Как се произвежда карбона (въглеродните влакна)?
Въглеродните влакна се определят като „ мечтания материал“ на всеки инженер, тъй като са леки и същевременно невероятно здрави. Състоят се от хиляди паралелни нишки. Те могат да бъдат усукани или вплетени заедно в специални композити. Въглеродните влакна са толкова ценен материал, защото са пет пъти по-издръжливи от стоманата.
За тяхната направа, се използва влакно от специален PAN полимер, съставено от хиляди нишки, които са дори по-тънки от човешката коса. Полимерното влакно се променя химически, за да се образува верига от въглеродни атоми, която да се използва за крайния продукт. В специална машина се подреждат хиляди от тези нишки. След като минат през тази машина, влакната преминават през окислителна пещ за няколко минути.
Температурата във фурната е около 480 градуса по Фаренхайт. Благодарение на тази температура влакната приемат кислородни молекули. Този процес пренарежда атомната им структура и ги прави устойчиви на висока топлина. Докато влакната се окисляват, те променят цвета си и стават черни. След като се окислят, те са готови за следващия процес, който е карбонизация.
Влакната се нагряват в безкислородна газова смес. Благодарение на този процес невъглеродните атоми биват премахнати. Останалите въглеродни атоми се трансформират в плътно свързани кристали, протичащи успоредно по дължината на влакното. Това е причината влакното да е толкова силно устойчиво. След това нишките преминават през вана с електрически заредена вода, която влиза в контакт с повърхността им, така че по-добре да могат да абсорбират смолата.
В следващата станция се нанася лек предварителен слой от смола, който ще засили химическата връзка на нишките с формовъчната смола. След този процес влакната или се втъкават във въглеродна материя или се смесват със смола, за да формират продукта.
Той може да бъде ролка от непрекъсната нишка влакно, изтъкан плат от нишки тип мрежа и prepreg продукт, полуготов за употреба. В световен мащаб силно застъпена е употребата на prepreg.
Смолата е епоксидна смес от различни прахообразни втвърдители и ускорители. Работниците във фабриката за въглеродни влакна изсипват смолата в машина, която я отпечатва на тънък мокър слой върху хартия. Междувременно друга машина организира от 200 до 300 въглеродни нишки в мрежа. Дебелината на мрежата определя дебелината на предварителния лист.
Обикновено две ролки хартия, покрита със смола, се монтират върху машината за импрегниране. Нагревателен елемент загрява мрежата, за да улесни абсорбцията на смолата. Загрятата мрежа от въглеродни влакна се притиска между два листа хартия, покрита със смола. Нагрети ролки с високо налягане притискат смолата силно, за да проникне в милионите въглеродни нишки.
След това смолата се оставя на хладно място. Там течната смола се превръща в гел, така че на следващата станция хартията да може да бъде премахната, без да залепва за смолата. В последствие горната част на листа за предварително покритие се покрива с полиестерно фолио, за да не се залепи смолата, когато се навива на руло.
В лабораторията на фабриката, в която се изработват въглеродните влакна, техници провеждат тестове за контрол на качеството на пробите. Те претеглят пробата, след това измиват смолата с помощта на химикали и отново я претеглят. Подобно тестване гарантира, че въглеродните влакна осигуряват оптимална здравина, издръжливост и устойчивост на топлина.
Разбира се, различните производители прибягват до определени технологични стъпки, които са защитени от фирмена тайна, но в широкия си смисъл, процесът на създаване на въглеродни влакна е този.
Едни от най-големите производители на въглеродни влакна са Hexcel, Mitsubishi Rayon Co. Ltd, Umatex, Zoltek, Toray, Toho Tenax, Nippon Graphite Fiber Corp, Solvay и др.
