炭素繊維はどのように作られていますか？

グラファイト繊維またはカーボングラファイトとも呼ばれる炭素繊維は、炭素元素の非常に細いストランドでできています。 炭素繊維は引っ張り強度が高く、サイズの割には非常に丈夫です。 また、非常に軽量な素材です。

各繊維の直径は {{0}} ミクロンです。 1 ミクロンは 0.0001 ミリメートルです。 蜘蛛の巣の糸の 1 本の糸は 3 ～ 8 ミクロンです。

特徴と用途

炭素繊維は鋼の 2 倍の剛性と 5 倍の強度を備えています。 また、耐薬品性が高く、熱膨張が小さく高温耐性があることも特徴です。

炭素繊維は、航空機、高性能車両、スポーツ用品、楽器などの製造において重要なエンジニアリング材料です。

炭素繊維ができるまで

炭素繊維は有機ポリマーから作られています。 これらのポリマーは、炭素原子によって結合された分子の長いストリングで構成されています。 炭素繊維の約 90% は、ポリアクリロニトリル (PAN) プロセスから作られています。 残りの 10% はレーヨンまたは石油ピッチ プロセスから作られています。

製造プロセスで使用される気体、液体、その他の材料は、炭素繊維の特定の効果、品質、等級を生み出します。 最高のモジュラス特性を備えた最高級の炭素繊維は、航空宇宙産業などの要求の厳しい用途で使用されています。

炭素繊維メーカーは、使用する原材料の組み合わせの点で互いに異なります。 彼らは通常、特定の処方を企業秘密として扱います。

製造プロセス

製造プロセスでは、前駆体と呼ばれる原材料が長い繊維のストランドに引き込まれます。 その後、繊維は布に織り込まれます。 それらは、フィラメントを巻いたり、所望の形状やサイズに成形したりする他の材料と組み合わせることもできます。

製造工程は次のようになります。

紡糸。 PAN を他の成分と混ぜて紡績し、繊維を洗い、伸ばします。

安定化。 結合を安定させるための化学的変化。

炭化。 非常に高温に加熱された安定化された繊維は、しっかりと結合した炭素結晶を形成します。

表面処理。 繊維の表面を酸化させ、接着性を向上させます。

サイジング。 繊維をコーティングしてボビンに巻きます。 これらは、繊維を異なるサイズの糸に撚る紡績機にロードされます。

布に織る代わりに、繊維を複合材に成形することもできます。 複合材料を形成するには、熱、圧力、または真空を使用して、繊維をプラスチック ポリマーと結合させることができます。

考慮事項

炭素繊維の製造には、次のような多くの課題があります。

より費用対効果の高い復旧と修理の必要性。

表面処理プロセスは、ファイバーの欠陥につながるピットの作成を避けるために、慎重に調整する必要があります。

一貫した品質を確保するには、綿密な管理が必要です。

炭素繊維の強い電気伝導性による電気機器のアーク放電とショート。

皮膚の炎症や呼吸の問題など、健康と安全の問題。