Trys klausimai apie anglies pluoštą: Brangus? Trapus? Prieinamas tik juodai?

Kai auto parodoje pamatote automobilį iš anglies pluošto, ar jūsų pirmoji mintis yra: „Ši medžiaga turi būti neproporcingai brangi“? Kai perskaitote apžvalgą apie anglies pluošto vandens buteliuką, ar instinktyviai manote: „Jis subyrės, jei netyčia nukris – ne toks patvarus kaip nerūdijantis plienas“? Ar netgi renkantis sporto reikmenis matydami visur tik juodą anglies pluoštą pREKĖS , ar manote, „šis medžiaga iš esmės gali būti tik juoda“?

Kaip pramonės veteranai, turintys daugelio metų patirtį anglies pluošto srityje, mes jau seniai įpratę prie šių paplitusių neteisingų suvokimų. Neabejotina, kad kai anglies pluoštas pirmą kartą perėjo iš aviacijos ir kosmoso sričių į vartotojų rinką, dėl aukštų technologinių barjerų ir siaurų taikymo sričių jam buvo priskirti tokie apibūbinimai kaip „brangus“, „trapus“ ir „vienodai juodas“. Tačiau pasiekus proveržius masinėje gamyboje ir procesų inovacijose, šiandien anglies pluoštas atsikratė šių stereotipų. Jis pasiekia sąnaudų kontrolę, leidžiančią plačiai taikyti, smūgiams atsparumu lygiavertis metaliniams medžiagoms, o netgi gali demonstruoti ryškius spalvų atspalvius naudojant technines priemones.

Per brangu? Atskleidžiame technologines išlaidas už kainos etikete

Patarimas „vienas kilogramas anglies pluošto atitinka dešimt kilogramų plieno“ yra plačiai paplitęs, tačiau aukšta kaina niekada nebuvo „medžiagos premija“ – tai technologiškai intensyvios gamybos neišvengiamas rezultatas.
Paimkime automobilių anglies pluoštą kaip pavyzdį, jo kainos struktūra slepia tris technologinių barjerų lygmenis:

Griežti taisyklės dėl žaliavų švaistymo

Praėjus daugeliui procesų, įskaitant siūlų formavimą, pirminį oksidavimą ir karbonizaciją, 2,2 tonos poliakrilonitrilo pirmtako pluošto galiausiai duoda tik 1 toną anglies pluošto, o žaliavų kaina pasiekia penkis kartus daugiau nei plieno.

Faktinės energijos sąnaudų išlaidos

Šiluminio apdorojimo procesui reikia palaikyti temperatūrą virš 1 000 laipsnių Celsijaus, o elektros sąnaudos sudaro net 30 % gamybos išlaidų. Tai atitinka 200 kilovatvalandžių elektros energijos suvartojimą kas 10 kilogramų pagaminto anglies pluošto.

Paslėptos tikslumo proceso sąskaitos

„Mercedes-Benz V260L“ anglies pluošto konversijos rinkinys reikalauja daugiau nei 300 sluoksnių pluošto audinio tiksliai rankiniu būdu išdėstyti. Bet koks nesutapimas gali padaryti produktą nepanaudojamą, o vien išoriniai komponentai kainuoja 300 000 jėnų.

Svarbiau tai pasiekia „naudos efektyvumo apvertimą“: anglies pluošto korpusas yra 60 % lengvesnis nei iš plieno, dėl ko naujųjų energijos šaltinių transporto priemonių nuvažiuojamas atstumas padidėja 15 %. Ilgalaikės energijos taupymo naudos greitai kompensuoja pradines išlaidas. Pasiekus proveržį masinės gamybos technologijoje, vartotojiško lygio anglies pluošto kainos sumažėjo 70 % lyginant su prieš dešimtmetį, todėl ateityje jis taps vis labiau prieinamas paprastoms šeimoms.

Suskilo susidūrus? Smūgio atsparumo testas įrodo priešingai.

