Kaj so ogljikova vlakna?

Vodnik za začetnike po lahkem kompozitnem materialu

Monty Rakusen / Getty Images

Ogljikova vlakna so, natanko to, kar se sliši - izdelana iz vlaken ogljik . Toda ta vlakna so le osnova. To, kar običajno imenujemo ogljikova vlakna, je material, sestavljen iz zelo tankih filamentov ogljikovih atomov. Pri vezavi s plastično polimerno smolo s toploto, pritiskom ali v vakuumu a kompozitni material se oblikuje tako, da je močan in lahek.

Podobno kot tkanina, bobrov jez ali stol iz ratana je moč ogljikovih vlaken v tkanju. Bolj ko je tkanje zapleteno, bolj trpežen bo kompozit. Koristno si je predstavljati žični zaslon, ki je prepleten z drugim zaslonom pod kotom, z drugim pod nekoliko drugačnim kotom in tako naprej, pri čemer je vsaka žica v vsakem zaslonu izdelana iz pramenov ogljikovih vlaken. Zdaj pa si predstavljajte to mrežo zaslonov, prepojenih s tekočo plastiko, nato stisnjenih ali segrevanih, dokler se material ne zlije skupaj. Kot tkanja, kot tudi smola uporabljena z vlakni, bo določila trdnost celotnega kompozita. Smola je najpogosteje epoksidna, lahko pa tudi termoplastična, poliuretanska, vinil ester ali poliester.

DaveAlan/E+/Getty Images

Druga možnost je, da se vlije kalup in nanj nanesejo ogljikova vlakna. The kompozit iz ogljikovih vlaken se nato pusti strditi, pogosto z vakuumskim postopkom. Pri tej metodi se za doseganje želene oblike uporablja kalup. Ta tehnika je prednostna za nezapletene oblike, ki so potrebne na zahtevo.

Material iz ogljikovih vlaken ima širok spekter uporabe, saj ga je mogoče oblikovati z različnimi gostotami v neomejenih oblikah in velikostih. Ogljikova vlakna se pogosto oblikujejo v cevi, tkanine in blago ter jih je mogoče po meri oblikovati v poljubno število kompozitnih delov in kosov.

Pogoste uporabe ogljikovih vlaken

• Vrhunske avtomobilske komponente
• Okvirji koles
• Ribiške palice
• Podplati za čevlje
• Bejzbol kiji
• Zaščitne torbice za prenosnike in iPhone

Hiperavtomobil Apollo IE. Martyn Lucy/Getty Images

Več eksotičnih uporab lahko najdete v:

• Aeronavtika in vesoljska industrija
• Naftna in plinska industrija
• Brezpilotna letala
• Sateliti
• Dirkalni avtomobili formule 1

Nekateri pa trdijo, da so možnosti za ogljikova vlakna omejene le s povpraševanjem in domišljijo proizvajalca. Zdaj je ogljikova vlakna pogosto najti v:

• Glasbila
• Pohištvo
• Umetnost
• Strukturni elementi zgradb
• Mostovi
• Lopatice vetrnih turbin

gilaxia/Getty Images

Če bi lahko rekli, da imajo karbonska vlakna kakršno koli pomanjkljivost, bi bila proizvodni stroški . Ogljikovih vlaken ni enostavno serijsko proizvajati in so zato zelo draga. Kolo iz ogljikovih vlaken bo zlahka stalo na tisoče dolarjev, njegova uporaba v avtomobilski industriji pa je še vedno omejena na eksotične dirkalne avtomobile. Ogljikova vlakna so priljubljena v teh predmetih, drugi pa so zaradi svojega razmerja med težo in trdnostjo ter odpornosti proti ognju, tako da obstaja trg za sintetiko, ki je videti kot ogljikova vlakna. Vendar pa so imitacije pogosto le delno iz ogljikovih vlaken ali preprosto iz plastike, ki je videti kot ogljikova vlakna. To se pogosto zgodi pri poprodajnih zaščitnih ohišjih za računalnike in drugo majhno potrošniško elektroniko.

Prednost je, da deli in izdelki iz ogljikovih vlaken, če niso poškodovani, skoraj dobesedno trajajo večno. Zaradi tega so dobra naložba za potrošnike in ohranjajo izdelke v obtoku. Na primer, če potrošnik ni pripravljen plačati za komplet popolnoma novih palic za golf iz ogljikovih vlaken, obstaja možnost, da se bodo te palice pojavile na sekundarnem rabljenem trgu.

Ogljikova vlakna se pogosto zamenjujejo z steklena vlakna , in čeprav obstajajo podobnosti v proizvodnji in nekaj križancev pri končnih izdelkih, kot so pohištvo in avtomobilske letve, so različni. Fiberglass je apolimerki je ojačen s tkanimi prameni iz kremenčevega stekla namesto z ogljikom. Kompoziti iz ogljikovih vlaken so močnejši, medtem ko imajo steklena vlakna večjo prožnost. In oba imata različne kemične sestave, zaradi katerih sta bolj primerna za različne aplikacije.

Recikliranje ogljikovih vlaken je zelo težko. Edina razpoložljiva metoda za popolno recikliranje je postopek, imenovan termična depolimerizacija, pri katerem se izdelek iz ogljikovih vlaken pregreje v komori brez kisika. Osvobojeni ogljik se lahko nato zavaruje in ponovno uporabi, kateri koli vezni ali ojačeni material, ki je bil uporabljen (epoksi, vinil itd.), sežge. Ogljikova vlakna je mogoče razgraditi tudi ročno pri nižjih temperaturah, vendar bo dobljeni material šibkejši zaradi skrajšanih vlaken in zato verjetno ne bo uporabljen v svoji najbolj idealni uporabi. Na primer, velik kos cevi, ki ga ne uporabljate več, lahko razdelite, preostale dele pa uporabite za ohišja računalnika, aktovke ali pohištvo.

Ogljikova vlakna so izjemno uporaben material, ki se uporablja v kompozitih, in bo še naprej povečeval tržni delež v proizvodnji. Ko se bo razvilo več metod ekonomične proizvodnje kompozitov iz ogljikovih vlaken, bo cena še naprej padala in več industrij bo izkoristilo ta edinstveni material.