- Δημοσιεύσεις
- 26.451
- Ηλικία
- 62
- Περιοχή
- Αγρινιο
- Μοτοσυκλέτα
-
KAWASAKI ΖΧR 900 1999
MODENAS X CITE 135 2009
- Όνομα
- ΜΙΧΑΛΗΣ
- Περιοχή
- ΑΓΡΙΝΙΟ
Η ιστορία του Carbon-Fibre
Ο θησαυρός είναι από άνθρακα...Γράφαμε στο περιοδικό πριν από οκτώ χρόνια, πως έπρεπε το ανθρακόνημα να αντιμετωπιστεί διαφορετικά από τους κατασκευαστές για να φτάσει κάποτε να γίνει δομικό στοιχείο της μοτοσυκλέτας. Πως στόχος δεν θα πρέπει να είναι να αντιγράψει το αλουμινένιο πλαίσιο, αλλά να χρησιμοποιηθεί τελείως διαφορετικά και μόνο τότε θα ξεχωρίσει. Θα έπρεπε να αναθεωρηθεί η ίδια η λειτουργία του πλαισίου και να υποχωρήσει ο βαθμός ακαμψίας του όσο βελτιώνονται άλλοι τομείς, όπως οι αναρτήσεις και τα ελαστικά αφού οι μοτοσυκλέτες δεν πρέπει να αντιμετωπίζονται ως ξεχωριστά μηχανολογικά κομμάτια, αλλά ως ένας οργανισμός με ποικίλους βαθμούς ελαστικότητας, συντονισμού και απόσβεσης. Το ανθρακόνημα -είχαμε γράψει- είναι ιδανικό για να λύσει τέτοια θέματα συνεργασίας μέσα σε κατασκευές. Και δείχνει και ωραίο...
Το 2017 μπαίνουν σε παραγωγή, περιορισμένη και για πολύ γερά πορτοφόλια, δύο μοτοσυκλέτες φτιαγμένες από carbon. Για να φτάσουμε σε αυτό το σημείο το σύνθετο αυτό υλικό έχει σημειώσει μία πολύ μακρά πορεία. Μόλις τα τελευταία χρόνια, και με την βοήθεια της τεχνολογίας που με την ακριβή προσομοίωση βοηθά τους μηχανικούς να γλιτώνουν εργατοώρες από δοκιμές, έχουν κατανοηθεί πλήρως οι δυνατότητες του υλικού ως δομικού στοιχείου της μοτοσυκλέτας.
Οι συνδυασμοί και οι ιδιότητες που μπορεί να του προσδώσει εκείνος που το φτιάχνει, είναι πρακτικά ανεξάντλητες και η πληθώρα αυτή σε επιλογές καθιστά την εξέλιξη χαώδη. Μπορεί κάποιος να του δώσει όση σκληρότητα και ελαστικότητα θέλει, και αυτό σημαίνει ότι χρειάζεται να αναθεωρήσει από την αρχή την μοτοσυκλέτα ως σύνολο, πριν φτάσει να το χρησιμοποιήσει ως δομικό στοιχείο. Αυτά γράφαμε και πίσω στο 2008, οπότε πάμε να κάνουμε μία σύντομη αναδρομή στα πρώτα βήματα του carbon για να δούμε πώς φτάσαμε στην Superleggera της Ducati και το HP4 Race της BMW…
Το ενισχυμένο ανθρακονημάτινο πλαστικό (CFRP), είναι εξαιρετικά διαδεδομένο συνθετικό, χάρη στη χρήση του στα αεροσκάφη, τα αγωνιστικά αυτοκίνητα και ως ελαφρύ διακοσμητικό σε άπειρα προϊόντα. Παραμένει σχετικά ακριβό, λόγω της πολύπλοκης χημικής διαδικασίας και της χρονοβόρας κατασκευής του.
