Onderzoek koolstofvezel

Wat is koolstofvezel (Carbon Fiber)?

Koolstofvezel is een materiaal dat bestaat uit extreem dunne vezels van koolstof. De vezels met een dikte van ca. 5 - 10 micrometer bestaan uit langgerekte koolstofkristallen. De vezel kenmerkt zich door een zeer kleine rek voordat de vezel breekt. Koolstofvezel of carbon fiber is een veel gebruikt productiemateriaal in de hedendaagse autosport. Indien juist geproduceerd is het sterker dan staal, en tevens ook lichter.  De vezels en de matten worden voornamelijk gebruikt als versterking in kunsthars voor de fabricage van zeer sterke en lichte composieten. Koolstofvezels worden gemaakt uit acrylvezels die door middel van pyrolyse bij temperaturen tot 3000 °C verkoold worden. Koolstofvezel heeft als eigenschap dat het niet oxideert onder invloed van water en zuurstof. Het heeft een aanmerkelijk lagere dichtheid dan staal, een grote treksterkte en een lage uitzettingscoëfficiënt. Deze eigenschappen maken koolstofvezel-composieten zeer geschikt voor toepassingen waar een laag gewicht, grote sterkte en grote stijfheid nodig zijn. De monocoques, carrosserie, vleugels en remmen zijn allemaal uit koolstofvezel vervaardigd. Het gebruik van koolstofvezel is t.o.v. staal en aluminium gewichtsbesparing. Ook is de energie-absorbsie tot vijf keer zo hoog als die van staal.

De stijfheid van een materiaal wordt gemeten door de elasticiteitsmodulus. De breukrek van uitgeharde polyester en epoxy harsen ligt tussen 1.5 en 2.5 %,  de breukrek van glasvezel ligt met 2.5 tot 4 % net boven de grens van de hars, koolstofvezel ligt er met 1.25 % onder.

Kostprijs

Staal : 0,80 euro/kg  Aluminium : 1.60 euro/kg  Koolstofvezel : 50 euro/kg

Staal is veruit het goedkoopste materiaal. Vooral koolstofvezel is heel duur. Een oorzaak hiervan is dat er maar weinig bedrijven zijn die koolstofvezels produceren. In de toekomst gaan waarschijnlijk meer bedrijven carbon fibres produceren waardoor de prijs zal dalen (deze trend doet zich de afgelopen jaren al voor).

Gewicht

De soortelijke massa of dichtheid van de verschillende materialen :

Staal : 7800 kg/m3  Aluminium : 2700 kg/m3  Koolstofvezel : 1800 kg/m3 (T700

Materiaaleigenschappen

	Staal	Aluminium	Koolstofvezel (T700)
Treksterkte (Mpa)	400	150	4480
Elasticiteitsmodules (Gpa)	200	69	245

Vooral de grote treksterkte en de goede stevigheid van T700-koolstofvezel maken het een goed materiaal waarin deze eigenschappen nodig zijn samen met een licht gewicht.

Elk materiaal heeft ook een nadeel dat typisch is:

Staal : roest   Aluminium : bros   Koolstofvezel: alleen trekbelasting

Productie

Staal: de productie van een body in staal gebeurd door stalen platen te persen tot de gewenste vormen

Aluminium: plooien en persen van platen tot gewenste vorm

Koolstofvezel: deze worden gemaakt in een mal door het gebruik van koolstofvezelmatten en hars

De productie van koolstofvezel body’s ten opzichte van stalen/aluminium body’s is totaal verschillend. Dit vraagt dus een stevige investering van de autofabrikant.

Economisch

Koolstofvezel is veel duurder dan staal dus zal de prijs van een wagen met een body van carbon fibres groter zijn dan een klassieke wagen. De vraag is wie deze extra kosten gaat dragen. Gaan de constructeurs dit doen of is de koper bereidt om extra financiële inspanning te doen voor het milieu (reductie van het verbruik).

Bronnen

http://archief.aftersalesmagazine.nl/Aftersales_Magazine/29/magazine.php?spread=60#/zoompage/60/

http://bodypegasus.wordpress.com/2010/01/27/staal-vs-aluminium-vs-carbon/ 

http://www.lme-prijzen.nl/aluminiumprijs/

http://nl.wikipedia.org/wiki/Koolstofvezel