Kulfiber er et højtydende fibermateriale. Dens forberedelsesproces omfatter hovedsageligt følgende trin:
1.Råvarevalg
Det vigtigste råmateriale af kulfiber er polyacrylonitril, som er en syntetisk fiber.
Nogle andre råmaterialer, såsom kulbeg, naturlige fibre, kan også bruges til at fremstille kulfibre.
2. Spinning
Precursoren blandes med andre materialer og spindes derefter til fibre.
Fibrene vaskes derefter og strækkes.
3. Stabilisering
Kulfiber skal ændres kemisk før karbonisering for at gøre det mere termisk stabilt ved at ændre dets lineære atombindinger til stigebindinger. Opvarm fiberen i luften til 200-300 grader i cirka 30 minutter til 2 timer. Denne opvarmningsproces tvinger kulstofatomer til at absorbere oxygenatomer fra luften og omarrangerer molekylerne til mere termisk stabile bindingsmønstre.
Denne eksoterme proces skal kontrolleres omhyggeligt for at forhindre overophedning af fiberen. Der er flere metoder, der bruges til at stabilisere kulfiber.
4. Karbonisering
Efter at fiberen er termisk stabiliseret, opvarmes den til 1,000-3,000 grad i fravær af oxygen i flere minutter.
Manglen på ilt forhindrer fibrene i at brænde ved så høj varme. Under denne proces er det vigtigt at holde lufttrykket inde i ovnen højere end lufttrykket uden for ovnen, og at holde fiberens indløb og udløb forseglet for at forhindre ilt i at trænge ind i ovnen.
Ved denne høje temperatur udstøder fiberen sine ikke-kulstofatomer, og de resterende kulstofatomer danner tæt bundne kulstofkrystaller.
Disse kulstofkrystaller er justeret parallelt med kulfiberens lange akse.
5.Overfladebehandling
Forkulningsprocessen giver fiberen en glat overflade, der ikke kan binde godt med epoxyharpiks og andre materialer, der bruges til at fremstille kompositprodukter.
Derfor er overfladen let oxideret. Oxidation giver overfladen bedre kemiske bindingsegenskaber, samtidig med at den ætser overfladen for at tillade kemikalier at klæbe bedre til overfladen.
Fibre oxideres undertiden ved at nedsænke dem i gasser som kuldioxid, luft eller ozon eller i væsker som salpetersyre eller natriumhypochlorit. Andre gange opnås oxidation gennem elektrolyse ved at dyppe positivt ladede fibre i et bad af ledende materiale.
Uanset hvilken overfladebehandlingsmetode, der anvendes, er det afgørende, at den udføres under nøje opsyn af eksperter for at forhindre indførelse af overfladefejl, der kan føre til materialefejl.
6.Størrelse
Når de er oxideret, pakkes fibrene ind for at forhindre beskadigelse, når de vikles på spoler eller væves ind i stof.
Belægningsprocessen kaldes limning, og limningsmaterialet er nøje udvalgt til at være kompatibelt med det klæbemiddel, der bruges til at danne kompositstrukturen.
Belægningsmaterialer kan omfatte polyester, nylon, urethan eller epoxy.
Det skal bemærkes, at fremstillingsprocessen af kulfiber er relativt kompleks og kræver streng proceskontrol og udstyrsbetingelser for at sikre, at kulfiberen har god ydeevne og kvalitet.