Το ανθρακόνημα -όπως το ξέρουμε τώρα- εφευρέθηκε από Άγγλους χημικούς, αμέσως μετά τον δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο, αλλά δεν ήταν ευρέως διαδεδομένο, πιο συγκεκριμένα: Οι ιδιότητες του carbon και η διαδικασία δημιουργίας του, είναι γνωστές πριν από το 1900, ωστόσο χρειάστηκαν σχεδόν 60 χρόνια για να βρεθεί τρόπος να παραχθεί σύνθετο υλικό με υψηλή πυκνότητα σε carbon. Ένα από τα άλματα στην πρόοδο οφείλεται στον Ιάπωνα Akio Shindo αλλά τελικά ήταν η αμερικάνικη εταιρία HITCO που λίγα χρόνια αργότερα κατασκεύασε πρώτη υλικό με 99% περιεκτικότητα σε carbon. Η εταιρία αυτή είναι μέχρι και σήμερα πρωτοπόρος στην παραγωγή σύνθετων υλικών, ωστόσο στις αρχές τις δεκαετίας του ’60, ήταν –τελικά- η Βρετανική Αεροπορία που βρήκε την καλύτερη χρήση για το carbon fibre και κατοχύρωσε τις αντίστοιχες πατέντες, τις οποίες στην συνέχεια παραχώρησε με συμβόλαια σε αγγλικές βιομηχανίες.
Εκείνη την εποχή, έπρεπε να τελειοποιηθεί η διαδικασία συνδυασμού του προπανίου (ή του προπυλενίου) και της αμμωνίας -η προηγούμενη διαδικασία περιλάμβανε τη χρήση κυανιδίων υδρογόνου, με προφανή προβλήματα και όχι ιδιαίτερα καλά αποτελέσματα. Αυτό το υλικό, μετά πολυμερίζεται, με τις ίνες να μεγαλώνουν και να οξειδώνονται επιπλέον πριν ψηθούν στους 2.500°C, μέσα σε ένα πλούσιο σε άζωτο περιβάλλον ώστε να μετατραπεί το πλαστικό σε άνθρακα ή γραφίτη. Τα νήματα στη συνέχεια πλέκονται μεταξύ τους, για να σχηματίσουν το ανθρακόνημα ή απλώνονται ώστε να σχηματιστούν λωρίδες παράλληλων ινών, γνωστές και ως UD (Uni-Directional). Αυτά αποτελούν τη βάση για την κατασκευή εξαρτημάτων όταν οι ίνες συνδυάζονται με διαμορφωμένες ρητίνες. Οι ρητίνες είναι κυρίως εποξικές, καθώς οι ιδιότητές τους ταιριάζουν καλύτερα με τις ιδιότητες των ινών -αν και χρησιμοποιείται μερικές φορές πολυεστέρας ή βινύλιο.
Οι διάφορες μορφές των ανθρακονημάτων
Υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός μεταβλητών παραμέτρων, που μας έρχεται στο μυαλό, όταν σκεφτόμαστε ανθρακονημάτινες κατασκευές. Αρχικά, υπάρχουν δύο βασικοί τύποι συνδυασμού των δύο υλικών:
Το wet-lay-up, που είναι η ίδια διαδικασία παραγωγής με του fiberglass, όπου στεγνές ίνες απλώνονται μέσα σε ένα καλούπι και προστίθεται ρητίνη αναμεμιγμένη με υγρό σκληρυντικό ή καταλύτη με το χέρι, χρησιμοποιώντας πινέλο, βούρτσα ή σπρέι -ενώ σε πιο σωστές διαδικασίες, ψεκάζεται ή εκχέεται μηχανικά. “Σακούλες” με κενό αέρος ή κλειστά καλούπια μπορεί να χρησιμοποιηθούν, για να βελτιώσουν τη συνέχεια και την ακρίβεια της διαδικασίας.
Το pre-peg, όπου οι UD ίνες έρχονται ήδη εμποτισμένες με την κατάλληλη ποσότητα ρητίνης. Αυτές πρέπει μετά να ενωθούν μέσω θερμικής διαδικασίας σε σακούλες με κενό αέρος, είτε σε φούρνο μόνο με ατμοσφαιρική πίεση, για παράδειγμα, είτε χρησιμοποιώντας παραπάνω πίεση και θερμοκρασία σε κλίβανο, για να επιτευχθούν καλύτερα αποτελέσματα.
