Въглеродните влакна са влакнести материали с висока производителност. Процесът на подготовка включва основно следните стъпки:
1. Избор на суровина
Основната суровина на въглеродните влакна е полиакрилонитрилът, който е синтетично влакно.
Някои други суровини, като въглищна смола, естествени влакна, също могат да се използват за получаване на въглеродни влакна.
2.Въртене
Прекурсорът се смесва с други материали и след това се преде във влакна.
След това влакната се измиват и разтягат.
3.Стабилизация
Въглеродните влакна трябва да бъдат химически променени преди карбонизиране, за да станат по-термично стабилни чрез промяна на техните линейни атомни връзки към стълбовидни връзки. Загрейте влакното на въздух до 200-300 градуса за приблизително 30 минути до 2 часа. Този процес на нагряване принуждава въглеродните атоми да абсорбират кислородни атоми от въздуха и пренареждат молекулите в по-термично стабилни модели на свързване.
Този екзотермичен процес трябва да се контролира внимателно, за да се предотврати прегряване на влакното. Има няколко метода, използвани за стабилизиране на въглеродни влакна.
4.Карбонизация
След като влакното е термично стабилизирано, то се нагрява до 1,000-3,000 градуса в отсъствие на кислород за няколко минути.
Липсата на кислород предотвратява изгарянето на влакната при такава висока температура. По време на този процес е важно да поддържате въздушното налягане вътре в пещта по-високо от въздушното налягане извън пещта и да поддържате входа и изхода на влакното запечатани, за да предотвратите навлизането на кислород в пещта.
При тази висока температура влакното изхвърля своите невъглеродни атоми, а останалите въглеродни атоми образуват плътно свързани въглеродни кристали.
Тези въглеродни кристали са подравнени успоредно на дългата ос на въглеродните влакна.
5.Повърхностна обработка
Процесът на карбонизация дава на влакното гладка повърхност, която не може да се свърже добре с епоксидна смола и други материали, използвани за направата на композитни продукти.
Поради това повърхността е леко окислена. Окисляването дава на повърхността по-добри свойства на химическо свързване, като същевременно ецва повърхността, за да позволи на химикалите да се придържат по-добре към повърхността.
Влакната понякога се окисляват чрез потапянето им в газове като въглероден диоксид, въздух или озон, или в течности като азотна киселина или натриев хипохлорит. Друг път окисляването се постига чрез електролиза чрез потапяне на положително заредени влакна във вана от проводящ материал.
Независимо от използвания метод за подготовка на повърхността, от решаващо значение е той да се извършва под внимателен надзор от експерти, за да се предотврати въвеждането на повърхностни несъвършенства, които могат да доведат до повреда на материала.
6.Оразмеряване
Веднъж окислени, влакната се увиват, за да предотвратят повреда, когато се навиват върху макари или се втъкат в плат.
Процесът на нанасяне на покритие се нарича оразмеряване и оразмеряващият материал е внимателно подбран, за да бъде съвместим с лепилото, използвано за формиране на композитната структура.
Материалите за покритие могат да включват полиестер, найлон, уретан или епоксид.
Трябва да се отбележи, че процесът на приготвяне на въглеродни влакна е относително сложен и изисква строг контрол на процеса и условия на оборудването, за да се гарантира, че въглеродните влакна имат добра производителност и качество.
