uhlíková tkanina

Uhlíková tkanina

Výjimečné vlastnosti uhlíkových vláken nepocházejí pouze ze samotného materiálu, ale také ze způsobu, jakým jsou vlákna uspořádána a protkána. Vzor tkaní významně ovlivňuje pevnost, tuhost, poddajnost a estetický vzhled kompozitu. Různé druhy tkaní nabízejí různé výkonnostní charakteristiky, takže výběr tkaní je klíčovým aspektem návrhu kompozitu.

Plátnová vazba:

Plátnová vazba je nejjednodušší a nejběžnější vzor tkaní. Vyznačuje se střídavým "jeden nad, jeden pod" proplétáním osnovních (podélných) a útkových (příčných) vláken.

Charakteristika:

• Vysoká stabilita: Vlákna jsou pevně propojena, což zabraňuje jejich sklouzávání.
• Dobré zvlnění: Proplétání vytváří ve vláknech zvlnění, které může ovlivnit mechanické vlastnosti.
• Vyvážené vlastnosti: Nabízí relativně stejnou pevnost a tuhost v obou směrech osnovy a útku.
• Dobrá poddajnost: Může se relativně snadno přizpůsobit složitým tvarům ve srovnání s některými jinými vazbami.
• Pevná vazba: Obecně vede k pevné, uzavřené struktuře tkaniny.

Aplikace:

• Univerzální kompozity.
• Součásti vyžadující dobrou stabilitu a poddajnost.
• Viditelné části z uhlíkových vláken.

Keprová vazba:

Keprové vazby se vyznačují diagonálním žebrováním. Tento vzor je vytvořen útkovou přízí, která přechází přes dvě nebo více osnovních přízí a pak pod jednu nebo více osnovních přízí a tak dále s pravidelným posunem, aby se vytvořil diagonální efekt. Běžné keprové vzory zahrnují kepr 2x2 a kepr 2x1. U kepru 2x2 přechází útek přes dvě osnovní příze a pod dvě osnovní příze. U kepru 2x1 přechází útek přes dvě osnovní příze a pod jednu osnovní přízi.

Charakteristika:

• Vyšší poddajnost: Pružnější a snadněji se přizpůsobuje složitým tvarům než plátnová vazba.
• Měkčí pocit: Obecně má hladší a měkčí pocit ve srovnání s plátnovou vazbou.
• Nižší stabilita: Náchylnější ke sklouzávání vláken než plátnová vazba.
• Vyšší poměr pevnosti k hmotnosti (potenciálně): Může dosáhnout vyššího poměru pevnosti k hmotnosti v určitých orientacích ve srovnání s plátnovou vazbou, v závislosti na specifickém keprovém vzoru a uspořádání vláken.
• Výrazný vizuální vzhled: Diagonální žebrování vytváří vizuálně atraktivní vzor.

Aplikace:

• Letecké součásti.
• Automobilové díly.
• Sportovní zboží (např. rámy jízdních kol).
• Aplikace vyžadující dobrou poddajnost a vizuálně atraktivní povrch.

Saténová vazba:

Saténové vazby se vyznačují dlouhými plovoucími vlákny, kde útková příze přechází přes několik osnovních přízí před propletením. To vytváří hladký, lesklý povrch. Běžné saténové vazby zahrnují 4-nítový satén (4HS) a 8-nítový satén (8HS). Číslo nítí udává počet osnovních přízí, přes které útková příze plave.

Charakteristika:

• Nejvyšší poddajnost: Extrémně pružná a snadno se přizpůsobuje složitým tvarům.
• Nejhladší povrch: Dlouhé plovoucí prameny vytvářejí velmi hladkou povrchovou úpravu.
• Nejnižší stabilita: Nejvíce náchylná ke sklouzávání vláken ve srovnání s plátnovou a keprovou vazbou.
• Nejvyšší poměr pevnosti k hmotnosti (potenciálně): Může dosáhnout nejvyššího poměru pevnosti k hmotnosti v určitém směru díky dlouhým plovoucím pramenům, které minimalizují zvlnění a maximalizují uspořádání vláken podél tohoto směru.
• Obtížná manipulace: Vyžaduje pečlivé zacházení během pokládání, aby se zabránilo deformaci vláken.

