Profesor Plastics má pro vás dvě slova:
Při plánování a výrobě našich nových automobilů se automobilky stále častěji obracejí k uhlíkovým vláknům – stejnému typu materiálu, který se používá ve špičkových letadlech Boeing 787 Dreamliner. Uvádí se, že je až desetkrát pevnější než ocel, a přitom čtyřikrát lehčí.
Kromě automobilů a leteckého průmyslu se uhlíková vlákna používají ve sportovních potřebách, větrných turbínách, vojenských aplikacích a dalších. A očekává se, že do roku 2020 se jeho využití zdvojnásobí nebo dokonce ztrojnásobí.
Takže… co to vlastně uhlíkové vlákno je? A proč to zajímá společnost Professor Plastics? Vždyť to není plast, ne?“
Je pravda, že uhlíková vlákna sama o sobě nejsou plast. Je to vlákno (neboli filament) s neuvěřitelně malým průměrem vyrobené převážně z atomů uhlíku. A opravdu myslím malé – obvykle má průměr mezi 5 a 10 mikrony (mikron je miliontina metru, tedy asi 0,000039 palce). Tato vlákna se obvykle spojují do svazků a vytvářejí vlákna (nebo kabely), která se často tkají do tkanin.
Možná si z hodin chemie pamatujete, že diamanty – jedna z nejtvrdších přírodních látek – se skládají z atomů uhlíku uspořádaných do zvláštní mřížky. Není tedy překvapením, že uhlíková vlákna jsou tuhá, pevná a lehká, navíc odolná vůči chemikáliím a snášejí vysoké teploty. To zní jako ideální materiál pro výrobu věcí.
No, sama o sobě uhlíková vlákna často ideální nejsou. Obvykle se kombinuje s jinými materiály, aby poskytlo vlastnosti potřebné pro podvozek závodního auta nebo trup letadla nebo protézu končetiny nebo tenisovou raketu nebo rybářský prut nebo rám jízdního kola.
Ptáte se, s jakými jinými materiály se obvykle kombinuje?
Termín „uhlíková vlákna“, pokud se používá v laické terminologii (například ve zprávách), nejčastěji označuje „plasty vyztužené uhlíkovými vlákny“ – tedy kompozit tvořený uhlíkovými vlákny PLUS nějaký druh plastu. Nebo z nějaké kombinace plastů. A možná i dalších materiálů. Protože „plasty vyztužené uhlíkovými vlákny“ je příliš mnoho slov, mnoho lidí je jednoduše zkracuje na: „uhlíková vlákna“ nebo „kompozit z uhlíkových vláken“. A na „plasty“ se zapomíná. (To je smutné.)
Spojení uhlíkových vláken s plasty je něco jako přidání výztuže („armovací tyče“) do betonu, čímž vznikne „železobeton“. Výsledkem kombinace uhlíkových vláken a plastů jsou materiály se supermanskými vlastnostmi, včetně větší pevnosti a odolnosti.
Kombinace uhlíkových vláken a plastů vede k materiálům se supermanskými vlastnostmi, včetně větší pevnosti a odolnosti.
Jak bylo uvedeno výše, u našich nových automobilů pravděpodobně dojde k rychlému nárůstu používání plastů vyztužených uhlíkovými vlákny. (Dobře, říkejme tomu prostě CFRP.) Doposud se automobilové komponenty z CFRP – podvozky, spoilery, střechy, kapoty a mnoho vnitřních i vnějších dílů – z velké části, nikoli však výhradně, používaly u luxusních nebo výkonných vozů vyšší třídy, a to z důvodu vysokých výrobních nákladů. V současné době mnoho výrobců automobilů (např. Ford, Mercedes, General Motors, BMW) investuje do aplikací CFRP ve velkém, protože náklady klesají a nové technologie umožňují rychlejší výrobu těchto součástí.
Proč by nás to mělo zajímat, řidiče (nebo cestující)? Protože větší využití CFRP může snížit hmotnost vozidla, zlepšit spotřebu paliva a přispět k bezpečnosti.
- Hmotnost/úspora paliva: Jak bylo uvedeno výše, CFRP je mnohem pevnější než ocel a zároveň lehčí, takže součásti automobilů mohou být lehčí. To je jeden z důvodů, proč Ford uzavřel partnerství se společností Dow Chemical Company s cílem rozšířit používání CFRP a do roku 2020 snížit hmotnost automobilů o 750 kg. Pouhé snížení hmotnosti vozidla o 10 % může zvýšit spotřebu paliva o 6 až 8 % během životnosti dnešních automobilů. To je hodně benzinu.
- Bezpečnost: Součásti automobilů z CFRP mohou mít vyšší míru absorpce energie než ocel, což může přispět ke zvýšení bezpečnosti při nárazu. Jako příklad lze uvést závodní vozy, které jsou dnes z velké části vyráběny z CFRP, což vedlo ke snížení hmotnosti, zlepšení výkonu – a zvýšení bezpečnosti. Stejně jako další bezpečnostní pokroky vyvinuté pro závodní dráhu, i komponenty z CFRP nyní směřují k běžnému použití v rodinných automobilech.
Růst automobilových komponentů z CFRP rozšíří již tak rozsáhlé a rostoucí využití plastů v našich automobilech. Dnešní nové automobily se již dnes skládají přibližně z 10 % hmotnosti, ale z 50 % objemu z plastů.
Kombinace uhlíkových vláken a plastů je připravena tento poměr ještě rozšířit – a zároveň přispět ke snížení spotřeby paliva a naší bezpečnosti.
Uhlíková vlákna. To zní jako ideální materiál. Jen nezapomeňte na plasty …
.