Ako sa vyrába uhlíkové vlákno?
Ako sa vyrába uhlíkové vlákno?
Uhlíkové vlákno je považované za vysnívaný materiál každého inžiniera, pretože je ľahké a zároveň neuveriteľne odolné. Skladá sa z tisícok paralelných reťazcov. Tieto struny môžu byť skrútené alebo tkané dohromady do kompozitov z uhlíkových vlákien. Uhlíkové vlákno je taký cenný materiál, pretože je päťkrát pevnejšie ako oceľ.
Na výrobu uhlíkových vlákien sa používa plastové vlákno PAN. Skladá sa z tisícok vlákien, ktoré sú tenšie ako ľudský vlas. Chemicky ho menia, aby vytvorili reťazec atómov uhlíka, ktoré sa zase využívajú na konečný produkt. Existujú špeciálne stroje, v ktorých zoraďujú tisíce týchto vlákien. Po stroji vlákna prechádzajú oxidačnou pecou niekoľko minút.
Teplota v peci je okolo 480 stupňov F. Kvôli tejto teplote vlákna zachytávajú molekuly kyslíka zo vzduchu. Tento proces preusporiadava atómovú štruktúru vlákien a robí ich odolnými voči teplu. Ako vlákna oxidujú, menia farbu a sčernejú. Po zoxidovaní sú pripravené na ďalší proces, ktorým je karbonizácia.
Vlákna sa zahrievajú v plynnej zmesi bez kyslíka. Vďaka tomuto procesu sa neuhlíkové atómy vypudia. Zvyšné atómy uhlíka sa premenia na pevne sa spájajúce kryštály, ktoré prebiehajú rovnobežne s dĺžkou vlákna. Tu získava materiál svoju silu. Vlákna potom prechádzajú cez kúpeľ s elektricky nabitou vodou, ktorý lemuje povrch vlákien, takže budú lepšie absorbovať živicu.
Potom sa nanesie ľahký predbežný náter živice, ktorý posilní chemickú väzbu vlákien k formovacej živici. Po tomto procese sa vlákna buď zapletú do tkaniny z uhlíkových vlákien, alebo sa zmiešajú so živicou, aby sa vytvoril produkt. Môže to byť zvitok nite z nekonečných vlákien, tkanina z nití sieťového typu a predimpregnovaný výrobok, polotovar na použitie. Použitie prepregu je celosvetovo rozšírené.
Živica je epoxidová zmes spojená s práškovými tužidlami a urýchľovačmi. Pracovníci nalejú živicu do filmovacieho stroja, ktorý živicu vytlačí do tenkej mokrej vrstvy na papier. Ďalší stroj medzitým organizuje 200 až 300 uhlíkových vlákien do siete uhlíkových vlákien. Hrúbka tkaniny určuje hrúbku predimpregnovaného plechu.
Typicky sú na stroj na impregnáciu živicou namontované dva kotúče papiera potiahnutého živicou. Vyhrievací prvok ohrieva sieť pri jej vstupe, aby sa uľahčila absorpcia živice. Potom sa zahriata tkanina uhlíkových vlákien vloží medzi dva listy papiera potiahnutého živicou. Vďaka vysokotlakovým vyhrievaným valcom živica preniká do miliónov vlákien z uhlíkových vlákien.
Na chladiacom mieste sa tekutá živica zmení na gél, takže na ďalšej stanici je možné papier odstrániť. V ďalšej stanici je vrchná časť predimpregnovanej fólie pokrytá polyesterovou fóliou. Potom sa list navinie do kotúča. V laboratóriu továrne technici vykonávajú testy kontroly kvality na predimpregnovaných vzorkách. Takéto testovanie zaisťuje, že uhlíkové vlákna poskytujú optimálnu pevnosť, trvanlivosť a tepelnú odolnosť.
Netreba dodávať, že výrobcovia na celom svete používajú rôzne techniky, ktoré sú tajomstvom spoločnosti, ale v širšom zmysle je vyššie uvedený proces vytvárania uhlíkových vlákien tým, ktorý každý dodržiava.
