Schwarz in die Zukunft: Kohlefaser-Forschung Samen Neuerung (Op-Ed)

Dieser Artikel erschien ursprünglich in The Conversation. Die Publikation beigetragen Artikel Leben Wissenschaft Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Einer einzigartigen innovativen Carbon Fibre Forschungseinrichtung Carbon Nexus offiziell an der Deakin University in Geelong letzte Woche geöffnet wurden. Es beherbergt Labors, eine Pilotmaßstab Kohlenstoff-Faser-Linie und eine kleinere Single-Schlepp Forschungslinie.

Aber was ist mit Kohlefaser, die Forscher – und Investoren – so aufgeregt bekommt?

Kohlenstoff-Fasern können aus einer Reihe erfolgen der Ausgangsstoffe einschließlich Kohle-Teer "Pitch" (ein Nebenprodukt der Destillation von Erdöl) und Viskose, aber die meisten kommerziellen Carbon Fasern bestehen aus einem Polymer namens Polyacrylnitril oder Pan.

PAN beginnt sein Leben als Pulver der Polymer-Bausteine (Acrylnitril), die dann mit einem Katalysator in einer Lösung gemischt wird. In kurzer Zeit beginnen die Bausteine verbinden mit langen Ketten bilden weiße Polymer. Diese werden dann durch ein System von Rollen gesammelt, die die Faser durch die Produktion führen.

Die Faser durchläuft Reihe von waschen, dehnen, entspannen und trocknen Schritte während ein langer, kontinuierlicher Bundle zu machen. Das Ergebnis ist eine Spule unglaublich feinen weißen PAN-Faser zwischen 1.500 m und 3.000 m lang.

Diese PAN-Faser wird durch die Fütterung der Spule durch drei verschiedene Öfen in Kohlefaser umgewandelt. Die Hochtemperatur-Behandlungen haben eine ganz besondere Rolle in der Chemie der Fasern zu spielen.

PAN hat eine Mischung aus Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff-Atomen, die Ergebnisse in eine flexible und dehnbare Faser, aber die hohen Festigkeitseigenschaften von der endgültigen Kohlenstoff-Fasern zu erreichen, die alle Kohlenstoffatome entfernt werden müssen.

Die Spule wird abgewickelt und die PAN-Fasern durch Öfen mit streng kontrollierten Druck und Temperatur, die Wärme-Energie bewirkt, dass die Kohlenstoffatome in der Faser, miteinander zu verknüpfen sowie alle anderen Atome als Gase verdampfen. Es ist diese lange Ketten von verknüpften Kohlenstoffatomen, die Kohlenstoff-Fasern ihre unglaubliche Stärke-Eigenschaften geben.

Die letzten Schritte im Prozess (Oxidation und "Größe" die Malerei auf einer dünnen Schicht Harz beinhaltet) haben den doppelten Zweck, die Art, wie die Fasern in einem Verbund führen zu verbessern, und ihnen helfen Stick zusammen so können sie leicht gewebt in eine Kohlenstoff-Faser-Matte.

Stärke in Fasern

Kohlenstoff-Faserverbundwerkstoffe, die gewebte Carbonfasern in harte Polymer-Harz beschichtet sind, werden zunehmend in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt.

In Luft-und Raumfahrt, automotive, Öl und Gas werden sie traditionelle Werkstoffe wie Stahl und Aluminium ersetzt.

Die Grund-Kohlenstoff-Faserverbund zunehmend an der Spitze der neuen Materialien Technologie sind ihre unvergleichliche Kraft-Gewichts-Verhältnis, so dass sie so stark wie Stahl und nur einen Bruchteil des Gewichts. Ändern Sie die Art der Polymer-Matrix und die Schichten des Kohlenstoffs, übertreffen sie Stahl oder Aluminium in der Haltbarkeit.

Dieses robuste, starke und leichte Material hat bereits einen wesentlichen Beitrag zur Sportgeräte wie Fahrräder und Golfclubs.

Neben Kohlenstoff Nexus am Waurn Teiche Campus ist Carbon Revolution, die weltweit erste Hochleistungs-Räder für high-Performance-Autos aus einem Stück geformte Kohlefaser hergestellt produziert.

(Die neue Produktionsstätte führte zu der Investition von einem$ 23,8 Millionen und 150 Arbeitsplätze in Zusammenarbeit mit lokalen und internationalen Unternehmen.)

Da Kohlefaser ist in einer flexiblen Matte gewebt, bevor es in eine harte Harzschicht bedeckt ist, ist es sehr einfach, in komplexen Formen gießen. Kohlenstoff-Revolution nutzt spezielle Techniken, um Kohlefaser in ein solides Rad zu Formen, die dann in Harz behandelt und geheilt um das Endprodukt zu geben.

Es gibt auch große Auswirkungen hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz. Carbon-Faser-composite-Materialien machen 50 % der Boeing 787 Dreamliner, dazu beitragen, um eine 20 % ige Verbesserung in den Kraftstoffverbrauch und die Reduzierung der Treibhausgas-Emissionen zu erreichen.

Globalen Kohlenstoff-Faser-Nachfrage wird voraussichtlich um mit einer jährlichen Rate von 13-17 % zu erhöhen und der Markt für Kohlenstoff-faserverstärkte Verbundwerkstoffe wird voraussichtlich von US$ 14 Milliarden im Jahr 2012 zu US$ 36 Milliarden im Jahr 2020 ansteigen.

Kohlefaser hat eine Anzahl von anderen Anwendungen, die weniger offensichtlich ist. Streifen aus Kohlefaser wurden sogar zur Erhöhung der Tragfähigkeit der West Gate Bridge in Melbourne.

Der Wert und das Potential von Kohlenstoff Faserverbundwerkstoffe in Zukunftstechnologien löste weltweite Interesse an Carbon-Faser-Forschung. Neue Forschung konzentriert sich auf preisgünstige Fasern, Hochleistungsfasern, Oberflächenbehandlungen und advanced Composite Fertigung um Materialien der nächsten Generation zu machen.

Es gibt enorme Chancen für Deutschland zur Teilnahme an diesem rasch wachsenden Sektor und eine Reihe von australischen Unternehmen erfolgreich tun dies bereits gehören Quickstep Technologien, Morand, CST Composites und Carbon-Revolution.

Linden Servinis wird gefördert von der australischen Zukunft Fasern Forschungs- und Innovationszentrum.

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