E necesar ca automobilele să fie fabricate din cele mai rezistente și mai maleabile materiale cu putință. De aproape 100 de ani, se studiază rezistența și flexibilitatea materialelor pentru industria auto, iar concluzia este ca nu materialele brute sunt eficiente, ci, mai degrabă, cele compozite, adică materialele care se compun din două sau mai multe elemente.
Fibra de carbon tinde să fie utilizată din ce în ce mai frecvent pe tot mai multe automobile, datorită calităților sale. Vom încerca să aducem, în acest articol, informații referitoare la fibra de carbon.
- Fibra de carbon – ce este
- Fibra de carbon proprietăți și structură
- Fibra de carbon rezistență
- Fibra de carbon utilizări
- Piese mecanice care pot fi fabricate din fibră de carbon
- Prelucrare fibră de carbon
Fibra de carbon – ce este
Fibra de carbon este un material alcătuit din fibre extrem de subțiri, cu un diametru între 0,005 și 0,010, compuse, în mare parte, din atomi de carbon. Atomii sunt legați între ei și formează cristale microscopice, așezate mai mult sau mai puțin paralel cu axa longitudinală a fibrei. Pentru a forma un singur fir, e nevoie de câteva mii de fibre de carbon.
👉 Dacă ești în căutarea unei mașini noi sau second-hand, cel mai mare site de anunțuri auto din România te poate ajuta să găsești mașina la care visezi. Vezi oferta de autoturisme de la Autovit.ro.
Fibra de carbon proprietăți și structură
Structura atomică a fibrei de carbon este similară cu cea a grafitului și constă în straturi de atomi de carbon dispuse în formă de hexagon regulat. Modul în care se unesc aceste straturi face diferența. Grafitul este un material cristalin, în care straturile sunt așezate în paralel, în mod normal.
Forțele intermoleculare dintre straturi sunt relativ slabe, conferindu-i grafitului proprietatea de a fi moale și fragil. În funcție de precursorii folosiți (materiale utilizate pentru a obține fibra de carbon) în procesul de sinteză, fibra de carbon poate fi turbostratică sau grafitică ori poate avea o structură hibrid, cu ambele tipuri de așezare a straturilor.
În fibra de carbon turbostratică, straturile de atomi de carbon sunt cutate haotic sau încrețite laolaltă. Fibrele de carbon derivate din poliacrilonitril sunt turbostratice, pe când fibrele derivate din păcură sunt grafitice, după un tratament termic la temperaturi ce depășesc 2200 grade Celsius.
Fibrele de carbon turbostratice tind să aibă elasticitate superioară, în timp ce fibrele derivate din păcură, tratate termic, au o conductivitate termică sporită.
Fibra de carbon rezistență
În ultimele două decenii, proprietățile fibrei de carbon au crescut spectaculos, ca urmare a cererii mari de materiale cât mai rezistente și mai ușoare. În ceea ce privește raportul rezistență/greutate, fibra de carbon este cel mai bun material care poate fi produs la scară industrială, în acest moment.
Fibra de carbon este rezistentă la coroziune, foarte ușoară și foarte sigură. Este, de asemenea, extem de rezistentă la factorii de mediu și la temperaturi extreme, indiferent că sunt scăzute sau ridicate.
Fibra de carbon utilizări
Datorită greutății reduse, rigidității și conductivității ridicate și rezistenței mari, fibra de carbon are numeroase utilizări în diverse domenii. Este foarte probabil ca utilitatea acestui material să crească, în viitorul apropiat.
- fibra de carbon utilizări în industria aerospațială – este una dintre primele industrii care au abordat acest material, datorită greutății lui reduse. A înlocuit cu succes materiale precum aluminiul sau titanul, iar un exemplu foarte bun este avionul Boeing 787 Dreamliner, care conține 23 de tone de fibră de carbon;
- construcții – un material cu o asemenea rezistență este de nelipsit în domeniul construcțiilor. Primul pod de autostradă în construcția căruia se folosesc module sandwich din fibră de carbon se întinde deasupra noii autostrăzi din Asturia, Spania;
- fabricarea articolelor sportive – o altă industrie care beneficiază de raportul bun greutate/rezistentă este cea a articolelor sportive. Indiferent că vorbim de rachete de tenis, biciclete, crose de hochei sau arcuri și săgeți, amestecurile diferite de țesătură fibră de carbon le fac echipamentele ideale, la un preț pe măsură, desigur;
- fibra de carbon în industria automotive – producția în masă nu adoptă, încă, fibra de carbon în fabricarea automobilelor, datorită costurilor mari, dar sunt excepții la automobile de lux sau Formula 1, care se bucură de proprietățile fibrei de carbon. De asemenea, acest material ușor și rezistent e utilizat în fabricarea unor componente pentru mașini.
👉 Dacă te întrebi care sunt cele mai bune anvelope pentru sezonul rece, află din acest articol care este alegerea corectă între anvelope de iarna sau all season.
Piese mecanice care pot fi fabricate din fibră de carbon
Dacă unele mașini performante au caroseria de fibră de carbon încă de la sfârșitul anilor 80, cum e cazul modelului Ferrari F40, pentru a face economie la greutate și, mai ales, în scopuri estetice, mai recent, numeroși producători de mașini fabrică piese mecanice din fibră de carbon. Iată care ar fi acestea:
Cardan
Mașinile de lux cu tracțiune integrală sau spate sunt dotate cu cardan din carbon. Este vorba despre mașine de peste un milion de euro. Acest cardan este cu 50% mai ușor decât unul normal și, învârtind mai puțină greutate, transmisia reușește să aibă mai puține pierderi la puntea motrică. Cu alte cuvinte, mașina poate câștiga chiar și 100 cp, în funcție de puterea motorului. Din păcate, un astfel de cardan este extrem de costisitor (cam 25.000 euro) și este greu de echilibrat.
