Témata
Reklama

Pokud bychom hledali základní stavební kámen života na Zemi, pravděpodobně bychom skončili u uhlíku. Tento relativně malý a lehký prvek je základem prakticky všeho, co nás obklopuje. Počínaje veškerými organickými sloučeninami (a tím pádem i všemi živými organismy), přes celou řadu anorganických látek, až po různé modifikace samotného přírodního uhlíku. Řečí čísel bychom se dostali přibližně k  deseti milionům látek, které uhlík obsahují. Příčinou této obrovské variability je schopnost uhlíku ochotně na sebe vázat další lehké atomy, včetně sebe sama. A stejně jako příroda začali těchto unikátních vazebných schopností využívat i vědci k výrobě nejrůznějších umělých materiálů.

Reklama
Reklama
Reklama
Uhlíková vlákna se zpracovávají mnoha způsoby, od mletí a sekání až po tvorbu speciálních tkanin a textilií. Drtivá většina vláken pak končí v kompozitech, které jsou tvořeny až z 80 % uhlíkem, zbytek představují různé druhy polymerů.

Mezi nejrozšířenější dnes nepochybně patří uhlíková vlákna. Jde o velmi tenká vlákna o průměru zhruba 5 až 10 mikrometrů (pro srovnání, vlas má průměr zhruba 100 mikrometrů) tvořená výhradně atomy uhlíku. Již v 60. letech minulého století je objevil americký vědec Roger Bacon, a přestože tehdy vlákna nedosahovala takové čistoty, jako ta současná, stále vykazovala parametry, které přivítali konstruktéři z mnoha oborů. Patří mezi ně zejména vysoká tuhost a pevnost v tahu, odolnost vůči teplotním změnám a chemikáliím a nízká hmotnost. Díky této kombinaci vlastností měl nový materiál velký potenciál zejména pro letecký průmysl, kde se součástky z uhlíkových vláken začaly používat již na přelomu 60. a 70. let minulého století. Od té doby se staly kompozity na bázi uhlíkových vláken nedílnou součástí nejen letadel, ale také větrných elektráren, automobilů či sportovních potřeb.

Svými vlastnostmi jsou kompozity z uhlíkových vláken ideálním materiálem pro letecký průmysl. Například centrální spojnice křídel Airbusu A380 je vyrobena výhradně z uhlíkových kompozitů.

Nic však není dokonalé a výborné vlastnosti uhlíkových vláken jsou draze vykoupeny jejich výrobní cenou. Přestože je uhlíku všude kolem nás dostatek, uspořádat jednotlivé atomy do struktury tvořící vlákna představuje velmi komplikovaný výrobní proces vyžadující teploty přes 2000 °C, což je extrémně energeticky náročné. Navzdory širokým možnostem využití proto zůstávají uhlíková vlákna doménou výrobků, u nichž nehraje cena zásadní roli. Výhledově bychom se však s nimi mohli setkávat častěji. Vědci společnosti Siemens totiž vyvinuli způsob, jak efektivně recyklovat uhlíková vlákna z vyřazených kompozitů, tvořených kromě samotných vláken ještě polymerovou matricí.

Klíčem je šetrný přístup

V současné době se uhlíková vlákna z těchto kompozitů recyklují poměrně drastickým způsobem, zvaným pyrolýza neboli tepelný rozklad. Při něm jsou, zjednodušeně řečeno, kompozity zahřáty na vysokou teplotu, při níž se spálí polymerová část kompozitu, a dojde tak k oddělení uhlíkových vláken. Tato metoda však má negativní vliv na vlastnosti vláken, protože po spálení polymerů mohou být vlákna různě spletená či pokroucená, což omezuje jejich další využití. Vědci proto šli na věc z druhé strany a využili chemických vlastností polymerů. Během speciálního procesu, při němž jsou kompozity pod tlakem zahřáty na 200 °C, se polymery přeměňují na alkoholy tvořené menšími molekulami, jež se pomocí vody odloučí od uhlíkových vláken. Výhodou metody je nejen nižší energetická náročnost a nulová spotřeba toxických rozpouštědel, ale zejména její šetrnost vůči samotným uhlíkovým vláknům. Ta jsou na konci procesu prakticky netknutá a zachovávají si původní velikost a tvar, včetně nepoškozeného povrchu. Mechanické vlastnosti vláken jsou tedy recyklací ovlivněny naprosto minimálně.

