Süsinikkiud on suure jõudlusega kiudmaterjal. Selle ettevalmistamise protsess hõlmab peamiselt järgmisi samme:
1.Tooraine valik
Süsinikkiu peamine tooraine on polüakrüülnitriil, mis on sünteetiline kiud.
Süsinikkiudude valmistamiseks võib kasutada ka mõnda muud toorainet, nagu kivisüsi pigi, looduslikud kiud.
2.Keerutamine
Eelkäija segatakse teiste materjalidega ja kedratakse seejärel kiududeks.
Seejärel kiud pestakse ja venitatakse.
3.Stabiliseerimine
Süsinikkiudu tuleb enne karboniseerimist keemiliselt muuta, et muuta see termiliselt stabiilsemaks, muutes selle lineaarsed aatomsidemed redelsidemeteks. Kuumutage kiudu õhu käes 200-300 kraadini umbes 30 minutit kuni 2 tundi. See kuumutamisprotsess sunnib süsinikuaatomeid neelama õhust hapnikuaatomeid ja korraldab molekulid ümber termiliselt stabiilsemateks sidemustriteks.
Seda eksotermilist protsessi tuleb hoolikalt kontrollida, et vältida kiu ülekuumenemist. Süsinikkiu stabiliseerimiseks kasutatakse mitmeid meetodeid.
4.Karboniseerimine
Pärast kiu termilist stabiliseerimist kuumutatakse seda hapniku puudumisel 1,000-3,000 kraadini mitu minutit.
Hapnikupuudus ei lase kiududel nii kõrgel kuumusel põleda. Selle protsessi käigus on oluline hoida õhurõhk ahju sees kõrgem kui õhurõhk väljaspool ahju ning hoida kiudude sisse- ja väljalaskeavad suletud, et vältida hapniku sisenemist ahju.
Sellel kõrgel temperatuuril väljutab kiud oma mittesüsinikuaatomid ja ülejäänud süsinikuaatomid moodustavad tihedalt seotud süsiniku kristalle.
Need süsiniku kristallid on joondatud paralleelselt süsinikkiu pikiteljega.
5. Pinnatöötlus
Karboniseerimisprotsess annab kiule sileda pinna, mis ei ühendu hästi epoksüvaigu ja muude komposiittoodete valmistamiseks kasutatavate materjalidega.
Seetõttu on pind kergelt oksüdeerunud. Oksüdeerimine annab pinnale paremad keemilised sidumisomadused, söövitades samal ajal pinna, et võimaldada kemikaalidel paremini pinnale nakkuda.
Kiud oksüdeeritakse mõnikord kastes need gaasidesse, nagu süsinikdioksiid, õhk või osoon, või vedelikesse, nagu lämmastikhape või naatriumhüpoklorit. Muul ajal saavutatakse oksüdatsioon elektrolüüsi teel, kastes positiivselt laetud kiud juhtiva materjali vanni.
Olenemata kasutatavast pinna ettevalmistusmeetodist on ülioluline, et see toimuks asjatundjate hoolika järelevalve all, et vältida pinna ebatäiuslikkust, mis võib põhjustada materjali rikkeid.
6. Suuruse määramine
Pärast oksüdeerumist mähitakse kiud poolidele kerimisel või kangasse koomisel kahjustamise vältimiseks.
Katmisprotsessi nimetatakse liimimiseks ja liimimismaterjal valitakse hoolikalt nii, et see sobiks kokku komposiitstruktuuri moodustamiseks kasutatava liimiga.
Kattematerjalide hulka võivad kuuluda polüester, nailon, uretaan või epoksiid.
Tuleb märkida, et süsinikkiu valmistamisprotsess on suhteliselt keeruline ja nõuab ranget protsessi kontrolli ja seadmete tingimusi, et tagada süsinikkiu hea jõudlus ja kvaliteet.