Aplikace:

• Vysoce výkonné letecké konstrukce.
• Aplikace vyžadující maximální pevnost v určitém směru.
• Složité tvary, kde je poddajnost nejdůležitější.

Jednosměrná (UD) vazba (nebo netkaná textilie):

Technicky vzato, jednosměrná tkanina není "vazba" v tradičním slova smyslu. Místo toho se skládá z paralelních vláken držených pohromadě lehkým prošíváním nebo spojovací přízí. Primární vlákna jsou orientována v jednom směru (typicky 0 stupňů).

Charakteristika:

• Nejvyšší pevnost a tuhost ve směru vláken: Maximalizuje mechanické vlastnosti ve směru vláken.
• Minimální zvlnění: Paralelní uspořádání minimalizuje zvlnění vláken a maximalizuje výkon.
• Anizotropní: Vlastnosti silně závisí na směru. Velmi slabé v jiných směrech než ve směru vláken.
• Vyžaduje více vrstev: Typicky se používá v kombinaci s jinými orientacemi tkaniny, aby se dosáhlo vyvážených vlastností v kompozitu.

Aplikace:

• Konstrukční součásti vyžadující vysokou jednosměrnou pevnost a tuhost (např. lopatky větrných turbín, nosníky letadel).
• Zesílení specifických oblastí v kompozitní konstrukci.

Košíková vazba:

Košíková vazba je variací plátnové vazby, kde se dvě nebo více osnovních přízí proplétá se dvěma nebo více útkovými přízemi. Například košíková vazba 2x2 má dvě osnovní příze, které přecházejí nad a pod dvěma útkovými přízemi.

Charakteristika:

• Podobná plátnové vazbě, ale s výraznější texturou.
• Obecně poddajnější než plátnová vazba díky volnějšímu proplétání.
• Může být náchylnější ke sklouzávání vláken než plátnová vazba.

Další variace vazeb:

Existuje mnoho dalších variací vazeb, včetně:

• Imitace leno vazby: Simuluje vzhled leno vazby bez složitého proplétání.
• Stromečková vazba: Variace keprové vazby s obráceným diagonálním vzorem.
• Osnovou a útkem lícové vazby: Vazby, kde buď osnovní, nebo útkové příze dominují vzhledu povrchu.

Úvahy o výběru vazby:

Výběr vhodného vzoru tkaní závisí na několika faktorech, včetně:

• Mechanické vlastnosti: Požadavky na pevnost, tuhost a rázovou houževnatost.
• Poddajnost: Složitost tvaru, který má být vytvarován.
• Povrchová úprava: Požadovaný vzhled a hladkost.
• Cena: Různé vazby mají různé výrobní náklady.
• Objemový podíl vláken: Podíl vláken v kompozitu, který může být vazbou ovlivněn.

Matematické znázornění vazeb (pokročilé):

Zatímco úplný matematický popis vzorů tkaní je složitý, lze použít zjednodušená znázornění k analýze jejich vlivu na mechanické vlastnosti. Například úhel zvlnění θ v plátnové vazbě lze odhadnout na základě průměru vlákna d a vzdálenosti opakování vazby l. Vztah lze aproximovat jako:

θ ≈ arctan(d / l)

Tento úhel ovlivňuje efektivní modul pružnosti kompozitu. K predikci chování kompozitů s různými vzory tkaní se často používají sofistikovanější modely, jako je například analýza konečnými prvky (FEA).

Vzor tkaní je kritickým parametrem v návrhu kompozitů z uhlíkových vláken. Pochopení charakteristik různých vazeb umožňuje inženýrům přizpůsobit vlastnosti kompozitu tak, aby splňovaly specifické požadavky aplikace. Pečlivé zvážení výběru vazby je nezbytné pro dosažení optimálního výkonu a strukturální integrity.

