Na pojem uhlíkové vlákna (tiež "karbónové" z anglického originálu "carbon fibre") sa dnes prakticky nedá nenaraziť. Dôvodom pre to je samozrejme onen fakt, že sú uhlíkové vlákna tak univerzálne vo svojom dopade na celú ľudskú civilizáciu. Prakticky dnes totiž neexistuje oblasť, v ktorej by nemali aspoň nejaký podiel a vplyv. Čo sa týka ich základných vlastností, tak ide o materiál tenký cca 5-8 mikrometrov a tvorený dominantným podielom atómoch uhlíka pospájanými do drobných kryštálov a tie potom ešte do dlhých uhlíkových vlákien. Práve ono špeciálne a symetrické usporiadanie kryštálov spôsobuje, že je vlákno aj napriek svojej mikro-veľkosti extrémne pevné.
Aj keď sa uhlíkové vlákna javí ako materiál, čo je dokonalý absolútne po všetkých stránkach, nie je to až tak ružové úplne za všetkých situácií. Aby sme si naliali čistého vína, je pravdou aj to, že pri spracovávaní práve uhlíkových vlákien (myslí sa tu samozrejme veci typu brúsenie a rezanie, nie zlepenie k sebe a pod. Či snáď to, že celý deň strieľate karbónovými šípami/mácháte golfovou palicou a niečo z toho máte...) musíte pamätať na ochranné prostriedky. Inak hrozí vdýchnutie mikro-prachu (podobné nebezpečenstvo ako u tonera z modernej laserovej tlačiarne treba) či podráždenie kože.
Prečo sa vlastne uhlíkové vlákno používa?
Dôvodov je veľa, ale v prvom rade sú to jeho naozaj vynikajúce fyzikálne parametre: majú totiž priemernú jemnosť 5-10 mikrometrov a hustotu 1750 kg/m3. A od iných textilných vlákien sa dnes odlišuje treba krehkosťou (napríklad proti takýmto skleneným vláknam je ťažnosť menšia), taktiež aj menším modulom pružnosti (brané v kolmom smere na os vlákna). Keď sa vlákno ohreje, potom sa nerozťahuje, ako by jeden čakal, ba naopak - skracuje sa v kolmom smere. Ďalej, pozdĺžne disponujú uhlíkové vlákna nesmierne malým elektrickým odporom (iba 1,9×10−6 Ω/m). A majú dokonca aj vyšší koeficient tepelnej rozťažnosti než sklo.
Aké typy vlákien sa dnes vyrábajú?
Bežne sa dnes stretnete s týmito typológiami:
- štandardné karbonizované vlákna: AS (average strength) - s priemernou pevnosťou, HS (high strength) - s vysokou pevnosťou, HT (high Tenacity) - s vysokým modulom pružnosti).
- vysokomodulové grafitizované vlákna (HM - "High Modulus")
- vlákna vysoko pevné, so stredným modulom pružnosti (IM - "Intermediate Modulus"), duté uhlíkové vlákna
- vlákna s vysokým modulom pružnosti (VHM "Very High Modulus", UHM "Ultra High Modulus")
- diskontinuálne vlákna porušené ťahom (SBCF, "Stretch-Broken Carbon Fiber")
- mleté uhlíkové vlákna
- recyklované uhlíkové vlákna
Ako vlákna s nadpriemernými, ba vynikajúcimi vlastnosťami sa berú tie s pevnosťou až 7 GPa a priemerom 0,2 mikrometrov + vyrábané technológiou "Vapor-Grown Carbon Fibers" (tj. "Nárast v parách"). A testujú sa aj iné moderné materiály neuveriteľných parametrov: tak napríklad ide o nanotrubičky, ktoré zvedú odolnosť v ťažnosti až 150 GPa a to pri dĺžke 5 mm.
Snáď v žiadnej inej oblasti nespôsobili uhlíkové materiály taký prevrat, ako v modernej (a tradičnej) lukostreľbe. Práve karbónové šípy sú totiž úplne odolné proti vode a vzdušnej vlhkosti a v porovnaní s hliníkom sa nijako neohýnajú. Keď je dosiahnuté ich medznej ohybnosti, tak sa raz skrátka priamo zlomí. To ale iste neznamená, že akýkoľvek kvalitný šíp (terčom plynule zastavený) nevydrží tisíce výstrelov...
Kde všade sú dnes uhlíkové vlákna k nájdeniu?
Jednoznačne najväčším odberateľom moderných uhlíkových vlákien je posledné roky sektor letecký (približne 22% trhu), kde sa z nich samozrejme stavia krídla a trupy. Ďalších 17% pripadá na sekciu veterných generátorov (tj. ich rotory a off-shore platformy). Čo sa týka sféry všeobecne kompozitov všetkých typov, tak tie si uhryzli percent 16 a ide o všelijaké nádrže na plyn, vojenské a civilné lode, ... Športové náradie (cca 14% trhu) sa tejto inovácie dočkalo však tiež - kto strieľa z luku, určite pozná uhlíkové drieky šípov. Ale to pochopiteľne nie je všetko - sú to aj moderné golfové palice, bicykle, člny, sklznice lyží, ... Iba 5% si potom uzatvára sekcia automobilová s časťami karosérií a nárazníkami.
Uhlíkové vlákna sú ešte stále v istých skupinách produktov / strojov / zariadení stále skôr synonymom určitého nadštandardného luxusu, než základné bežné výbavy. To sa ale v ďalších rokoch celkom nepochybne zmení k lepšiemu tak, ako sa bude zvyšovať objem jeho producentov na modernom trhu + objem vynálezov nejako sa uhlíkových vlákien dotýkajúcich a ďalej ich rozvíjajúcich.
Ako sú uhlíkové vlákna drahé?
Zďaleka najdrahšie sú vlákna určené pre letecký priemysel. Potom nasledujú prakticky všetky ostatné sekcie, kde už nie sú tak extrémne nároky na kvalitu a čistotu (predsa len, letiace gigantické lietadlo je inak náročné na materiály a ich čistotu ako golfová palica). Keď sa uhlíkové vlákna začali vo veľkom vyrábať, potom sa v roku 1985 predával 1 kg za cca 120 USD. Začiatkom storočia tohto sa už dostávame na hranicu cca 40 USD za kg. Tak či onak, dúfa sa, že sa cena zníži na nejakých 15-30 za kg priemerného vlákna.