hiilikuitujen

Hiilikuitujen käyttökohteet ja ominaisuudet tekevät niistä merkittävän kuitukomposiittimateriaalin. Ne ovat pitkistä hiilipitoisista kuiduista koostuvia vahvistettuja materiaaleja, joita käytetään vahvistamaan polymeerihartseja sekä muita matriiseja. Hiilikuitujen suurimmat edut ovat korkea voima-painosuhde, hyvä jäykkyys ja hyvä väsymiskestävyys, mikä mahdollistaa kevyet mutta kestävä rakenteet esimerkiksi ilmailussa, autoissa, urheilu- ja vapaa-ajan sekä tuulivoima- ja rakennusalalla.

Valmistusprosessi alkaa raakapohjaisesta kuidusta, tyypillisesti PAN-pohjaisesta tai pitch-pohjaisesta kuidusta. Päävaiheet ovat stabilointi ilmakehässä noin 200–300 °C:ssa, karbonisointi noin 1000–1500 °C:ssa inertissä ympäristössä sekä tarvittaessa grafitisaatio yli 2000 °C:ssa. Tuloksena syntyy erittäin karhea, vahva kuitu, johon voidaan lisätä suojavaihteita (sizing) parantamaan tartuntaa ja käsittelyä hartsiin.

Ominaisuudet ja suorituskyky riippuvat kuidun koostumuksesta ja prosessoinnista. Tyypillisiä arvoja: tiheys noin 1,75–1,95 g/cm3; vetolujuus noin 2–5 GPa (ja korkeamitoitteisilla gradeillä 3–6 GPa); moduuli noin 150–600 GPa. Hiilikuitujen etuina ovat erinomainen kantavuus, lämpö- ja kemiallinen kestävyys sekä hyvä iskulujuus, mutta ne voivat olla hauraita iskullisesti ja niiden hinta sekä valmistusenergia ovat korkeat. Kierrätys ja loppukäyttöön liittyvät haasteet ovat aktiivinen tutkimusalue.

Yhteenvetona hiilikuitujen ansiosta kevennetyt, vahvat rakenteet ovat mahdollisia, mutta niiden käytössä huomioidaan kustannukset, käsittely tai liittäminen sekä kierrätettävyys.