Karbonfiber er et fibermateriale med høy ytelse. Forberedelsesprosessen inkluderer hovedsakelig følgende trinn:
1.Råvarevalg
Hovedråmaterialet til karbonfiber er polyakrylnitril, som er en syntetisk fiber.
Noen andre råvarer som kullbek, naturlige fibre, kan også brukes til å tilberede karbonfibre.
2.Spinning
Forløperen blandes med andre materialer og spunnes deretter til fibre.
Deretter vaskes og strekkes fibrene.
3. Stabilisering
Karbonfiber må endres kjemisk før karbonisering for å gjøre den mer termisk stabil ved å endre dens lineære atombindinger til stigebindinger. Varm fiberen i luft til 200-300 grader i omtrent 30 minutter til 2 timer. Denne oppvarmingsprosessen tvinger karbonatomer til å absorbere oksygenatomer fra luften og omorganiserer molekylene til mer termisk stabile bindingsmønstre.
Denne eksoterme prosessen må kontrolleres nøye for å forhindre overoppheting av fiberen. Det er flere metoder som brukes for å stabilisere karbonfiber.
4.Karbonisering
Etter at fiberen er termisk stabilisert, varmes den opp til 1,000-3,000 grad i fravær av oksygen i flere minutter.
Mangelen på oksygen hindrer fibrene i å brenne ved så høy varme. Under denne prosessen er det viktig å holde lufttrykket inne i ovnen høyere enn lufttrykket utenfor ovnen, og å holde innløpet og utløpet av fiberen forseglet for å hindre oksygen i å komme inn i ovnen.
Ved denne høye temperaturen driver fiberen ut sine ikke-karbonatomer, og de gjenværende karbonatomene danner tett bundne karbonkrystaller.
Disse karbonkrystallene er justert parallelt med karbonfiberens lange akse.
5. Overflatebehandling
Karboniseringsprosessen gir fiberen en jevn overflate som ikke kan bindes godt med epoksyharpiks og andre materialer som brukes til å lage komposittprodukter.
Derfor er overflaten lett oksidert. Oksidasjon gir overflaten bedre kjemiske bindeegenskaper samtidig som den etser overflaten for å la kjemikalier feste seg bedre til overflaten.
Fibre blir noen ganger oksidert ved å senke dem i gasser som karbondioksid, luft eller ozon, eller i væsker som salpetersyre eller natriumhypokloritt. Andre ganger oppnås oksidasjon gjennom elektrolyse ved å dyppe positivt ladede fibre i et bad av ledende materiale.
Uavhengig av overflatebehandlingsmetoden som brukes, er det avgjørende at den utføres under nøye tilsyn av eksperter for å forhindre innføring av overflatefeil som kan føre til materialfeil.
6.Dimensjonering
Når de er oksidert, pakkes fibrene inn for å forhindre skade når de vikles på spoler eller veves inn i stoff.
Belegningsprosessen kalles liming, og limingsmaterialet er nøye utvalgt for å være kompatibelt med limet som brukes til å danne komposittstrukturen.
Beleggmaterialer kan inkludere polyester, nylon, uretan eller epoksy.
Det skal bemerkes at fremstillingsprosessen av karbonfiber er relativt kompleks og krever streng prosesskontroll og utstyrsbetingelser for å sikre at karbonfiberen har god ytelse og kvalitet.
