Hoe wordt koolstofvezel gemaakt?

Hoe wordt koolstofvezel gemaakt?

Koolstofvezel wordt beschouwd als het droommateriaal van elke ingenieur, omdat het licht van gewicht is en tegelijkertijd ongelooflijk duurzaam. Het bestaat uit duizenden parallelle strings. Deze snaren kunnen in elkaar worden gedraaid of geweven tot koolstofvezelcomposieten. Koolstofvezel is zo'n waardevol materiaal omdat het vijf keer sterker is dan staal.

Om koolstofvezel te maken, wordt een plastic PAN-vezel gebruikt. Het is samengesteld uit duizenden filamenten die dunner zijn dan een mensenhaar. Ze veranderen het chemisch om een ​​keten van koolstofatomen te vormen die op hun beurt worden gebruikt voor het eindproduct. Er zijn speciale machines waarin ze duizenden van deze vezels op een rij zetten. Na de machine gaan de vezels enkele minuten door een oxidatieoven.

De temperatuur in de oven is ongeveer 180 graden. Door deze temperatuur nemen de vezels zuurstofmoleculen op uit de lucht. Dit proces herschikt de atomaire structuur van de vezels en maakt ze bestand tegen hitte. Terwijl de vezels oxideren, veranderen ze van kleur en worden ze zwart. Nadat ze zijn geoxideerd, zijn ze klaar voor het volgende proces, namelijk carbonisatie.

De vezels worden verhit in een zuurstofvrij gasmengsel. Dankzij dit proces worden de niet-koolstofatomen verdreven. De resterende koolstofatomen worden omgezet in strak hechtende kristallen, parallel aan de lengte van de vezel. Hier krijgt het materiaal zijn kracht. De vezels gaan vervolgens door een bad van elektrisch geladen water dat langs het oppervlak van de vezels loopt, zodat ze hars beter kunnen absorberen.

Vervolgens wordt een lichte voorlaag hars aangebracht, die de chemische binding van de vezels met de vormhars versterkt. Na dit proces worden de vezels geweven tot een koolstofvezelstof of gemengd met hars om het product te vormen. Het kan een rol zijn van doorlopende vezeldraad, geweven stof van gaasachtige draden en een prepreg-product, halffabrikaat voor gebruik. Het gebruik van prepreg is wereldwijd wijdverspreid.

De hars is een formule van epoxy gekoppeld aan verharders en versnellers in poedervorm. Werknemers gieten de hars in een filmmachine, die de hars in een dunne, natte laag op papier drukt. Een andere machine organiseert ondertussen 200 tot 300 koolstofvezels tot een koolstofvezelweb. De dikte van het web bepaalt de dikte van de prepreg plaat.

Meestal worden twee rollen met hars gecoat papier op de harsimpregneermachine gemonteerd. Een verwarmingselement verwarmt het web als het binnenkomt om de opname van de hars te vergemakkelijken. Vervolgens wordt het verwarmde koolstofvezelweb ingeklemd tussen twee vellen met hars gecoat papier. Dankzij de onder hoge druk verhitte rollers dringt de hars door de miljoenen koolstofvezelfilamenten.

Op een koelplaats verandert de vloeibare hars in een gel zodat bij het volgende station het papier verwijderd kan worden. In het volgende station wordt de bovenkant van het prepreg-vel bedekt met een polyesterfilm. Daarna wordt het vel op een rol gewikkeld. In het laboratorium van de fabriek voeren technici kwaliteitscontroletests uit op prepreg-monsters. Dergelijke tests zorgen ervoor dat koolstofvezel optimale sterkte, duurzaamheid en hittebestendigheid levert.

Onnodig te zeggen dat fabrikanten over de hele wereld verschillende technieken gebruiken die bedrijfsgeheimen zijn, maar in brede zin is het bovengenoemde proces van het maken van koolstofvezel degene die iedereen volgt.