Czym jest karbon?
Karbon od kilkudziesięciu lat rewolucjonizuje motoryzację i jako kluczowy materiał w branży automotive przesuwa granicę performance’u i designu na zupełnie nowe poziomy — niemożliwe do osiagnięcia przy wykorzystaniu stali czy aluminium. W motoryzacji karbon wykorzystuje się głównie jako lekki i wytrzymały zamiennik ciężkich metali lub ich stopów — w WRC spotkamy się z ultralekkimi płytami osłaniającymi podwozie, a w F1 spotkamy się z nim… wszędzie — dosłownie!
Jeżeli mówimy o motoryzacji dostępnej dla szerszego grona, to najczęściej karbon spotkamy przy okazji spojlerów karbonowych, lotek z karbonu, elementów dekoracyjnych wnętrza, felg karbonowych, czy zewnętrznych elementów karoserii i tutaj możemy mówić o pojedynczych elementach lub całej karoserii (np. marki Koenigsegg albo Bugatti) lub szkieletu auta i kabiny pasażerskiej, czyli tzw. monokoku (np. McLaren) — który jest jednolitą zwartą strukturą, stanowiącą pewnego rodzaju klatkę bezpieczeństwa.
Spis treści
Czym jest Włókno węglowe?
Włókno węglowe to tkanina składająca się z włókien węglowych o grubości od 5 do 10 mikronów — dla porównania ludzki włos ma 100 mikronów grubości! Karbon natomiast to kompozyt, który powstaje w wyniku połączenia włókna węglowego (tkaniny węglowej) oraz żywicy (najczęściej epoksydowej). W języku angielskim najczęściej spotkamy się z określeniami: carbon fiber, carbon, CFP carbon fiber plastics, CFRP carbon fiber reinforced plastics.
Karbon to gotowy produkt, który możesz zamontować w swoim aucie lub motocyklu
Włókno węglowe to tkanina jeszcze przed procesem produkcji elementu
Jak powstaje włókno węglowe?
Włókno węglowe produkuje się głównie w Azji przez firmy, których nazwy niewiele Wam powiedzą (np. Toray, Mitshubishi Chemical). Włókno węglowe, to materiał otrzymywany w wyniku skomplikowanego procesu chemicznego zachodzącego w bardzo wysokich temperaturach. Dla ciekawskich proces ten nazywamy pirolizą polinitryloakrylu — tutaj osoby z wiedzą chemiczną na poziomie liceum mogą kojarzyć proces pirolizy drewna, który w założeniu jest podobny. Zainteresowanych odsyłam do Wikipedii (omówienie procesu pirolizy). W wyniku pirolizy otrzymujemy pojedyncze włókna węglowe przypominające bardzo cienkie włosy. Włókna te agreguje się w pasma określane jako roving i w zależności od ilości w paśmie są określane jako 1K – 1000 włókien, 2k – 2000 włókień, 12K – 12 000 włókien, a nawet 24K – czyli, 24 000 pojedynczych włókien w paśmie.
Gdy roving węglowy jest gotowy, to można przejść do kolejnego etapu, czyli wyplatania tkaniny karbonowej. Proces można powiedzieć, że jest w pewnym sensie prosty i przypomina krosna tkackie, na których dziergały sobie nasze prababcie.
Wyplatanie włókna węglowego
Nowoczesne wyplatarki przemysłowe to sprzęt o wartości kilku milionów złotych. Proces w uproszczeniu wygląda tak, że ze ściany, rozwijanych jest jednocześnie kilka tysięcy szpulek z rovigiem i pasma wędrują dalej do wyplatania, gdzie maszyna na podstawie ustalonego schematu ,,przeplata” pasma w tkaninę węglową (o określonej gramaturze, kierunku włókien, ilości pasm, etc.). W wyniku wyplatania możemy osiągnąć kilkadziesiąt o ile nie kilkaset różnych wariacji wzorów i gramatur tkaniny węglowej. Widać, to bardzo często, gdy widzimy z bliska elementy różnych producentów, że często elementy na pierwszy rzut oka identyczne różnią się drobnymi detalami jak rozmiar pasm, ale kierunek ułożenia tkaniny.
Jak powstaje karbon?
Karbon powstaje w wyniku połączenia żywicy z włóknem węglowym oraz ich utwardzenia według zaleceń producenta. W zależności od tego, czy mówimy o produkcji małoseryjnej, czy o produkcji przemysłowej będą wykorzystywane różne metody produkcji części z karbonu. W przypadku mniejszych serii skorzystamy metody ręcznego laminowania, metody worka próżniowego, metody infuzji próżniowej, natomiast przechodząc do produkcji na masową skalę będziemy mówili o wykorzystywaniu metody OOA (Out-of-autoclave), metody autoklawu, prasy hydrauliczna oraz innych. Każda z tych technik ma swoje wady i zalety, a o tych wykorzystywanych przeze mnie opowiem w tych artykułach (Metody wykorzystywane przy produkcji karbonu cz. I — wkrótce oraz Metody wykorzystywane przy produkcji karbonu cz.II — wkrótce).
Podsumowanie
Do uzyskania włókna węglowego oraz późniejszego karbonu prowadzi ścieżka bardzo kosztownych, długich i wymagających procesów, które wpływają na zaawansowane korzyści wynikające z tych materiałów. Skomplikowanie produkcyjne przekłada się na finalną wysoką cenę elementów, a co za tym idzie samych samochodów. Jeżeli nie zasnąłeś w połowie i ciekawi Cię jak wygląda proces produkcji włókna węglowego, to poniższy filmik jest dla Ciebie — tutaj akurat proces z fabryki BMW, gdzie pokazują od środka temat.