Aby však mohla být metoda používána ve větší míře, musí vědci ještě vyřešit, jak využít recyklovaná vlákna k výrobě produktů a součástek, jež mají jiné rozměry a tvar, než původní komponenty.

-js-

Zdroj: Tisková zpráva Siemens

Redakčně upraveno

Reklama
Firmy
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Budoucnost stavebnictví: Odpadní termoplasty

Různé polymerní typy odpadů, pro které zatím není širší uplatnění. To je vedlejší produkt, vznikající při výrobě a zpracování plastů. Čeští výzkumníci se proto pustili do studia jejich klíčových vlastností, aby umožnili jejich následné zpracování. Výsledkem jejich práce je vytvoření uceleného přehledu možností využití odpadních termoplastů ve výrobě kompozitních materiálů pro stavebnictví. Z odpadu lze tedy nyní vyrábět různé stavební prvky z polymerbetonu nebo například odolné dlaždice.

Nová pneumatika pro manipulátory

Pro teleskopické manipulátory a nakladače vyvinula společnost Continental pneumatiku CompactMaster AG, která obsahuje novou zvýšenou běhounovou vrstvou, tzv. Turtle Shield (Želví štít) a ocelový nárazník z točitých lan. 

Výzvy pro etické hackery, vítězové získají 5 000 eur

Společnost BASF se zapojuje do evropského inovačního maratonu GreenHack. Inovátorům, kteří se mohou do projektu hlásit do 10. června na webových stránkách www.greenhack.eu, dá BASF za úkol během 36 hodin najít řešení dvou výzev z oblasti zemědělství a nakládání s chemickými obaly. Akce se uskuteční 11. a 12. června v Praze a online, vítězné týmy získají 5 000 eur.

Drony pro humanitární operace

Skupina MRS (Multi-Robot Systems) působící v rámci katedry kybernetiky Fakulty elektrotechnické (FEL) ČVUT v uplynulých týdnech na poušti ve Spojených arabských emirátech testovala let roje dronů. Pro realizaci skupinového letu se vědci inspirovali hejnem ptáků či plovoucích ryb. Drony by pak mohly být zapojeny do humanitárních operací vyhledávání a záchrany osob.  

Umělá inteligence zefektivňuje výrobu

Dlouhodobá spolupráce společnosti Lego, která má v Kladně jeden ze svých velkých výrobních závodů, a Českého institutu informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) ČVUT přináší konkrétní výsledky využitelné v praxi. Jedním z příkladů této spolupráce je aktuální projekt, jenž využívá umělou inteligenci k automatickému nastavování balicích linek.

Jak zjistit kvalitu vnějšího prostředí

Na vývoji nové senzorové platformy pro měření kvalitativních parametrů venkovního prostředí v současné době pracuje Univerzitní centrum energeticky efektivních budov ČVUT.

Sofistikovaná fasáda budoucnosti

Vývoj inovativního systému lehkých obvodových plášťů, který bude aktivně přispívat k vnitřnímu komfortu a redukci uhlíkové stopy nebytových budov. To je cílem, na který se v rámci mezinárodního projektu Powerskin+ zaměřuje ČVUT UCEEB.

Zelená energie pro výrobu v továrnách 3M

Všechny výrobní závody a kanceláře společnosti 3M v Polsku od letoška odebírají výhradně elektřinu ze stoprocentně obnovitelných zdrojů. Díky přechodu na obnovitelné zdroje energie firma výrazně snižuje emise oxidu uhličitého a uhlíkovou stopu svých výrobků.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit