Hiilikuidut

Hiilikuidut ovat hiiliatomien muodostamia erittäin kevyitä ja vahvoja kuituja, joita käytetään vahvistamaan polymeerikomposiitteja sekä muita rakenteita. Kuitujen rakenne on usein grafiittimäinen: hiiliatomit ovat järjestäytyneet kerroksittain, mikä antaa suuria vetovoimia kuitujen aksiaaliseen suuntaan. Tämä aiheuttaa suuria myönteisiä ominaisuuksia erityisesti, kun kuoret kuormitetaan pitkittäisessä suunnassa.

Valmistus ja esiasteet: Hiilikuituja valmistetaan pääasiassa kahdesta esiasteesta, polyakryylinitriili (PAN) ja pitch-pohjaiset kuidut. Esiasteet stabiloidaan ja hiillostetaan inertissä ympäristössä erittäin korkeissa lämpötiloissa. Tämä muuttaa orgaanisen esiasteen hiileksi ja vahvistaa kuidun mekaaniset ominaisuudet. Prosessi voidaan toteuttaa hieman erilaisiin lopullisiin ominaisuuksiin, kuten normaalin tai korkean modulin kuitujen saavuttamiseksi. The kuitujen läpimitta on tyypillisesti 5–10 mikrometriä, ja ne toimitetaan usein kimpuina tai köysiä vasten.

Ominaisuudet ja sovellukset: Hiilikuiduilla on korkea vetolujuus ja jäykkyys suhteessa niiden massaan, matala tiheys sekä hyvä kemiallinen ja lämpötilankesto. Ne ovat kuitenkin kalliimpia kuin monet perinteiset kuidut ja niiden liittäminen matriisiin vaatii pintakäsittelyä ja asianmukaisia liimaus- tai liimausjärjestelmiä. Yleisiä käyttökohteita ovat ilmailu- ja autoteollisuus, urheiluvälineet sekä tuulivoiman turbiinien roottori- ja terälesosat. Myös rakennusteollisuudessa käytetään hiilikuituvahvistettuja polymeerikomposiitteja rakennusten ja siltojen korroosionkestävien parantamiseen.

Historia ja markkinat: Hiilikuitujen kehitys sijoittuu 1950–osaan 1960-lukua, ja nykyisin PAN-pohjaiset kuidut hallitsevat markkinoita. Kerrosten ja pintakäsittelyn kehitys on parantanut käytännön sovelluksia sekä kustannustehokkuutta. Tarjoavat keveyden ja kestävyyden yhdistelmää, jota arvostetaan erityisesti vaativissa, kevyissä rakenteissa.