Kako se izrađuju karbonska vlakna?
Karbonska vlakna smatraju se materijalom iz snova svakog inženjera jer su lagana, a iznimno izdržljiva. Sastoji se od tisuća paralelnih nizova. Te se niti mogu upredati ili utkati u kompozite od karbonskih vlakana. Ugljična vlakna iznimno su vrijedan materijal jer su pet puta čvršća od čelika.

Za izradu karbonskih vlakana koriste se plastična PAN vlakna. Sastoji se od tisuća filamenata tanjih od ljudske vlasi. Oni ga kemijski mijenjaju kako bi formirali lance ugljikovih atoma, koji se zatim koriste u konačnom proizvodu. Postoje posebni strojevi koji mogu posložiti tisuće ovih vlakana. Nakon stroja, vlakna prolaze kroz oksidacijsku peć nekoliko minuta.

Temperatura u pećnici je oko 480 stupnjeva Fahrenheita. Zbog te temperature vlakna apsorbiraju molekule kisika iz zraka. Ovaj proces preuređuje atomsku strukturu vlakana, čineći ih otpornima na toplinu. Kako vlakna oksidiraju, mijenjaju boju i postaju crna. Nakon oksidacije spremni su za sljedeći proces, karbonizaciju.

Vlakna se zagrijavaju u plinskoj smjesi bez kisika. Zbog tog procesa dolazi do izbacivanja neugljikovih atoma. Preostali atomi ugljika transformiraju se u čvrsto vezane kristale koji idu paralelno s duljinom vlakna. Tu materijal dobiva svoju snagu. Vlakna se zatim propuštaju kroz napunjenu vodenu kupelj koja obrubljuje površine vlakana tako da bolje upiju smolu.

Zatim se nanosi lagani temeljni sloj smole za jačanje kemijske veze vlakana sa smolom za kalupljenje. Nakon ovog procesa, vlakna se ili utkaju u tkanine od karbonskih vlakana ili se miješaju sa smolom da bi se formirali proizvodi. To može biti svitak neprekinutih niti, tkanina od mrežastih niti i prepreg proizvoda, poluproizvoda spremnih za upotrebu. Upotreba preprega raširena je diljem svijeta.

Ova smola je formulacija epoksidne smole s praškastim učvršćivačem i ubrzivačem. Radnici ulijevaju smolu u filmski stroj, koji smolu ispisuje u tankom, mokrom sloju na papir. U isto vrijeme, drugi stroj organizira 200 do 300 karbonskih vlakana u mrežu od karbonskih vlakana. Debljina mreže određuje debljinu preprega.

Obično se na stroj za impregniranje smolom postavljaju dvije role papira premazanog smolom. Grijaći element zagrijava mrežu dok ulazi kako bi se olakšala apsorpcija smole. Zatim se zagrijana mreža od karbonskih vlakana stavlja u sendvič između dva lista papira premazanog smolom. Zahvaljujući visokotlačnim grijanim valjcima, smola prodire u milijune niti karbonskih vlakana.

Gdje se ohladi, tekuća smola se pretvara u gel tako da se na sljedećoj stanici papir može ukloniti. U sljedećoj stanici, vrh prepreg ploče je prekriven Mylar filmom. Poslije se lim namota u rolu. U tvorničkom laboratoriju tehničari provode ispitivanja kontrole kvalitete na uzorcima preprega. Takvo testiranje osigurava da karbonska vlakna imaju optimalnu čvrstoću, izdržljivost i otpornost na toplinu.

Nepotrebno je reći da proizvođači diljem svijeta koriste različite tehnike koje su tajne tvrtke, ali općenito govoreći, gore spomenuti proces proizvodnje ugljičnih vlakana je onaj koji svi slijede.