Włókna węglowe to włókniste kompozyty składające się w ponad 90% z węgla i włókien o średnicy od 5 do 15 µm. Kompozyt powstaje przez połączenie ze sobą niektórych nierozpuszczalnych materiałów, aby uzyskać produkt lepszej jakości niż oryginały. Włókna są połączone ze sobą polimerem zwanym matryca (żywica), który działa jak rodzaj kleju, który wiąże włókna w postaci nici, nadaje kształt materiałowi i rozkłada siłę wewnątrz zestawu.
Porównanie włosów (od lewego górnego rogu do prawego dolnego) z włóknem węglowym[1]
Produkcja włókien węglowych odbywa się zwykle poprzez through piroliza kontrolowane włókna z tworzyw sztucznych, to znaczy włókna te są poddawane działaniu wysokich temperatur (powyżej 800 ºC), a materiał ten jest rozkładany i przekształcany w stały materiał węglowy. Materiałem najczęściej używanym obecnie do produkcji włókien węglowych jest poliakrylonitryl (PATELNIA, nazywany również orlon,akryl i Darlon), polimer addycyjny utworzony przez kolejne dodatki monomerów akrylonitrylu:
Włókna węglowe można również wytwarzać przez pirolizę smoła lub z sztuczny jedwab.
Pierwszym, który celowo wyprodukował włókna węglowe, był Tomasz Edison, w 1878 r., poprzez pirolizę bawełny, do stosowania w żarnikach żarówek. Jednak produkcja komercyjnych włókien węglowych rozpoczęła się dopiero w 1950 roku i od tego czasu przeprowadzono wiele badań w celu poprawy jakości tego materiału.
Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)
Do głównych właściwości włókien węglowych należą: wysoka wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości ekstremalnie wysoka, niska masa właściwa, dobra odporność elektryczna i termiczna oraz obojętność chemiczna, z wyjątkiem: utlenianie.
Ponieważ jest jednocześnie tak mocny i lekki, włókna węglowe są materiałem uniwersalnym o szerokim zastosowaniu, mającym szerokie zastosowanie w produkcji statków kosmicznych, w elementach konstrukcyjnych narażonych na działanie wysokich temperatur, takich jak elementy turbin lotniczych i rakietowych, w przemyśle samochodowym, w urządzeniach stosowanych w technik elektroanalitycznych, w częściach rowerowych, a także w towarach konsumpcyjnych, takich jak telefony komórkowe, obuwie, meble, sprzęt AGD, medycyna, sport i opieka dentystyczna.
Istnieje ponad 100 różnych rodzajów włókien węglowych, a do każdego zastosowania należy wybrać najdogodniejszy, zgodny z jego właściwościami. Niestety Brazylia produkuje bardzo mało tego kompozytu, kraje, które najbardziej dominują w tej dziedzinie to Japonia i Niemcy.
* Kredyty za obrazy:
[1]: Zdjęcie zrobione z: Wikimedia Commons;
[2]: Autor: Jordania Tan /Fonte:Shutterstock.com
Jennifer Fogaça
Absolwent chemii
Czy chciałbyś odnieść się do tego tekstu w pracy szkolnej lub naukowej? Popatrz:
FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Włókno węglowe"; Brazylia Szkoła. Dostępne w: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/fibra-carbono.htm. Dostęp 27 czerwca 2021 r.
