Miért a karbon? - 2/1

2018. Február 10. 15:24

MIÉRT A KARBON? - 2/1.

Karbon, carbon, azaz szén, ez esetben -és pontosabban szénszálas kompozit polimer (az egyszerűség kedvéért és, ahogy az írásainkat felvezető cikkben érintettük, a továbbiakban karbon). Mi is pontosan? Szinte mindenki ismeri, a jellegzetes látványt, ahogy 45 fokban halad a szürkés fekete „minta” egy alkatrész felszínén. Ha máshonnan nem is, a hétvégi motoros, vagy autós versenyközvetítésekről, eseményekről. Mi is ez az anyag és miért annyira kiemelkedőek bizonyos tulajdonságai? Megfigyelhető, ahogy haladunk lefelé a köridők másodperceiben és felfelé az egyes sorozatok csapatainak éves költségvetésében, úgy nő a karbon alkatrészek száma egy-egy járművön. Miért van az, hogy ahol és amennyire csak lehetett - és itt leginkább a szabályozásokra és költségvetésekre gondolunk, ha azok nincsenek, akkor még nagyobb mértékben - kiszorí­totta a fémötvözeteket a versenysportokból?



A válaszhoz közelítsük meg a kérdést távolabbról. Az első kompozit anyagokat a jelenleg hozzáférhető információk és következtetések alapján az egyiptomiak használták, időszámításunk előtt 3.000-ben. Az agyag és nád együttese volt az. Abból a megfigyelésből kiindulva, hogy bizonyos feladatokra közösen eredményesebben használhatók voltak, mint külön-külön.

A 60-as évektől számítva beszélhetünk a mai értelmezésekben is helyt álló szálerősítéses kompozit műanyagok születéséről. A témában az első kutatásokat a NASA végezte. Az űrhajóknál is hasonló kritériumoknak megfelelve végezték a fejlesztéseket, mint amik a motorsportokban fellelhetők. Amellett, hogy egy ugyanolyan "teljesítményű" alkatrészt létrehozva karbonból, mint, mondjuk bármelyik típusú alumínium ötvözetből, jóval kisebb tömeget kapunk eredményként, nem mehetünk el amellett a kiemelkedő tulajdonsága mellett sem, ami a formák és megoldások gyakorlatilag végtelennek tekinthető lehetőség -számát tartogatja. Ilyen fokú "szabadság" biztosítására, az elérhető legkisebb tömeg mellett alapvetően csak a karbon képes, lehetővé téve gyakorlatilag, hogy tulajdonságok különleges kombinációit hozzuk létre, illetve, hogy azokat az alkatrészek adott pontjait tekintve, különbözővé tegyük. Ezek mellé sorolva a szerkezeti integritás kérdéskörét, amikor is egy alkatrésznek sokkal több funkciót, szerepet adhatunk, ha kompozit anyagokról beszélünk, mintha maradnánk a fémötvözeteknél. Szerkezeti integritásra példát nézve, az egyik legjobb példa egy szénszálas, együléses versenyautó utascellája. Ez az úgynevezett monocoque (ejtsd: monokok - angol-francia kifejezés), amely ebben a vonatkozásban a jármű olyan alkatrészét jelenti, ami végtermékként egy alkatrésznek tekinthető és alapvetően az az egyik feladata, hogy helyet biztosítson a pilóta számára. Ha sorra vesszük lehetséges funkcióit, bizony meglepődünk. Tehát, alkalmas lehet a pilótának ülésként funkcionálni, a biztonságát szolgálni - mint közel deformálhatatlan „kapszula”, képes tartani az erőforrást (kompozit "motorblokk" kísérleteinkről, tesztjeinkről később, külön cikkek formájában olvashatsz). Funkcionálhat egyes részein integrált olajtartályként, üzemanyagtartályként, levegőtartályként, víztartályként. Külseje, azon felül, hogy nem szükséges idomozni, mivel kialakítható kész karosszériaként, ahol is kiveheti a részét a leszorító erő képzéséből, adhatja a futómű elemek rögzítési pontjait, bizonyos részein pedig helyet biztosíthat energiaelnyelő zónáknak, vagy akár különböző áramlás csatornáknak, legyen az bármilyen gáz, vagy folyadék, ami a jármű működését szolgálja. Folytathatnánk a felsorolást.



A kompozitok tehát az űrkutatásból, majd az egyik legfőbb felhasználási területről, a repülőgép iparból indulva egyre jobban átszivárogtak más ágazatokba. Ahhoz képest, hogy a kompozit anyagok jelenléte a 80-as évek, főleg vége felé a versenypályákon már nagyon erős volt, a 90-es években pedig pár utcai jármű esetében is alkalmazták, előfordulása közúton, kevés kivételtől eltekintve a mai napig nagyon ritkának mondható. Az évtizedek múlása egyelőre "csak" arra volt elegendő, hogy a létező tudás, kis utcákba befordulva, különböző területekre bontódva folyamatosan mélyüljön, kiegészüljön. Valószínűsíthetően a következő években dinamikusan megváltozik a helyzet.

És, hogy miért ennyire drága egy karbon alkatrész? Az előbbiekben leírt, egyedülálló tulajdonságaik révén indokolható a karbon kompozitok magas ára, azokon belül pedig azzal, hogy egy magas minőségű gyártmány előállításához nagy tisztaságú, specifikáltan felszerelt műhely szükséges. Nagy sorozatú gyártása bizonyos alkatrészek esetén gyakorlatilag kivitelezhetetlen, ebből fakadóan legoptimálisabb esetben kis darabszámú, kézi, manufakturális jellegű gyártás jellemzi, mely magas munkaóra számot igényel.