Quid est fibra carbonii? Quid facit hunc «stellam materiae» tantum bonum?

Cum de fibra carbonii agitur, fortasse audivisti de ea in nuntii - sagittae rocketicae, corpora ferroviae velocissimae, drona, cochlearum cursus conchae, etiam rami badminton de summa qualitate eius figuram habent. Haec sonant "technologia nigra" plena materialium, quid tandem est? Hodie cum verbis vulgarissimis, ut te agnoscamus "stellam mundi materialis".

Fibra carbonii, proprie "filamenta supercarbonica"

Simplex dictum, fibra carbonii est filamentum polimerum inorganici non minus quam 90% carbonis continens. Nec metallum nec plasticum est, sed "crystallum carbonis" — filum nigrum per processum specialem formatum carbonizando fibras organicas (ut polyacrylonitrilum et asphaltum) ad altas temperaturas ad removendum impuritates.

Aspectus: solum 5-10 microns diametro (fere 1/10 fili capillaris), visu simile filo aegris nigro vel lanae, sed tactu magis "rigidum" est quam filum ferri.

Caracteristicae: "Levis, fortis, resistentis, stabilis".

(1) Fortitudo est 7-9 vicibus illius quae in ferro, tenacitas longe ultra fibram vitrei;
(2) Densitas tantum 1,7g/cm³, levior quam aluminum (densitas aluminum 2,7g/cm³)
(3) resistentia ad altam temperaturam (non potest fundi supra 2000 ℃), resistentia corrosionis (non timet acida et alkalibusa), non conductrix (tractamento speciale potest esse conductrix).

Prestatio «in et off»: ridiculose levis et insperate dura

Magnitudo carbonii fibrosi tota «substantiata» est tribus praerogativis cardinalibus:

(1) Levis ut pluma, sed fortior quam ferrum:

Densitas tantum 1,7-2,0g/cm³ (1/4 partis ferri, 2/3 partis alligati aluminum), sed tensio trahens attingere potest 3000-7000MPa (plus decuplum eius quam ferrum), et funis crassitudinis digiti elevare potest plures tonnas vehiculi.

(2) Rigor explosivus, stabilis ut saxum:

Modulus elasticitatis (mensura rigiditatis) attingit 200-600GPa, fere nullam deformationem patitur cum vi agente, usus ut fulcrum satellitis, praecisum statum in spatio servare potest.

(3) Atributa «anti-build» plene implentur:

Resistentia ad altas temperaturas (in medio inerte usque ad 2000 ℃), resistentia contra acida et alkalica (in oceano decenniis non corrōditur), anti-fatīgātiō (vī repetitā frangī nōn facile), coram metallō hic dēbēre "vincī".

Quārē carbonaceus fīber est "materiēs strategica nātiōnālis"?

Fīber carbonacea prōdūcī nimis difficilis est, et paucae terrae in mundō fibram carbonaceam summae qualitātis massīve prōdūcere possunt (praecipuē Sīna, Iāppōnia et Stātūs Foederātī). Nōn sōlum est "fūndamentum" ūsuāriī altissimae fabrīcae, sed etiam ad ōrās clāvālēs spectat ut aēronautica, ūsus militāris et sēcūritās dēfēnsīva.

Exemplī grātiā, in mīlitia, fīber carbonacea ad fabricandam fūsum āvolātōrum occultōrum (undās sorbentium) et cāsūs missīlīs (levis ad longius ferendum) ūtī potest; in campō novae energiae, quanto longiora sunt vōmera turbineōrum ventī, tanta maior efficiēns generatiōnis electricitātis est, et sōlum fīber carbonacea vōmera gigantea centenāria sustinēre potest.
Recentibus annis, industria fibrae carbonii Sinensis celerem eruptionem fecit, e dependentia a importationibus ad productionem independentem in magnis quantitatibus consequendam, etiam in quibusdam campis (ut in energia venti, sportis, rebus ludicris) positionem dominantem in mercato globali occupavit.

Quomodo fibra carbonii "fit"?

Magnitudo carbonii fibrosi tota «substantiata» est tribus praerogativis cardinalibus:

(1) Praeparatio filamentorum primaria

Polyacrylonitrilum (PAN), pix et alia materia prima per processum filandi ut "seta crudus" fiant (similis fibrae chemicae). Hoc gradus fundamentum est, et qualitas setae cruda directe praestantiam fibrae carbonii determinat (Sinae diu in hoc gradu "impedimentum" patiebantur).

(2) Carbonizatio

Seta crudus paulatim in gaso inerti (ut combustionem vitet) ad 1 000–3 000 gradus Celsius calore accenditur, qua dehydrogenatio et deoxydatio fiunt, manentque tantum moleculae carbonis. Post hunc gradum, contentus carbonii in fibra ex 50% ad plus quam 90% augetur, quod vim et duritiem fibrae vehementer augmet.

(3) Processus subsequentes

Dependent a applicatio , fibrae carbonis in pannum intextae sunt, in tubos convolutae, vel cum resinis, metallis, etc. combinatae ad composita e fibra carbonica facienda (sicut saepe "tabulae e fibra carbonica" et "tubi e fibra carbonica" vocamus).

【Scientia Frigida de Fibra Carbonica】

Q: Cur nigrum est?
A: Structurae graphitae fere omnem lucem visibilem absorbent.

Q: Timet ignem?
A: Oxidatio in aere ad 400°C incipit, sed capsula ut scutum caloris utitur.

Q: Potestne recyclari?
A: BMW fecit ut partibus automotive ex fragmentis fibrae carbonicae reciclatio fieri possit.