Как производится углеродное волокно?

Как производится углеродное волокно?

Углеродное волокно считается материалом мечты каждого инженера, поскольку оно легкое и в то же время невероятно прочное. Он состоит из тысяч параллельных строк. Эти струны могут быть скручены или сплетены в композиты из углеродного волокна. Углеродное волокно — такой ценный материал, потому что оно в пять раз прочнее стали.

Для изготовления углеродного волокна используется пластиковое ПАН-волокно. Он состоит из тысяч нитей, которые тоньше человеческого волоса. Они химически изменяют его, чтобы сформировать цепочку атомов углерода, которые, в свою очередь, используются для конечного продукта. Есть специальные машины, в которых выстраиваются тысячи этих волокон. После машины волокна в течение нескольких минут проходят через печь для окисления.

Температура в печи составляет около 480 градусов по Фаренгейту. Из-за этой температуры волокна поглощают молекулы кислорода из воздуха. Этот процесс перестраивает атомную структуру волокон и делает их устойчивыми к нагреванию. По мере окисления волокна меняют цвет и становятся черными. После окисления они готовы к следующему процессу – карбонизации.

Волокна нагреваются в бескислородной газовой смеси. Благодаря этому процессу удаляются неуглеродные атомы. Остальные атомы углерода превращаются в прочно связанные кристаллы, идущие параллельно длине волокна. Здесь материал получает свою прочность. Затем волокна проходят через ванну с электрически заряженной водой, которая окаймляет поверхность волокон, чтобы они лучше поглощали смолу.

Затем наносится легкий предварительный слой смолы, который усиливает химическую связь волокон с формовочной смолой. После этого процесса волокна либо вплетаются в ткань из углеродного волокна, либо смешиваются со смолой для формования изделия. Это может быть рулон непрерывной волокнистой нити, ткань из нитей сетчатого типа, а также препрег, полуфабрикат для использования. Использование препрега широко распространено во всем мире.

Смола представляет собой смесь эпоксидной смолы с порошкообразными отвердителями и ускорителями. Рабочие заливают смолу в съемочную машину, которая наносит смолу тонким влажным слоем на бумагу. Тем временем другая машина собирает от 200 до 300 углеродных волокон в полотно из углеродного волокна. Толщина полотна определяет толщину листа препрега.

Как правило, на машине для пропитки смолой устанавливаются два рулона бумаги с покрытием из смолы. Нагревательный элемент нагревает полотно на входе, чтобы облегчить впитывание смолы. Затем нагретое полотно из углеродного волокна помещается между двумя листами бумаги с полимерным покрытием. Благодаря нагретым роликам высокого давления смола проникает в миллионы нитей углеродного волокна.

В охлаждаемом месте жидкая смола превращается в гель, так что на следующей станции бумагу можно удалить. На следующем этапе верх листа препрега покрывается полиэфирной пленкой. После этого лист сматывается в рулон. В заводской лаборатории технические специалисты проводят контроль качества образцов препрега. Такие испытания гарантируют, что углеродное волокно обеспечивает оптимальную прочность, долговечность и термостойкость.

Излишне говорить, что производители по всему миру используют различные технологии, которые являются корпоративными секретами, но в широком смысле вышеупомянутый процесс создания углеродного волокна является тем, которому следуют все.