Włókna węglowe

 Chociaż włókna węglowe wydają się być materiałem doskonałym pod każdym względem, nie jest to aż tak różowe we wszystkich sytuacjach. Abyśmy byli uczciwi, prawdą jest również to, że przy przetwarzaniu właśnie włókien węglowych (mowa tutaj oczywiście o rzeczach typu szlifowanie i cięcie, nie sklejenie itp.) musisz pamiętać o środkach ochronnych. Inaczej grozi wdychaniem mikro-pyłu (podobne niebezpieczeństwo jak w przypadku tonera z nowoczesnej drukarki laserowej na przykład) czy podrażnieniem skóry.

Dlaczego właściwie używa się włókien węglowych?

Powodów jest wiele, ale przede wszystkim są to jego naprawdę znakomite parametry fizyczne: mają bowiem średnią delikatność 5-10 μm i gęstość 1750 kg/m3. Od innych włókien tekstylnych różnią się dzisiaj na przykład kruchością (na przykład w porównaniu z włóknami szklanymi mają mniejszą rozciągliwość), a także mniejszym modułem sprężystości (mierzone w kierunku prostopadłym do osi włókna). Kiedy włókno jest podgrzewane, to wbrew oczekiwaniom się nie rozszerza, lecz przeciwnie - kurczy się w kierunku prostopadłym. Ponadto, wzdłużnie dysponują włókna węglowe niezwykle małym oporem elektrycznym (tylko 1,9×10⁻⁶ Ω/m). I mają nawet wyższy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż szkło.

Jakie typy włókien są dzisiaj produkowane?

Zwyczajowo dzisiaj można się spotkać z następującymi typologiami:

• standardowe włókna karbonizowane: AS (average strength) - o średniej wytrzymałości, HS (high strength) - o wysokiej wytrzymałości, HT (high tenacity) - o wysokim module sprężystości).
• wysokomodulowe włókna grafityzowane (HM – „High Modulus”)
• włókna wysoko wytrzymałe, ze średnim modułem sprężystości (IM – „Intermediate Modulus”), włókna węglowe pustobrzmiące
• włókna o wysokim module sprężystości (VHM „Very High Modulus”, UHM „Ultra High Modulus”)
• nieciągłe włókna uszkodzone rozciąganiem (SBCF, „Stretch-Broken Carbon Fiber”)
• mielone włókna węglowe
• recyklowane włókna węglowe

Jako włókna o ponadprzeciętnych, a wręcz znakomitych właściwościach, są uważane te o wytrzymałości aż 7 GPa i średnicy 0,2 μm + produkowane technologią „Vapor-Grown Carbon Fibers” (czyli „Rosnące w oparach”). Testowane są również inne nowoczesne materiały o niesamowitych parametrach: na przykład nanorurki, które mogą wytrzymać rozciąganie do 150 GPa przy długości 5 mm.

 W zasadzie w żadnej innej dziedzinie materiały węglowe nie spowodowały takiej rewolucji, jak w nowoczesnym (i tradycyjnym) łucznictwie. Właśnie strzały karbonowe są całkowicie odporne na wodę i wilgotność, a w porównaniu z aluminium nie wyginają się. Kiedy osiągają graniczną elastyczność, po prostu pękają. To jednak oczywiście nie oznacza, że każda wysokiej jakości strzała (gładko zatrzymana w celu) nie wytrzyma tysięcy strzałów...

Gdzie wszędzie dziś znajdują się włókna węglowe?

Zdecydowanie największym odbiorcą nowoczesnych włókien węglowych jest w ostatnich latach sektor lotniczy (około 22% rynku), gdzie oczywiście budowane są z nich skrzydła i kadłuby. Kolejne 17% przypada na sekcję generatorów wiatrowych (tj. ich rotory i platformy off-shore). Jeśli chodzi o sferę ogólną kompozytów wszystkich typów, to te mają udział 16% i to są różnego rodzaju zbiorniki na gaz, statki wojskowe i cywilne, … Sprzęt sportowy (około 14% rynku) również doczekał się tej innowacji - kto strzela z łuku na pewno zna włókna węglowe w strzałach. Ale to oczywiście nie wszystko – to także nowoczesne kije golfowe, rowery, łodzie, ślizgi nart, … Zaledwie 5% zamyka sekcja motoryzacyjna z częściami karoserii i zderzakami.

 Włókna węglowe wciąż w pewnych grupach produktów/maszyn/urządzeń są raczej synonimem pewnego luksusu, niż podstawowego wyposażenia. To jednak w najbliższych latach z pewnością się zmieni na lepsze, wraz ze wzrostem liczby ich producentów na nowoczesnym rynku + ilości wynalazków związanych z włóknami węglowymi i je rozwijających.

Jak drogie są włókna węglowe?

Z zdecydowanie najdroższe są włókna przeznaczone dla przemysłu lotniczego. Następnie są praktycznie wszystkie inne sekcje, gdzie nie ma już tak ekstremalnych wymagań co do jakości i czystości (przecież gigantyczne latające samoloty mają inne wymagania co do materiałów i ich czystości niż kij golfowy). Kiedy włókna węglowe zaczęto masowo produkować, to w 1985 roku 1 kg kosztował około 120 USD. Na początku tego stulecia już osiągano granicę około 40 USD za kg. Tak czy inaczej, mamy nadzieję, że cena spadnie do około 15-30 za kg przeciętnego włókna.