Historien og utviklingen av karbonfiber

Karbonfiber er et materiale som har revolusjonert en rekke bransjer, fra romfart til sport. Den unike kombinasjonen av høy styrke, lav vekt og holdbarhet har gjort den til et spesielt attraktivt alternativ for bruksområder som krever materialer med høy ytelse. Men hvordan kom vi hit? La oss dykke ned i historien til karbonfiber.

 

Karbonfiberens tidlige dager

 

Historien om karbonfiber begynner på midten av-19tallet, med oppdagelsen av karbonfilamenter. I 1879 oppfant Thomas Edison den første kommersielt praktiske glødepæren, som brukte karbonfilamenter som glødetråd. I løpet av de neste tiårene ville karbonfilamenter bli et populært valg for en rekke elektriske enheter, fra radioer til TV-er.

 

Den neste store utviklingen i karbonfiberhistorien kom på 1950-tallet, da forskere begynte å eksperimentere med karbonforsterket plast. Tanken var å lage et materiale som hadde styrken og stivheten til metall, men med den lave vekten og korrosjonsbestandigheten til plast. Dette var spesielt viktig for romfartsapplikasjoner, siden vekt er en stor bekymring når man designer fly.

 

En av de tidlige pionerene innen karbonfiber var den britiske kjemikeren Sir Hugh Anderson. På slutten av 1950-tallet utviklet Anderson en prosess for å lage karbonfibre som innebar oppvarming av rayonfibre til ekstremt høye temperaturer. Tanken var å lage et materiale som i struktur lignet grafitt, som er kjent for sin høye styrke og lave vekt.

 

Andersons prosess var relativt enkel: han varmet opp rayonfibre til rundt 1,000-1,500 grader Celsius i fravær av oksygen, noe som førte til at fibrene brytes ned til sine karbonatomer. De resulterende "karboniserte" fibrene ble deretter behandlet med en høytemperaturgass for ytterligere å forbedre deres styrke og holdbarhet.

 

Tidlig bruk av karbonfiber

 

Karbonfiber ble i utgangspunktet sett på som et materiale med stort potensiale for bruk i romfartsindustrien. Den høye styrken og den lave vekten til karbonfiber gjorde det til et ideelt alternativ for strukturer som måtte være lette, men likevel sterke, som flykroppen og vingene til et fly.

 

På begynnelsen av 1960-tallet begynte det amerikanske flyvåpenet å finansiere forskning på karbonfiber, og i 1963 foretok det første karbonfiberflyet – McDonnell Douglas F-4 Phantom II – sin jomfruflyvning. F-4 var utstyrt med karbonfiberkomponenter i bakdelen, noe som bidro til å redusere vekten på flyet med rundt 20 prosent.

 

I løpet av de neste årene begynte karbonfiber å finne veien inn i andre applikasjoner i romfartsindustrien, inkludert satellitter, raketter og missiler. I 1965 brukte NASA karbonfiberforsterket plast for å bygge en serie speiderraketter som ble brukt til å sende vitenskapelige nyttelaster i bane.

 

Fremskritt innen karbonfiberteknologi

 

Etter hvert som etterspørselen etter karbonfiber vokste, økte også behovet for å lage bedre og mer effektive prosesser for å produsere materialet. På begynnelsen av 1970-tallet ble det utviklet flere nye prosesser som gjorde at karbonfiber kunne produseres raskere og med større konsistens.

 

Et av de viktigste fremskrittene var "pitch"-prosessen for å lage karbonfiber. I stedet for å starte med rayon, som var det vanligste materialet som ble brukt til å lage karbonfiber på den tiden, oppdaget forskere at det var mulig å lage karbonfiber fra et biprodukt fra petroleumsindustrien kalt "bek". Bek er et tykt, tjæreholdig stoff som produseres under raffinering av råolje, og det inneholder en høy prosentandel karbon.

 

Pitch-prosessen involverer oppvarming av beken til rundt 1500 grader Celsius i fravær av oksygen, noe som får den til å brytes ned til sine karbonatomer. De resulterende fibrene blir deretter behandlet med en høytemperaturgass for ytterligere å forbedre deres styrke og holdbarhet.

 

Pitch-prosessen er fortsatt den vanligste metoden for å lage karbonfiber i dag, selv om det har vært mange fremskritt innen teknologien siden starten. For eksempel har forskere utviklet nye metoder for å kontrollere størrelsen og formen på karbonfibrene, noe som kan ha stor innvirkning på deres styrke og stivhet.

 

Bruk av karbonfiber i dag

 

I dag kan karbonfiber finnes i en lang rekke bruksområder, fra høyytelsesbiler til sportsutstyr. I bilindustrien brukes karbonfiber til å lage lette karosseripaneler, som kan bidra til å forbedre drivstoffeffektiviteten og ytelsen. I sportsverdenen brukes karbonfiber til å lage alt fra tennisracketer til racersykler.

 

Karbonfiber brukes også mye i romfartsindustrien, hvor det brukes til å lage alt fra kommersielle fly til romfartøy. Faktisk er Boeing 787 Dreamliner det første kommersielle flyet som har en komposittkropp av karbonfiber.

 

En av de mest spennende bruksområdene for karbonfiber er innen medisin. Forskere utforsker bruken av karbonfiber som et materiale for å lage erstatningsbein og vev, så vel som for implanterbart medisinsk utstyr.

 

Siste tanker

 

Karbonfiber er et materiale som har kommet langt siden de første dagene på 1950-tallet. Fra et nytt konsept for å lage lette, høystyrkematerialer, har det blitt en viktig del av en rekke industrier rundt om i verden. Etter hvert som teknologien skrider frem, er det sannsynlig at vi vil se enda flere spennende anvendelser for karbonfiber i årene som kommer.