คาร์บอนไฟเบอร์หรือที่เรียกว่าเส้นใยกราไฟท์หรือคาร์บอนกราไฟท์ทำจากเส้นใยที่ละเอียดมากของธาตุคาร์บอน คาร์บอนไฟเบอร์มีความต้านทานแรงดึงสูงและมีขนาดที่แข็งแรงมาก นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุที่เบามาก
เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยแต่ละเส้นคือ {{0}} ไมครอน เพื่อให้เห็นภาพว่ามันเล็กแค่ไหน หนึ่งไมครอนเท่ากับ 0.0001 มม. เส้นใยใยแมงมุมมีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 3 ถึง 8 ไมครอน
คุณสมบัติและการใช้งาน
คาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งเป็นสองเท่าและแข็งแรงกว่าเหล็กถึงห้าเท่า คุณสมบัติอีกประการหนึ่งคือทนต่อสารเคมีในระดับสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และการขยายตัวทางความร้อนต่ำ
คาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุทางวิศวกรรมที่สำคัญในการผลิตเครื่องบิน ยานพาหนะสมรรถนะสูง อุปกรณ์กีฬา และเครื่องดนตรี
คาร์บอนไฟเบอร์เกิดขึ้นได้อย่างไร
คาร์บอนไฟเบอร์ทำจากโพลีเมอร์อินทรีย์ โพลีเมอร์เหล่านี้ประกอบด้วยโมเลกุลสายยาวเชื่อมโยงกันด้วยอะตอมของคาร์บอน คาร์บอนไฟเบอร์ประมาณ 90% ผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการโพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN) ส่วนที่เหลืออีก 10% ผลิตโดยใช้กระบวนการเรยอนหรือน้ำมันดินปิโตรเลียม
ก๊าซ ของเหลว และวัสดุอื่นๆ ที่ใช้ในกระบวนการผลิตทำให้เกิดผลกระทบ คุณภาพ และเกรดของคาร์บอนไฟเบอร์ คาร์บอนไฟเบอร์เกรดสูงสุดที่มีคุณสมบัติโมดูลัสที่เหมาะสมที่สุดจะถูกนำไปใช้ในการใช้งานที่มีความต้องการสูง เช่น อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
ผู้ผลิตคาร์บอนไฟเบอร์แตกต่างกันไปตามส่วนผสมของวัตถุดิบที่ใช้ พวกเขามักจะถือว่าสูตรอาหารเฉพาะของตนเป็นความลับทางการค้า
กระบวนการผลิต
ในระหว่างกระบวนการผลิต วัตถุดิบที่เรียกว่าสารตั้งต้นจะถูกดึงเข้าไปในมัดเส้นใยยาว จากนั้นนำเส้นใยมาทอเป็นผ้า นอกจากนี้ยังสามารถใช้ร่วมกับวัสดุอื่นๆ เส้นใยที่พันเป็นเกลียว หรือขึ้นรูปเป็นรูปทรงและขนาดที่ต้องการก็ได้
กระบวนการผลิตมีดังนี้:
หมุน. PAN ผสมกับส่วนผสมอื่นๆ แล้วปั่นเป็นเส้นใย จากนั้นนำไปล้างและยืดออก
ทำให้เสถียร การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเพื่อทำให้พันธะคงตัว
ถ่าน เส้นใยที่มีความเสถียรจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สูงมาก ทำให้เกิดผลึกคาร์บอนที่เกาะติดกันแน่น
รักษาพื้นผิว พื้นผิวของเส้นใยถูกออกซิไดซ์เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติการยึดเกาะ
การปรับขนาด เส้นใยถูกเคลือบและพันบนแกนม้วน จากนั้นจึงใส่ลงในเครื่องปั่นด้าย ซึ่งจะบิดเส้นใยให้เป็นเส้นด้ายขนาดต่างๆ
เส้นใยสามารถก่อตัวเป็นวัสดุคอมโพสิตแทนที่จะทอเป็นผ้า ในการสร้างคอมโพสิต สามารถใช้ความร้อน ความดัน หรือสุญญากาศเพื่อยึดเหนี่ยวเส้นใยกับพลาสติกโพลีเมอร์ได้
สิ่งที่ต้องพิจารณา
การผลิตคาร์บอนไฟเบอร์เผชิญกับความท้าทายหลายประการ ได้แก่:
จำเป็นต้องมีการบูรณะและการบูรณะที่คุ้มต้นทุนมากขึ้น
กระบวนการปรับสภาพพื้นผิวต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างหลุมที่อาจนำไปสู่ข้อบกพร่องของเส้นใย
จำเป็นต้องมีการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพที่สม่ำเสมอ
เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าที่แข็งแกร่งของคาร์บอนไฟเบอร์ อาจเกิดอาร์คและการลัดวงจรในอุปกรณ์ไฟฟ้าได้
ข้อกังวลด้านสุขภาพและความปลอดภัย เช่น การระคายเคืองต่อผิวหนังและปัญหาระบบทางเดินหายใจ