Amortizoare
Se pare că există producători care au realizat amortizoare cu corp din carbon și tijă din metal, pentru cei care vor să câștige la greutatea mașinii, desigur, la un preț pe măsură, aproximativ 5000 euro, pentru un set care nu include și arcurile.
Planetare
Planetarele nu sunt fabricate în totalitate din carbon, pentru că există o forță mare de torsiune și, spre deosebire de cardan, ce are un diametru mare, planetarele sunt subțiri. În acest caz, vorbim de carbon care întărește o structură metalică.
Arcuri elicoidale
Acestea oferă o elasticitate similară cu cea a oțelului, dar cu o reducere de greutate semnificativă. Nu se află pe piață la scară mare, deoarece au existat situații în care arcurile din fibră de carbon au cedat în urma șocurilor. Deocamdată, aceste arcuri sunt destinate doar mașinilor care circulă pe circuit.
Discuri de frână
Sunt destul de rare pe piață, fiind rezervate doar câtorva mașini de circuit. Există câteva tipuri de discuri realizate din materiale compozite, un amestec de ceramică și carbon, dar au o problemă: se comportă bine când sunt calde, dar, la viteză redusă sau pe timp de iarnă, nu au eficiența celor din oțel.
Ambreiaj
În acest caz, este ușor de utilizat fibra de carbon. Dar, evident, e doar cazul mașinilor performante cu transmisii automate sau secvențiale cu dublu ambreiaj. Discul de ambreiaj este realizat din carbon pentru a fi mai ușor, dar și pentru a fi mai rezistent în timp.
👉 Ai nevoie de piese de schimb? Descoperă oferta Autovit.ro și vezi ce piese auto se potrivesc mașinii tale.
Prelucrare fibră de carbon
Pentru obținerea fibrei de carbon, se folosește o varietate mare de materiale, numite precursoare. Acestea sunt filate în filamente subțiri, care sunt, apoi, convertite în fibră de carbon, în patru etape:
- stabilizarea (oxidarea);
- carbonizarea;
- grafitizarea;
- tratamentul suprafeței.
Fibrele continue sunt, apoi, bobinate și comercializate pentru țesere sau pentru alte procedee de obținere a structurilor din fibră de carbon. Astăzi, materialul precursor predominant în fabricarea fibrelor de carbon este poliacrilonitrilul (PAN).
Există două tipuri de rășini folosite la fabricarea produselor din fibră de carbon: rășina fibra de carbon poliesterică și rășina epoxidică (epoxy). Produsele calitative din fibră de carbon sunt făcute doar din rășină epoxy și țesături din fibră de carbon.
Rășina fibra de carbon poliesterică
Este un produs ieftin, pe care majoritatea firmelor îl folosesc pentru a lucra cu fibră de carbon și derivatele sale.
Caracteristicile rășinii poliesterice:
- are o nuanță albăstruie mată, ce reduce aspectul produsului;
- este inflexibilă și va forma fisuri de tip „pânză de păianjen”, la cea mai mică îndoire.
- în timpul procesului de fabricație a pieselor din fibră de carbon, sunt necesare cantități foarte mari de rășină poliesterică; în acest mod, greutatea piesei crește considerabil, ceea ce diminuează scopul urmărit prin achiziția/fabricarea pieselor din fibră de carbon, și anume reducerea greutății;
- își micșorează volumul odată cu trecerea timpului, afectând, astfel, forma produsului final, ceea ce duce la dificultăți în instalare și la modificări adiționale pentru instalarea piesei;
- nu are rezistență UV și se va îngălbeni cu timpul.
👉 Autovit are o ofertă generoasă de utilaje agricole de calitate, la prețuri imbatabile. Descoperă oferta și poate vei găsi utilajul de care ai nevoie.
Rășină fibră de carbon epoxidică
Îndeplinește standardele industriale pentru produse auto moto de înaltă performanță.
Caracteristicile rășinii epoxidice:
- este extrem de flexibilă – flexibilitatea sa permite pieselor să absoarbă șocuri puternice la impact, fără a se sparge;
- nu formează fisuri tip „pânză de păianjen”; atunci când rășina epoxy atinge limita potențialului maxim de îndoire, va forma o singură fisură, în punctul de maximă tensiune;
- un aspect transparent, care conferă maximă vizibilitate texturii negre tridimensionale a țesăturii de carbon;
- nu își modifică volumul în timp;
- este 100% rezistentă la UV.
Fibra de carbon este un material care devine din ce în ce mai utilizat în numeroase domenii. De la cadrul unei biciclete până la palele turbinelor eoliene, de la componentele avioanelor sau ale autovehiculelor până la crosele de hochei, fibra de carbon, deși mai costisitoare decât alte materiale compozite, este unul dintre cele mai rezistente materiale, în momentul de față.
Sursa foto: pixabay.com
Pasionat de noutățile din industria auto, dar și de povestea fascinantă a automobilului, Gabriel nu își pierde niciodată curiozitatea. În articolele scrise de el găsești ponturi utile, descrieri amănunțite și analize comparative, pentru ca alegerea viitoarei tale mașini să fie una inspirată. Tot Gabriel îți oferă ghiduri de întreținere corectă a mașinii, pentru o valoare mai bună la revânzare.