Vlastnosti tkaniny

Mechanické vlastnosti:

• Vysoká pevnost v tahu: Uhlíková vlákna mají mimořádně vysokou pevnost v tahu, což znamená, že vydrží značné tahové síly před zlomením. Tato pevnost se přenáší na tkaninu, takže je vhodná pro aplikace vyžadující vysokou nosnost. Například vysoce výkonné součásti letadel a podvozky závodních automobilů využívají kompozity z uhlíkových vláken pro jejich vynikající poměr pevnosti k hmotnosti. Pevnost v tahu se často udává v jednotkách MPa (megapaskaly) nebo GPa (gigapaskaly).
• Vysoký modul pružnosti v tahu (tuhost): Uhlíková tkanina se vyznačuje vysokým modulem pružnosti v tahu, známým také jako Youngův modul. To udává odolnost materiálu proti deformaci v tahu. Vysoký modul pružnosti v tahu znamená, že se tkanina pod zatížením velmi málo deformuje. Tato tuhost je klíčová v aplikacích, kde je nejdůležitější rozměrová stabilita, jako jsou satelitní konstrukce a přesné přístroje. Modul pružnosti v tahu se typicky vyjadřuje v GPa.
• Nízká hustota: Uhlíkové vlákno má nízkou hustotu, typicky kolem 1,75-1,9 g/cm³, což je výrazně méně než ocel (kolem 7,85 g/cm³) a hliník (kolem 2,7 g/cm³). Když je toto uhlíkové vlákno zapracováno do tkaniny, tato nízká hustota přispívá k lehkým kompozitům, takže jsou ideální pro aplikace citlivé na hmotnost, jako je letecký a automobilový průmysl.
• Odolnost proti únavě: Kompozity z uhlíkových vláken vykazují vynikající odolnost proti únavě, což znamená, že vydrží opakované cykly zatížení bez výrazného zhoršení výkonu. To je významná výhoda oproti kovům, které jsou náchylné k únavovému selhání. Tato vlastnost je kritická pro součásti vystavené cyklickému namáhání, jako jsou lopatky větrných turbín a křídla letadel.
• Pevnost v tlaku: Zatímco uhlíková vlákna vynikají v pevnosti v tahu, jejich pevnost v tlaku je obecně nižší. Je to proto, že vlákna mají tendenci se pod tlakovým zatížením vybočit. Pevnost v tlaku kompozitu z uhlíkových vláken je silně ovlivněna pryskyřičnou matricí, která poskytuje vláknům oporu a zabraňuje vybočení. K dispozici jsou speciální uhlíková vlákna se zlepšenou pevností v tlaku, často za vyšší cenu.
• Pevnost ve smyku: Pevnost ve smyku se vztahuje k odolnosti materiálu vůči silám, které způsobují jeho klouzání nebo stříhání. Pevnost ve smyku kompozitů z uhlíkových tkanin je primárně určena pryskyřičnou matricí a mezivrstvovou pevností ve smyku (ILSS), což je odolnost vůči smykovým silám mezi vrstvami tkaniny. Pečlivý výběr pryskyřice a správné techniky zpracování jsou nezbytné pro maximalizaci pevnosti ve smyku.

Tepelné vlastnosti:

• Vysoká tepelná vodivost (v rovině): Uhlíková vlákna vykazují vysokou tepelnou vodivost podél své osy vláken. Tato vlastnost umožňuje efektivní odvod tepla v určitých aplikacích. Tepelná vodivost je však anizotropní, což znamená, že je výrazně nižší ve směru kolmém k vláknům (skrz tloušťku).
• Nízký koeficient tepelné roztažnosti (CTE): Uhlíková vlákna mají velmi nízký koeficient tepelné roztažnosti, což znamená, že se s měnící se teplotou velmi málo roztahují a smršťují. Tato vlastnost je klíčová v aplikacích, kde je rozměrová stabilita kritická v širokém rozsahu teplot, jako jsou satelitní konstrukce a optické přístroje. Pečlivý výběr pryskyřičné matrice je důležitý pro sladění CTE uhlíkových vláken a minimalizaci tepelného napětí v kompozitu.
• Odolnost vůči vysokým teplotám: Uhlíková vlákna odolávají vysokým teplotám bez výrazného zhoršení jejich mechanických vlastností. Pryskyřičná matrice použitá v kompozitu je však typicky omezujícím faktorem v aplikacích s vysokými teplotami. K dispozici jsou speciální vysokoteplotní pryskyřice, které mohou prodloužit použitelný teplotní rozsah kompozitů z uhlíkových vláken.

