A műanyagprofesszornak két szava van az Ön számára: Carbon Fiber.
Az autógyártók új autóink tervezésekor és gyártásakor egyre gyakrabban fordulnak a szénszálas anyagokhoz – ugyanahhoz az anyaghoz, amelyet a Boeing csúcstechnológiás 787 Dreamliner repülőgépeiben is használnak. Állítólag akár 10-szer erősebb, mint az acél, mégis négyszer könnyebb.
Az autókon és a repülőgépiparon kívül a szénszálakat sporteszközökben, szélenergia-turbinákban, katonai alkalmazásokban és még sok másban használják. És várhatóan 2020-ra megduplázódik, sőt megháromszorozódik a felhasználása.
Szóval … mi is az a szénszál? És miért érdekli a Professor Plasticsot? Hiszen nem műanyag, ugye?
A szénszál önmagában nem műanyag. Ez egy hihetetlenül kis átmérőjű szál (vagy filament), ami nagyrészt szénatomokból áll. És tényleg kicsire gondolok – általában 5 és 10 mikron közötti átmérőjű (egy mikron a méter milliomod része vagy kb. 0,000039 hüvelyk). Ezek a szálak általában fonalat (vagy kócot) alkotnak, amelyet gyakran szövetbe szőnek.
A kémiaóráról talán emlékszik, hogy a gyémánt – az egyik legkeményebb természetes anyag – szénatomokból áll, amelyek egy különleges rácsba rendeződnek. Így nem meglepő, hogy a szénszálak merevek, erősek és könnyűek, emellett ellenállnak a vegyi anyagoknak és jól tűrik a magas hőmérsékletet. Ideálisnak hangzik dolgok készítéséhez.
Nos, önmagában a szénszál gyakran nem ideális. Általában más anyagokkal kombinálják, hogy a versenyautó vázához, repülőgép törzséhez, protézishez, teniszütőhöz, horgászbothoz vagy kerékpárvázhoz szükséges tulajdonságokat biztosítsák.
Tipikusan milyen más anyagokkal kombinálva, kérdezi? Műanyagokkal.
A “szénszál” kifejezés, amikor laikus nyelven használják (például a hírekben), leggyakrabban “szénszál-erősítésű műanyagra” utal – vagyis szénszálakból PLUSz valamilyen műanyagból álló kompozitra. Vagy a műanyagok valamilyen kombinációjából. És talán néhány más anyagból. Mivel a “szénszál-erősítésű műanyag” elég nagy szó, sokan egyszerűen lerövidítik: “szénszál” vagy “szénszálas kompozit”. A “műanyagot” pedig elfelejtik. (Olyan szomorú.)
A szénszál és a műanyag kombinálása olyasmi, mintha betonhoz betonvasat (“betonacél”) adnánk, ami “vasbetont” eredményez. A szénszál és a műanyagok kombinációja szuperemberi tulajdonságokkal rendelkező anyagokat eredményez, beleértve a nagyobb szilárdságot és tartósságot.
A szénszál és a műanyagok kombinációja szuperemberi tulajdonságokkal rendelkező anyagokat eredményez, beleértve a nagyobb szilárdságot és tartósságot.
Amint fentebb említettük, új autóinkban valószínűleg gyorsan fog növekedni a szénszál-erősítésű műanyagok használata. (OK, nevezzük csak CFRP-nek.) Eddig a CFRP autóalkatrészeket – alvázak, spoilerek, tetők, motorháztetők és számos belső és külső alkatrész – a magas gyártási költségek miatt nagyrészt, de nem kizárólag a felső kategóriás luxus vagy teljesítményautókban alkalmazták. Ma sok autógyártó (pl. Ford, Mercedes, General Motors, BMW) nagymértékben beruház a CFRP alkalmazásokba, most, hogy a költségek csökkennek és az új technológiák lehetővé teszik ezen alkatrészek gyorsabb gyártását.
Miért érdekel minket, sofőröket (vagy utasokat)? Mert a CFRP fokozott alkalmazása csökkentheti a járművek tömegét, javíthatja az üzemanyag-fogyasztást és hozzájárulhat a biztonsághoz.
- Súly/üzemanyag-fogyasztás: Mint fentebb említettük, a CFRP sokkal erősebb, mint az acél, mégis könnyebb, így az autóalkatrészek könnyebbé tehetők. Ez az egyik oka annak, hogy a Ford partnerséget kötött a Dow Chemical Company-val a CFRP felhasználásának kiterjesztése érdekében, azzal a céllal, hogy 2020-ra az autók súlya 750 fontot csökkenjen. Már 10 százalékos súlycsökkentés is 6-8 százalékkal növelheti az üzemanyag-hatékonyságot a mai autók élettartama alatt. Ez rengeteg benzin.
- Biztonság: A CFRP autóalkatrészek energiaelnyelő képessége nagyobb lehet, mint az acélé, ami hozzájárulhat a biztonság javulásához ütközés esetén. Példaként említhetjük, hogy a versenyautók ma már nagyrészt CFRP-ből készülnek, ami csökkentett súlyt, jobb teljesítményt – és fokozott biztonságot – eredményezett. A versenypályára kifejlesztett más biztonsági fejlesztésekhez hasonlóan a CFRP-alkatrészek most a családi autókban való általános használat felé tartanak.
A CFRP autóalkatrészek növekedése tovább bővíti a műanyagoknak az autóinkban való, már most is széleskörű és növekvő használatát. A mai új autók már most is körülbelül 10 tömegszázalékban, de 50 térfogatszázalékban műanyagból állnak.
A szénszálak és a műanyagok kombinációja ezt az arányt még tovább fogja növelni – miközben hozzájárul az üzemanyag-hatékonysághoz és a biztonságunkhoz.
A szénszálak. Ideális anyagnak hangzik. Csak ne feledkezzünk meg a műanyagról …