Professor Plastics har två ord till dig: Kolfiber.
När biltillverkarna planerar och bygger våra nya bilar använder de sig allt oftare av kolfiber – samma typ av material som används i Boeings högteknologiska 787 Dreamliner-flygplan. Det sägs vara upp till tio gånger starkare än stål men fyra gånger lättare.
Bortom bilar och flygindustrin används kolfiber i sportartiklar, vindkraftsturbiner, militära tillämpningar och mycket mer. Användningen förväntas fördubblas eller till och med tredubblas fram till 2020.
Så… vad är kolfiber egentligen? Och varför bryr sig Professor Plastics om det? Jag menar, det är ju ingen plast, eller hur?
Det är sant att kolfiber i sig inte är en plast. Det är en fiber (eller filament) med otroligt liten diameter som till största delen består av kolatomer. Och jag menar verkligen liten – vanligtvis mellan 5 och 10 mikrometer i diameter (en mikrometer är en miljondel av en meter eller cirka 0,000039 tum). Dessa fibrer brukar buntas ihop för att bilda tråd (eller fiberkabel) som ofta vävs in i ett tyg.
Du kanske minns från kemilektionen att diamanter – ett av de hårdaste naturliga ämnena – består av kolatomer som är arrangerade i ett särskilt gitter. Så det är inte förvånande att kolfiber är styvt, starkt och lätt, samt motståndskraftigt mot kemikalier och tåligt mot höga temperaturer. Det låter idealiskt för att tillverka saker.
Nja, i sig självt är kolfiber ofta inte idealiskt. Det kombineras vanligtvis med andra material för att ge de egenskaper som behövs för ett chassi till en racerbil eller en flygplanskropp eller en protes, ett tennisracket, ett fiskespö eller en cykelram.
Typiskt kombinerat med vilka andra material, frågar du? Plast.
Uttrycket ”kolfiber” när det används i lekmannatermer (t.ex. i nyhetsartiklar) hänvisar oftast till ”kolfiberförstärkt plast” – det vill säga en komposit som består av kolfiber PLUS någon typ av plast. Eller en kombination av plast. Och kanske några andra material. Eftersom ”kolfiberförstärkt plast” är en ordentlig munsbit är det många som förkortar det till: ”kolfiber” eller ”kolfiberkomposit”. Och ”plasten” glöms bort. (Så sorgligt.)
Att kombinera kolfiber med plast är ungefär som att lägga armeringsjärn (”reinforcing bar”) till betong, vilket ger ”armerad betong”. Kombinationen av kolfiber och plast resulterar i material med supermanskvaliteter, inklusive större styrka och hållbarhet.
Kombinationen av kolfiber och plast resulterar i material med supermanskvaliteter, inklusive större styrka och hållbarhet.
Som nämnts ovan kommer våra nya bilar troligen att få en snabb ökning av användningen av kolfiberförstärkt plast. (Okej, låt oss bara kalla det CFRP.) Hittills har bilkomponenter av CFRP – chassin, spoilers, tak, huvar och många interna och externa delar – till stor del, men inte uteslutande, använts i lyx- eller prestandabilar i den högre prisklassen på grund av de höga tillverkningskostnaderna. I dag investerar många biltillverkare (t.ex. Ford, Mercedes, General Motors, BMW) kraftigt i CFRP-tillämpningar, nu när kostnaderna sjunker och ny teknik gör det möjligt att tillverka dessa komponenter snabbare.
Varför ska vi förare (eller passagerare) bry oss? Därför att ökad användning av CFRP kan minska fordonsvikten, förbättra bränsleekonomin och bidra till säkerheten.
- Vikt/bränsleekonomi: Som nämnts ovan är CFRP mycket starkare än stål men ändå lättare, så bilkomponenter kan göras lättare. Det är en av anledningarna till att Ford har samarbetat med Dow Chemical Company för att utöka användningen av CFRP, med målet att minska bilarnas vikt med 750 pund till 2020. En minskning av fordonsvikten med bara 10 procent kan öka bränsleeffektiviteten med 6-8 procent under livslängden för dagens bilar. Det är mycket bensin.
- Säkerhet: Bilkomponenter av CFRP kan ha en högre energiupptagningsförmåga än stål, vilket kan bidra till ökad säkerhet vid en kollision. Som exempel kan nämnas att tävlingsbilar idag till stor del är tillverkade av CFRP, vilket har lett till minskad vikt, förbättrad prestanda – och ökad säkerhet. I likhet med andra säkerhetsförbättringar som utvecklats för racerbanan är CFRP-komponenter nu på väg mot vanlig användning i familjebilar.
Tillväxten av CFRP-komponenter för bilar kommer att utöka den redan omfattande och växande användningen av plast i våra bilar. Dagens nya bilar består redan av cirka 10 viktprocent plast men 50 volymprocent plast.
Kombinationen av kolfiber och plast är redo att utöka detta förhållande ytterligare – samtidigt som den bidrar till bränsleeffektivitet och vår säkerhet.
Kolfiber. Låter som ett idealiskt material. Glöm bara inte plasten …