Uhlíková vlákna

 I když se uhlíková vlákna jeví jako materiál, co je dokonalý absolutně po všech stránkách, není to až tak růžové úplně za všech situací. Abychom si nalili čistého vína, je pravdou i to, že při zpracovávání právě uhlíkových vláken (myslí se tu samozřejmě věci typu broušení a řezání, ne slepení k sobě apod. či snad to, že celý den střílíte karbonovými šípy/mácháte golfovou holí a něco z toho máte...) musíte pamatovat na ochranné prostředky. Jinak hrozí vdechnutí mikro-prachu (podobné nebezpečí jako u toneru z moderní laserové tiskárny třeba) či podráždění kůže.

Proč se vlastně uhlíkové vlákno používá?

Důvodů je mnoho, ale v první řadě jsou to jeho opravdu vynikající fyzikální parametry: mají totiž průměrnou jemnost 5-10 µm a hustotu 1750 kg/m3. A od jiných textilních vláken se dnes odlišuje třeba křehkostí (kupříkladu proti takovým skleněným vláknům je tažnost menší), taktéž i menším modulem pružnosti (bráno v kolmém směru na osu vlákna). Když se vlákno ohřeje, pak se neroztahuje, jak by jeden čekal, ba naopak – zkracuje se v kolmém směru. Dále, podélně disponují uhlíková vlákna nesmírně malým elektrickým odporem (jen 1,9×10−6 Ω/m). A mají dokonce i vyšší koeficient tepelné roztažnosti než sklo.

Jaké typy vláken se dnes vyrábí?

Běžně se dnes setkáte s těmito typologiemi:

• standardní karbonizovaná vlákna: AS (average strength) - s průměrnou pevností, HS (high strength) - s vysokou pevností, HT (high tenacity) - s vysokým modulem pružnosti).
• vysokomodulová grafitizovaná vlákna (HM – “High Modulus”)
• vlákna vysoce pevná, se středním modulem pružnosti (IM – “Intermediate Modulus”), dutá uhlíková vlákna
• vlákna s vysokým modulem pružnosti (VHM “Very High Modulus”, UHM “Ultra High Modulus”)
• diskontinuální vlákna porušená tahem (SBCF, “Stretch-Broken Carbon Fiber”)
• mletá uhlíková vlákna
• recyklovaná uhlíková vlákna

Jako vlákna s nadprůměrnými, ba vynikajícími vlastnosti se berou ty s pevností až 7 GPa a průměru 0,2 µm + vyráběná technologií „Vapor-Grown Carbon Fibers“ (tj. „Nárůst v parách“). A testují se i jiné moderní materiály neuvěřitelných parametrů: tak třeba jde o nanotrubičky, jenž svedou odolnost v tažnosti až 150 GPa a to při délce 5 mm.

 Snad v žádné jiné oblasti nezpůsobily uhlíkové materiály takový převrat, jako v moderní (a tradiční) lukostřelbě. Právě karbonové šípy jsou totiž zcela odolné proti vodě a vzdušné vlhkosti a ve srovnání s hliníkem se nikterak neohýbají. Když je dosaženo jejich mezní ohebnosti, tak se jednou zkrátka přímo zlomí. To ale jistě neznamená, že jakýkoliv kvalitní šíp (terčem plynule zastavený) nevydrží tisíce výstřelů...

Kde všude jsou dnes uhlíková vlákna k nalezení?

Jednoznačně největším odběratelem moderních uhlíkových vláken je poslední léta sektor letecký (zhruba 22 % trhu), kde se z nich samozřejmě staví křídla a trupy. Dalších 17 % připadá na sekci větrných generátorů (tj. jejich rotory a off-shore platformy). Co se týče sféry obecně kompozitů všech typů, tak ty si ukously procent 16 a jde o všelijaké nádrže na plyn, vojenské a civilní lodě, … Sportovní nářadí (cca 14 % trhu) se této inovace dočkalo ovšem také – kdo střílí z luku jistě zná uhlíkové dříky šípů. Ale to pochopitelně není vše – jsou to i moderní golfové hole, kola, čluny, skluznice lyží, … Pouhých 5 % si pak uzavírá sekce automobilová s částmi karosérií a nárazníky.

 Uhlíková vlákna jsou ještě pořád v jistých skupinách produktů/strojů/zařízení stále spíše synonymem určitého nadstandardního luxusu, nežli základní běžné výbavy. To se ale v dalších letech zcela nepochybně změní k lepšímu tak, jak se bude zvyšovat objem jeho producentů na moderním trhu + objem vynálezů nějak se uhlíkových vláken dotýkajících a dále je rozvíjejících.

Jak jsou uhlíková vlákna drahá?

Zdaleka nejdražší jsou vlákna určená pro letecký průmysl. Pak následují prakticky všechny ostatní sekce, kde již nejsou tak extrémní nároky na kvalitu a čistotu (přece jen, letící gigantické letadlo je jinak náročné na materiály a jejich čistotu než golfová hůl). Když se uhlíková vlákna začala ve velkém vyrábět, pak se v roce 1985 prodával 1 kg za cca 120 USD. Začátkem století tohoto se již dostáváme na hranici cca 40 USD za kg. Tak či onak, doufá se, že se cena sníží na nějakých 15-30 za kg průměrného vlákna.