炭素繊維はどのように作られていますか？

炭素繊維から作ることができるものの可能性は無限大です。軽くて丈夫で、どんな形にも簡単に操作できます。炭素繊維の多様性は、それがどのように作られているか、そしてそれが何から作られているかに起因する可能性があります。次のプロジェクトの作成に使用する前に、炭素繊維がどのように製造されているかを正確に分析してみましょう。

資料

炭素繊維の基本的な構成要素は、（ご想像のとおり）炭素と有機ポリマーの組み合わせです。炭素繊維は製造業にとって比較的新しいものであり、材料の製造を専門とする企業は実際にはほんの一握りです。各メーカーは、その公式がわずかに異なり、企業秘密として特定の組み合わせを守っています。

ただし、業界では、炭素繊維は一般にポリアクリロニトリル（PAN）、レーヨン、または石油ピッチを使用して製造されていると理解されています。これらの材料はすべて有機ポリマーです。つまり、炭素原子によって結合された分子の長いストリングです。炭素繊維の製造に使用される特定の材料は、材料の品質、グレードに影響を与え、特定の効果を生み出す可能性があります。

プロセス

全炭素繊維の約90％がPAN加工で製造されています。この資料は非常に一般的であるため、ここではこの資料に焦点を当てます。炭素繊維製造プロセスでは、PANは「前駆体」と呼ばれます。これは炭素繊維の製造に使用される原材料です。

• 安定化 ：最初に、繊維を化学的に操作して、分子間に熱的に安定したラダー結合を作成する必要があります。繊維は、390°〜590°Fの間に30分から1時間半加熱されます。繊維は空気から酸素分子を拾い上げ、それらの原子結合パターンを再配置します。
• 炭化 ：材料が安定した後、前駆体は長いストランドに引っ張られ、1,830°〜5,500°Fに加熱されます。今回は完全に酸素が奪われます。酸素がないと、極端な熱で繊維が燃え尽きることはありませんが、その原子が激しく振動し、ほぼすべての非炭素原子が放出されます。炭化すると、ほとんどすべての炭素の長くてしっかりと結合した鎖が残ります。
• 処理 ：炭化プロセスにより、炭素繊維複合材の製造に使用されるエポキシやその他の材料にうまく結合しない表面が繊維に残ります。これを改善するために、表面はわずかに酸化されています。これは2つのことを達成します。 1つ目は、化学結合特性が優れていること、2つ目は、機械的結合に適したエッチング/粗い表面です。酸化プロセスは複数の方法で完了することができますが、ファイバーの故障につながる可能性のある小さな表面の欠陥を避けるために慎重に行う必要があります。
• サイジング ：炭素繊維を製造する最後のステップは、繊維をコーティングして、巻き取りや織りの際に損傷しないようにすることです。これはサイジングと呼ばれます。コーティング材料はさまざまであり、複合材料を形成するために使用される接着剤と互換性があるように選択されます。コーティング材料の例としては、エポキシ、ポリエステル、ナイロン、ウレタンなどがあります。ここから、繊維はさまざまなサイズのロープに撚られたり織られたりします。

炭素繊維の製造方法についてもう少し理解できたので、それを機能させましょう。 炭素繊維がどのように次のプロジェクトを改善し、潜在的にあなたのお金も節約できるかについて学ぶために私たちに電話をしてください！