Hva er karbonfiber?

En nybegynnerveiledning til det lette komposittmaterialet

Monty Rakusen / Getty Images

Karbonfiber er, akkurat hva det høres ut som - fiber laget av karbon . Men disse fibrene er bare en base. Det som vanligvis omtales som karbonfiber er et materiale som består av svært tynne filamenter av karbonatomer. Når den er bundet sammen med plastpolymerharpiks ved varme, trykk eller i vakuum a komposittmateriale er dannet som er både sterk og lett.

På samme måte som klut, beverdammer eller en rottingstol, er styrken til karbonfiber i vevingen. Jo mer kompleks vevingen er, jo mer holdbar vil kompositten være. Det er nyttig å forestille seg en trådskjerm som er sammenvevd med en annen skjerm i en vinkel, og en annen i en litt annen vinkel, og så videre, med hver ledning i hver skjerm laget av karbonfibertråder. Forestill deg nå dette nettet av skjermer gjennomvåt i flytende plast, og deretter presset eller oppvarmet til materialet smelter sammen. Vinkelen på vevingen, så vel som harpiks brukt med fiberen, vil bestemme styrken til den totale kompositten. Harpiksen er oftest epoksy, men kan også være termoplast, polyuretan, vinylester eller polyester.

DaveAlan/E+/Getty Images

Alternativt kan en form støpes og karbonfibrene påføres over den. De karbonfiber kompositt får deretter herde, ofte ved en vakuumprosess. I denne metoden brukes formen for å oppnå ønsket form. Denne teknikken foretrekkes for ukompliserte skjemaer som er nødvendige på forespørsel.

Karbonfibermateriale har et bredt spekter av bruksområder, da det kan formes med forskjellige tettheter i ubegrensede former og størrelser. Karbonfiber formes ofte til rør, stoff og tøy, og kan tilpasses til et hvilket som helst antall komposittdeler og -stykker.

Vanlig bruk av karbonfiber

• High-end bilkomponenter
• Sykkelrammer
• Fiskestenger
• Skosåler
• Baseballkøller
• Beskyttelsesvesker for bærbare datamaskiner og iPhones

Apollo IE hyperbil. Martyn Lucy/Getty Images

Flere eksotiske bruksområder finnes i:

• Luftfart og romfartsindustri
• Olje- og gassindustrien
• Ubemannede luftfartøyer
• Satellitter
• Formel-1 racerbiler

Noen vil hevde at mulighetene for karbonfiber bare begrenses av etterspørselen og produsentens fantasi. Nå er det til og med vanlig å finne karbonfiber i:

• Musikkinstrumenter
• Møbler
• Kunst
• Strukturelle elementer i bygninger
• Broer
• Vindturbinblader

gilaxia/Getty Images

Hvis karbonfiber kan sies å ha noen forringelser, ville det vært det produksjonskostnad . Karbonfiber er ikke lett å masseprodusere og er derfor svært kostbart. En karbonfibersykkel vil lett gå i tusenvis av dollar, og bruken i bilindustrien er fortsatt begrenset til eksotiske racerbiler. Karbonfiber er populært i disse varene, og andre er på grunn av dets vekt-til-styrke-forhold og motstanden mot flammer, så mye at det er et marked for syntetiske stoffer som ser ut som karbonfiber. Imidlertid er imitasjoner ofte bare delvis karbonfiber eller bare plast laget for å se ut som karbonfiber. Dette skjer ofte i ettermarkedsbeskyttelseshylstre for datamaskiner og annen liten forbrukerelektronikk.

Oppsiden er at karbonfiberdeler og -produkter, hvis de ikke er skadet, nesten bokstavelig talt vil vare evig. Dette gjør dem til en god investering for forbrukerne, og holder også produktene i omløp. For eksempel, hvis en forbruker ikke er villig til å betale for et sett med splitter nye golfkøller i karbonfiber, er det en sjanse for at disse klubbene dukker opp på det sekundære bruktmarkedet.

Karbonfiber forveksles ofte med glassfiber , og selv om det er likheter i produksjon og noen crossover i sluttprodukter som møbler og billister, er de forskjellige. Glassfiber er enpolymersom er forsterket med vevde tråder av silikaglass i stedet for karbon. Karbonfiberkompositter er sterkere, mens glassfiber har mer fleksibilitet. Og begge har forskjellige kjemiske sammensetninger som gjør dem bedre egnet for forskjellige bruksområder.

Resirkulering av karbonfiber er veldig vanskelig. Den eneste tilgjengelige metoden for fullstendig resirkulering er en prosess som kalles termisk depolymerisering, hvor karbonfiberproduktet overopphetes i et oksygenfritt kammer. Det frigjorte karbonet kan deretter sikres og gjenbrukes, og det bindende eller forsterkede materialet som ble brukt (epoksy, vinyl osv.) brennes bort. Karbonfiber kan også brytes ned manuelt ved lavere temperaturer, men det resulterende materialet vil være svakere på grunn av de forkortede fibrene, og vil derfor sannsynligvis ikke brukes i sin mest ideelle applikasjon. For eksempel kan et stort stykke rør som ikke lenger brukes, deles opp, og de resterende delene brukes til datahylster, kofferter eller møbler.

Karbonfiber er et utrolig nyttig materiale som brukes i kompositter, og det vil fortsette å øke produksjonens markedsandel. Ettersom flere metoder for å produsere karbonfiberkompositter økonomisk utvikles, vil prisen fortsette å falle, og flere industrier vil dra nytte av dette unike materialet.