Jak se to vyrábí: Umění výroby z uhlíkových vláken
Nic se nevyrovná uhlíkovým vláknům. Výroba uhlíkových vláken je jedinečná metoda a při podrobnějším zkoumání je fascinující.
Chcete-li se dozvědět vše o uhlíkových vláknech, pokračujte ve čtení níže.
Vše o výrobě uhlíkových vláken
Stejně jako jiné materiály i kvalitní uhlíková vlákna začínají základní složkou: polyakrylonitrilem (PAN). Z něj se vyrábí 90 % uhlíkových vláken. Zbývajících 10 % – ropná smola nebo rayon.
Výrobci používají k výrobě uhlíkových vláken různé kapaliny a plyny. Při spřádání se PAN pro výrobu uhlíkových vláken mísí s dalšími složkami, z nichž se spřádají vlákna. Poté se vlákna vyperou a natáhnou.
Následuje stabilizace. Během tohoto kroku se vlákna zahřívají po dobu 30-120 minut na 390-590° F. Během této fáze se děje několik věcí.
Nejprve se do vláken dostanou molekuly kyslíku ze vzduchu. Přitom se v průběhu chemických reakcí přeskupí struktura atomových vazeb. Techniky a zařízení používané v komerčních procesech stabilizace se v jednotlivých procesech liší.
Některé procesy protahují vlákna vyhřívanými komorami. Jiné je přenášejí přes horké válce a přes sypké materiály.
Po stabilizaci následuje karbonizace. Stabilizovaná vlákna se zahřívají v rozpálené peci o teplotě 1 830-5 500 °C po mnoho minut směsí plynů bez obsahu kyslíku. Nepřítomnost kyslíku zabraňuje hoření vláken.
Při zahřívání vlákna ztrácejí své neuhlíkové atomy a dokonce i některé atomy uhlíku. To má podobu plynů, jako je čpavek, vodní pára, oxid uhličitý, oxid uhelnatý, dusík, vodík a další. Zatímco neuhlíkové atomy prchají, zbývající atomy uhlíku vytvářejí těsně vázané krystaly uhlíku.
Více o vědě v pozadí uhlíkových vláken
Výrobní proces tím nekončí.
Jakmile vlákna zkarbonizují, jejich povrch poněkud zoxiduje. Přidání atomů kyslíku na povrch umožňuje větší chemické vazby. Rovněž zdrsňuje a leptá povrch, což usnadňuje lepší mechanickou vazbu.
Výrobci oxidují vlákna tím, že je vkládají do oxidu uhličitého, vzduchu, ozonu nebo jiných plynů. Nebo používají kapaliny, jako je kyselina dusičná nebo chlornan sodný.
Vlákna mohou být také kladným pólem v lázni elektricky vodivých materiálů, které je elektrolyticky obalí. Výrobci musí vždy pečlivě kontrolovat povrchovou úpravu, aby se zabránilo vzniku důlků a jiných drobných povrchových vad. Ty by mohly způsobit selhání vlákna.
Závěrečným krokem v procesu výroby uhlíkových vláken je jejich dimenzování. To je proces potahování vláken, který je chrání před poškozením během tkaní nebo navíjení. Povlakovací materiály pracují s lepidlem, které se používá při výrobě kompozitních materiálů.
Potažená vlákna se pak ručně navíjejí na cívky během posledních minikroků výroby ručních výrobků. Nakonec se cívky roztočí ve stroji a z vláken se stane příze.
Vícekroková cesta
Jak vidíte, proces výroby uhlíkových vláken je pečlivou a promyšlenou cestou k dokonalosti uhlíkových vláken. Dobře naplánovaný, vypočítaný a vysoce vědecký pokrok určený pro uhlíková vlákna.
Pokud by vaše společnost chtěla nějaké ručně vyrobené uhlíkové vlákno vyrobené stejně pečlivě jako výše popsaný proces, pak si ještě dnes vyžádejte bezplatnou nabídku od společnosti SMI Composites.