|
[[Súbor:Cfaser haarrp.jpg|náhľad|Uhlíkové vlákno s priemerom 6 μm v porovnaní s ľudským vlasom.]]
[[Súbor:Kohlenstofffasermatte.jpg|náhľad|Tkanina z uhlíkových vlákien]]
'''Uhlíkové vlákno''' (-normovaný názov){{#tag:ref|[http://www.sutn.sk/eshop/public/standard_ics.aspx?id=1138716 SUTN]|group=pozn}}) je súvislé vlákno obsahujúce z drvivej väčšiny [[uhlík]]ové [[atóm]]y a s priemerom medzi 5–10 [[Mikrometer|μm]]. Jeho najväčšou výhodou sú vynikajúce štrukturálne vlastnosti, vynikajúci pomer odolnosti v ťahu k váhe, tepelná a chemická odolnosť. Zatiaľ najväčšou nevýhodou je pomerne vysoká cena výroby.
== Všeobecná charakteristika ==
== História ==
Uhlíkové vlákno sa zrodilo v roku [[1958]] podvytvoril rukamifyzik fyzika[[Roger Rogera BaconaBacon]] na pôde [[Union Carbide]] v Technickom Centre v Parme, dnes GrafTech International Holdings Inc. v [[Cleveland]]e, štát [[Ohio]].<ref>Bacon, R. "Filamentary graphite and method for producing the same" US Patent:2957756, Priority date March 18, 1958</ref><ref>{{cite web |url = http://portal.acs.org/portal/PublicWebSite/education/whatischemistry/landmarks/carbonfibers/index.htm |title = High Performance Carbon Fibers |publisher = American Chemical Society |work = National Historic Chemical Landmarks |accessdate= March 25, 2013}}</ref> Prvé vlákna boli vyrobené spekaním zväzku viskózových vlákien až kým skarbonizovali. Výsledkom boli vlákna iba s 20% obsahom uhlíka a s, nízkou pevnosťou a tuhosťou. Počiatkom 60-tych rokov bol proces zdokonalený Dr. Akiom Shindom v Agentúre priemyselnej vedy a technológií v [[Japan|Japonsku]], použitím [[Polyakrylnitrilové vlákno|polyakrylnitrilových vlákien]] (PAN) ako zdrojového materiálu. Tentokrát bola dosiahnutá úroveň 55% obsahu uhlíka.
Proces výroby bol ďalej zdokonaľovaný skupinou vedcov (W. Watt, L. N. Phillips, and W. Johnson) vo Výskumnom stredisku britského Ministerstva obrany (RAE) vo Farnborough, [[Hampshire]]. Postup bol patentovaný Ministerstvom obrany [[Spojené kráľovstvo|Spojeného kráľovstva]] a licencovaný Národnou výskumno-vývojovou korporáciou (NRDC) trom spoločnostiam: [[Rolls-Royce]], Morganite a Courtaulds. V priebehu niekoľkých rokov spustili priemyselnú výrobu karbónových vlákien a Rolls-Royce vďaka nim získal výhodu na americkoumamerickom trhu s ich leteckým motorom RB-211.
Rolls-Royce bol nanešťastie príliš horlivý v použití nového materiálu a súčiastkySúčiastky zhotovené z karbónových vlákien v novom motore Rolls-Royce však vykazovali nadmernú nespoľahlivosť. Spolu s inými problémami muselmusela byť Rolls-Roycefirma znárodnenýznárodnená a továreň na výrobu uhlíkových vlákien bola predaná spoločnosti "Bristol Composites".
Kvôli rôznym problémom výrobu vlákien postupne opustili Morganite aj Courtaulds. Posledne menovaná vydržala vyrábať vlákna a výrobky až do roku [[1991]]. Technológia však sľubovala dobré výsledky a tak bola v sedemdesiatych rokoch adaptovaná a rozvíjaná viacerými spoločnosťami po svete. Ako zdrojový materiál sa testovali rôzne [[polymér]]y a [[ropa|ropné]] deriváty. Vyrobené vlákna mali až 85% obsah uhlíka a vynikajúce štrukturálne vlastnosti v ťahu. V danom období japonská vláda vývoj a výskum uhlíkových vlákien výrazne podporovala, pričom hneď niekoľko spoločností zahájilo vývoj a výrobu: Toray, Nippon Carbon, Toho Rayon a [[Mitsubishi]]. V [[Európa|Európe]] a USA sa vývoj a výroba taktiež začala rozbiehať, aj keď s odlišnou technológiou na základe vlastných výskumov. K najväčším a najúspešnejším spoločnostiam v tejto oblasti patria Hercules, [[BASF]], Celanese USA a Akzo v Európe.
