Karbonska vlakna

Karbonska vlakna, vlakna koja sadrže najmanje 90% ugljika, vrlo su fina, većinom kružnog presjeka, promjera 5 do 10 μm i svojstvene crne boje.

Karbonska vlakna dobivaju se iz već oblikovanih drugih organskih vlakana, pretežno poliakrilonitrilnih vlakana velike čvrstoće, a u manjoj mjeri i od celuloznih viskoznih vlakana, te iz smolastog ostatka pirolize nafte (tzv. mezofazna smola).
Neovisno o vrsti ishodišnoga materijala, proces dobivanja provodi se termičkom obradbom u nekoliko stupnjeva (predobrada i karbonizacija). U njemu se pod strogo definiranim uvjetima i procesnim parametrima iz početnoga materijala postupno uklanjaju svi kemijski elementi osim ugljika, uz njegovu istodobnu postupnu ciklizaciju. Kod proizvodnje grafitnih vlakana, u završnoj se obradbi ciklička struktura ugljika grafitiranjem oblikuje u grafitnu.

Prema udjelu ugljika te molekulskoj i nadmolekulskoj strukturi razlikuju se anizotropna i izotropna ugljična vlakna.



Poznatija su i zastupljenija u uporabi anizotropna ugljična vlakna (zvana još i grafitna vlakna) s grafitnom strukturom ugljika, a udjelom ugljika većim od 95% (u pravilu većim od 99%). Grafitni slojevi oblikuju kristalite fibrilna oblika, koji su usmjereni usporedno s uzdužnom osi vlakna, zbog čega se svojstva vlakana u smjeru osi i smjeru okomitom na os vlakna razlikuju (anizotropija).

Grafitna vlakna većinom se proizvode u obliku gotovo neuvijene multifilamentne pređe (tzv. roving), koja sadrži od stotinjak do nekoliko tisuća vrlo finih filamenata (promjera nekoliko mikrometara). Ta se pređa koristi za ojačavanje kompozita, bilo u izvornom obliku ili se za istu namjenu prerađuje u različite dvodimenzionalne i trodimenzionalne strukture.



Izotropna ugljična vlakna sadrže 70 do 90% ugljika, polikristalaste su građe i nemaju prevladavajućega smjera orijentacije strukturnih elemenata (kristalita), pa se ponašaju kao izotropni materijal. Zbog toga mehanička svojstva nisu tako izvrsna kao kod grafitnih vlakana. Izotropna ugljična vlakna pretežito se proizvode kao kratka vlasasta vlakna i dalje prerađuju u netkani tekstil, vrste i oblika ovisnih o namjeni.

Svojstva karbonskih vlakana:

Općenito su za karbonska vlakna karakteristična sljedeća svojstva:
- velika čvrstoća (3000 do 5000 N/mm²) i velik modul elastičnosti (kod grafitnih vlakana 200 000 do 450 000 N/mm²),
- velika krutost,
- razmjerno mala gustoća u odnosu na metalne niti (1,5 do 2,2 g/cm³),
- izvrsna otpornost na toplinu uz istodobnu stabilnost dimenzija (termički raspad u području 3600 do 4000 °C),
- veoma slaba gorivost,
- kemijska inertnost,
- nekorozivnost,
- otpornost na kiseline, lužine i organska otapala,
- dobra toplinska i električna vodljivost,
- nemagnetičnost,
- vrlo mala apsorpcija rendgenskih zraka,
- neupijanje vlage i izvrsna biokompatibilnost.

Primjena karbonskih vlakana je vrlo široka pa je samim time teško i približno nabrojati sva područja primjene.

Neka od područja primjene su u avio industriji, vojni i civilni zrakoplovi, helikopteri, motori, propeleri, antene, svemirske letjelice, u pomorskoj industriji za jahte i podmornice, u automobilskoj industriji, u autobusima, tramvajima, vlakovima, robotskim rukama, za turbine, u tekstilnoj industriji, kemijskoj te nuklearnoj industriji, u medicini, bolničkoj opremi i dentalnoj medicini, sportska oprema kao npr. biciklima, skijama i štapovima, palicama za hokej i golf, u tenisu, badmintonu, pecanju, čak i u glazbenoj industriji u izradi zvučnika, reflektora, žičanih instrumenata kao i za namještaj od karbonskih vlakana.

Sve fotografije u članku su detalji sa karbonskim vlaknima koja su se ugrađivala prilikom rekonstrukcije hotela - hotel Jadran u Tučepima i hotel Soline u Brelima.