カーボンファイバーは、金属、木材、プラスチックの代替として選ばれる最も人気のある素材の XNUMX つです。 おそらく、熱く輝く液体鉄が炉から鋳型に注がれるビデオを見たことがあるでしょう。 または、溶けたプラスチックのペレットが金型に押し出され、すぐに冷却される形状になります。 炭素繊維の製造に必要な科学と比較すると、これらの一般的な製品建材の製造プロセスを理解するのは比較的簡単です。
炭素繊維の原材料:
現在製造されている炭素繊維の約 90% は、ポリアシロニトリル (PAN) で作られています。PAN は、分子の長い鎖が結合していることを特徴とする有機ポリマーです。 当たってるよ – 炭素原子。 製造プロセス中、繊維との反応を引き起こすためにさまざまな気体と液体が使用されます。 原材料を説明するために「前駆体」という用語が使用されることもあるでしょう。 さまざまなグレードや種類の炭素繊維を製造するために使用される正確なプロセスや組成の多くは企業秘密とみなされます。
カーボンファイバー製造の 5 つの基本ステップ:
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- 紡績 – PAN はさまざまな成分と混合され、繊維に紡がれ、その後洗浄され、目的の繊維直径に引き伸ばされます。 これは、炭化後にしっかりと結合した炭素結晶を形成するための基礎となります。
- 安定化 – 繊維は結合を安定させるために化学変化を受けます。 化学反応は複雑で、いくつかのステップとさまざまな装置が必要です。
- 炭化 – 安定化された繊維は、無酸素オーブン内で非常に高温で加熱されます。 非炭素原子は排出され、残った炭素原子は繊維の軸に沿って整列する、しっかりと結合した炭素結晶を形成します。
- 表面処理 – その後、繊維の表面が酸化されて、エポキシとの接着特性が向上します。 このプロセスは、ファイバーの破損を引き起こす可能性のある小さな表面欠陥の形成を避けるために、慎重に制御する必要があります。
- サイジング – ファイバーは通常、エポキシまたはポリエステルでコーティングされ、ボビンと呼ばれるスプールに巻き付けられます。 次に、ボビンが紡績機に装填され、繊維が撚られてさまざまなサイズの糸になります。
プリペグは、硬化要素を含む活性化エポキシ樹脂を予め含浸させた複合材料に与えられた名前です。 プリプレグは、管理、取り扱い、成形が容易なため、メーカーにとって人気の選択肢となっています。 簡単に切断して細かい金型に正確に配置できるため、小さく複雑な部品に最適です。 プリプレグを簡単かつ正確にカットできるため、無駄を削減し、効率を向上させることもできます。
ほとんどのプリプレグ炭素繊維はロールで製造され、寿命を保つために冷蔵保管されます。 プリプレグを周囲温度に長期間放置すると脆くなり、使用できなくなります。 カーボンファイバー製品は成形されて袋詰めされ、適切な硬化と結合を確保するために高圧と加熱下でオートクレーブに入れられます。
概要
スチールの 5 倍の強度対重量比を持つカーボンファイバーには多くの利点があり、用途は無限です。 プリプレグ炭素繊維を使用して革新的な製品がどのように製造されるかを確認するには、 このビデオを見てください。
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