Hiilikuidut ovat filamenttiyhdistelmiä, jotka sisältävät yli 90% hiiltä, ja filamentteja, joiden halkaisija on 5-15 µm. Komposiitti muodostetaan yhdistämällä tiettyjä liukenemattomia materiaaleja toisiinsa parempilaatuisen tuotteen muodostamiseksi kuin alkuperäiset. Kuidut liitetään toisiinsa polymeerillä, jota kutsutaan matriisi (hartsi), joka toimii eräänlaisena liimana, joka sitoo kuidut lankojen muodossa, antaa muodon materiaalille ja jakaa voiman sarjan sisällä.
Hiusten (vasemmasta yläkulmasta oikeaan alakulmaan) vertailu hiilikuituun[1]
Hiilikuitujen valmistus tapahtuu yleensä pyrolyysi kontrolloidut muovikuidut, toisin sanoen nämä kuidut altistetaan korkeille lämpötiloille (yli 800 ºC), ja tämä materiaali hajoaa ja muuttuu kiinteäksi hiilipitoiseksi materiaaliksi. Hiilikuitujen tuotantoon käytetään tällä hetkellä eniten materiaalia polyakryylinitriili (PANOROIDA, kutsutaan myös orlon,akryyli- ja Darlon), lisäyspolymeeri, joka muodostuu akryylinitriilimonomeerien peräkkäisistä lisäyksistä:
Hiilikuituja voidaan tuottaa myös pyrolyysillä terva tai mistä viskoosi.
Ensimmäinen, joka tarkoituksella tuotti hiilikuituja, oli thomas Edison, vuonna 1878, puuvillan pyrolyysin kautta, käytettäväksi hehkulampun filamenteissa. Kaupallisten hiilikuitujen tuotanto alkoi kuitenkin vasta vuonna 1950, ja siitä lähtien on tehty paljon tutkimuksia tämän materiaalin laadun parantamiseksi.
Hiilikuitujen pääominaisuuksia ovat: korkea vetolujuus, kimmokerroin erittäin korkea, pieni ominaismassa, hyvä sähkö- ja lämpöresistanssi sekä kemiallinen inertti paitsi hapettuminen.
Koska se on niin vahva ja kevyt samanaikaisesti, hiilikuidut ovat monipuolinen ja laaja-alainen materiaali, jota käytetään laajalti avaruusalusten valmistuksessa, korkeissa lämpötiloissa alttiina olevissa rakenteellisissa komponenteissa, kuten lentokoneiden ja rakettiturbiinien komponentit, autoteollisuudessa, sähköanalyyttiset tekniikat polkupyörän osissa sekä kulutustavaroissa, kuten matkapuhelimissa, kengissä, huonekaluissa, kodinkoneissa, lääketieteellisessä, urheilu- ja hammashoito.
Hiilikuituja on yli 100 erilaista, ja jokaiselle käyttökohteelle on valittava sopivin sen ominaisuuksien mukaan. Valitettavasti Brasilia tuottaa hyvin vähän tätä yhdistelmää, tällä alalla eniten hallitsevat maat ovat Japani ja Saksa.
* Laajuus kuvista:
[1]: Kuva otettu: Wikimedia Commons;
[2]: Kirjoittaja: Jordan Tan /Fonte:Shutterstock.com
Kirjailija: Jennifer Fogaça
Valmistunut kemian alalta