Neteisinga nuomonė, kad „anglies pluoštas yra tokio pat trapumo kaip stiklas“, kyla dėl vienpusio mechaninių savybių supratimo. Pateiksime du eksperimentinių duomenų rinkinius:

Kritimo svorio smūgio bandymas

Esant vienodiems smūgio sąlygoms – 10 kg svoris ir 2 metrų aukštis – 5 mm storio anglies pluošto plokštė parodė tik nedidelį paviršiaus įdubimą, tuo tarpu tokio pat storio aliuminio lydinio plokštė suskilo visiškai. Tai paaiškinama tuo, kad anglies pluoštas turi traukos stiprumą, kuris yra septynis kartus didesnis už plieno, leidžiantis jam sugerpti smūgio energiją dėl pluošto ir dervos sinerginio sąveikavimo.

Praktiniai patvirtinimo atvejai

Ford Mustang Shelby GT driftavimo automobilyje naudojamas visiškai iš anglies pluošto pagamintas korpusas. Atlikus 120 km/h susidūrimo bandymą, kėbulo deformacija buvo 40 % mažesnė lyginant su plieniniu kėbulu, o keleivio kabina liko nepažeista. Lenktynių duomenys rodo, kad anglies pluošto kėbulas sumažina susidūrimo sužalojimų riziką 65 %.
Būtent ši „tvirta, bet ne trapia“ savybė lemia tai, kodėl aviacijos ir kosmoso pramonė remiasi ja kaip kosminių laivų korpusų pagrindiniu medžiagu – gebančiu išlaikyti kosminės šiukšlių sukeltus smūgius, tuo pačiu sumažinant paleisties svorį.

Tik juoda? Spalvingas anglies pluoštas jau seniai yra masiškai gaminamas ir taikomas.

Tradicinis anglies pluoštas natūraliai atrodo juodas, nes jo paviršiuje esantys sp² hibridizuotų anglies atomų suformuoti π elektronų debesys sugeria visą matomos šviesos spektrą. Tačiau ši technologinė kliūtis dabar įveikta.
Vuhano tekstilės universiteto akademiko Si Veilino komandos sukurtą mikro-nanotechnologinį dažymo metodą suteikė anglies pluoštui spalvingą atnaujinimą: formuojant nanometrinio dydžio periodines struktūras ant pluošto paviršiaus magnetroniniu nusodinimu ir panaudojant šviesos interferencijos efektus spalvoms generuoti, ši technologija ne tik yra aplinkai draugiška ir neatblukstanti, bet taip pat išlaiko pradines mechanines savybes. Šiuo metu masiškai gaminamas spalvotas anglies pluoštas apima kelias spalvų grupes, įskaitant raudoną, mėlyną ir aukso spalvą, pasiekiant praktinį taikymą trijose pagrindinėse srityse:

Aukštosios kokybės vartojimo sektorius

Richard Mille vaisių kolekcija pasižymi apelsinio atspalvio anglies pluošto korpusu, kuris gaminamas keičiant juodo ir spalvoto anglies pluošto sluoksnius, kartu spaudžiant, pasiekiant kietumą HRC55 ir sveriant 40 % mažiau nei nerūdijančio plieno korpusas.

Automobilių derinimo pramonė

Raudoni anglies pluošto sparnai tapo būdinga našumo automobilių savybe, o kai kurie vietiniai gamintojai jau pasiekė masinę gamybą.

Išmanios dėvimosios technologijos sektorius

Sveikatos apyrankė iš sidabru dengto laidžiojo anglies pluošto ne tik stebi širdies ritmą, bet taip pat pasižymi ilgaamžiškumu – atlaiko 100 000 lankstymų be deformacijos.

Šių spalvingų produktų atsiradimas verčia anglies pluoštą iš „pramoninės medžiagos“ į „mados elementą“.

Laužant stereotipus: dešimtmetis, kuriame ateina anglies pluoštas

Nuo pažangių medžiagų aviacijos ir kosmoso pramonėje iki prieinamų vartotojų rinkos pasirinkimų, anglies pluošto raida nerodo stabtelėjimo požymių. Atsižvelgiant, kad 30 % jo kainos kyla dėl elektros energijos (kuri ateityje gali būti sumažinta naudojant žaliąją energiją), jo atsparumas smūgiams gerokai pranoksta metalus, o spalvų pasirinkimas nuolat plečiasi, tampa aišku: stereotipai apie anglies pluoštą vieną po kito yra grioviami dėka technologinių inovacijų.