Elektrické vlastnosti:

• Elektrická vodivost: Uhlíková vlákna jsou elektricky vodivá, ačkoli jejich vodivost je nižší než u kovů, jako je měď nebo hliník. Elektrickou vodivost uhlíkové tkaniny lze upravit výběrem specifických typů vláken a aplikací povrchových úprav. Tato vlastnost se využívá v aplikacích, jako je stínění proti elektromagnetickému rušení (EMI) a ochrana před úderem blesku.

Ostatní vlastnosti:

• Chemická odolnost: Uhlíková vlákna jsou obecně odolná vůči široké škále chemikálií, včetně kyselin, zásad a rozpouštědel. Pryskyřičná matrice použitá v kompozitu však může být náchylná k chemickému napadení.
• Průhlednost pro rentgenové záření: Kompozity z uhlíkových vláken jsou relativně průhledné pro rentgenové záření, takže jsou užitečné v aplikacích lékařského zobrazování, jako jsou rentgenové stoly a zařízení pro radiační terapii.
• Tlumení: Kompozity z uhlíkových vláken mají dobré tlumicí vlastnosti, což znamená, že mohou účinně absorbovat vibrace a snižovat hluk. Tato vlastnost je výhodná v aplikacích, jako jsou sportovní potřeby a automobilové součásti.

Vliv vzoru tkaní:

Vzor tkaní uhlíkové tkaniny významně ovlivňuje její vlastnosti. Různé vzory tkaní nabízejí různé stupně poddajnosti, stability a pevnosti.

• Plátnová vazba: Plátnová vazba je nejjednodušší a nejběžnější vzor tkaní. Nabízí dobrou stabilitu a relativně snadno se s ní manipuluje. Je však méně poddajná než jiné vzory tkaní.
• Keprová vazba: Keprová vazba se vyznačuje diagonálním žebrováním. Je poddajnější než plátnová vazba a nabízí dobrou pevnost a stabilitu.
• Saténová vazba: Saténová vazba má hladký, lesklý povrch a je vysoce poddajná. Je však méně stabilní než plátnová a keprová vazba a je náchylnější k třepení.
• Jednosměrná (UD) tkanina: UD tkaniny se skládají z vláken uspořádaných v jednom směru. Nabízejí maximální pevnost a tuhost v tomto směru, ale mají velmi malou pevnost v příčném směru. UD tkaniny se často používají v kombinaci s jinými vzory tkaní k vytvoření kompozitů s přizpůsobenými vlastnostmi.

Vliv pryskyřičné matrice:

Pryskyřičná matrice hraje klíčovou roli v celkové výkonnosti kompozitů z uhlíkových vláken. Pryskyřice spojuje vlákna dohromady, přenáší mezi nimi zatížení a chrání je před poškozením životního prostředí. Volba pryskyřice závisí na specifických požadavcích aplikace, jako je teplotní odolnost, chemická odolnost a mechanické vlastnosti. Běžné pryskyřičné systémy zahrnují epoxidové, polyesterové a vinylesterové pryskyřice.

Typy pryskyřic

Výběr vhodné pryskyřice je klíčový pro dosažení požadovaných vlastností kompozitu z uhlíkových vláken. Pryskyřice funguje jako matrice, která spojuje uhlíková vlákna dohromady, přenáší mezi nimi zatížení a chrání je před vlivy prostředí. Různé typy pryskyřic nabízejí různé vlastnosti, včetně pevnosti, tuhosti, teplotní odolnosti, chemické odolnosti a zpracovatelských vlastností. Optimální volba pryskyřice silně závisí na zamýšleném použití a specifických požadavcích na výkon.

