Oglekļa šķiedra ir augstas veiktspējas šķiedras materiāls. Tās sagatavošanas process galvenokārt ietver šādas darbības:
1.Izejvielu izvēle
Galvenā oglekļa šķiedras izejviela ir poliakrilnitrils, kas ir sintētiskā šķiedra.
Oglekļa šķiedru pagatavošanai var izmantot arī dažas citas izejvielas, piemēram, ogļu piķi, dabiskās šķiedras.
2.Vērpšana
Prekursoru sajauc ar citiem materiāliem un pēc tam savērpj šķiedrās.
Pēc tam šķiedras tiek mazgātas un izstieptas.
3.Stabilizācija
Oglekļa šķiedra pirms karbonizācijas ir ķīmiski jāmaina, lai padarītu to termiski stabilāku, mainot tās lineārās atomu saites uz kāpņu saitēm. Sildiet šķiedru gaisā līdz 200-300 grādiem apmēram 30 minūtes līdz 2 stundas. Šis sildīšanas process liek oglekļa atomiem absorbēt skābekļa atomus no gaisa un pārkārto molekulas termiski stabilākos saišu veidos.
Šis eksotermiskais process ir rūpīgi jākontrolē, lai novērstu šķiedras pārkaršanu. Oglekļa šķiedras stabilizēšanai izmanto vairākas metodes.
4.Karbonizācija
Pēc tam, kad šķiedra ir termiski stabilizēta, to vairākas minūtes karsē līdz 1,000-3,000 grādiem bez skābekļa.
Skābekļa trūkums neļauj šķiedrām sadegt tik lielā karstumā. Šī procesa laikā ir svarīgi uzturēt gaisa spiedienu krāsnī augstāku par gaisa spiedienu ārpus krāsns, kā arī nodrošināt, lai šķiedras ieplūde un izplūde būtu noslēgta, lai novērstu skābekļa iekļūšanu krāsnī.
Šajā augstajā temperatūrā šķiedra izspiež savus bezoglekļa atomus, un atlikušie oglekļa atomi veido cieši saistītus oglekļa kristālus.
Šie oglekļa kristāli ir izlīdzināti paralēli oglekļa šķiedras garajai asij.
5. Virsmas apstrāde
Karbonizācijas process nodrošina šķiedrai gludu virsmu, kas nevar labi savienoties ar epoksīda sveķiem un citiem materiāliem, ko izmanto kompozītmateriālu ražošanā.
Tāpēc virsma ir nedaudz oksidēta. Oksidēšana nodrošina virsmai labākas ķīmiskās saķeres īpašības, vienlaikus arī kodinot virsmu, lai ķīmiskās vielas varētu labāk pieķerties virsmai.
Šķiedras dažreiz tiek oksidētas, iegremdējot tās gāzēs, piemēram, oglekļa dioksīdā, gaisā vai ozonā, vai šķidrumos, piemēram, slāpekļskābē vai nātrija hipohlorītā. Citreiz oksidēšana tiek panākta ar elektrolīzi, iegremdējot pozitīvi lādētas šķiedras vadoša materiāla vannā.
Neatkarīgi no izmantotās virsmas sagatavošanas metodes ir ļoti svarīgi, lai tā tiktu veikta rūpīgā ekspertu uzraudzībā, lai novērstu virsmas nepilnību rašanos, kas varētu izraisīt materiāla bojājumus.
6.Izmēru noteikšana
Kad šķiedras ir oksidētas, tās tiek iesaiņotas, lai novērstu bojājumus, kad tās tiek uztītas uz spolēm vai ieaustas audumā.
Pārklāšanas procesu sauc par izmēru noteikšanu, un izmēru noteikšanas materiāls tiek rūpīgi atlasīts, lai tas būtu saderīgs ar līmi, ko izmanto kompozītmateriālu struktūras veidošanai.
Pārklājuma materiāli var ietvert poliesteru, neilonu, uretānu vai epoksīdu.
Jāatzīmē, ka oglekļa šķiedras sagatavošanas process ir salīdzinoši sarežģīts un prasa stingru procesa kontroli un aprīkojuma nosacījumus, lai nodrošinātu, ka oglekļa šķiedrai ir laba veiktspēja un kvalitāte.
