Come è realizzata la fibra di carbonio?
La fibra di carbonio è uno dei materiali più popolari scelti per sostituire metalli, legno e plastica. Probabilmente hai visto video di ferro liquido versato bollente da una fornace in uno stampo. Oppure pellet di plastica fusa che vengono estrusi nello stampo nella sua forma che presto si raffredderà. È relativamente facile comprendere il processo di produzione di questi comuni materiali da costruzione rispetto alla scienza necessaria per produrre la fibra di carbonio.
Le materie prime della fibra di carbonio:
Circa il 90% della fibra di carbonio prodotta oggi è costituita da poliacilonitrile (PAN), un polimero organico caratterizzato da lunghe stringhe di molecole legate insieme da: hai indovinato – atomi di carbonio. Durante il processo di produzione, vengono utilizzati vari gas e liquidi per provocare una reazione con la fibra. Potresti anche sentire il termine "precursori" usato per descrivere le materie prime. Molti dei processi e delle composizioni esatti utilizzati per produrre diversi gradi e tipi di fibra di carbonio sono considerati segreti commerciali.
I 5 passaggi fondamentali nella produzione della fibra di carbonio:
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- Filatura – PAN viene miscelato con una varietà di ingredienti e filato in fibre che vengono poi lavate e stirate fino al diametro di fibra desiderato. Ciò fornisce la base per la formazione dei cristalli di carbonio strettamente legati dopo la carbonizzazione.
- Stabilizzazione – Le fibre subiscono alterazioni chimiche per stabilizzare il legame. Le reazioni chimiche sono complesse e coinvolgono diverse fasi e una varietà di apparecchiature.
- Carbonizzazione – Le fibre stabilizzate vengono riscaldate ad altissime temperature in un forno privo di ossigeno. Gli atomi non di carbonio vengono espulsi e gli atomi di carbonio rimanenti formano cristalli di carbonio strettamente legati che si allineano lungo l'asse della fibra.
- Trattamento superficiale – La superficie delle fibre viene quindi ossidata per migliorare le proprietà di legame con epossidici. Questo processo deve essere attentamente controllato per evitare la formazione di minuscoli difetti superficiali che potrebbero causare la rottura delle fibre.
- dimensionamento – Le fibre vengono solitamente rivestite con resina epossidica o poliestere e quindi avvolte su una bobina chiamata bobina. Quindi le bobine vengono caricate in un filatoio che attorciglia le fibre in fili di diverse dimensioni.
Prepeg è il nome dato ai compositi preimpregnati con resine epossidiche attivate che contengono un elemento indurente. Il prepreg è diventato una scelta popolare tra i produttori perché è facile da gestire, maneggiare e modellare. Può essere facilmente tagliato e posizionato con precisione in stampi dettagliati, ideali per parti piccole e complesse. La facilità e la precisione del taglio del preimpregnato contribuiscono inoltre a ridurre gli sprechi e a migliorare l’efficienza.
La maggior parte della fibra di carbonio prepreg viene prodotta in rotoli che vengono mantenuti refrigerati per preservarne la durata. Se lasciato a temperatura ambiente per un periodo prolungato, il preimpregnato diventerebbe fragile e inutilizzabile. Il prodotto in fibra di carbonio viene modellato e confezionato, quindi posto in un'autoclave ad alta pressione e calore per garantire una corretta polimerizzazione e adesione.
Sommario:
Con un rapporto resistenza/peso 5 volte superiore a quello dell'acciaio, i vantaggi della fibra di carbonio sono numerosi e le applicazioni illimitate. Per vedere come viene realizzato un prodotto innovativo utilizzando fibra di carbonio prepreg, dai un'occhiata a questo video.
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