Carbon

Carbon, in het Nederlands ook wel bekend als koolstofvezel, is een opmerkelijk materiaal dat bestaat uit extreem dunne vezels van koolstof. Deze vezels, met een dikte van ongeveer 5 tot 10 micrometer, kenmerken zich door hun langgerekte koolstofkristallen die min of meer evenwijdig zijn met de vezelas. Een bijzondere eigenschap van koolstofvezel is de minimale rek voordat de vezel breekt, wat aanzienlijk lager is dan bijvoorbeeld aramidevezel. Fabrikanten twijnen vaak duizenden van deze koolstofvezels tot garen, dat als zodanig kan worden gebruikt of eerst tot matten wordt geweven. Ze gebruiken zowel de vezels als de matten voornamelijk als versterking in kunsthars bij de productie van zeer sterke en lichte composieten. Het is belangrijk op te merken dat verwijzen naar koolstofvezel als “grafietvezel” incorrect is, aangezien grafiet een zeer zachte vorm van koolstof is zonder vezelstructuur.

Productie van Carbon (Koolstofvezel).

Fabrikanten creëren koolstofvezels met uitstekende eigenschappen door acrylvezels te verkoold bij extreem hoge temperaturen tot wel 3000 °C via pyrolyse. Hierdoor kunnen ze veelzijdig worden toegepast.

Eigenschappen van Koolstofvezel (Carbon)

Koolstofvezel heeft unieke eigenschappen die het tot een gewild materiaal maken in diverse industrieën. Enkele van de opvallende eigenschappen zijn:

• Bestand tegen oxidatie: Koolstofvezel oxideert niet onder invloed van water en zuurstof, wat het uiterst duurzaam maakt.
• Lage dichtheid: Koolstofvezel heeft een aanzienlijk lagere dichtheid dan staal, wat bijdraagt aan het verminderen van het gewicht in diverse toepassingen.
• Hoge treksterkte: Het materiaal heeft een grote treksterkte, waardoor het buitengewoon sterk is.
• Lage uitzettingscoëfficiënt: De uitzettingscoëfficiënt van koolstofvezel is laag, wat betekent dat het materiaal slechts minimaal uitzet onder invloed van temperatuurveranderingen.

Deze eigenschappen maken koolstofvezel uitermate geschikt voor toepassingen waarbij laag gewicht, grote sterkte en hoge stijfheid van cruciaal belang zijn.

Toepassingen van Koolstofvezel

Koolstofvezel wordt in verschillende sectoren en toepassingen gebruikt vanwege zijn uitstekende eigenschappen. Enkele van de meest prominente toepassingen zijn:

1. Luchtvaart: Koolstofvezel is een essentieel materiaal in de luchtvaartindustrie. Het wordt gebruikt in de constructie van vliegtuigonderdelen, zoals rompen, vleugels en interieurdelen. De combinatie van sterkte en licht gewicht is cruciaal voor de efficiëntie van vliegtuigen.

2. Auto-industrie: In de auto-industrie wordt koolstofvezel gebruikt om voertuigen lichter en brandstofefficiënter te maken. Dit helpt niet alleen bij het verminderen van brandstofverbruik, maar verbetert ook de prestaties van voertuigen.

3. Sportartikelen: Koolstofvezel is populair in de productie van sportuitrusting, zoals polsstokken, fietsframes, masten voor zeilen en windsurfen, en gieken. Het lichte gewicht en de stijfheid dragen bij aan betere sportprestaties.

4. Bouw en Constructie: In de bouwsector wordt koolstofvezel gebruikt voor externe wapening van betonnen constructies. Dit versterkt de structuur en verhoogt de duurzaamheid.

Dit is slechts een greep uit de vele toepassingen van koolstofvezel. Het materiaal blijft innovatieve oplossingen bieden voor verschillende industrieën, en de mogelijkheden lijken eindeloos.

