Jak se vyrábí uhlíkové vlákno?
Karbonové vlákno je považováno za materiál snů každého inženýra, protože je lehké a přitom extrémně odolné. Skládá se z tisíců paralelních řetězců. Tyto nitě mohou být zkrouceny nebo vetkány do kompozitů z uhlíkových vláken. Uhlíkové vlákno je mimořádně cenný materiál, protože je pětkrát pevnější než ocel.

Pro výrobu uhlíkových vláken se používají plastová vlákna PAN. Skládá se z tisíců vláken tenčích než lidský vlas. Chemicky jej mění za vzniku řetězců atomů uhlíku, které jsou zase použity v konečném produktu. Existují speciální stroje, které dokážou uspořádat tisíce těchto vláken. Po stroji vlákna procházejí několik minut oxidační pecí.

Teplota v troubě je asi 480 stupňů Fahrenheita. Díky této teplotě vlákna absorbují molekuly kyslíku ze vzduchu. Tento proces přeskupuje atomovou strukturu vláken a činí je odolnými vůči teplu. Jak vlákna oxidují, mění barvu a černají. Po oxidaci jsou připraveny na další proces, karbonizaci.

Vlákna se zahřívají v plynné směsi bez obsahu kyslíku. Díky tomuto procesu jsou vyloučeny neuhlíkové atomy. Zbývající atomy uhlíku se přemění na pevně vázané krystaly, které probíhají rovnoběžně s délkou vlákna. Zde materiál získává svou sílu. Vlákna pak procházejí nabitou vodní lázní, která lemuje povrch vláken, takže lépe absorbují pryskyřici.

Dále se nanese lehká základní vrstva pryskyřice pro posílení chemické vazby vláken k formovací pryskyřici. Po tomto procesu jsou vlákna buď vetkána do tkanin z uhlíkových vláken nebo smíchána s pryskyřicí za vzniku produktů. Může to být role nekonečných vláken, tkaniny ze síťovaných vláken a prepregové výrobky, polotovary připravené k použití. Použití prepregů je celosvětově rozšířené.

Tato pryskyřice je složením epoxidové pryskyřice s práškovým tvrdidlem a urychlovačem. Pracovníci nalévají pryskyřici do filmového stroje, který pryskyřici tiskne v tenké mokré vrstvě na papír. Ve stejnou dobu jiný stroj organizuje 200 až 300 uhlíkových vláken do pásu uhlíkových vláken. Tloušťka tkaniny určuje tloušťku prepregu.

Typicky jsou na stroji pro impregnaci pryskyřicí namontovány dvě role papíru potaženého pryskyřicí. Topný článek ohřívá pás při jeho vstupu, aby usnadnil absorpci pryskyřice. Potom se zahřátá síťovina z uhlíkových vláken vloží mezi dva listy papíru potaženého pryskyřicí. Díky vysokotlakým vyhřívaným válcům proniká pryskyřice do milionů vláken uhlíkových vláken.

Tam, kde se ochladí, se tekutá pryskyřice změní na gel, takže na další stanici lze papír odstranit. V další stanici je vršek listu prepregu pokrytý mylarovou fólií. Poté je list navinut do role. V laboratoři továrny provádějí technici testy kontroly kvality na vzorcích prepregu. Takové testování zajišťuje, že uhlíková vlákna mají optimální pevnost, trvanlivost a tepelnou odolnost.

Netřeba dodávat, že výrobci po celém světě používají různé techniky, které jsou tajemstvím společnosti, ale obecně řečeno, výše zmíněný proces výroby uhlíkových vláken je ten, který každý dodržuje.