炭素繊維はどのように作られるのでしょうか?
カーボンファイバーは、軽量でありながら非常に耐久性があるため、すべてのエンジニアの夢の素材と考えられています。 それは何千もの並列ストリングで構成されます。 これらの糸を撚ったり織り込んだりして炭素繊維複合材料を作ることができます。 カーボンファイバーは鋼鉄の5倍の強度があるため、非常に貴重な素材です。

炭素繊維の製造には、プラスチック PAN 繊維が使用されます。 人間の髪の毛よりも細い何千ものフィラメントで構成されています。 これを化学的に変化させて炭素原子の鎖を形成し、それが最終製品に使用されます。 これらの繊維を何千本も配置できる特別な機械があります。 機械を通過した後、繊維は数分間酸化オーブンを通過します。

オーブン内の温度は華氏約480度です。 この温度により、繊維は空気中の酸素分子を吸収します。 このプロセスにより、繊維の原子構造が再配置され、耐熱性が高まります。 繊維が酸化すると色が変化し、黒くなります。 酸化後は次の工程である炭化に進みます。

繊維は酸素を含まない混合ガス中で加熱されます。 このプロセスにより、炭素以外の原子が排除されます。 残りの炭素原子は、繊維の長さに平行に走るしっかりと結合した結晶に変わります。 ここで材料の強度が高まります。 次に、繊維は帯電した水浴に通され、繊維表面の縁が形成され、樹脂の吸収が良くなります。

次に、樹脂の軽いプライマー コートを塗布して、繊維と成形樹脂の化学結合を強化します。 このプロセスの後、繊維はカーボンファイバーファブリックに織り込まれるか、樹脂と混合されて製品が形成されます。 それは、連続繊維ストランドのロール、網状ストランドの織物、プリプレグ製品、すぐに使用できる半製品などです。 プリプレグの使用は世界中で普及しています。

この樹脂は、エポキシ樹脂に粉末の硬化剤と促進剤を配合したものです。 作業員は樹脂をフィルム印刷機に流し込み、樹脂を紙の上に薄く湿った層として印刷します。 同時に、別の機械が 200 ～ 300 本の炭素繊維を組織して炭素繊維ウェブを形成します。 ウェブの厚さによってプリプレグの厚さが決まります。

通常、樹脂コート紙の 2 つのロールが樹脂含浸機に取り付けられます。 加熱要素はウェブに入るときにウェブを加熱し、樹脂の吸収を促進します。 次に、加熱した炭素繊維メッシュを 2 枚の樹脂コート紙の間に挟みます。 高圧加熱ローラーのおかげで、樹脂は数百万本のカーボンファイバーフィラメントに浸透します。

冷えると液体樹脂がゲルに変わり、次のステーションで紙を剥がすことができます。 次のステーションでは、プリプレグ シートの上部がマイラー フィルムで覆われます。 その後、シートをロール状に巻き取る。 工場の研究室では、技術者がプリプレグサンプルの品質管理テストを実行します。 このようなテストにより、カーボンファイバーが最適な強度、耐久性、耐熱性を備えていることが確認されます。

言うまでもなく、世界中のメーカーはさまざまな企業秘密の技術を採用していますが、大きく言えば、誰もが実践しているのが前述の炭素繊維の製造プロセスです。