totul despre fibra de carbon

racing&tuning · Trimis: 06/04/2011 11:32 Titlul subiectului: totul despre fibra de carbon

INTRODUCERE

Fibra de carbon este un material ce consta in fibre excepțional de subtiri de calibru intre 0.005-0.010 mm si compuse in mare
parte din atomi de carbon. Atomii de carbon sunt legati intre ei formand cristale microscopice, asezate mai mult sau mai
putin paralel cu axa longitudinala a fibrei. Aliniamentul cristalelor face fibra foarte rezistenta raportat la marimea sa.
Cateva mii de fibre de carbon sunt rasucite laolalta pentru a forma un fir, care poate fi folosit ca atare sau tesut
intr-o tesatura. Fibra de carbon are numeroase modele de tesatura deosebite si poate fi folosita impreuna cu o rasina plastica
si asezat ori matritat pentru a forma materiale compozite, cum ar fi plasticul armat cu fibre de carbon (cunoscut ca
"fibra de carbon") in scopul de a oferi un material cu un bun raport rezistenta/greutate. Densitatea fibrei de carbon este
de întocmai semnificativ mai mica decat densitatea otelului, facand-o ideala pentru aplicatii in care este necesara o
greutate redusa. Proprietatile fibrei de carbon, cum ar fi elasticitatea mare, greutatea redusa si coeficientul mic de
dilatatie/contractie, o fac foarte des utilizata in aeronautica, inginerie militara/civila si sporturi cu motor, pe langa
alte sporturi. Este totusi relativ costisitoare in comparatie cu materiale similare, de exemplu fibra de sticla ori
plasticul. Fibra de carbon este foarte rezistenta la alungire si indoire, dar fragila cand este expusa comprimarii ori
socurilor puternice (de exemplu, o bara din fibra de carbon este greu de indoit, dar se va rupe cu usurinta la lovirea cu
un ciocan).

SCURT ISTORIC

In 1958, Roger Bacon a creat fibre de carbon de inalta performanta la Centrul Tehnic Union Carbide Parma din Ohio. Aceste
fibre au fost obtinute prin incalzirea pana la carbonizare a suvitelor de celofibra. Procesul s-a dovedit ineficient,
fibrele obtinute continand numai 20% carbon si avand reduse proprietati de rezistenta si rigiditate. La inceputul anilor
'60, Dr. Akio Shindo de la Agentia de Stiinta si Tehnologie a Japoniei a dezvoltat un formulă folosind ca material brut
poliacrilonotril. Asta a dat nastere unei fibre de carbon cu un continut de 55% carbon.

Rezistenta deosebita a fibrei de carbon s-a obtinut in 1963 intr-un procedeu dezvoltat la Royal Aircraft Establishment din
Farnborough, Hampshire. Procedeul a fost omologat (autorizat, patentat) de Ministerul Apararii din Regatul Unit, apoi s-a
acordat licenta catre trei companii britanice: Rolls Royce, care deja producea fibra de carbon, Morganite si Courtaulds.

Acestea au construit uzine de productie fibra de carbon in cativa ani, iar Rolls Royce a profitat de proprietatile noului
material pentru a patrunde pe piata americana cu motorul sau aeronautic RB-211.

Chiar si la acele vremuri insa, opinia publica era sceptica in privinta capacitatii industriei britanice de a profita de
pe urma acestei brese. In 1959 o comisie de ancheta aleasa din Camera Comunelor a intrebat profetic: "Cum va putea
natiunea sa profite la maximum fara ca ea (fibra de carbon) sa devina o alta inventie britanica exploatata mai mult peste
ocean?". In cele din urma, aceste ingrijorari s-au adeverit. Una cate una, licentele pentru fabricarea fibrei de carbon au
fost retrase. Rolls Royce era interesat doar de motoristica aeronautica de exceptie. Propria sa productie avea sa-l faca
lider in folosirea plasticului armat cu fibra de carbon. Productia proprie urma sa inceteze odata cu aparitia unor noi
surse comerciale.

