Proces produkcji włókna węglowego

Proces Produkcji Włókna Węglowego – Etapy

Produkcja włókna węglowego jest złożonym procesem, który wymaga wysokiej precyzji oraz zaawansowanych technologii. Składa się z kilku głównych etapów:

✅ 1. Wybór surowca – większość włókien węglowych produkowana jest z poliakrylonitrylu (PAN), ale można je także wytwarzać z wiskozy lub smoły węglowej. PAN jest najczęściej stosowany, ponieważ zapewnia najlepsze właściwości mechaniczne.

✅ 2. Przędzenie – surowiec jest formowany w cienkie nitki, które stają się bazą dla późniejszego włókna węglowego. Na tym etapie powstają długie włókna polimerowe.

✅ 3. Stabilizacja chemiczna – przędza poliakrylonitrylowa jest podgrzewana w atmosferze tlenu w temperaturze około 200-300°C. Ten proces trwa kilka godzin i powoduje utwardzenie struktury chemicznej, co zapobiega jej spaleniu w kolejnych etapach.

✅ 4. Karbonizacja – włókna są podgrzewane w atmosferze azotu w temperaturze od 1000 do 2000°C. Podczas tego procesu pozbywa się większości pierwiastków innych niż węgiel (np. wodoru, azotu i tlenu). W efekcie powstaje materiał składający się w 90-99% z czystego węgla.

✅ 5. Obróbka powierzchniowa – karbonizowane włókna są poddawane obróbce chemicznej, aby poprawić ich zdolność do łączenia się z żywicami epoksydowymi. Stosuje się np. kąpiele kwasowe lub plazmową obróbkę powierzchniową.

✅ 6. Powlekanie (Sizing) – na włókna nakładana jest cienka warstwa specjalnych substancji ochronnych, które zwiększają ich trwałość oraz poprawiają kompatybilność z żywicami stosowanymi w procesie kompozytowania.

✅ 7. Tkanie włókna węglowego – wytworzone włókna są splatane w różne wzory (np. splot prosty, skośny, typu „herringbone"), w zależności od zastosowania końcowego.

✅ 8. Formowanie kompozytów – włókna węglowe są nasączane żywicą epoksydową i układane w formach. Proces ten pozwala uzyskać gotowe elementy o odpowiednim kształcie, np. części samochodowe, obudowy elektroniki czy ramy rowerowe.

✅ 9. Utwardzanie i obróbka końcowa – po ułożeniu warstw carbonu i impregnacji żywicą, elementy są utwardzane w autoklawie w wysokiej temperaturze i pod ciśnieniem. Po zakończeniu tego etapu materiał osiąga swoje ostateczne właściwości.

✅ 10. Wykończenie i kontrola jakości – gotowe produkty są poddawane obróbce końcowej, takiej jak lakierowanie, polerowanie i testy jakościowe. Sprawdza się m.in. wytrzymałość mechaniczną, wygląd oraz zgodność z wymaganymi specyfikacjami.