Storia della fibra di carbonio

Storia della fibra di carbonio

Elettricità, lampadine, Edison e bacon

La fibra di carbonio fu usata per la prima volta nel 1860 per creare un arco tra due aste di carbonio cariche e conduttive. L'elettricità era un po' uno spettacolo da circo allora, e la fibra di carbonio, come era conosciuta, non aveva assolutamente nulla a che fare con le caratteristiche ad alte prestazioni che conosciamo oggi. Tuttavia, la resistenza al calore e la conducibilità elettrica delle fibre di carbonio vengono utilizzate nell'illuminazione, contribuendo così a trovare i mattoni che formano le fibre di carbonio attraverso la "pirolisi". Nel 1879, Thomas Edison usò la pirolisi per produrre filamenti di fibra di carbonio, che furono poi usati come elettrodi all'interno della prima lampadina. Questi filamenti, derivati ​​dalle impurità nelle fibre di cotone e bambù bruciate, finiscono per essere le vere e proprie fibre di carbonio che conducono l'elettricità.

Fu solo nel 1958 che il fisico Roger Bacon produsse i primi baffi in fibra di carbonio ad alte prestazioni attraverso un processo di pirolisi. Studiando la fusione della grafite ad alta temperatura e pressione, Bacon ha scoperto la chimica dietro la struttura esagonale rinforzata con fibra di carbonio. Questa struttura ricca di carbonio viene quindi moltiplicata, formata in un foglio e arrotolata continuamente per tutta la lunghezza della fibra. I baffi di Bacon producono le fibre più rigide e resistenti conosciute al mondo. Alcuni anni dopo, Bacon ha prodotto un prodotto commerciale utilizzando un precursore a base di rayon. Le possibilità meccaniche della fibra di carbonio stanno finalmente prendendo piede. Tuttavia, il costo di produzione di questa scoperta è stato astronomico. Per essere vivo,

Pitch e Pan

Gli anni '70 sono il periodo in cui le proprietà fantasiose della fibra di carbonio hanno cominciato a essere realizzate in ambienti industriali. Leonard Singer scoprì le fibre di carbonio a base di "pece" studiando la carbonizzazione del petrolio e dei materiali a base di carbone. Il bitume è una sostanza simile al catrame prodotta riscaldando il petrolio (olio) in una sostanza con un alto contenuto di carbonio. Allungando le molecole di pece e processandole ad alte temperature, vengono organizzate in fibre di carbonio altamente cristalline. L'avvento delle fibre di carbonio a base di pece ha prodotto un modulo ultra-elevato (rigidità) e un'elevata conduttività termica, tutti requisiti necessari per le applicazioni esposte a temperature elevate all'interno degli aerei. Sebbene molto costose da lavorare, le fibre di carbonio a base di pece di Singer trovano impiego in applicazioni ad alta temperatura.

Nel frattempo, lo scienziato giapponese Akio Shindo ha ampliato la ricerca sulla fibra di carbonio in Giappone utilizzando una forma ad alta purezza di poliacrilonitrile a base di petrolio (PAN). PAN, il precursore della fibra di carbonio più comune oggi, produce alti livelli di cristallinità all'interno della fibra ma è più resistente che mai visto nelle fibre di carbonio a base di pece o rayon. Il processo precursore PAN di Shindo è anche più conveniente nella produzione di fibre di carbonio di alta qualità rispetto alle fibre a base di pece o rayon.

entrare nel mainstream

Per tutti gli anni '80 e '90, una prospettiva globale sulle applicazioni aeronautiche e aerospaziali dal governo ai clienti commerciali è ora chiaramente riconosciuta. Ciò ha portato a una crescita esponenziale delle opzioni in fibra di carbonio per questi settori. Ciò è dovuto al fatto che una sostanziale riduzione del peso dell'aeromobile si traduce in maggiori prestazioni ed efficienza del carburante dell'aeromobile e persino dei componenti del motore. Gli ingegneri hanno iniziato a lavorare su concetti più leggeri, più forti e più veloci. Le parti di ricambio vengono ora progettate, utilizzando materiale in fibra di carbonio, per sostituire parti realizzate in leghe a base di acciaio e alluminio. Tuttavia, la fibra di carbonio è un materiale difficile da lavorare rispetto ai metodi di lavorazione sottrattiva un tempo noti per la fabbricazione dei metalli. Con il tempo dedicato all'apprendimento e alla comprensione dei metodi di produzione della fibra di carbonio, il numero di parti metalliche è diminuito ed è diventato meno comune in ogni aereo di nuova concezione. Con l'avanzare dei metodi di produzione, aumenta anche la produzione delle fibre stesse. Tutto ciò ha portato a un boom di questa forma di oro nero, determinando una maggiore domanda.

Grazie alle sue migliori proprietà di produzione e lavorazione, la fibra di carbonio è ora ampiamente utilizzata nei settori industriali di tutto il mondo. Un costante aumento del contenuto di carbonio più elevato, alcuni dei quali superano il 90 percento di carbonio, condivide i vantaggi di una maggiore resistenza pur essendo più conveniente per il mercato. A causa dei miglioramenti nell'ingegneria e nel controllo dei processi, il fattore di costo della fibra di carbonio è diminuito in modo significativo. L'uso della fibra di carbonio è andato oltre le applicazioni aerospaziali ed è ora una soluzione praticabile per una gamma in espansione di settori tra cui sport motoristici, nautica, articoli sportivi, edilizia e persino mobili. Cinquant'anni fa nessuno pensava di possedere una scrivania in fibra di carbonio. Anche produrre così tanta fibra di carbonio grezza costerebbe milioni di dollari. Oggi, l'applicazione della fibra di carbonio è limitata solo alla nostra immaginazione umana.