Tijdbalk van Koolstofvezel

Om een beter begrip te krijgen van de evolutie van koolstofvezel en zijn toepassingen, volgt hier een tijdbalk van belangrijke mijlpalen:

• Eind 19e eeuw: De Amerikaanse uitvinder Thomas Edison gebruikte verkoolde katoenen en bamboevezels in zijn elektrische gloeilampen.
• Jaren 30: Het eerste gedocumenteerde gebruik van composiet versterkt met glasvezel vond plaats, voornamelijk op bootrompen.
• Jaren 40: Het Amerikaanse leger begon glasvezelcomposieten te gebruiken in vliegtuigen, raketten en zelfs atoombommen, wat leidde tot een jaarlijkse productie van 3000 ton in 1945.
• Eind jaren 50: Union Carbide ontdekte hoe je carbonvezels kunt maken van rayon en kunsthars, wat de basis vormt voor de meeste moderne koolstofvezels.
• 1963: Het Royal Aircraft Establishment in Farnborough ontwikkelde ’s werelds eerste met koolstofvezels versterkte kunststof voor gebruik in vliegtuigen.
• 1975: Exxon Graftek introduceerde ’s werelds eerste fiets met koolstofvezelbuizen en metalen lugs. Hoewel dit merk van korte duur was, markeerde het het begin van een nieuw tijdperk.
• 1992: Tijdens de Olympische Spelen in Barcelona werd Chris Boardman olympisch kampioen en vestigde hij een wereldrecord in de achtervolging met zijn Lotus Sport-fiets met een monocoque koolstofvezelframe.
• 1999: Lance Armstrong won zijn eerste Tour de France op een fiets met een koolstofvezelframe, wat het begin markeerde van de overheersing van koolstofvezel in de wielersport.
• 2000: De UCI (Union Cycliste Internationale) stelde een regel in dat een fiets tijdens een race minimaal 6,8 kg moest wegen, wat sommige profrenners dwong hun koolstofvezelfietsen met gewichten te verzwaren.
• 2011: De UCI presenteerde het “Approval Protocol for Frames and Forks” voor weg-, baan- en cyclocrossfietsen met koolstofvezel, om ervoor te zorgen dat deze voldoen aan de veiligheidsnormen.

Carbon Jargon

Om koolstofvezel beter te begrijpen, is het belangrijk om enkele termen te kennen:

• Modulus: Dit is de Young’s modulus of elasticiteitsmodulus, die de stijfheid van koolstofvezel aangeeft. Hoe hoger de modulus, hoe stijver het materiaal. Er is echter een balans tussen stijfheid en comfort.
• Unidirectional (UD): Dit verwijst naar composiet waarin de koolstofvezels in dezelfde richting lopen.
• Geweven koolstofvezel: Dit is composiet met koolstofvezels die in verschillende richtingen zijn gelegd, wat specifieke eigenschappen biedt, zoals comfort.
• Comfort: Hoewel koolstofvezel bekendstaat om zijn stijfheid, streven fabrikanten naar een zekere mate van comfort door lagen koolstofvezel zo te plaatsen dat ze enige verticale flexibiliteit bieden.
• Monocoque: Dit betekent dat fabrikanten de koolstofvezelonderdelen samen in één mal leggen, wat resulteert in een naadloze structuur.
• Lay-up: Dit verwijst naar de manier waarop fabrikanten vezellaagjes aanbrengen voordat ze deze met kunsthars combineren. Hierdoor kunnen frames specifieke eigenschappen krijgen.
• g/m2: Dit geeft de dikte van de koolstofvezel weer en wordt gemeten in gewicht: grammen per vierkante meter (g/m2). Dit is belangrijk om de kwaliteit en sterkte van het materiaal te beoordelen.

Koolstofvezel blijft zich voortdurend ontwikkelen en heeft de manier waarop we naar materialen in verschillende industrieën kijken, getransformeerd. De mogelijkheden voor toekomstige innovaties met koolstofvezel lijken grenzeloos.

Eind woord

Dit artikel bevat informatie gebaseerd op verschillende bronnen en inzichten over koolstofvezel, met name vanuit technisch en industrieel perspectief.

Dit uitgebreide encyclopedie-artikel belicht de veelzijdigheid en evolutie van koolstofvezel, met inbegrip van de belangrijkste eigenschappen en toepassingen ervan. De bijgevoegde tijdbalk illustreert de historische ontwikkeling van koolstofvezel in verschillende sectoren. Carbon (koolstofvezel) blijft een boeiend materiaal dat innovatie en vooruitgang in tal van industrieën blijft stimuleren.