Как се правят въглеродни влакна?

Наричано още графитно влакно или въглероден графит, въглеродното влакно е направено от много тънки нишки на елемента въглерод. Въглеродните влакна имат висока якост на опън и са много здрави за размера си. Освен това е много лек материал.

 

Всяко влакно е с диаметър {{0}} микрона. За да дадем представа колко малко е това, един микрон е 0,0001 милиметър. Една нишка от копринена паяжина е между 3 и 8 микрона.

 

Характеристики и приложение

Въглеродните влакна са два пъти по-твърди и пет пъти по-здрави от стоманата. Друга характеристика е, че те са силно химически устойчиви и имат толерантност към висока температура с ниско топлинно разширение.

 

Въглеродните влакна са важни инженерни материали, когато става дума за изграждане на самолети, високоефективни превозни средства, спортно оборудване и музикални инструменти, наред с много други неща.

 

Как се правят въглеродни влакна

Въглеродните влакна са направени от органични полимери. Тези полимери се състоят от дълги низове от молекули, държани заедно от въглеродни атоми. Около 90 процента от въглеродните влакна са направени по полиакрилонитрилен (PAN) процес. Останалите 10 процента са направени от изкуствена коприна или процес на петролна смола.

 

Газове, течности и други материали, използвани в производствения процес, създават определени ефекти, качества и степени на въглеродните влакна. Въглеродни влакна от най-висок клас с най-добри модулни свойства се използват в взискателни приложения, като например космическата индустрия.

 

Производителите на въглеродни влакна се различават един от друг по отношение на комбинациите от суровини, които използват. Те обикновено третират специфичните си формулировки като търговска тайна.

 

Производствен процес

В процеса на производство суровините, наречени прекурсори, се изтеглят в дълги нишки от влакна. След това влакната се вплитат в плат. Те могат също така да се комбинират с други материали, които са навити с нишка или формовани в желани форми и размери.

 

Производственият процес протича по следния начин:

 

Въртене. PAN се смесва с други съставки и се изпредва във влакна, които се измиват и разтягат.

Стабилизиращ. Химическа промяна за стабилизиране на свързването.

Карбонизиране. Стабилизирани влакна, нагрети до много висока температура, за да образуват плътно свързани въглеродни кристали.

Обработка на повърхността. Повърхността на влакната е окислена, за да се подобрят свойствата на свързване.

Оразмеряване. Влакната са покрити и навити върху бобини. След това те се зареждат на предачни машини, които усукват влакната в прежди с различен размер.

 

Вместо да бъдат втъкани в тъкани, влакната могат да бъдат оформени в композити. За формиране на композитни материали може да се използва топлина, налягане или вакуум за свързване на влакна заедно с пластмасов полимер.

 

Неща, които трябва да вземете под внимание

Производството на въглеродни влакна носи редица предизвикателства, включително:

 

Необходимостта от по-рентабилно възстановяване и ремонт.

Процесът на повърхностна обработка трябва да бъде внимателно регулиран, за да се избегне образуването на дупки, които могат да доведат до дефектни влакна.

Необходим е строг контрол, за да се гарантира постоянно качество.

Дъга и късо съединение в електрическото оборудване поради силната електропроводимост на въглеродните влакна.

Проблеми със здравето и безопасността, сред които дразнене на кожата и проблеми с дишането.