Professor Plastieken heeft twee woorden voor u: Carbon Fiber.
Bij het plannen en bouwen van onze nieuwe auto’s, wenden de automakers zich meer en meer tot koolstofvezel-het zelfde type van materiaal dat in de high-tech 787 Dreamliner vliegtuigen van Boeing wordt gebruikt. Er wordt gezegd dat het tot 10 keer sterker is dan staal en toch vier keer lichter.
Naast auto’s en lucht- en ruimtevaart, wordt koolstofvezel gebruikt in sportartikelen, windenergieturbines, militaire toepassingen en meer. En het gebruik ervan zal naar verwachting verdubbelen of zelfs verdrievoudigen tegen 2020.
Dus … wat is koolstofvezel? En waarom geeft Professor Plastics erom? Ik bedoel, het is toch geen kunststof?
Het is waar dat koolstofvezel zelf geen kunststof is. Het is een vezel (of filament) met een ongelooflijk kleine diameter, voornamelijk gemaakt van koolstofatomen. En dan bedoel ik ook echt klein, meestal tussen de 5 en 10 micron in diameter (een micron is een miljoenste van een meter of ongeveer 0,000039 inch). Deze vezels worden meestal gebundeld tot draad (of koord) dat vaak in een weefsel wordt geweven.
Je herinnert je misschien uit de scheikundeles dat diamanten – een van de hardste natuurlijke stoffen – zijn samengesteld uit koolstofatomen die in een bepaald raster zijn gerangschikt. Dus het is niet verwonderlijk dat koolstofvezel stijf, sterk en licht is, plus bestand tegen chemicaliën en tolerant voor hoge temperaturen. Klinkt ideaal voor het maken van spullen.
Wel, op zichzelf, is koolstofvezel vaak niet ideaal. Het wordt meestal gecombineerd met andere materialen om de eigenschappen te verkrijgen die nodig zijn voor een chassis van een raceauto of een vliegtuigromp of een prothese of een tennisracket of een vishengel of een fietsframe.
Typisch gecombineerd met welke andere materialen, vraagt u? Kunststoffen.
De term “koolstofvezel” wanneer gebruikt in leken termen (zoals in nieuwsberichten) meestal verwijst naar “koolstofvezel-versterkte kunststoffen”-dat wil zeggen, een composiet bestaande uit koolstofvezels PLUS een soort kunststof. Of een combinatie van kunststoffen. En misschien nog andere materialen. Aangezien “met koolstofvezel versterkte kunststoffen” een mondvol is, korten veel mensen het gewoon af tot: “koolstofvezel” of “koolstofvezelcomposiet.” En de “kunststoffen” worden vergeten. (Zo triest.)
Combinatie van koolstofvezel met kunststoffen is een beetje als het toevoegen van betonijzer aan beton, waardoor “gewapend beton” ontstaat. De combinatie van koolstofvezel en kunststoffen resulteert in materialen met superman-kwaliteiten, waaronder een grotere sterkte en duurzaamheid.
De combinatie van koolstofvezel en kunststoffen resulteert in materialen met superman-kwaliteiten, waaronder een grotere sterkte en duurzaamheid.
Zoals hierboven vermeld, zal het gebruik van met koolstofvezel versterkte kunststoffen in onze nieuwe auto’s waarschijnlijk een snelle groei doormaken. (OK, laten we het gewoon CFRP noemen.) Tot nu toe werden CFRP-onderdelen voor auto’s – chassis, spoilers, daken, motorkappen en vele interne en externe onderdelen – voornamelijk, maar niet uitsluitend, gebruikt in luxe auto’s of auto’s met een hoger prestatieniveau vanwege de hoge productiekosten. Tegenwoordig investeren veel autofabrikanten (bijv. Ford, Mercedes, General Motors, BMW) zwaar in CFRP-toepassingen, nu de kosten dalen en nieuwe technologieën het mogelijk maken deze onderdelen sneller te produceren.
Waarom zouden wij bestuurders (of passagiers) ons zorgen moeten maken? Omdat toenemend gebruik van CFRP het gewicht van voertuigen kan verminderen, het brandstofverbruik kan verbeteren en kan bijdragen aan de veiligheid.
- Gewicht/brandstofverbruik: Zoals gezegd is CFRP veel sterker dan staal en toch lichter, zodat auto-onderdelen lichter kunnen worden gemaakt. Dat is een van de redenen waarom Ford een samenwerking is aangegaan met Dow Chemical Company om het gebruik van CFRP uit te breiden, met als doel het gewicht van auto’s tegen 2020 met 750 pond te verminderen. Een vermindering van het voertuiggewicht met slechts 10 procent kan de brandstofefficiëntie met 6 tot 8 procent verhogen tijdens de levensduur van de huidige auto’s. Dat is een hoop gas.
- Veiligheid: CFRP-onderdelen voor auto’s kunnen meer energie absorberen dan staal, wat kan bijdragen aan een grotere veiligheid bij een botsing. Zo worden raceauto’s tegenwoordig grotendeels gemaakt van CFRP, wat heeft geleid tot een lager gewicht, betere prestaties en meer veiligheid. Net als andere veiligheidsverbeteringen die voor het circuit zijn ontwikkeld, zijn CFRP-onderdelen nu op weg naar algemeen gebruik in de gezinsauto.
De groei in CFRP-auto-onderdelen zal het reeds uitgebreide en groeiende gebruik van kunststoffen in onze auto’s uitbreiden. De nieuwe auto’s van vandaag bestaan al voor ongeveer 10 procent uit kunststof in gewicht, maar voor 50 procent uit kunststof in volume.
De combinatie van koolstofvezel en kunststoffen is klaar om die verhouding nog verder uit te breiden – en tegelijkertijd bij te dragen aan brandstofefficiency en onze veiligheid.
Koolstofvezel. Klinkt als een ideaal materiaal. Vergeet alleen de kunststoffen niet…