איך מייצרים סיבי פחמן?

נקראים גם סיבי גרפיט או פחמן גרפיט, סיבי פחמן עשויים מחוטים דקים מאוד של היסוד פחמן. לסיבי פחמן חוזק מתיחה גבוה והם חזקים מאוד לגודלם. זה גם חומר קל מאוד.

כל סיב בקוטר {{0}} מיקרון. כדי לתת תחושה של כמה זה קטן, מיקרון אחד הוא 0.0001 מילימטר. גדיל אחד של משי קורי עכביש הוא בין 3 ל-8 מיקרון.

מאפיינים ויישום

סיבי פחמן קשיחים פי חמישה מפלדה. מאפיין נוסף הוא שהם בעלי עמידות כימית גבוהה ובעלי עמידות לטמפרטורות גבוהות עם התפשטות תרמית נמוכה.

סיבי פחמן הם חומרים הנדסיים חשובים כשמדובר בבניית מטוסים, כלי רכב בעלי ביצועים גבוהים, ציוד ספורט וכלי נגינה, בין הרבה דברים אחרים.

איך מייצרים סיבי פחמן

סיבי פחמן עשויים מפולימרים אורגניים. פולימרים אלו מורכבים ממחרוזות ארוכות של מולקולות המוחזקות יחד על ידי אטומי פחמן. כ-90 אחוז מסיבי הפחמן עשויים מתהליך פולי-אקרילוניטריל (PAN). 10 האחוזים הנותרים מיוצרים מתהליך חומרי שכבה או זפת נפט.

גזים, נוזלים וחומרים אחרים המשמשים בתהליך הייצור יוצרים אפקטים, איכויות ודרגות מסוימות של סיבי פחמן. סיבי פחמן בדרגה הגבוהה ביותר עם תכונות המודולוס הטובות ביותר משמשים ביישומים תובעניים, כגון תעשיית התעופה והחלל.

יצרני סיבי פחמן נבדלים זה מזה מבחינת שילובי חומרי הגלם שבהם הם משתמשים. בדרך כלל הם מתייחסים לניסוחים הספציפיים שלהם כאל סודות מסחריים.

תהליך ייצור

בתהליך הייצור חומרי הגלם, הנקראים מבשרים, נמשכים לגדילים ארוכים של סיבים. לאחר מכן ארוגים את הסיבים לתוך בד. ניתן לשלב אותם גם עם חומרים אחרים שמלופפים נימה או יצוקים לצורות וגדלים רצויים.

תהליך הייצור מתבצע באופן הבא:

ספינינג. PAN מעורבב עם מרכיבים אחרים ומסתובב לסיבים, שנשטפים ונמתחים.

מייצב. שינוי כימי לייצוב הקשר.

פחם. סיבים מיוצבים מחוממים לטמפרטורה גבוהה מאוד ליצירת גבישי פחמן קשורים בחוזקה.

טיפול במשטח. פני השטח של הסיבים מחומצנים כדי לשפר את תכונות ההתקשרות.

גודל. סיבים מצופים ומפותלים על סליל. אלה מועמסים לאחר מכן על מכונות ספינינג המסובבות את הסיבים לחוטים בגדלים שונים.

במקום להיות ארוגים לבדים, סיבים עשויים להיווצר לחומרים מרוכבים. ליצירת חומרים מרוכבים, ניתן להשתמש בחום, בלחץ או בוואקום כדי לקשור סיבים יחד עם פולימר פלסטי.

דברים שצריך לקחת בחשבון

ייצור סיבי פחמן טומן בחובו מספר אתגרים, כולל:

הצורך בשחזור ותיקון חסכוניים יותר.

תהליך טיפול פני השטח חייב להיות מווסת בקפידה כדי למנוע יצירת בורות שעלולים לגרום לסיבים פגומים.

נדרשת בקרה צמודה כדי להבטיח איכות עקבית.

קשתות וקצרים בציוד חשמלי בגלל מוליכות האלקטרו החזקה של סיבי פחמן.

בעיות בריאות ובטיחות, ביניהן גירוי בעור ובעיות נשימה.