Profesor Plastics ma dla Ciebie dwa słowa: Carbon Fiber.
Planując i budując nasze nowe samochody, producenci samochodów coraz częściej sięgają po włókno węglowe – ten sam rodzaj materiału, który jest używany w zaawansowanych technologicznie samolotach 787 Dreamliner firmy Boeing. Mówi się, że jest ono do 10 razy mocniejsze niż stal, a jednocześnie cztery razy lżejsze.
Poza samochodami i przemysłem lotniczym, włókno węglowe jest wykorzystywane w sprzęcie sportowym, turbinach wiatrowych, zastosowaniach wojskowych i wielu innych. Oczekuje się, że do 2020 roku jego zastosowanie podwoi się lub nawet potroi.
Więc… czym jest włókno węglowe? I dlaczego Profesor Plastics się tym przejmuje? To znaczy, to nie jest plastik, prawda?
To prawda, że włókno węglowe nie jest samo w sobie plastikiem. Jest to włókno (lub włókno) o niewiarygodnie małej średnicy, wykonane głównie z atomów węgla. I naprawdę mam na myśli małe – zazwyczaj o średnicy pomiędzy 5 a 10 mikronów (mikron to milionowa część metra lub około 0,000039 cala). Włókna te zazwyczaj są połączone w wiązki, aby utworzyć wątek (lub hol), który często jest woven into a fabric.
Możesz pamiętać z klasy chemii, że diamenty-jedna z najtwardszych substancji naturalnych-składają się z atomów węgla ułożonych w określonej siatce. Nic więc dziwnego, że włókno węglowe jest sztywne, mocne i lekkie, a także odporne na chemikalia i wysokie temperatury. Brzmi idealnie do tworzenia rzeczy.
Cóż, samo w sobie, włókno węglowe często nie jest idealne. Zazwyczaj jest ono łączone z innymi materiałami, aby zapewnić właściwości potrzebne do budowy podwozia samochodu wyścigowego, kadłuba samolotu, protezy, rakiety tenisowej, wędki lub ramy roweru.
Typowo łączone z jakimi innymi materiałami, zapytacie? Plastics.
The termin „włókno węglowe”, gdy używany w terminach laika (takich jak w wiadomościach) najczęściej odnosi się do „carbon-fiber-reinforced plastics”-to jest, kompozyt składający się z włókien węglowych PLUS jakiś rodzaj tworzywa sztucznego. Lub jakiejś kombinacji tworzyw sztucznych. I być może jeszcze innych materiałów. Ponieważ „carbon-fiber-reinforced plastics” to dość skomplikowana nazwa, wiele osób skraca ją po prostu do: „włókno węglowe” lub „kompozyt z włókna węglowego”. A o „plastiku” się zapomina. (So sad.)
Połączenie włókna węglowego z tworzywami sztucznymi jest jak dodanie prętów zbrojeniowych („reinforcing bar”) do betonu, co tworzy „wzmocniony beton”. Połączenie włókna węglowego z tworzywami sztucznymi daje w efekcie materiały o cechach supermana, w tym większą wytrzymałość i trwałość.
Połączenie włókna węglowego z tworzywami sztucznymi daje w efekcie materiały o cechach supermana, w tym większą wytrzymałość i trwałość.
Jak wspomniano powyżej, w naszych nowych samochodach prawdopodobnie nastąpi gwałtowny wzrost wykorzystania tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym. (OK, nazwijmy je po prostu CFRP.) Do tej pory elementy samochodowe z CFRP – podwozia, spojlery, dachy, maski i wiele części wewnętrznych i zewnętrznych – w dużej mierze, ale nie wyłącznie, były stosowane w luksusowych samochodach wyższej klasy lub samochodach o wysokich osiągach ze względu na wysokie koszty produkcji. Obecnie wielu producentów samochodów (np. Ford, Mercedes, General Motors, BMW) intensywnie inwestuje w zastosowania CFRP, ponieważ koszty spadają, a nowe technologie pozwalają na szybszą produkcję tych elementów.
Dlaczego my kierowcy (lub pasażerowie) powinniśmy się tym przejmować? Ponieważ zwiększone zastosowanie CFRP może zmniejszyć wagę pojazdu, poprawić zużycie paliwa i przyczynić się do zwiększenia bezpieczeństwa.
- Waga/oszczędność paliwa: Jak zauważono powyżej, CFRP jest znacznie mocniejszy niż stal, a jednocześnie lżejszy, więc komponenty samochodu mogą być lżejsze. Jest to jeden z powodów, dla których Ford nawiązał współpracę z Dow Chemical Company w celu rozszerzenia zastosowania CFRP, dążąc do zmniejszenia wagi samochodu o 750 funtów do roku 2020. Zmniejszenie masy pojazdu o zaledwie 10 procent może zwiększyć wydajność paliwową o 6 do 8 procent w ciągu całego okresu eksploatacji dzisiejszych samochodów. To dużo gazu.
- Bezpieczeństwo: Komponenty samochodowe z CFRP mogą mieć wyższy współczynnik pochłaniania energii niż stal, co może przyczynić się do poprawy bezpieczeństwa w razie kolizji. Na przykład, samochody wyścigowe są obecnie produkowane w dużej mierze z CFRP, co doprowadziło do zmniejszenia wagi, poprawy osiągów i zwiększenia bezpieczeństwa. Podobnie jak inne osiągnięcia w dziedzinie bezpieczeństwa, opracowane na potrzeby torów wyścigowych, komponenty CFRP zmierzają obecnie w kierunku powszechnego zastosowania w samochodach rodzinnych.
Rozwój komponentów samochodowych CFRP rozszerzy już i tak szerokie i rosnące zastosowanie tworzyw sztucznych w naszych samochodach. Dzisiejsze nowe samochody już teraz składają się w około 10 procentach z tworzyw sztucznych, ale w 50 procentach z tworzyw sztucznych objętościowo.
Połączenie włókna węglowego i tworzyw sztucznych ma szansę jeszcze bardziej rozszerzyć ten stosunek – przyczyniając się jednocześnie do zmniejszenia zużycia paliwa i naszego bezpieczeństwa.
Włókno węglowe. Brzmi jak idealny materiał. Tylko nie zapomnij o tworzywach sztucznych …