Professor Plastics har to ord til dig: Når de planlægger og bygger vores nye biler, anvender bilproducenterne i stigende grad kulfiber – den samme type materiale, der anvendes i Boeings højteknologiske 787 Dreamliner-fly – til at planlægge og bygge vores nye biler. Det siges at være op til 10 gange stærkere end stål, men fire gange lettere.
Bortset fra biler og rumfart anvendes kulfiber i sportsartikler, vindmøller, militære applikationer og meget mere. Og brugen forventes at blive fordoblet eller endda tredoblet inden 2020.
Så … hvad er kulfiber egentlig? Og hvorfor er Professor Plastics interesseret? Jeg mener, det er jo ikke en plastik, vel?
Det er rigtigt, at kulfiber ikke i sig selv er en plastik. Det er en fiber (eller filament) med en utrolig lille diameter, der hovedsagelig består af kulstofatomer. Og jeg mener virkelig små – normalt mellem 5 og 10 mikrometer i diameter (en mikrometer er en milliontedel af en meter eller ca. 0,000039 tommer). Disse fibre er normalt bundtet til en tråd (eller tow), som ofte væves til et stof.
Du husker måske fra kemiundervisningen, at diamanter – et af de hårdeste naturlige stoffer – består af kulstofatomer, der er arrangeret i et særligt gitter. Så det er ikke overraskende, at kulfiber er stiv, stærk og let samt modstandsdygtig over for kemikalier og tolerant over for høje temperaturer. Det lyder ideelt til at fremstille ting.
Na, i sig selv er kulfiber ofte ikke ideelt. Det kombineres typisk med andre materialer for at give de egenskaber, der er nødvendige for et racerbilchassis eller et flyskrog eller en protese eller en tennisketsjer eller en fiskestang eller et cykelstel.
Typisk kombineret med hvilke andre materialer, spørger du? Plast.
Udtrykket “kulfiber”, når det bruges i lægmandstermer (f.eks. i nyhedsartikler), henviser oftest til “kulfiberforstærket plast” – dvs. en komposit bestående af kulfibre PLUS en eller anden form for plast. Eller en kombination af plast. Og måske nogle andre materialer. Da “kulfiberforstærket plast” er en ordentlig mundfuld, forkorter mange mennesker det blot til: “kulfiber” eller “kulfiberkomposit”. Og “plastikken” bliver glemt. (Så trist.)
Kombination af kulfiber med plast er lidt ligesom at tilføje armeringsstænger (“reinforcing bar”) til beton, hvilket giver “armeret beton”. Kombinationen af kulfiber og plast resulterer i materialer med supermandskvaliteter, herunder større styrke og holdbarhed.
Kombinationen af kulfiber og plast resulterer i materialer med supermandskvaliteter, herunder større styrke og holdbarhed.
Som nævnt ovenfor vil vores nye biler sandsynligvis opleve en hurtig vækst i brugen af kulfiberforstærket plast i vores nye biler. (OK, lad os bare kalde det CFRP.) Hidtil har CFRP-bilkomponenter – chassis, spoilere, tage, motorhjelme og mange interne og eksterne dele – stort set, men ikke udelukkende, været anvendt i luksus- eller præstationsbiler i den højere ende på grund af høje produktionsomkostninger. I dag investerer mange bilproducenter (f.eks. Ford, Mercedes, General Motors, BMW) kraftigt i CFRP-applikationer, nu hvor omkostningerne falder, og nye teknologier gør det muligt at fremstille disse komponenter hurtigere.
Hvorfor skal vi bilister (eller passagerer) bekymre os? Fordi øget brug af CFRP kan reducere køretøjets vægt, forbedre brændstoføkonomien og bidrage til sikkerheden.
- Vægt/brændstoføkonomi: Som nævnt ovenfor er CFRP meget stærkere end stål og samtidig lettere, så bilkomponenter kan gøres lettere. Det er en af grundene til, at Ford har indgået et partnerskab med Dow Chemical Company om at udvide brugen af CFRP med det mål at reducere bilens vægt med 750 pund inden 2020. Bare en reduktion af bilvægten på 10 % kan øge brændstofeffektiviteten med 6-8 % i løbet af levetiden for de nuværende biler. Det er en masse benzin.
- Sikkerhed: CFRP-bilkomponenter kan have en højere energiabsorberingsgrad end stål, hvilket kan bidrage til at forbedre sikkerheden i tilfælde af en kollision. Som et eksempel kan nævnes, at racerbiler i dag i vid udstrækning er fremstillet af CFRP, hvilket har ført til lavere vægt, bedre ydeevne – og øget sikkerhed. Ligesom andre sikkerhedsforbedringer, der er udviklet til racerbanen, er CFRP-komponenter nu på vej mod almindelig brug i familiebiler.
Væksten i CFRP-komponenter til biler vil udvide den allerede omfattende og voksende brug af plast i vores biler. Nutidens nye biler består allerede af ca. 10 vægtprocent plast, men 50 volumenprocent plast.
Kombinationen af kulfiber og plast er klar til at udvide dette forhold yderligere – samtidig med at den bidrager til brændstofeffektivitet og vores sikkerhed.
Kulfiber. Lyder som et ideelt materiale. Man må bare ikke glemme plastikken …