La fibra de carboni és un material de fibra d'alt rendiment. El seu procés de preparació inclou principalment els següents passos:
1.Selecció de matèries primeres
La matèria primera principal de la fibra de carboni és el poliacrilonitril, que és una fibra sintètica.
Algunes altres matèries primeres, com ara la brea de carbó, fibres naturals, també es poden utilitzar per preparar fibres de carboni.
2.Filatura
El precursor es barreja amb altres materials i després es fila en fibres.
Després es renten i s'estiren les fibres.
3.Estabilització
La fibra de carboni s'ha d'alterar químicament abans de la carbonització per fer-la més estable tèrmicament canviant els seus enllaços atòmics lineals per enllaços d'escala. Escalfeu la fibra a l'aire a 200-300 graus durant uns 30 minuts a 2 hores. Aquest procés d'escalfament obliga els àtoms de carboni a absorbir àtoms d'oxigen de l'aire i reordena les molècules en patrons d'enllaç més estables tèrmicament.
Aquest procés exotèrmic s'ha de controlar acuradament per evitar el sobreescalfament de la fibra. Hi ha diversos mètodes utilitzats per estabilitzar la fibra de carboni.
4.Carbonització
Després que la fibra s'ha estabilitzat tèrmicament, s'escalfa a 1,000-3,000 grau en absència d'oxigen durant uns quants minuts.
La manca d'oxigen evita que les fibres es cremin a una calor tan alta. Durant aquest procés, és important mantenir la pressió de l'aire dins del forn superior a la pressió de l'aire fora del forn i mantenir segellades l'entrada i la sortida de la fibra per evitar que l'oxigen entri al forn.
A aquesta temperatura alta, la fibra expulsa els seus àtoms que no són de carboni i els àtoms de carboni restants formen cristalls de carboni estretament units.
Aquests cristalls de carboni estan alineats paral·lelament a l'eix llarg de la fibra de carboni.
5. Tractament superficial
El procés de carbonització dóna a la fibra una superfície llisa que no es pot unir bé amb la resina epoxi i altres materials utilitzats per fer productes compostos.
Per tant, la superfície està lleugerament oxidada. L'oxidació proporciona a la superfície millors propietats d'unió química alhora que també grava la superfície per permetre que els productes químics s'adhereixin millor a la superfície.
De vegades, les fibres s'oxiden submergint-les en gasos com el diòxid de carboni, l'aire o l'ozó, o en líquids com l'àcid nítric o l'hipoclorit de sodi. Altres vegades, l'oxidació s'aconsegueix mitjançant electròlisi submergint fibres carregades positivament en un bany de material conductor.
Independentment del mètode de preparació de la superfície utilitzat, és fonamental que es dugui a terme sota una acurada supervisió per part d'experts per evitar la introducció d'imperfeccions superficials que puguin conduir a la fallada del material.
6.Talla
Un cop oxidades, les fibres s'emboliquen per evitar danys quan s'enrotllen a les bobines o es teixeixen a la tela.
El procés de recobriment s'anomena dimensionament i el material de dimensionament es selecciona acuradament perquè sigui compatible amb l'adhesiu utilitzat per formar l'estructura composta.
Els materials de recobriment poden incloure polièster, niló, uretà o epoxi.
Cal tenir en compte que el procés de preparació de la fibra de carboni és relativament complex i requereix un estricte control del procés i condicions d'equip per garantir que la fibra de carboni tingui un bon rendiment i qualitat.
