סיבי פחמן הם חומר סיבים בעל ביצועים גבוהים. תהליך ההכנה שלו כולל בעיקר את השלבים הבאים:
1. בחירת חומרי גלם
חומר הגלם העיקרי של סיבי פחמן הוא polyacrylonitrile, שהוא סיב סינתטי.
כמה חומרי גלם אחרים כגון זפת פחם, סיבים טבעיים, יכולים לשמש גם להכנת סיבי פחמן.
2. ספינינג
המבשר מעורבב עם חומרים אחרים ואז מסתובב לסיבים.
לאחר מכן שוטפים את הסיבים ונמתחים.
3. ייצוב
סיבי פחמן חייבים לעבור שינוי כימי לפני הפחממה כדי להפוך אותם ליציבים יותר מבחינה תרמית על ידי שינוי הקשרים האטומיים הליניאריים שלהם לקשרי סולם. מחממים את הסיב באוויר עד 200-300 מעלות למשך כ-30 דקות עד שעתיים. תהליך חימום זה מאלץ אטומי פחמן לספוג אטומי חמצן מהאוויר ומסדר מחדש את המולקולות לדפוסי קשר יציבים יותר מבחינה תרמית.
תהליך אקסותרמי זה חייב להיות מבוקר בקפידה כדי למנוע התחממות יתר של הסיבים. ישנן מספר שיטות המשמשות לייצוב סיבי פחמן.
4. קרבוניזציה
לאחר שהסיב מיוצב תרמית, הוא מחומם ל-1,000-3,000 מעלה בהיעדר חמצן למשך מספר דקות.
המחסור בחמצן מונע מהסיבים להישרף בחום כה גבוה. במהלך תהליך זה, חשוב לשמור על לחץ האוויר בתוך התנור גבוה יותר מלחץ האוויר שמחוץ לתנור, ולשמור על כניסת ויציאת הסיבים אטומים כדי למנוע כניסת חמצן לכבשן.
בטמפרטורה גבוהה זו, הסיב מוציא את אטומי הפחמן שלו, ואטומי הפחמן הנותרים יוצרים גבישי פחמן קשורים בחוזקה.
גבישי פחמן אלו מיושרים במקביל לציר הארוך של סיבי הפחמן.
5. טיפול פני השטח
תהליך הפחממה נותן לסיבים משטח חלק שאינו יכול להיקשר היטב עם שרף אפוקסי וחומרים אחרים המשמשים לייצור מוצרים מרוכבים.
לכן, פני השטח מחומצנים מעט. חמצון מעניק למשטח תכונות התקשרות כימיות טובות יותר תוך חריטה של פני השטח כדי לאפשר לכימיקלים להיצמד טוב יותר למשטח.
סיבים מתחמצנים לפעמים על ידי טבילתם בגזים כמו פחמן דו חמצני, אוויר או אוזון, או בנוזלים כמו חומצה חנקתית או נתרן היפוכלוריט. פעמים אחרות, חמצון מושג באמצעות אלקטרוליזה על ידי טבילת סיבים טעונים חיובית לתוך אמבט של חומר מוליך.
ללא קשר לשיטת הכנת המשטח המשמשת, חיוני שהיא תתבצע תחת פיקוח קפדני של מומחים כדי למנוע את החדרת פגמי פני השטח שעלולים להוביל לכשל בחומר.
6. גודל
לאחר חמצון, הסיבים עטופים כדי למנוע נזק כאשר הם נכרכים על סלילים או ארוגים לתוך בד.
תהליך הציפוי נקרא גודל, וחומר המידה נבחר בקפידה כדי להיות תואם לדבק המשמש ליצירת המבנה המרוכב.
חומרי ציפוי עשויים לכלול פוליאסטר, ניילון, אורטן או אפוקסי.
יש לציין שתהליך ההכנה של סיבי פחמן הוא מורכב יחסית ודורש בקרת תהליך ותנאי ציוד קפדניים על מנת להבטיח שלסיבי הפחמן ביצועים ואיכות טובים.