Διαφορετικοί τύποι ινών είναι διαθέσιμοι, που ποικίλουν από άκαμπτες αλλά πιο εύθρυπτες ίνες, μέχρι εξαιρετικά δυνατές αλλά με μικρότερη ακαμψία ίνες, ενώ υπάρχουν και οι πιο κοινές και φθηνές ίνες, λιγότερο ισχυρές και άκαμπτες σαν αυτές που χρησιμοποιούνται στα καλάμια ψαρέματος. Υπάρχουν στο εμπόριο διαφορετικοί τύποι “πλεξίματος” των ινών πέρα από την UD, ενώ μερικές φορές χρησιμοποιούνται και άλλα υλικά, όπως γυαλί ή ίνες αραμιδίου ή διακοσμητικές ενισχύσεις. Οι ίνες μπορούν να απλωθούν προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση για να προσδώσουν συγκεκριμένα ενισχυτικά χαρακτηριστικά σε ορισμένες περιοχές, ενώ μπορούν να συνδυαστούν σε διαφορετικές στρώσεις ώστε να έχουν σύνθετες ιδιότητες.
Για κύριες δομικές εφαρμογές, στρώσεις από συγκεκριμένες ίνες με διαφορετικούς συντελεστές συνδυάζονται με άλλα βασικά υλικά. Συνήθως πρόκειται για αλουμίνιο ή αραμίδιο Nomex, το οποίο έχει επίστρωση με ρητίνη ανθεκτική στις υψηλές θερμοκρασίες, ενώ μπορεί επίσης να είναι και απλά υλικά, όπως το κοντραπλακέ ή η μπάλσα. Αυτά τα υλικά προσθέτουν πάχος, γι’ αυτό και αυξάνεται η στρεπτική ακαμψία των λεπτών ανθρακονημάτινων κομματιών, έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα μεγάλο φάσμα εφαρμογών, σε τμήματα με μεγάλη καταπόνηση όπως στα ουραία τμήματα των αεροσκαφών ή στα μονοθέσια της F1.
Υπάρχουν επίσης πολλά είδη ρητινών που μπορούν να φτιαχτούν ειδικά για συγκεκριμένες εφαρμογές, οπότε δημιουργείται μια ποικιλία ουσιαστικά άπειρων συνθετικών, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εξειδικευμένες κατασκευές ή σε διακοσμητικές εφαρμογές. Ο λόγος ύπαρξης αυτής της ποικιλίας συνθετικών είναι φυσικά οι ιδιότητες των υλικών, που προσφέρουν σημαντικά οφέλη στο βάρος και στην αντοχή, σε σχέση με τα κράματα αλουμινίου και ατσαλιού, όπως δείχνει κι ο σχετικός πίνακας.
Όριο θραύσης (kg/mm2) | Πυκνότητα (gr/cm3) | Ειδική αντοχή | |
Ανθρακόνημα | 3,50 | 1,75 | 2,00 |
Ατσάλι | 1,30 | 7,90 | 0,17 |
Όπως φαίνεται, το ανθρακόνημα έχει αντοχή στην θραύση σχεδόν τρεις φορές μεγαλύτερη από το ατσάλι, αλλά παρ' όλα αυτά είναι 4,5 φορές πιο αραιό. Όταν συνδυαστεί με υλικά που έχουν ως χαρακτηριστικό τους την προσχεδιασμένη παραμόρφωση κάτω από φορτίο, το ανθρακόνημα έχει αποδειχθεί ανεκτίμητο στις κατασκευές για απόσβεση κρούσης, ακόμη και σε μικρά τμήματα όπως τα ρύγχη των αεροσκαφών. Η αξία του, λόγω του χαμηλού του βάρους, οδήγησε στην υιοθέτησή του από τις μεγάλες αεροπορικές κατασκευές, όπως το νέο Dreamliner 787 της Boeing και το Airbus 380, δημιουργώντας έλλειψη από το υλικό, παρά τους περιορισμούς και το κόστος της παραγωγής.
Συνεχιζεται....
Πηγη www.motomag.gr
Τελευταία επεξεργασία: