Tehnikalije za laike: Karbonska (ugljična) vlakna

Izdvojeno / Kolumna

Luka Maloić

Prije 9 godina 6 min 6 komentara

1

Što su ugljična vlakna?

Ugljična vlakna (karbonska vlakna), vlakna koja sadrže najmanje 90% ugljika, vrlo su fina, većinom kružna presjeka, promjera 5 do 10 μm i svojstvene crne boje. Dobivaju se iz već oblikovanih drugih organskih vlakana, pretežito poliakrilonitrilnih vlakana velike čvrstoće, a u manjoj mjeri i od celuloznih viskoznih vlakana, te iz smolastog ostatka nakon pirolize nafte (tzv. mezofazna smola).

Proces dobivanja provodi se termičkom obradbom u nekoliko stupnjeva (predobradba i karbonizacija). U njemu se pod strogo definiranim uvjetima i procesnim parametrima iz početnoga materijala postupno uklanjaju svi kemijski elementi osim ugljika, uz njegovu istodobnu postupnu ciklizaciju.

Općenito su za ugljična vlakna karakteristična sljedeća svojstva: velika čvrstoća i velik modul elastičnost, velika krutost, razmjerno mala gustoća u odnosu na metalne niti, izvrsna otpornost na toplinu uz istodobnu stabilnost dimenzija (termički raspad u području 3600 do 4000 °C), veoma slaba gorivost, kemijska inertnost, nekorozivnost, otpornost na kiseline, lužine i organska otapala, dobra toplinska i električna vodljivost, nemagnetičnost, vrlo mala apsorpcija rendgenskih zraka, neupijanje vlage, izvrsna biokompatibilnost i najvažnije, mala masa.

Značajnije proizvodnje i primjene ugljičnih vlakana nije bilo do početka 1960-ih, kada je, ponajprije na poticaj američke zrakoplovne industrije, razvijena proizvodnja vlakana vrhunskih svojstava za različite namjene. Danas se pretežito primjenjuju za tehničke svrhe; grafitna vlakna rabe se u kompozitnim materijalima za izradu dijelova zrakoplova, svemirskih letjelica, sportskih automobila, vrhunskih sportskih rekvizita, lopatica vjetrenih turbina helikoptera i sl. Izotropna ugljična vlakna upotrebljavaju se za namjene u kojima nije bitna velika čvrstoća nego se ponajprije koristi njihova otpornost na visoke temperature, kemijska inertnost i električna vodljivost (zaštitna odjeća za vatrogasce i industrijske radnike, filtri otporni na visoke temperature i kemikalije, tekstil koji se ne nabija statičkim elektricitetom i dr.). Zbog male apsorpcije rendgenskih zraka ugljična vlakna važan su materijal za izradbu aparata za medicinsku dijagnostiku, a zbog biokompatibilnosti važna je njihova primjena za implantate (umjetni ligamenti, zglobovi i sl.).

Karbonska vlakna u našim, cestovim, automobilima

Ideja korištenja karbona u cestovnim automobilima je svima zanimljiva i poželjna. Problem je u jednoj očitoj stvari – cijeni. Kada je 1992., McLaren svijetu predstavio legendarni model F1 – bio je vrijedan milijun dolara. To je bio prvi serijski, cestovni automobil koji je imao plastičnu šasiju pojačanu karbonskim vlaknima (engl. carbon fibre reinforced plastic, CFRP). U ono vrijeme je za proizvodnju takve šasije bilo potrebno utrošiti preko 3 000 sati ljudskog rada.
Danas McLaren za svoj novi MP4-12C treba 4 sata i prodajna cijena mu iznosi cca.230 000 dolara što je i dalje basnoslovna cijena.
Dakle, karbonska vlakna su i dalje za većinu “smrtnika” nedosanjani san. Danas ih nalazimo u nekim dijelovima u raznim sportskim inačicama raznih modela automobila. Dostupnija su širokoj masi, ali ne i potpuno dostupna kao i svaki vrijedan materijal. Tako će, po svemu sudeći, ostati još neko duže vrijeme.

2014-Mclaren-P1-chassis-610x250

Karbonska vlakna i F1

Početkom 60-ih, Colin Chapman, šef dizajnera i prvi čovjek ekipe Lotusa, predstavio je “monocoque” koncept svijetu F1. To znači da je šasija sastavni (integralni) dio tijela bolida. Ova nova tehnologija je povećala samu krutost šasije. Kasnije u 70-ima, aluminij je bio najviše korišten kod konstruiranja. Kada se ove strukture nisu dokazale otporne na “downforce”, John Barnard se odlučio na proizvodnju šasije od karbonskih vlakana. Inženjer McLarena proizveo je šasiju kod Američke kompanije “Hercules Aerospace” jer McLaren nije imao materijale ni znanje da napravi nešto tako zahtjevno. 1981., McLarenovi vozači potvrdili su sigurnost i prednosti novog načina konstruiranja. John Watson zavšrio je dva puta drugi i jednom prvi te sezone. Andrea De Cesaris dokazao je da je taj materijal itekako siguran – njegove brojne teške nesreće iz kojih je izlazio neokrznut uvjerile su svijet. Karbonska vlakna su dio McLarenove povijesti i omogućila su ovoj momčadi mnoge pobjedničke bolide.

10 Zanimljivosti karbonskih vlakana i McLarena

1. Prva šasija od karbonskih vlakana u F1 pripadala je McLarenovom MP4/1 iz 1981. Te godine pobijedili su na VN Britanije s Johnom Watsonom iza volana.

2. Karbonska vlakna su dvostruko jača i pet puta lakša od čelika. Ova kombinacija na F1 bolidu je pobjednička – doslovno.

3. Za predstavljanje karbonskih vlakana u F1 zaslužan je John Barnard. U 6 godina u kojima je John bio tehnički direktor McLarena, njegovi automobili osvojili su 31 GP pobjedu.

4. Spomenuti posao izrade prve karbonske šasije u F1 pripala je Američkoj kompaniji “Hercules Aerospace”, koja je bila specijalizirana za izradu raketnih dijelova za NASA-u. McLaren nije imao znanja ni potrebnih materijala. Ljudi iz Herculesa su bili toliko počašćeni i sretni što sudjeluju u F1 projektu da su taj posao napravili potpuno besplatno.

5. Prije nego što se oblože “smolom” da se stvrdnu, karbonska vlakna se podvrgavaju procesu “tkanja”. Postoje različite vrste i obrasci tog specijalnog tkanja. Najčešće se koriste 2 načina (weave i twill) – što ovisi o svojstvima koja trebamo. McLaren gotovo uvijek koristi drugi način.

6. U izradi dijelova za bolid, listovi karbonskih vlakana se polažu u kalupe u željenim iznosu slojeva ovisno o potrebnoj snazi i čvrstoći koja je potrebna. Kalup se zatim vakumira i stavlja u veliku peć pod visokim pritiskom.

7. Svaki sloj Karbonskih vlakana, tzv. “list”, je debeo samo 0.2mm, ponekad je čak i tanji.

8. Nakon što je McLaren pokazao put i smjer, sve moderne šasije u F1 izrađene su od karbonskih vlakana. To uključuje krila, pokrov motora i monokok. Čak 60 slojeva karbonskih vlakana se nalazi na nekim dijelovima kokpita kako bi vozač bio što sigurniji.

9. McLaren F1 je bio prvi cestovni auto koji je karbonska vlakna doveo na obične ceste sa trkaćih staza. U to vrijeme je bio najbrži komercijalni automobil na svijetu.

10. Bio je to 19. krug VN Italije na Monzi 1981., kada su karbonska vlakna na bolidu McLarena stavljena na prvi pravi ispit. Watson je slupao svoj bolid pri velikoj brzini, izgubio motor i zapalio se. Ljudi u ono vrijeme uopće nisu vjerovali u taj materijal; neki skeptici su tvrdili da ukoliko dođe do sudara “da će se pretvoriti u običan oblak crne prašine.” Watson je samo odšetao od mjesta nesreće jedino sa bolnim ramenom.

https://www.youtube.com/watch?v=7d6ttJqOzyw

Odgovor

6 komentara

  1. Wolf
    hattrick Donator Prikaži
    • 3115 d, 17:12

    Odlično!! Imaš materijela za ovaj tip kolumne ko’ dreka na stranici od našeg kolege SEASa:
    http://www.formula1-dictionary.net/


    0
    0

    0
  2. Mclaren
    raca Prikaži
    • 3115 d, 17:13

    Long live McLaren


    0
    0

    0
  3. Ivan Papak Prikaži
    • 3112 d, 00:13

    karbon je genijalan materijal, o njemu se stvarno mogu čudesa napisati a i promijenio je tijek formule jedan. Moj prijedlog za neki od idućih članaka: razni materijali za razne dijelove motora i zašto bas ti materijali. kažem to jer sam jednom naletio da je rezervar napravljen od zilona, neki superkuluberkul materijal, sa specifičnim svojstvima, pa bi jedan članak u takvom smjeru bio pogodak =)


    0
    0

    0

Reagirajte na ovaj sadržaj:

Novo na forumu Otvori

Bok, internet se promijenio. Sadržaj, vrijeme, znanje i rad uložen u portal koštaju i bez vaše pomoći - ove zajednice više ne bi bilo.

Ako cijeniš što radimo svaki dan već 8 godina, podrži nas tako da postaneš pretplatnik ili doniraš iznos po volji.

Pretplati se Doniraj jednokratno

Stvaramo uspomene zajedno!

Formula 1 je najbrže rastući sport na planetu, a Pulsmedia najaktivniji hrvatski sportski portal.

Kontaktiraj nas

Medijska prava

Sve fotografije vlasništvo su ekipa Formule 1 ili Pirelli media centra.

Pridruži se

Pulsmedia

Slijedi nas

© Pulsmedia, guramo od 2015.