Wie wird Kohlefaser hergestellt?

Kohlefaser, auch Graphitfaser oder Kohlenstoffgraphit genannt, besteht aus sehr dünnen Strängen des Elements Kohlenstoff. Kohlefasern haben eine hohe Zugfestigkeit und sind für ihre Größe sehr stark. Es ist auch ein sehr leichtes Material.

 

Jede Faser hat einen Durchmesser von {{0}} Mikrometern. Um ein Gefühl dafür zu vermitteln, wie klein das ist: Ein Mikrometer entspricht 0,0001 Millimeter. Ein Strang Spinnwebseide ist zwischen 3 und 8 Mikrometer dick.

 

Eigenschaften und Anwendung

Kohlenstofffasern sind doppelt so steif und fünfmal so stark wie Stahl. Ein weiteres Merkmal ist ihre hohe chemische Beständigkeit und Hochtemperaturtoleranz bei geringer Wärmeausdehnung.

 

Kohlenstofffasern sind wichtige technische Materialien, wenn es unter anderem um den Bau von Flugzeugen, Hochleistungsfahrzeugen, Sportgeräten und Musikinstrumenten geht.

 

Wie Kohlefaser hergestellt wird

Kohlefaser wird aus organischen Polymeren hergestellt. Diese Polymere bestehen aus langen Molekülketten, die durch Kohlenstoffatome zusammengehalten werden. Etwa 90 Prozent der Kohlenstofffasern werden aus dem Polyacrylnitril (PAN)-Verfahren hergestellt. Die restlichen 10 Prozent werden aus Rayon oder Petroleumpechverfahren hergestellt.

 

Gase, Flüssigkeiten und andere Materialien, die im Herstellungsprozess verwendet werden, erzeugen bestimmte Effekte, Qualitäten und Qualitäten von Kohlenstofffasern. Die hochwertigsten Kohlenstofffasern mit den besten Moduleigenschaften werden in anspruchsvollen Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet.

 

Carbonfaserhersteller unterscheiden sich hinsichtlich der eingesetzten Rohstoffkombinationen. Sie behandeln ihre spezifischen Formulierungen normalerweise als Geschäftsgeheimnisse.

 

Herstellungsverfahren

Im Herstellungsprozess werden die Rohstoffe, sogenannte Vorprodukte, zu langen Fasersträngen gezogen. Die Fasern werden dann zu Stoff verwoben. Sie können auch mit anderen Materialien kombiniert werden, die in gewünschte Formen und Größen gewickelt oder geformt werden.

 

Der Herstellungsprozess läuft wie folgt ab:

 

Spinnen. PAN wird mit anderen Zutaten gemischt und zu Fasern gesponnen, die gewaschen und gestreckt werden.

Stabilisierend. Chemische Veränderung zur Stabilisierung der Bindung.

Karbonisieren. Stabilisierte Fasern, die auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt werden, um fest gebundene Kohlenstoffkristalle zu bilden.

Behandlung der Oberfläche. Die Oberfläche von Fasern wird oxidiert, um die Bindungseigenschaften zu verbessern.

Dimensionierung. Fasern werden beschichtet und auf Spulen gewickelt. Diese werden dann auf Spinnmaschinen geladen, die die Fasern zu Garnen unterschiedlicher Größe verzwirnen.

 

Anstatt zu Stoffen gewebt zu werden, können Fasern zu Verbundstoffen geformt werden. Um Verbundmaterialien zu bilden, können Hitze, Druck oder ein Vakuum verwendet werden, um Fasern mit einem Kunststoffpolymer zu verbinden.

 

Dinge zu berücksichtigen

Die Herstellung von Kohlenstofffasern bringt eine Reihe von Herausforderungen mit sich, darunter:

 

Die Notwendigkeit einer kostengünstigeren Wiederherstellung und Reparatur.

Der Oberflächenbehandlungsprozess muss sorgfältig reguliert werden, um die Bildung von Vertiefungen zu vermeiden, die zu fehlerhaften Fasern führen könnten.

Eine strenge Kontrolle ist erforderlich, um eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten.

Lichtbögen und Kurzschlüsse in elektrischen Geräten aufgrund der starken elektrischen Leitfähigkeit von Kohlefasern.

Gesundheits- und Sicherheitsprobleme, darunter Hautreizungen und Atemprobleme.