Počas tohto obdobia bolo vyvinutých niekoľko druhov technologických postupvpostupov a typov uhlíkových vlákien s rôznymi vlastnosťami. Napríklad vlákno T400 od Toray má pevnosť v ťahu 4,400 MPa a modul pružnosti v ťahu 250 GPa.<ref>[http://www.toraycfa.com/pdfs/T400HDataSheet.pdf Datasheet T400H od Toray]</ref> Uhlíkové vlákna od Toray, Celanese alebo Akzo si našli cestu pre použitie v leteckom priemysle, najmä u výrobcov lietadiel ako [[McDonnell Douglas]], [[Boeing]] či [[Airbus]]. Po roku [[2000]] využívanie a dôležitosť uhlíkových vlákien rastie stále rýchlejším tempom.
== Použitie ==
[[Súbor:Cfk heli slw.jpg|120px|náhľad|Chvostový diel modelu helikoptéry z uhlíkového kompozitu]]
Celosvetová produkcia uhlíkových vlákien a kompozitov mala v roku 2009 hodnotu približne 10.,8 miliardy USD. V roku 2013 to bolo už 14.,7 miliárd a do roku 2020 sa počíta s nárastom cez 24 miliárd. Najväčšími spotrebiteľmi je letecký a automobilový priemysel, výrobcovia športových potrieb, lodí, zariadení na veternú energiu a výrazný nárast zaznamenáva oblasť lekárskej protetiky a pomôcok.<ref>{{cite web | title = Market Report: World Carbon Fiber Composite Market | publisher = Acmite Market Intelligence|date=July 2010 | url = http://www.acmite.com/market-reports/materials/world-carbon-fiber-composite-market.html}}</ref><ref>{{cite web | author=Roman Hillermeier, Tareq Hasson, Lars Friedrich, Cedric Ball|title=Advanced Thermosetting Resin Matrix Technology for Next Generation High Volume Manufacture of Automotive Composite Structures| publisher = speautomotive.com | url = http://www.speautomotive.com/SPEA_CD/SPEA2012/pdf/TS/TS1.pdf}}</ref>
=== Kompozitné materiály ===
Uhlíkové vlákno je najviac používané k posilneniu kompozitných materiálov, najmä v oblasti vystužovania polymérov. Postupy sú prakticky totožné ako u sklolaminátu[[sklolaminát]]u, avšak kladie sa väčší dôraz na čistotu a bezchybnosť výrobkov. Nezriedka sa "odliatky" vyrábajú alebo vytvrdzujú za pomoci vákua.
Nepolymérové aplikácie zahŕňajú najmä uhlíko-grafitové kompozity, ktoré susú používané v raketovej technike a armáde. Tvoria kľúčovú súčasť prvkov rakiet alebo návratových modulov, ktoré musia odolávať vysokým teplotám v dôsledku trenia pri vysokej rýchlosti so vzduchom.
Uhlíkové vlákna je možné nájsť aj v špeciálnych filtroch na horúce plyny, pretože len málo materiálov má podobnú štruktúru a dokáže dlhodobo odolávať vysokým teplotám bez výraznejších známok únavy, zmien alebo poškodenia štruktúry.
=== Mikroelektróda ===
Uhlíkové vlánkovlákno sa používa aj v amperometrii, alebo vysokorýchlostnej skenovacej voltametriivoltmetrii na detekciu biochemických signálov. Jediné vlákno o priemere 5–7 [[Mikrometer|μm]] je umiestnené do sklenenej kapiláry a zafixované epoxidom. Špičku elektródy tvorí buď vyleštený povrch epoxidu s vláknom, alebo je vlákno skrátené na presnú dĺžku medzi 75–150 μm a tvorí cylindrickú Elektróda|elektródu.<ref>{{cite journal|last=Pike|first=Carolyn M.|coauthors=Grabner, Chad P.; Harkins, Amy B.|title=Fabrication of Amperometric Electrodes|journal=Journal of Visualized Experiments|date=4 May 2009|issue=27|doi=10.3791/1040}}</ref>
=== Katalyzátor ===
| 