Karbonfibers historie

Karbonfibers historie

Strøm, lyspærer, Edison og bacon

Karbonfiber ble først brukt i 1860 for å skape en bue mellom to ladede, ledende karbonstenger. Elektrisitet var litt av et sirkusshow den gang, og karbonfiber, som de ble kjent, hadde absolutt ingenting å gjøre med å levere de høyytelsesfunksjonene vi kjenner i dag. Imidlertid brukes varmemotstanden og den elektriske ledningsevnen til karbonfibre i belysning, og bidrar dermed til å finne byggesteinene som danner karbonfibre gjennom "pyrolyse". I 1879 brukte Thomas Edison pyrolyse for å produsere karbonfiberfilamenter, som deretter ble brukt som elektroder inne i den første lyspæren. Disse filamentene, avledet fra urenheter i brente bomulls- og bambusfibre, ender opp med å bli de faktiske karbonfibrene som leder elektrisitet.

Det var ikke før i 1958 at fysikeren Roger Bacon produserte de første høyytelses karbonfiber værhårene gjennom en pyrolyseprosess. Ved å studere smeltingen av grafitt under høy temperatur og trykk, oppdaget Bacon kjemien bak den karbonfiberforsterkede sekskantede strukturen. Denne karbonrike strukturen multipliseres deretter, formes til et ark og rulles kontinuerlig gjennom fiberens lengde. Bacons værhår produserer de stiveste og sterkeste fibrene som er kjent i verden. Noen år senere produserte Bacon et kommersielt produkt ved å bruke en rayonbasert forløper. De mekaniske mulighetene til karbonfiber tar endelig tak. Imidlertid var produksjonskostnadene for denne oppdagelsen astronomiske. For å være i live,

Pitch og Pan

På 70-tallet begynte de fantasifulle egenskapene til karbonfiber å bli realisert i industrielle omgivelser. Leonard Singer oppdaget "pitch"-baserte karbonfibre ved å studere karboniseringen av petroleum og kullbaserte materialer. Bitumen er et tjærelignende stoff som produseres ved å varme opp petroleum (olje) til et stoff med høyt karboninnhold. Ved å strekke bekmolekyler og bearbeide dem ved høye temperaturer, ordnes de til høykrystallinske karbonfibre. Fremkomsten av pitch-baserte karbonfibre ga ultrahøy modul (stivhet) og høy varmeledningsevne, som alle er nødvendige for applikasjoner utsatt for høye temperaturer inne i fly. Selv om det er svært kostbart å behandle, finner Singers bekbaserte karbonfibre bruk i høytemperaturapplikasjoner.

I mellomtiden utvidet den japanske forskeren Akio Shindo karbonfiberforskningen i Japan ved å bruke en høyrent form av petroleumsbasert polyakrylnitril (PAN). PAN, den vanligste karbonfiberforløperen i dag, produserer høye nivåer av krystallinitet i fiberen, men er tøffere enn noen gang sett i bek eller rayonbaserte karbonfibre. Shindos PAN-forløperprosess er også mer kostnadseffektiv for å produsere karbonfibre av høy kvalitet enn bek- eller rayonbaserte fibre.

gå inn i mainstream

Gjennom 1980- og 1990-tallet er et globalt perspektiv på luftfarts- og romfartsapplikasjoner fra myndigheter til kommersielle kunder nå tydelig anerkjent. Dette har ført til en eksponentiell vekst i karbonfiberalternativer for disse næringene. Dette skyldes det faktum at en betydelig reduksjon i vekten til flyet resulterer i høyere ytelse og drivstoffeffektivitet til flyet og til og med motorkomponentene. Ingeniører begynte å jobbe med lettere, sterkere og raskere konsepter. Reservedeler blir nå designet, med karbonfibermateriale, for å erstatte deler laget av stålbaserte legeringer og aluminium. Imidlertid er karbonfiber et vanskelig materiale å maskinere sammenlignet med de subtraktive maskineringsmetodene som en gang var kjent for metallproduksjon. Med tiden brukt på å lære og forstå produksjonsmetoder for karbonfiber, sank antallet metalldeler og ble mindre vanlig i alle nydesignede fly. Etter hvert som produksjonsmetodene går videre, øker også produksjonen av selve fibrene. Alt dette har ført til en boom i denne formen for svart gull, noe som har ført til høyere etterspørsel.

På grunn av dets forbedrede produksjons- og prosesseringsegenskaper, er karbonfiber nå mye brukt i industrielle områder over hele verden. En jevn økning i høyere karboninnhold, noe som overstiger 90 prosent karbon, deler fordelene med økt styrke samtidig som det er mer kostnadseffektivt for markedet. På grunn av forbedringer i engineering og prosesskontroll har kostnadsfaktoren for karbonfiber falt betydelig. Bruken av karbonfiber har gått utover romfartsapplikasjoner og er nå en levedyktig løsning for et voksende spekter av bransjer, inkludert motorsport, båtliv, sportsutstyr, konstruksjon og til og med møbler. For femti år siden var det ingen som tenkte på å eie et skrivebord laget av karbonfiber. Selv å produsere så mye rå karbonfiber vil koste millioner av dollar. I dag er bruken av karbonfiber bare begrenset til vår menneskelige fantasi.