Szénszálak

 Bár a szénszálak úgy tűnnek mint egy tökéletes anyag minden szempontból, ez nem minden helyzetben van így. Hogy tiszta vizet öntsünk a pohárba, az is igaz, hogy a szénszálak feldolgozása (itt természetesen a csiszolás és vágás kerül szóba, nem az összeragasztás vagy egyéb hasonló tevékenységek, mint például egész nap szénszálas nyilak kilövése/golfütővel való játszás...) során szükség van védőfelszerelések használatára. Egyébként fennáll a veszélye a mikropor belélegzésének (hasonló veszély, mint például a modern lézernyomtatók tonere esetén) vagy bőrirritáció kialakulásának.

Miért használják valójában a szénszálakat?

Számos oka van, de elsősorban a valóban kiváló fizikai paraméterei miatt: átlagos finomságuk 5-10 μm, sűrűségük pedig 1750 kg/m3. A mai textilszálak közül törékenységükben is különböznek (például az üvegszálakhoz képest kisebb a szakadási nyúlásuk), valamint kisebb rugalmassági moduluszuk is van (azaz a szál tengelyére merőleges irányban). Ha a szálat felmelegítik, nem tágul, ahogy várnánk, hanem épp ellenkezőleg – összemegy merőleges irányban. Továbbá, hosszirányban szénszálak rendkívül alacsony elektromos ellenállással rendelkeznek (csupán 1,9×10−6 Ω/m). És még magasabb hőtágulási együtthatójuk is van, mint az üvegnek.

Milyen típusú szálakat gyártanak ma?

Manapság ezekkel a típusokkal találkozhat:

• szabványos karbonizált szálak: AS (átlagos erősség), HS (magas erősség), HT (magas rugalmassági modulus)
• magas modulusszal rendelkező grafitizált szálak (HM – „High Modulus”)
• magas szilárdságú, közepes rugalmassági modulusú szálak (IM – „Intermediate Modulus”), üreges szénszálak
• nagyon magas rugalmassági modulusú szálak (VHM „Very High Modulus”, UHM „Ultra High Modulus”)
• szakításos folyamat során megszakadt szálak (SBCF, „Stretch-Broken Carbon Fiber”)
• őrölt szénszálak
• újrahasznosított szénszálak

Az átlagon felüli, sőt kiváló tulajdonságokkal rendelkező szálak azok, amelyek szilárdsága akár 7 GPa és átmérője 0,2 μm + a „Vapor-Grown Carbon Fibers” technológiával készülnek (vagyis „Gőznövesztett szénszálak”). És tesztelnek más modern anyagokat is, hihetetlen paraméterekkel: például nanocsövekről van szó, amelyek akár 150 GPa szakítószilárdságot is elérhetnek 5 mm hosszúság mellett.

 Talán egy másik területen sem okoztak ekkora fordulatot a szénanyagok, mint a modern és hagyományos íjászatban. A karbon íjak ugyanis teljesen ellenállnak a víznek és a levegő nedvességének, és az alumíniummal összehasonlítva nem hajlamosak a hajlításra. Amikor elérik a határhajlékonyságukat, egyszerűen eltörnek. Ez azonban nem jelenti azt, hogy bármilyen minőségi nyíl (ha egy célpont által finoman megállítva) nem bírna el több ezer kilövést...

Hol találhatók ma szénszálak?

Az utóbbi évek legnagyobb szénszál fogyasztója egyértelműen a légiközlekedési szektor (körülbelül a piac 22%-a), ahol szárnyakat és törzseket építenek belőlük. A következő 17% a szélerőmű generátor szektorra esik (vagyis rotorok és off-shore platformok). Általánosságban minden kompozit anyag szféra, amelyek gáztartályok, haditengerészeti és polgári hajók, ... alkotják, a piac 16%-át teszik ki. A sportszerek is részesültek ebből az innovációból, kb. 14%-ban, azok, akik íjjal lőnek, biztosan ismerik a szénszálas nyíltesteket. De ez természetesen nem minden - modern golfütők, kerékpárok, csónakok, sílécek talpai, ... Az autóipar csupán 5%-ot zár, karosszéria részekkel és lökhárítókkal.

 A szénszálak még mindig bizonyos termékek/gépek/berendezések csoportjaiban inkább a luxus szinonimái, mint a mindennapi alapkészlet részei. Ez azonban a következő években kétségtelenül javul majd, ahogy nő a modern piacon a gyártók száma és a szénszálakkal kapcsolatos felfedezések és további fejlesztések térfogata.

Mennyire drágák a szénszálak?

Messze a legdrágábbak a repüléstechnikai ipar számára szánt szálak. Ezt követik gyakorlatilag az összes többi szektor, ahol már nem olyan extrém minőségi és tisztasági követelmények vannak (végül is, egy repülő óriásgép különféle minőségi és anyagi igényekkel bír, mint egy golfütő). Amikor a szénszálak nagy mennyiségben készültek, 1985-ben egy kilogrammot kb. 120 USD-ért adtak el. A század elején már kb. 40 USD volt kilogrammonként. Mindenesetre remélik, hogy az ár csökken majd valahol 15-30 USD/kg az átlagos szálak esetén.