Din pacate insa, Rolls Royce a impins progresul prea departe, prea repede, folosind fibra de carbon la palele
compresorului motorului, ceea ce s-a dovedit vulnerabil la impactul cu pasarile. Ceea ce parea un mare triumf tehnologic
al Marii Britanii in 1968 a devenit un dezastru si programul ambitios al Rolls Royce pentru motorul RB-211 a fost pus in
pericol. Problema RR a luat atat de mare amploare incat compania a fost pana la urma nationalizata de guvernul conservator
al lui Edward Heath in 1971, iar fabrica de fibra de carbon a fost vanduta, devenind Bristol Composites.

Data fiind piata restransa pentru un produs foarte scump de însușire variabila, si Morganite a hotarat ca productia sa de
fibra de carbon era periferica fata de activitatea sa de baza, Courtaulds ramanand singurul mare producator din UK.

Compania a continuat sa fabrice fibra de carbon, dezvoltand doua ramuri principale: aeronautica si echipamente sportive.

Au urmat imbunatatiri ale calitatii produselor si vitezei de productie.
Continuarea colaborarii cu echipa de la Farnborough s-a dovedit de ajutor in sporirea calitatii, dar, ironic, marele
avantaj al Courtaulds ca producator al precursorului "Courtelle" devenise acum o slabiciune. Costurile scazute si
disponibilitatea erau potentiale avantaje, dar procesul anorganic pe baza de apa pentru productia Courtelle o facea
vulnerabila la impuritati, care nu afectau procesul organic practicat de alti producatori de fibra de carbon.

Chiar si asa, in anii '80 Courtaulds a continuat sa ramana un mare fabricant de fibra de carbon pentru ramurile
sport/diverse, Mitsubishi fiind principalul client. Insa o miscare de expansiune, inclusiv deschiderea unei fabrici in
California, s-a dovedit a fi gresita. Investitia nu a generat castigurile scontate, ceea ce a dus la decizia de retragere
din zona. Courtaulds a incetat productia de fibra de carbon in 1991. In mod ironic, singurul fabricant de fibra de carbon
ce a supravietuit in UK a prosperat întrebuințând reteta Courtaulds. In mod invectiv, RK Carbon Fibres Ltd s-a concentrat pe
productia de fibra de carbon pentru aplicatii industriale, neavand necesitate sa ridice standardele de calitate la nivelul
producatorilor de peste ocean.

In anii '70, experimentele pentru gasirea materialelor brute alternative au condus la introducerea fibrelor de carbon
facute din smoala de petrol obtinuta din procesarea petrolului. Aceste fibre contineau aproximativ 85% carbon si aveau o
flexibilitate excelenta.

racing&tuning · Trimis: 06/04/2011 11:34 Titlul subiectului: Re: totul despre fibra de carbon

Fiecare manunchi de fibre de carbon este un colet ce contine mii de filamente. Un solitar astfel de filament este un tub
subtire cu diametrul de 5-8 microni si consta aproape in totalitate din carbon. Primele generatii de fibre de carbon
(i.e., T300 si AS4) aveau diametrul de 7-8 microni. Generatiile urmatoare au ajuns la diametrul de aproximativ 5 microni.

Structura atomica a fibrei de carbon este similara cu cea a grafitului, constand in straturi de atomi de carbon dispuse in
forma de hexagon regulat. Diferenta consta in modul in care aceste straturi se unesc. Grafitul este un material cristalin
in care straturile sunt asezate in paralel in mod normal. Fortele intermoleculare dintre straturi sunt forte Van der Waals
relativ slabe, conferindu-i grafitului proprietatile sale de a fi moale si fragil. Depinzand de precursorii folositi in
fabricarea fibrei, fibra de carbon poate fi turbostratica (1) sau grafitica ori poate avea o structura hibrid cu ambele
tipuri de asezare a straturilor. In fibra de carbon turbostratica, straturile de atomi de carbon sunt cutate haotic sau
incretite laolalta. Fibrele de carbon derivate din poliacrilonitril sunt turbostratice, pe cand fibrele derivate din
pacura sunt grafitice dupa remediu termic la temperaturi ce depasesc 2200 grade Celsius. Fibrele de carbon turbostratice
tind sa aiba elasticitate superioara, in timp ce fibrele derivate din pacura, tratate termic, au "modulul lui Young" (2)
ridicat si o conductivitate termica sporita.

