La fibra de carbono es un material de fibra de alto rendimiento. Su proceso de preparación incluye principalmente los siguientes pasos:
1.Selección de materia prima
La principal materia prima de la fibra de carbono es el poliacrilonitrilo, que es una fibra sintética.
Algunas otras materias primas, como brea de carbón y fibras naturales, también se pueden utilizar para preparar fibras de carbono.
2.Girando
El precursor se mezcla con otros materiales y luego se hila en fibras.
Luego las fibras se lavan y se estiran.
3.Estabilización
La fibra de carbono debe ser alterada químicamente antes de la carbonización para que sea más estable térmicamente cambiando sus enlaces atómicos lineales a enlaces en escalera. Calienta la fibra en el aire a 200-300 grados durante aproximadamente 30 minutos a 2 horas. Este proceso de calentamiento obliga a los átomos de carbono a absorber átomos de oxígeno del aire y reorganiza las moléculas en patrones de enlace más estables térmicamente.
Este proceso exotérmico debe controlarse cuidadosamente para evitar el sobrecalentamiento de la fibra. Existen varios métodos que se utilizan para estabilizar la fibra de carbono.
4.carbonización
Una vez estabilizada térmicamente la fibra, se calienta a 1,000-3,000 grado en ausencia de oxígeno durante varios minutos.
La falta de oxígeno impide que las fibras se quemen a temperaturas tan altas. Durante este proceso, es importante mantener la presión del aire dentro del horno más alta que la presión del aire fuera del horno y mantener selladas la entrada y salida de la fibra para evitar que entre oxígeno al horno.
A esta alta temperatura, la fibra expulsa sus átomos que no son de carbono y los átomos de carbono restantes forman cristales de carbono estrechamente unidos.
Estos cristales de carbono están alineados paralelos al eje largo de la fibra de carbono.
5.Tratamiento de superficie
El proceso de carbonización le da a la fibra una superficie lisa que no se puede unir bien con la resina epoxi y otros materiales utilizados para fabricar productos compuestos.
Por tanto, la superficie está ligeramente oxidada. La oxidación le da a la superficie mejores propiedades de unión química y al mismo tiempo graba la superficie para permitir que los químicos se adhieran mejor a la superficie.
A veces, las fibras se oxidan sumergiéndolas en gases como dióxido de carbono, aire u ozono, o en líquidos como ácido nítrico o hipoclorito de sodio. Otras veces, la oxidación se logra mediante electrólisis sumergiendo fibras cargadas positivamente en un baño de material conductor.
Independientemente del método de preparación de la superficie utilizado, es fundamental que se lleve a cabo bajo una cuidadosa supervisión de expertos para evitar la introducción de imperfecciones en la superficie que podrían provocar fallas en el material.
6.Tamaño
Una vez oxidadas, las fibras se envuelven para evitar que se dañen cuando se enrollan en carretes o se tejen en tela.
El proceso de recubrimiento se llama encolado y el material de encolado se selecciona cuidadosamente para que sea compatible con el adhesivo utilizado para formar la estructura compuesta.
Los materiales de revestimiento pueden incluir poliéster, nailon, uretano o epoxi.
Cabe señalar que el proceso de preparación de la fibra de carbono es relativamente complejo y requiere un estricto control del proceso y condiciones del equipo para garantizar que la fibra de carbono tenga un buen rendimiento y calidad.
