Как делают карбон? - коротко
Карбон изготавливают из углеродных волокон, пропитывая их эпоксидной смолой, формируя листы и отверждая при высокой температуре. Полученный материал сочетает исключительную прочность и лёгкость, что делает его востребованным в аэрокосмической и автомобильной промышленности.
Как делают карбон? - развернуто
Производство карбона – это сложный последовательный процесс, в котором каждый этап требует точного контроля параметров и высококвалифицированного оборудования. Сначала выбирают исходный материал, чаще всего полиакрилонитрил (PAN) – полимер, обладающий необходимой прочностью и способный преобразоваться в углеродную структуру при высоких температурах. При подготовке волокна PAN его пропускают через вытягивающие устройства, где формируют тонкие непрерывные нити с диаметром от 5 до 10 микрон.
Затем нити проходят через печи, где происходит окисление. На этой стадии температура поднимается до 200–300 °C, а атмосфера насыщена кислородом. Окисление стабилизирует цепи полимера, устраняя нежелательные химические группы и создавая прочный каркас, способный выдержать последующее термическое воздействие.
После стабилизации волокна вводятся в печи для карбонизации. Здесь температура постепенно повышается до 1000–3000 °C, а атмосфера становится инертной (азот или аргон). При таких условиях органические элементы удаляются в виде газов, а оставшиеся атомы углерода переупорядочиваются в кристаллическую решетку, образуя прочные углеродные волокна. Чем выше температура, тем лучше упорядоченность кристаллической структуры и тем выше механические свойства конечного продукта.
Следующий этап – поверхностная обработка. На волокна наносят тонкий слой оксидов, азотных соединений или эпоксидных смол, что улучшает адгезию к матричным материалам в дальнейшем композитном изделии. После этого готовые волокна могут быть собраны в тканевые структуры: плетения, тканые листы, нетканые маты. При этом используют автоматические станки, которые позволяют регулировать ориентацию волокон и плотность укладки, что напрямую влияет на жёсткость и прочность готового композита.
Последний шаг – инфузия смолы и отверждение. Ткань помещается в форму, в которую под высоким давлением вводят эпоксидную, фенольную или термопластичную смолу. Смола заполняет все пустоты, связывая волокна в цельный материал. Затем форму нагревают до температуры, необходимой для отверждения смолы, обычно от 120 до 180 °C, выдерживая материал несколько часов. После охлаждения полученный карбоновый композит обрезают, шлифуют и при необходимости покрывают защитными слоями.
Итоговый продукт сочетает в себе исключительную прочность, лёгкость и стойкость к высоким температурам, что делает его востребованным в авиастроении, автоспорте, спортивном инвентаре и многих других отраслях. Каждый из перечисленных этапов требует строгого соблюдения технологических параметров, иначе свойства карбона могут существенно отклониться от требуемых.