Hur tillverkas kolfiber?

Kallas även grafitfiber eller kolgrafit, kolfiber är gjord av mycket tunna trådar av grundämnet kol. Kolfibrer har hög draghållfasthet och är mycket starka för sin storlek. Det är också ett mycket lätt material.

Varje fiber är {{0}} mikron i diameter. För att ge en känsla av hur litet det är, är en mikron 0,0001 millimeter. En tråd av spindelnätssilke är mellan 3 och 8 mikron.

Egenskaper och tillämpning

Kolfibrer är dubbelt så styva och fem gånger så starka som stål. En annan egenskap är att de är mycket kemiskt resistenta och har hög temperaturtolerans med låg termisk expansion.

Kolfibrer är viktiga tekniska material när det gäller att bygga flygplan, högpresterande fordon, sportutrustning och musikinstrument, bland mycket annat.

Hur kolfiber tillverkas

Kolfiber är gjorda av organiska polymerer. Dessa polymerer består av långa strängar av molekyler som hålls samman av kolatomer. Cirka 90 procent av kolfibrerna är gjorda av polyakrylnitril (PAN) process. De återstående 10 procenten är gjorda av rayon- eller petroleumbeckprocess.

Gaser, vätskor och andra material som används i tillverkningsprocessen skapar vissa effekter, kvaliteter och kvaliteter av kolfiber. Kolfiber av högsta kvalitet med de bästa modulegenskaperna används i krävande applikationer, såsom flygindustrin.

Kolfibertillverkarna skiljer sig från varandra när det gäller kombinationer av råvaror de använder. De behandlar vanligtvis sina specifika formuleringar som affärshemligheter.

Tillverkningsprocess

I tillverkningsprocessen dras råvarorna, så kallade prekursorer, till långa fibersträngar. Fibrerna vävs sedan till tyg. De kan också kombineras med andra material som filamentlindas eller formas till önskade former och storlekar.

Tillverkningsprocessen går till som följer:

Spinning. PAN blandas med andra ingredienser och snurras till fibrer, som tvättas och sträcks.

Stabiliserande. Kemisk förändring för att stabilisera bindningen.

Förkolning. Stabiliserade fibrer uppvärmda till en mycket hög temperatur för att bilda tätt bundna kolkristaller.

Behandling av ytan. Ytan på fibrer oxideras för att förbättra bindningsegenskaperna.

Dimensionering. Fibrer beläggs och lindas på bobiner. Dessa laddas sedan på spinnmaskiner som tvinnar fibrerna till olika storlekar av garn.

Istället för att vävas in i tyger kan fibrer formas till kompositer. För att bilda kompositmaterial kan värme, tryck eller vakuum användas för att binda samman fibrer med en plastpolymer.

Saker att ta hänsyn till

Tillverkningen av kolfibrer innebär ett antal utmaningar, inklusive:

Behovet av mer kostnadseffektiv återhämtning och reparation.

Ytbehandlingsprocessen måste regleras noggrant för att undvika att det skapas gropar som kan resultera i defekta fibrer.

Noggrann kontroll krävs för att säkerställa jämn kvalitet.

Ljusbågar och kortslutningar i elektrisk utrustning på grund av kolfibrernas starka elektriska ledningsförmåga.

Hälso- och säkerhetsfrågor, bland annat hudirritation och andningsproblem.