prekurzory, vťahujú do dlhých prameňov vlákien. Vlákna sú potom tkané do tkaniny. Môžu byť tiež kombinované s inými materiálmi, ktoré sú navinuté alebo tvarované do požadovaných tvarov a veľkostí.

 

Výrobný proces prebieha nasledovne:

 

Spinning. PAN zmiešaný s ostatnými prísadami a spriadaný na vlákna, ktoré sa perú a naťahujú.

Stabilizácia. Chemická úprava na stabilizáciu väzby.

Karbonizácia. Stabilizované vlákna zahriate na veľmi vysokú teplotu vytvárajú pevne spojené uhlíkové kryštály.

Ošetrenie povrchu. Povrch vlákien je oxidovaný, aby sa zlepšili lepiace vlastnosti.

Dimenzovanie. Vlákna sú potiahnuté a navinuté na cievky. Tie sa potom naložia do spriadacích strojov, ktoré vlákna skrútia do priadzí rôznych veľkostí.

 

Namiesto tkania do látok môžu byť vlákna formované do kompozitov. Na vytvorenie kompozitných materiálov sa na spojenie vlákien s plastovým polymérom môže použiť teplo, tlak alebo vákuum.

 

Veci, ktoré treba vziať do úvahy

Výroba uhlíkových vlákien so sebou nesie množstvo výziev, vrátane:

 

Potreba nákladovo efektívnejšej obnovy a opravy.

Proces povrchovej úpravy musí byť starostlivo regulovaný, aby sa predišlo tvorbe jamiek, ktoré by mohli viesť k chybným vláknam.

Na zabezpečenie konzistentnej kvality je potrebná dôkladná kontrola.

Iskrenie a skraty v elektrických zariadeniach v dôsledku silnej elektrickej vodivosti uhlíkových vlákien.

Otázky zdravia a bezpečnosti, medzi ktoré patrí podráždenie pokožky a problémy s dýchaním.