فیبر کربن یک ماده الیافی با کارایی بالا است. فرآیند آماده سازی آن عمدتاً شامل مراحل زیر است:
1. انتخاب مواد خام
ماده اولیه اصلی فیبر کربن پلی اکریلونیتریل است که یک الیاف مصنوعی است.
از برخی مواد خام دیگر مانند زمین زغال سنگ، الیاف طبیعی نیز می توان برای تهیه الیاف کربن استفاده کرد.
2. چرخیدن
پیش ساز با مواد دیگر مخلوط می شود و سپس به الیاف می چرخد.
سپس الیاف شسته و کشیده می شوند.
3-تثبیت
فیبر کربن باید قبل از کربنسازی از نظر شیمیایی تغییر یابد تا با تغییر پیوندهای اتمی خطی به پیوندهای نردبانی، از نظر حرارتی پایدارتر شود. فیبر را در هوا تا 200-300 درجه به مدت تقریباً 30 دقیقه تا 2 ساعت گرم کنید. این فرآیند گرمایش، اتمهای کربن را مجبور میکند تا اتمهای اکسیژن هوا را جذب کنند و مولکولها را به الگوهای پیوند پایدارتر از نظر حرارتی بازآرایی میکند.
این فرآیند گرمازا باید به دقت کنترل شود تا از گرم شدن بیش از حد فیبر جلوگیری شود. روش های مختلفی برای تثبیت فیبر کربن استفاده می شود.
4-کربنیزاسیون
پس از اینکه فیبر از نظر حرارتی تثبیت شد، در غیاب اکسیژن برای چند دقیقه تا 1،000-3،{2}} درجه حرارت داده میشود.
کمبود اکسیژن از سوختن الیاف در چنین حرارت بالا جلوگیری می کند. در طی این فرآیند، مهم است که فشار هوای داخل کوره بیشتر از فشار هوای خارج از کوره باشد و ورودی و خروجی فیبر برای جلوگیری از ورود اکسیژن به کوره آب بندی شود.
در این دمای بالا، فیبر اتمهای غیر کربنی خود را دفع میکند و اتمهای کربن باقیمانده کریستالهای کربن را تشکیل میدهند.
این کریستال های کربن به موازات محور طولانی فیبر کربن در یک راستا قرار دارند.
5. درمان سطحی
فرآیند کربنسازی به فیبر سطحی صاف میدهد که نمیتواند به خوبی با رزین اپوکسی و سایر مواد مورد استفاده برای ساخت محصولات کامپوزیتی پیوند بخورد.
بنابراین، سطح کمی اکسید می شود. اکسیداسیون به سطح خواص پیوند شیمیایی بهتری می دهد و در عین حال سطح را حکاکی می کند تا مواد شیمیایی بهتر به سطح بچسبند.
گاهی اوقات الیاف با غوطه ور کردن آنها در گازهایی مانند دی اکسید کربن، هوا یا ازن یا در مایعاتی مانند اسید نیتریک یا هیپوکلریت سدیم اکسید می شوند. در موارد دیگر، اکسیداسیون از طریق الکترولیز با فرو بردن الیاف با بار مثبت در حمامی از مواد رسانا حاصل می شود.
صرف نظر از روش آماده سازی سطح مورد استفاده، بسیار مهم است که تحت نظارت دقیق متخصصان انجام شود تا از ایجاد عیوب سطحی که می تواند منجر به خرابی مواد شود جلوگیری شود.
6.سایزبندی
پس از اکسید شدن، الیاف برای جلوگیری از آسیب در هنگام پیچیدن روی قرقره ها یا بافته شدن در پارچه پیچیده می شوند.
فرآیند پوشش دهی را سایزینگ می نامند و مواد سایزبندی با دقت انتخاب می شود تا با چسب مورد استفاده برای تشکیل ساختار کامپوزیت سازگار باشد.
مواد پوشش ممکن است شامل پلی استر، نایلون، اورتان یا اپوکسی باشد.
لازم به ذکر است که فرآیند تهیه فیبر کربن نسبتاً پیچیده است و نیاز به کنترل دقیق فرآیند و شرایط تجهیزات دارد تا اطمینان حاصل شود که فیبر کربن از عملکرد و کیفیت خوبی برخوردار است.
