10 puta jači od čelika, tanji od ljudske dlake i sposoban za pomicanje dvospratnog autobusa

Državna Kineska nacionalna grupa za građevinski materijal (CNBM) predstavila je vlakna ultra visoke čvrstoće na sajmu kompozitnih materijala JEC World u Parizu. Državni emiter CCTV potvrdio je da je CNBM-ova podružnica Zhongfu Shenying dostigla industrijsku proizvodnju s početnim kapacitetom od otprilike 100 tona godišnje.

Prema navodima kompanije, ovo Kinu čini prvom zemljom koja masovno proizvodi vlakna klase T1200. Ova tvrdnja bi je stavila ispred Toray Industries, etabliranog lidera na tržištu. Toray, japanska firma, otkrila je vlastiti razvoj vlakana T1200 krajem 2023. godine, ali nikada nije javno objavila podatke o industrijskoj proizvodnji. Kompanija vodi visokoučinkovitu fabriku karbonskih vlakana u Alabami, izgrađenu za opskrbu američkog obrambenog sektora, i proizvodi klase T1100 i T800 za zrakoplovnu i vojnu primjenu. Američki proizvođač Hexcel snabdijeva Pentagon svojim ekvivalentnim proizvodom HexTow IM10.

Detaljan izvještaj o tržištu objavljen istog dana pokazuje da je globalna industrija karbonskih vlakana i dalje koncentrirana među malom grupom proizvođača. Toray prednjači s godišnjim kapacitetom od 29.100 tona. Mitsubishi Chemical planira udvostručiti svoju proizvodnju visoke klase do 2027. Južnokorejski Hyosung Advanced Materials cilja na 24.000 tona do 2028.

Izvještaj također navodi da je Azijsko-pacifička regija pretekla Sjevernu Ameriku i Evropu kao najveća regija potrošača. Dolazak Kine u najviši rang performansi ubrzava taj geografski pomak.

Vlakno mnogo jače od čelika

Brojke vezane za karbonska vlakna T1200 su očite. Njegova zatezna čvrstoća prelazi 8 gigapaskala (GPa). Konstrukcijski čelik rijetko prelazi 1 GPa. Vlakno podnosi sile vučenja oko 10 puta veće od običnog čelika, a teži samo četvrtinu te težine.

Svako vlakno mjeri nekoliko mikrona u prečniku, manje od jedne desetine debljine ljudske dlake. U jednoj demonstraciji, istraživači CNBM-a uvrnuli su 120.000 niti u uže. Pod zatezanjem, uže je imalo promjer manji od 2 milimetra. Prema Xinhui, taj tanki konopac bio je dovoljno jak da vuče autobus sa 54 odrasle osobe.

Vodeći istraživač Chen Qiufeng rekao je državnoj televiziji da masovna proizvodnja pretvara skupu laboratorijsku neobičnost u pristupačan industrijski resurs. Proizvodni proces počinje polimerizacijom poliakrilonitrila (PAN), prekursorskog materijala. Vlakna zatim prolaze kroz predoksidaciju na 200 do 300 stepeni Celzijusa, nakon čega slijedi karbonizacija na temperaturama koje dostižu 2.000 stepeni Celzijusa.

Tehnička ljestvica

Cijeli niz mora se odvijati s dovoljno kontrole kako bi se suzbili mikroskopski defekti unutar unutrašnje strukture vlakna. Čak i sitni nedostaci mogu izazvati prerano oštećenje pod zahtjevnim opterećenjima. Predsjednik CNBM-a, Zhou Yuxian, rekao je na kanalu društvenih medija kompanije da je čvrstoća vlakna uslijedila nakon dvije decenije domaćih istraživanja. Nazvao je karbonska vlakna "ključnim elementom u osiguravanju sigurnosti industrijskih i lanaca snabdijevanja".

"T" u T1200 pripada industrijskoj konvenciji koja rangira zateznu čvrstoću. Niže klase poput T300 idu prema gore, pa sve do T700, T800, T1000 i T1100. Svaki korak označava pravi skok u mehaničkim performansama. Godinama je T1100 predstavljao najviši industrijski standard, a Toray je kontrolirao taj segment. T1000, niži nivo, sada se pojavljuje kao osnova za trupove komercijalnih aviona sljedeće generacije.

T1200 zauzima najvišu ljestvicu. Objava iz Pekinga signalizira da je ova klasa prešla granice istraživačkih uzoraka i dostigla ponovljivu, stabilnu fabričku proizvodnju. Karbonska vlakna na ovom nivou nikada nisu bila ograničena mogućnošću izrade malih laboratorijskih serija. Prepreka je oduvijek bila njihova konzistentna proizvodnja u velikim količinama.

South China Morning Post je izvijestio da vlakna imaju deset puta veću sirovu čvrstoću od čelika spakovanog u niti deset puta tanje od ljudske dlake. Izvještaj o globalnom tržištu karbonskih vlakana 2026-2036 navodi najbrže rastuće segmente potražnje: rezervoare za skladištenje komprimiranog vodika, zrakoplovne strukture, lopatice vjetroturbina i lagane komponente električnih vozila. Izvještaj također ukazuje na rastući pritisak zbog mandata održivosti i rastuće tržište recikliranih karbonskih vlakana.

Gdje je ušteda kilograma najvažnija

CNBM i kineski državni mediji naveli su nekoliko neposrednih ciljnih sektora. U zrakoplovstvu, smanjenje svakog mogućeg kilograma s komponente direktno utiče na sagorijevanje goriva, domet i korisni teret. Kompanija očekuje da će se vlakna pojaviti u raketnim strukturama i vozilima velike brzine, gdje ekstremni omjeri čvrstoće i težine nisu predmet pregovora.

Za skladištenje vodika, posude pod pritiskom obložene karbonskim vlaknima moraju držati plin pod ogromnim pritiskom bez opterećenja vozila dodatnom masom. U ekonomiji malih visina, termin koji Kina koristi za dronove i električne avione s vertikalnim polijetanjem i slijetanjem, uštede na težini koje nudi T1200 su podjednako bitne.

Civilna infrastruktura predstavlja dugoročnu mogućnost. Viseći mostovi dugog raspona dostižu granice dizajna jer čelični kablovi postaju preteški da bi se sami nosili. Ugljični kablovi za zadržavanje, koji su već dostupni u nižim klasama, pružaju lakšu, otporniju alternativu s dužim vijekom trajanja. T1200 bi mogao pomaknuti te mogućnosti prema van, iako će široka upotreba u građevinarstvu zahtijevati niže troškove i mnogo veće količine proizvodnje.

CNBM nije objavio cijene. Izvještaj o tržištu upozorava da relativno visoka cijena karbonskih vlakana ostaje glavna prepreka konkurentskim materijalima, posebno u proizvodnji automobila velikih količina. Rokovi za certifikaciju u zrakoplovnoj industriji također su poznato dugi. Materijal spreman za fabrički razvoj i dalje može potrajati godinama da se pojavi u letećem avionu.

┈➤ Program N1 televizije možete pratiti UŽIVO na ovom linku kao i putem aplikacija za Android /iPhone/iPad