Włókno węglowe, składające się z kombinacji różnych materiałów (włókna i żywicy), a także jego zmienność, a co za tym idzie, możliwość dopasowania, stanowią klucz do jego atrakcyjności. Jako zamiennik metalu, kompozyty z włókna węglowego zapewniają dziesięciokrotnie większą wytrzymałość niż stal. Producenci włókna węglowego tworzą produkty, które są podobne, ale nie identyczne. Włókno węglowe różni się modułem sprężystości przy rozciąganiu (lub sztywnością określaną jako odkształcenie pod naprężeniem) oraz wytrzymałością na rozciąganie, ściskanie i zmęczenie.
Włókno węglowe na bazie PAN jest obecnie dostępne w wersjach o niskim module (mniej niż trzydzieści dwa miliony lbf/in² lub Msi), standardowym module (33 do trzydziestu sześciu Msi), średnim module (40 do pięćdziesięciu Msi), wysokim module (50 do siedemdziesięciu Msi) i ultrawysokim module (70 do stu czterdziestu Msi).
Najprościej rzecz ujmując, włókno węglowe powstaje w wyniku przemieszczenia organicznego włókna prekursorowego w atmosferze obojętnej w temperaturach powyżej 1800°F (982,22°C). Produkcja włókna węglowego może być jednak zaawansowanym przedsięwzięciem.
Polimeryzacja i przędzenie
Polimeryzacja
Proces rozpoczyna się od surowca chemicznego, zwanego prekursorem, który ma szkielet molekularny włókna. Obecnie około 100% wytwarzanego włókna węglowego powstaje z prekursorów na bazie tkaniny lub smoły, jednak większość z nich pochodzi z poliakrylonitrylu (PAN), wytwarzanego z azotynu, a azotyn z przemysłowych substancji chemicznych, propanu i amoniaku.
Utlenianie i karbonizacja
Utlenianie
Szpule te są ładowane do kosza, a w najdłuższym etapie produkcji, czyli w fazie utleniania, włókna PAN przechodzą przez szereg dedykowanych pieców. Zanim trafią do głównego urządzenia kuchennego, włókna PAN formują się w pasmo lub arkusz zwany osnową. Temperatura w komorze wynosi od ok. 200°C (392°F) do 300°C (572°F).
Obróbka powierzchni i kalibrowanie
Obróbka powierzchni i kalibrowanie
Kolejny etap jest kluczowy dla wydajności włókna i, oprócz prekursorów, najlepiej odróżnia produkt jednego dostawcy od produktów konkurencji. Adhezja między organicznym związkiem matrycy a włóknami węglowymi jest niezbędna do wzmocnienia kompozytu; w procesie produkcji włókien węglowych przeprowadzana jest obróbka powierzchni w celu zwiększenia tej adhezji.
Czas publikacji: 01-11-2018
