Karbon fiber, yüksek performanslı bir fiber malzemedir. Hazırlık süreci temel olarak aşağıdaki adımları içerir:
1.Hammadde seçimi
Karbon elyafın ana hammaddesi sentetik bir elyaf olan poliakrilonitrildir.
Kömür zifti, doğal lifler gibi diğer bazı hammaddeler de karbon liflerinin hazırlanmasında kullanılabilir.
2.Döndürme
Öncü madde diğer malzemelerle karıştırılır ve daha sonra elyaflara dönüştürülür.
Daha sonra lifler yıkanır ve gerilir.
3.Stabilizasyon
Karbon fiberin, doğrusal atomik bağlarını merdiven bağlarına değiştirerek termal olarak daha kararlı hale getirmek için karbonizasyondan önce kimyasal olarak değiştirilmesi gerekir. Lifi havada 200-300 dereceye kadar yaklaşık 30 dakika ila 2 saat boyunca ısıtın. Bu ısıtma işlemi, karbon atomlarını havadaki oksijen atomlarını emmeye zorlar ve molekülleri termal olarak daha kararlı bağlanma modellerine göre yeniden düzenler.
Bu ekzotermik süreç, elyafın aşırı ısınmasını önlemek için dikkatlice kontrol edilmelidir. Karbon elyafını stabilize etmek için kullanılan birkaç yöntem vardır.
4.Karbonizasyon
Lif termal olarak stabilize edildikten sonra, oksijen yokluğunda birkaç dakika boyunca 1,000-3,000 dereceye kadar ısıtılır.
Oksijen eksikliği liflerin bu kadar yüksek ısıda yanmasını engeller. Bu işlem sırasında fırının içindeki hava basıncının fırının dışındaki hava basıncından yüksek tutulması ve oksijenin fırına girmesini önlemek için lifin giriş ve çıkışının kapalı tutulması önemlidir.
Bu yüksek sıcaklıkta, lif karbon olmayan atomlarını dışarı atar ve kalan karbon atomları sıkıca bağlı karbon kristalleri oluşturur.
Bu karbon kristalleri karbon fiberin uzun eksenine paralel olarak hizalanmıştır.
5. Yüzey işleme
Karbonizasyon işlemi, elyafa epoksi reçinesi ve kompozit ürünler yapmakta kullanılan diğer malzemelerle iyi bir şekilde bağlanamayan pürüzsüz bir yüzey kazandırır.
Bu nedenle yüzey hafifçe oksitlenir. Oksidasyon, yüzeye daha iyi kimyasal bağlanma özellikleri kazandırırken aynı zamanda kimyasalların yüzeye daha iyi yapışmasını sağlamak için yüzeyi aşındırır.
Lifler bazen karbondioksit, hava veya ozon gibi gazlara veya nitrik asit veya sodyum hipoklorit gibi sıvılara daldırılarak oksitlenir. Diğer zamanlarda, pozitif yüklü lifler iletken bir malzeme banyosuna daldırılarak elektroliz yoluyla oksidasyon elde edilir.
Kullanılan yüzey hazırlama yöntemi ne olursa olsun, malzeme bozulmasına yol açabilecek yüzey kusurlarının oluşmasını önlemek için uzman kişiler tarafından dikkatli bir şekilde yapılması büyük önem taşımaktadır.
6. Boyutlandırma
Lifler oksitlendikten sonra makaralara sarıldığında veya kumaşa dokunduğunda hasarı önlemek için sarılır.
Kaplama işlemine haşıllama denir ve haşıl malzemesi kompozit yapıyı oluşturmak için kullanılan yapıştırıcıya uyumlu olacak şekilde özenle seçilir.
Kaplama malzemeleri polyester, naylon, üretan veya epoksi içerebilir.
Karbon fiberin hazırlanma sürecinin nispeten karmaşık olduğu ve karbon fiberin iyi performans ve kaliteye sahip olmasını sağlamak için sıkı proses kontrolü ve ekipman koşulları gerektirdiği unutulmamalıdır.