APLICATII

Fibra de carbon este cel mai des folosita pentru a intari materiale compozite, in particular clasa de substanțe cunoscuta ca
"fibra de carbon" sau "polimeri ranforsati cu grafit". Si materialele non-polimer pot fi folosite ca tipar pentru fibra de
carbon. Datorita formarii de carbid metalic si din motive de coroziune, carbonul nu a avut succes in combinatie cu tipare
de metal. Carbonul ranforsat cu carbon (CRC) consta in grafit ranforsat cu fibre de carbon si de obicei e folosit
structural in aplicatii de inalta temperatura. Fibra este de asemenea utila in filtrarea gazelor de mare temperatura, ca
electrod cu suprafata mare si rezistenta ridicata la coroziune, dar si ca o componenta antistatica. Utilizarea unui înveliș
subtire de fibre de carbon imbunatateste semnificativ rezistenta la foc a polimerilor si a compusilor termostabili (3)
deoarece un strat dens, compact de fibre de carbon reflecta caldura.

SINTEZA

Fiecare filament de carbon este realizat dintr-un polimer precursor. Polimerul precursor este in mod natural viscoza,
poliacrilonitrilul sau pacura de petrol. Pentru primii doi, precursorul este mai intai rasucit in filamente, folosind
procese chimice si mecanice pentru alinierea atomilor polimerului intr-un mod care sa imbunatateasca proprietatile fizice
finale ale fibrei de carbon. Compozitia precursorilor si procesele mecanice folosite in timpul rasucirii pot fi variate
de la un fabricant la altul. Dupa tragere sau rasucire, fibrele de polimer sunt incalzite pentru a elimina atomii non-
carbon (carbonizare), rezultand fibra de carbon. Fibrele de carbon pot fi tratate ulterior pentru a imbunatati calitatile
acestora, apoi infasurate in bobine. Bobinele infasurate sunt apoi utilizate pentru a alimenta masinile care produc filoane
sau fir tors din fibre de carbon.

O metoda obisnuita de fabricatie implica incalzirea filamentelor rasucite de poliacrilonitril la cam 300 grade
Celsius in aer, ceea ce distruge o parte din formatiunile de hidrogen si oxideaza materialul. Poliacrilonitrilul este apoi
asezat intr-un cuptor avand o atmosfera inerta dintr-un gaz precum argonul, este incalzit la aproximativ 2000 grade
Celsius, ceea ce induce o grafitizare a materialului, schimbandu-i structura moleculara. Prin incalzire in conditii
optime, aceste lanturi se leaga unul de celalalt (polimeri-"scara"), formand straturi care ulterior se unesc si formeaza
un singur filament in forma de coloana. Rezultatul este de obicei carbon 93-95%.

Fibra de calitate mai slaba poate fi obtinuta folosind pacura ori viscoza ca precursor in locul poliacrilonitrilului.
Carbonul poate fi imbunatatit ulterior prin tratamente termice. Carbonul incalzit la 1500-2000 grade Celsius (carbonizare)
prezinta cea mai mare rezistenta elastica, in timp ce fibra de carbon incalzita la 2500-3000 grade Celsius prezinta un
modul al elasticitatii mai ridicat.

TEXTILE

Precursorii pentru fibrele de carbon sunt poliacrilonitrilul, viscoza si pacura. Filoanele din fibre de carbon sunt
folosite in cateva tehnici de procesare: utilizarile directe sunt pentru preimpregnare, tesaturi din filament, impletire
etc. Filonul de fibra de carbon este clasificat dupa densitatea lineara (masa pe unitate de lungime, ex.: 1g/1000m = 1
tex) sau dupa numarul de filamente pe filon, in mii. De exemplu, 200 tex la 3000 filamente de fibra de carbon sunt de 3
ori mai rezistente decat 1000 filamente, dar si de 3 ori mai grele. Acest filon poate fi apoi întrebuințat pentru a tese o
tesatura din fibra de carbon. Profilul acestei tesaturi depinde in general de densitatea lineara a filonului si de modelul
de tesatura ales. Cele mai comune modele de tesatura sunt "diagonal", "satin" si "uni" (simpla).

	Pagina de start a forumului Club Tuning -> tuning auto	Ora este GMT + 2 ore
Pagina 1 din 1