Historie uhlíkových vláken

Historie uhlíkových vláken

Elektřina, žárovky, Edison a slanina

Uhlíkové vlákno bylo poprvé použito v roce 1860 k vytvoření oblouku mezi dvěma nabitými vodivými uhlíkovými tyčemi. Elektřina byla tehdy trochu cirkusová show a uhlíková vlákna, jak byla známá, neměla absolutně nic společného s poskytováním vysoce výkonných funkcí, které známe dnes. Tepelná odolnost a elektrická vodivost uhlíkových vláken se však využívá při osvětlení a pomáhá tak „pyrolýzou“ najít stavební kameny tvořící uhlíková vlákna. V roce 1879 použil Thomas Edison pyrolýzu k výrobě vláken z uhlíkových vláken, která pak byla použita jako elektrody uvnitř první žárovky. Tato vlákna, odvozená z nečistot ve spálených bavlněných a bambusových vláknech, se nakonec stávají skutečnými uhlíkovými vlákny, která vedou elektřinu.

Teprve v roce 1958 fyzik Roger Bacon vyrobil první vysoce výkonné whiskery z uhlíkových vláken procesem pyrolýzy. Studiem tavení grafitu za vysoké teploty a tlaku Bacon objevil chemii za hexagonální strukturou vyztuženou uhlíkovými vlákny. Tato struktura bohatá na uhlík se poté znásobí, vytvaruje do plátu a kontinuálně válcová po celé délce vlákna. Baconovy vousy produkují nejtužší a nejpevnější vlákna známá na světě. O několik let později Bacon vyrobil komerční produkt s použitím prekurzoru na bázi umělého hedvábí. Mechanické možnosti uhlíkových vláken konečně berou za své. Výrobní cena tohoto objevu však byla astronomická. Abys byl naživu,

Rozteč a Pan

V 70. letech se v průmyslovém prostředí začaly realizovat imaginativní vlastnosti uhlíkových vláken. Leonard Singer objevil uhlíková vlákna na bázi "smolky" studiem karbonizace materiálů na bázi ropy a uhlí. Bitumen je látka podobná dehtu, která se vyrábí zahřátím ropy (ropy) na látku s vysokým obsahem uhlíku. Natažením molekul smoly a jejich zpracováním při vysokých teplotách se uspořádají do vysoce krystalických uhlíkových vláken. Nástup uhlíkových vláken na bázi smoly přinesl ultravysoký modul (tuhost) a vysokou tepelnou vodivost, které jsou všechny potřebné pro aplikace vystavené vysokým teplotám uvnitř letadla. Ačkoli je zpracování velmi nákladné, uhlíková vlákna Singer na bázi smoly nacházejí uplatnění ve vysokoteplotních aplikacích.

Mezitím japonský vědec Akio Shindo rozšířil výzkum uhlíkových vláken v Japonsku pomocí vysoce čisté formy polyakrylonitrilu na bázi ropy (PAN). PAN, dnes nejběžnější prekurzor uhlíkových vláken, vytváří ve vláknu vysokou úroveň krystalinity, ale je tvrdší, než kdy bylo vidět u uhlíkových vláken na bázi smoly nebo umělého hedvábí. Proces prekurzoru PAN společnosti Shindo je také nákladově efektivnější při výrobě vysoce kvalitních uhlíkových vláken než vlákna na bázi smoly nebo umělého hedvábí.

vstoupit do hlavního proudu

V průběhu 80. a 90. let 20. století je nyní jasně uznáván globální pohled na aplikace v letectví a kosmonautice od vlády až po komerční zákazníky. To vedlo k exponenciálnímu růstu možností uhlíkových vláken pro tato odvětví. Důvodem je skutečnost, že podstatné snížení hmotnosti letounu má za následek vyšší výkon a spotřebu paliva letounu a dokonce i součástí motoru. Inženýři začali pracovat na lehčích, silnějších a rychlejších konceptech. Nyní se navrhují náhradní díly s použitím materiálu z uhlíkových vláken, které nahrazují díly vyrobené ze slitin na bázi oceli a hliníku. Uhlíková vlákna jsou však obtížně obrobitelný materiál ve srovnání s metodami subtraktivního obrábění, které byly kdysi známé pro výrobu kovů. S časem stráveným učením a pochopením výrobních metod z uhlíkových vláken se počet kovových částí snížil a stal se méně obvyklým v každém nově navrženém letadle. S pokrokem výrobních metod se vyvíjí i výroba samotných vláken. To vše vedlo k rozmachu této formy černého zlata, což vyvolalo vyšší poptávku.

Díky zlepšeným výrobním a zpracovatelským vlastnostem jsou uhlíková vlákna nyní široce používána v průmyslových oblastech po celém světě. Stálý nárůst vyššího obsahu uhlíku, z nichž některé překračují 90 procent uhlíku, sdílí výhody zvýšené pevnosti a zároveň je pro trh nákladově efektivnější. V důsledku zlepšení ve strojírenství a řízení procesů se nákladový faktor uhlíkových vláken výrazně snížil. Použití uhlíkových vláken přesáhlo letecké aplikace a je nyní životaschopným řešením pro rozšiřující se řadu průmyslových odvětví, včetně motoristického sportu, plavby lodí, sportovních potřeb, stavebnictví a dokonce i nábytku. Před padesáti lety nikoho nenapadlo vlastnit psací stůl vyrobený z uhlíkových vláken. I výroba takového množství surového uhlíkového vlákna by stála miliony dolarů. Dnes je aplikace uhlíkových vláken omezena pouze na naši lidskou představivost.