Chiny zaprezentowały SYT80, czyli włókno węglowe klasy T1200, opracowane w grupie CNBM i poinformowały o możliwości produkcji na poziomie około 100 ton rocznie. Średnica włókna ma być mniejsza niż jedna dziesiąta średnicy ludzkiego włosa, wytrzymałość na rozciąganie ma być “10 razy większa niż zwykłej stali”, a to wszystko przy gęstości na poziomie około jednej czwartej stali. Sama masowa produkcja miała ruszyć po około dwóch dekadach prac rozwojowych.
Co oznacza wytrzymałość na rozciągnie rzędu 8 GPa?
W praktyce inżynierskiej stal i kompozyt rzadko porównuje się “1:1” po samej liczbie MPa, bo w grę wchodzą jeszcze inne parametry, a w tym sprężystość, odporność na udar, zachowanie w wysokiej temperaturze, kierunkowość właściwości i rola żywicy. Dlatego właśnie powstała cała “hierarchia T” wykorzystywana do porównywania włókien węglowych i nie jest to wyłącznie chińska etykieta. Już w 2023 roku firma Toray informowała o opracowaniu włókna TORAYCA T1200 już w 2023 roku, podając wytrzymałość w przybliżeniu 8,0 GPa, więc teraz gra toczy się nie tylko o sam rekord w tabeli, ale o dostępność, wolumen i kwalifikację do zastosowań, które mają wymagania jakościowe.
Czytaj też: Silnik przyszłości nie potrzebuje większej mocy. Potrzebuje lepszego materiału
Włókno węglowe T1200 nie jest “stopem”, który się odlewa. To proces, w którym kontrola defektów ma znaczenie na poziomie mikroskopijnym, a każdy etap może zniszczyć to, co obiecuje broszura. Klasyczna ścieżka obejmuje stabilizację (utlenianie) prekursora w okolicach 200-300°C. Potem przychodzi karbonizacja, zwykle w atmosferze obojętnej i w zakresie około 800-1500°C, a gdy celem jest wysoka uporządkowana struktura grafitowa, to wchodzi jeszcze obróbka wysokotemperaturowa rzędu 2000-3000°C, czyli grafityzacja. W praktyce to walka o jednorodność, o powtarzalność, o minimalizację wad, które później wychodzą w testach zmęczeniowych albo przy nawijaniu zbiorników ciśnieniowych. Dlatego stwierdzenie “przeniesione z laboratorium do produkcji” ma większą wagę niż samo “osiągnęliśmy 8 GPa”.
T1200 jest na tyle wytrzymałe w kwestii rozciągania, że wykonana z niego lina o średnicy poniżej 2 mm ma być w stanie holować autokar z 54 dorosłymi osobami. Tego typu testu wprawdzie nie przeprowadzono, ale za to konkretnych danych co do takiej demonstracji też nie podano.
Po co komu włókno węglowe T1200?
Tak zaawansowany materiał ma swoje konkretne nisze, bo może być wykorzystywany do kolei dużych prędkości i lotnictwa cywilnego po drony, roboty humanoidalne, medycynę i sport. Im lepszy stosunek wytrzymałości do masy, tym więcej miejsc, w których da się zejść z masy, nie tracąc nośności. Szczególnie interesujący jest wątek zbiorników wysokociśnieniowych dla wodoru lub CNG, bo tam włókno pracuje w sposób, w którym jego przewagi są najbardziej “przeliczalne”.
Czytaj też: Mieści się w dłoni i wytwarza potężne pole magnetyczne. Nowy magnes ma nadprzewodzące właściwości
Chiny wprawdzie nie są jedyne w wyścigu o produkcję coraz to bardziej zaawansowanego włókna węglowego, ale teraz wiemy, że dołączyły do wyścigu, w którym udział bierze już m.in. Mitsubishi Chemical, Hyson czy Hexcel. Czy ogłoszenie CNBM oznacza z kolei szybki spadek cen i rozwinięcie popularności T1200? Nie do końca. Sama produkcja na poziomie około 100 ton rocznie sugeruje raczej etap budowania stabilności niż zalewanie rynku. W tym segmencie ceny spadają wtedy, gdy rośnie wydajność procesu i maleje odsetek odrzutów, a to zwykle zajmuje czas i wymaga klientów gotowych przejść przez długą kwalifikację.
Źródła: Interesting Engineering, CCTV, Xinhua News, SCMP
