Pojav ogljikovih vlaken je prepisal zgodovino materialov in industrijske proizvodnje. Po steklenih vlakninah ogljikove vlaknine predstavljajo še eno prelomno odkritje. Njegova izjemna lastnosti, visoka, visoka modul, toplotna odpornost, odpornost na utrujenost, električna prevodnost, prenos svetlobe in obdelovalnost so postali temelj sodobne tehnologije. Raziskave ogljikovih vlaken še naprej napredujejo, kompoziti iz ogljikovih vlaken pa se zdaj široko uporabljajo v številnih panogah.
Ogljikova vlakna, ki je bila prvič razvita v petdesetih letih prejšnjega stoletja, so bila tri desetletja intenzivnih raziskav, preden so se v osemdesetih letih pojavile visokozmogljive različice, ki so katalizirale skoke v znanstvenem in tehnološkem napredku. Ogljikova vlakna je specializiran material, sestavljen pretežno iz ogljika, ki nastane s postopki toplotne stabilizacije, karbonizacije in grafitizacije. Njegova visoka vsebnost ogljika in značilnosti nerazločevanja med toplotno obdelavo ločita od običajnih materialov.
Fizične lastnosti
Ogljikova vlakna imajo edinstveno toplotno vedenje zaradi zelo anizotropne narave svojih grafitnih kristalov. Za razliko od večine trdnih materialov njegova specifična toplota ostane razmeroma konstantna v različnih stopnjah grafitizacije. Toplotna prevodnost v ogljikovih materialih se opira na vibracije rešetk in ne na gibanje elektronov, ki se razhaja od zakona Wiedemann-Franz, ki ga opazimo v kovinah. Vzporedno s smeri zrna, njegova toplotna prevodnost tekmecev iz medenine. Električno ogljikovo vlakno prikazujejo polprevodniške lastnosti, z upornostjo, na katero vplivajo nosilne koncentracije in temperature predelave.
Kemične lastnosti
Kot vlaknast ogljikov material ogljikovo vlakno prikazuje kemično inertnost v standardnih pogojih, reagira pa le z močnimi oksidacijskimi kislinami ali specializiranimi sredstvi. Pod 250 stopinj je podvržena minimalnim kemičnim spremembam, kot so oksidacija ali tvorba spojin. Njegova porozna struktura s približno 25% poroznostjo olajša desorpcijo plina med ogrevanjem, povečanje električne stabilnosti in primernosti za elektrotermalno uporabo.
Praktične uporabe kompozitov iz ogljikovih vlaken
Sodobni kompoziti iz ogljikovih vlaken pretežno spadajo v kategorijo termoseta, ki običajno združujejo ogljikova vlakna z epoksidnimi smolami s pomočjo specializiranih procesov strjevanja. Ti kompoziti ohranjajo temeljne prednosti iz ogljikovih vlaken v lažni teži, visoke trdnosti in toplotne stabilnosti, hkrati pa presegajo kovine v razmerjih med močjo in težo.
V industrijskih nastavitvah kompoziti iz ogljikovih vlaken služijo kot visokotemperaturni strukturni materiali za komponente, kot so raketne šobe, toplotni ščitniki in nosilci antene vesoljskih plovil. Prav tako tvorijo kritične strukture, ki nosijo tovora v letalskih krilih, sklopih repov in pristajalni opremi. Pri prevozu se aplikacije gibljejo od avtomobilskih pogonskih gredi in sistemov vzmetenja do komponent pomorskega inženiringa, kot so trupi ribiških plovil.
Od vesoljske do obnovljive energije, kompoziti iz ogljikovih vlaken še naprej na novo definirajo inženirske možnosti in uravnotežijo neprimerljive zmogljivosti z razvijajočimi se cilji trajnosti. Njihova pot od laboratorijske radovednosti do industrijske bistvene poudarja, da se v svetovnih industrijah še vedno odvija materialna revolucija.
