炭素繊維の準備プロセスは通常、次のステップに分割できます。
1. 原料処理：まず、炭素繊維の製造には適切な原料を選択する必要があり、一般的にポリアクリロニトリル（PAN）繊維が原料として使用されます。原材料の加工には、繊維の品質と性能を向上させるための不純物の除去と予備延伸が含まれます。
2. 繊維の延伸: 原料処理後、PAN 繊維を延伸します。このステップにより、繊維の分子構造がより規則正しくなり、繊維が真っ直ぐになり、機械的特性が向上します。延伸温度や延伸速度などのパラメータを正確に制御する必要があります。
3. 熱分解と炭化: 引き伸ばされた繊維は熱分解され、炭化されます。熱分解炭化は、高温処理を通じて PAN 繊維から非炭素元素を除去し、純粋な炭素繊維に変えます。炭素繊維の熱分解炭化温度は通常1000℃以上であり、具体的な温度と時間は繊維の要件に応じて決定されます。
4. 成形と硬化: 熱分解炭化炭素繊維を成形し、固化します。製織、織り、紡績などにより成形を行い、さまざまな形状の炭素繊維製品を得ることができます。硬化とは繊維に樹脂を含浸させ、熱硬化や光硬化などにより繊維と樹脂を結合させて固体構造を形成することを指します。
5. 表面処理とコーティング：炭素繊維の界面密着性と耐摩耗性を高めるために、通常、その表面には処理とコーティングが施されます。処理方法には、繊維と樹脂の接触面積を増やすための洗浄、削り取り、穴あけなどが含まれます。コーティングはポリイミドやエポキシ樹脂などの材料を選択して、カーボンファイバーの表面特性を改善できます。
以上の製造工程により、高強度、軽量、耐食性、耐摩耗性などの特性を備えた炭素繊維製品が得られます。
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