Hiilikuidut
Hiilikuidut ovat pitkiä, erittäin vahvoja ja ohuita kuituja (halkaisijaltaan noin 5–10 μm), jotka koostuvat pääosin hiiliatomeista. Hiiliatomit ovat sitoutuneet toisiinsa mikroskooppisissa kiteissä, jotka ovat linjassa kuidun akselin suuntaisesti.
Kuidun raaka-aine ja valmistustavat
Hiilikuituja valmistetaan pääasiassa polyakryylinitriilistä pyrolyysillä. Polyakryylinitriilistä valmistetaan ensin kuituja suulakekehruulla, jonka jälkeen ne pestään ja venytetään haluttuun halkaisijaan. Kuidut stabilisoidaan kuumentamalla ne noin 200–300 °C:ssa, jolloin niiden atomisidosmalli järjestäytyy uudelleen ja hapettuu. Stabiloidut kuidut kuumennetaan 1000–2000 °C:ssa hapettomassa tilassa, jolloin kuidut eivät pala, mutta muodostuvat tiiviiksi hiilikiteiksi. Kuumennettaessa kuiduista katoavat muut ainekset, kuten vesihöyry, ammoniakki, vety ja typpi, ja jäljelle jää suurimmaksi osin vain hiiliatomeja. Kuumentamisen kesto ja lämpötila vaikuttavat muodostuvien hiilikiteiden vahvuuteen.
Hiilikuidut itsessään ovat suhteellisen hauraita, joten hiilikuiduista tehdään komposiitteja muiden ainesten, kuten epoksin, polyesterin tai uretaanin kanssa. Jotta muut ainekset saadaan tarttumaan hiilikuituihin, ne käsitellään typpihapolla. Kun hiilikuidut ovat yhdistetty vahvistavaan ainekseen, niistä voidaan valmistaa levyjä tekstiilimenetelmin.
Tärkeimmät tuottajamaat ja osuus globaaleista kuitumarkkinoista
Hiilikuidun kokonaistuotannon on arvioitu olleen noin 104 600 tonnia vuonna 2014. Hiilikuitua tuotetaan pääasiassa Yhdysvalloissa, Japanissa, Kiinassa ja myös Euroopassa.
Kuidun ominaisuudet ja käyttökohteet
Hiilikuidut ovat kevyitä, kovia ja tiheitä kuituja. Kuiduilla on erittäin korkea sähkönjohtavuus, alhainen lämpölaajenemisen suhde ja hyvä mittapysyvyys. Hiilikuidut säilyttävät suorituskykynsä korkeissa lämpötiloissa.
Ohuutensa takia hiilikuituja voidaan käsitellä perinteisillä tekstiilinvalmistusmenetelmillä, kuten neulomalla, kutomalla ja punomalla. Hiilikuituja käytetään useimmiten vahvisteena komposiittimateriaaleissa, ja niistä valmistetaan urheiluvälineitä ja tarvikkeita muun muassa auto-, lento- ja avaruusteollisuuteen. Hiilikuidut ovat yleisiä käyttötarkoituksissa, joissa vaaditaan suurta lujuutta, mutta myös keveyttä.
Tuotannon vastuullisuusnäkökulmat
Hiilikuitujen tuotannon merkittävimmät ympäristövaikutukset liittyvät uusiutumattomien luonnonvarojen käyttöön sekä prosessin energian ja kemikaalien kulutukseen. Hiilikuitujen valmistuksen aikana tehtaiden työntekijät saattavat altistua pienille hiilikuituhiukkasille, jotka voivat aiheuttaa ärsytystä iholle ja silmille sekä pitkäaikaisessa altistumisessa keuhkosairauksia.
Kauppanimet
Hiilikuidun kauppanimiä ovat muun muassa Pyrofil™, HexTow®, Granoc™, Thornel®, ThermalGraph® ja Torayca®.