Come è fatta la fibra di carbonio?

Chiamata anche fibra di grafite o grafite di carbonio, la fibra di carbonio è costituita da fili molto sottili dell'elemento carbonio. Le fibre di carbonio hanno un'elevata resistenza alla trazione e sono molto forti per le loro dimensioni. È anche un materiale molto leggero.

 

Ogni fibra ha un diametro di {{0}} micron. Per dare un'idea di quanto sia piccolo, un micron è 0,0001 millimetri. Un filo di seta della ragnatela è compreso tra 3 e 8 micron.

 

Caratteristiche e applicazione

Le fibre di carbonio sono due volte più rigide e cinque volte più resistenti dell'acciaio. Un'altra caratteristica è che sono altamente resistenti chimicamente e hanno tolleranza alle alte temperature con bassa dilatazione termica.

 

Le fibre di carbonio sono materiali ingegneristici importanti quando si tratta di costruire aeroplani, veicoli ad alte prestazioni, attrezzature sportive e strumenti musicali, tra molte altre cose.

 

Come è fatta la fibra di carbonio

La fibra di carbonio è composta da polimeri organici. Questi polimeri sono costituiti da lunghe stringhe di molecole tenute insieme da atomi di carbonio. Circa il 90 percento delle fibre di carbonio sono realizzate con un processo di poliacrilonitrile (PAN). Il restante 10 percento è realizzato con rayon o processo di pece di petrolio.

 

Gas, liquidi e altri materiali utilizzati nel processo di fabbricazione creano determinati effetti, qualità e gradi di fibra di carbonio. La fibra di carbonio di altissima qualità con le migliori proprietà di modulo viene utilizzata in applicazioni impegnative, come l'industria aerospaziale.

 

I produttori di fibra di carbonio differiscono tra loro in termini di combinazioni di materie prime che utilizzano. Di solito trattano le loro formulazioni specifiche come segreti commerciali.

 

Processo di produzione

Nel processo di fabbricazione le materie prime, chiamate precursori, vengono trasformate in lunghi filamenti di fibre. Le fibre vengono poi tessute in tessuto. Possono anche essere combinati con altri materiali che sono filamenti avvolti o modellati nelle forme e dimensioni desiderate.

 

Il processo di produzione è il seguente:

 

Filatura. PAN mescolato con altri ingredienti e filato in fibre, che vengono lavate e stirate.

Stabilizzante. Alterazione chimica per stabilizzare il legame.

Carbonizzazione. Fibre stabilizzate riscaldate a temperature molto elevate per formare cristalli di carbonio strettamente legati.

Trattare la superficie. La superficie delle fibre è ossidata per migliorare le proprietà di adesione.

Dimensionamento. Le fibre vengono rivestite e avvolte su bobine. Questi vengono poi caricati su filatoi che attorcigliano le fibre in filati di diverse dimensioni.

 

Invece di essere tessute in tessuti, le fibre possono essere formate in compositi. Per formare materiali compositi, è possibile utilizzare il calore, la pressione o il vuoto per legare insieme le fibre con un polimero plastico.

 

Cose da tenere in considerazione

La produzione di fibre di carbonio comporta una serie di sfide, tra cui:

 

La necessità di ripristino e riparazione più convenienti.

Il processo di trattamento superficiale deve essere attentamente regolato per evitare la creazione di cavità che potrebbero causare fibre difettose.

È necessario uno stretto controllo per garantire una qualità costante.

Archi elettrici e cortocircuiti nelle apparecchiature elettriche a causa della forte elettroconduttività delle fibre di carbonio.

Problemi di salute e sicurezza, tra cui irritazione cutanea e problemi respiratori.