Epoxidové pryskyřice:

Epoxidové pryskyřice jsou nejrozšířenějším matricovým materiálem v kompozitech z uhlíkových vláken díky svým vynikajícím mechanickým vlastnostem, dobré adhezi k uhlíkovým vláknům, relativně nízkému smrštění během vytvrzování a všestrannosti ve složení. Jsou to termosetické polymery, což znamená, že během vytvrzování podléhají nevratným chemickým změnám a vytvářejí pevnou, zesíťovanou strukturu.

• Výhody: Vysoká pevnost a tuhost, dobrá chemická odolnost, vynikající adheze, relativně nízká cena ve srovnání s některými jinými pryskyřicemi a k dispozici je široká škála teplot a viskozit vytvrzování.
• Nevýhody: Může být křehká, zejména při nízkých teplotách. Některé epoxidy jsou náchylné k absorpci vlhkosti, což může zhoršit výkon. Některé receptury vyžadují vysoké teploty vytvrzování.

Epoxidy se často modifikují jinými materiály, aby se zlepšily specifické vlastnosti. Například přidání zpevňujících činidel, jako jsou elastomery nebo termoplasty, může zvýšit lomovou houževnatost.

Polyesterové pryskyřice:

Polyesterové pryskyřice jsou dalším typem termosetického polymeru, který lze použít s uhlíkovými vlákny, i když méně často než epoxidy pro vysoce výkonné aplikace. Jsou obecně levnější než epoxidy, ale nabízejí nižší mechanické vlastnosti a chemickou odolnost.

• Výhody: Nízká cena, relativně snadné zpracování a krátké doby vytvrzování.
• Nevýhody: Nižší pevnost a tuhost ve srovnání s epoxidy, horší adheze k uhlíkovým vláknům, vyšší smrštění během vytvrzování a nižší odolnost vůči vlhkosti a chemikáliím.

Polyesterové pryskyřice se typicky používají v méně výkonných aplikacích nebo tam, kde jsou prvořadé náklady. Často se používají ve spojení s řezanými uhlíkovými vlákny spíše než s tkaninami z kontinuálních vláken.

Vinylesterové pryskyřice:

Vinylesterové pryskyřice nabízejí kompromis mezi polyesterovými a epoxidovými pryskyřicemi z hlediska nákladů a výkonu. Mají lepší mechanické vlastnosti a chemickou odolnost než polyestery, ale jsou obecně levnější než epoxidy. Jsou to také termosetické polymery.

• Výhody: Zlepšená pevnost a tuhost ve srovnání s polyestery, lepší chemická odolnost a dobrá odolnost vůči vodě.
• Nevýhody: Zpracování může být obtížnější než u polyesterů a může vyžadovat vyšší teploty vytvrzování než některé epoxidy.

Vinylesterové pryskyřice se často používají v námořních aplikacích a jiných prostředích, kde je chemická odolnost důležitá.

Bismaleimidové (BMI) pryskyřice:

Bismaleimidové pryskyřice jsou vysoce výkonné termosetické polymery, které nabízejí vynikající odolnost vůči vysokým teplotám a dobré mechanické vlastnosti.

• Výhody: Vysoká teplota skelného přechodu (Tg), vynikající výkon při vysokých teplotách, dobrá chemická odolnost a nízké tečení.
• Nevýhody: Může být křehká, dražší než epoxidy a vyžaduje vysoké teploty vytvrzování. Zpracování může být náročnější.

BMI pryskyřice se používají v letectví a kosmonautice a dalších aplikacích, kde je výkon při vysokých teplotách kritický.

Kyanátové esterové pryskyřice:

Kyanátové esterové pryskyřice jsou další třídou vysoce výkonných termosetických polymerů s vynikající odolností vůči vysokým teplotám, nízkou absorpcí vlhkosti a dobrými elektrickými vlastnostmi.

• Výhody: Velmi vysoká teplota skelného přechodu (Tg), nízká absorpce vlhkosti, vynikající elektrické vlastnosti a dobrá rozměrová stabilita.
• Nevýhody: Vysoká cena, může být křehká a vyžaduje vysoké teploty vytvrzování. Zpracování může být složité.

Kyanátové esterové pryskyřice se používají v letectví a kosmonautice, elektronice a dalších náročných aplikacích.

Termoplastické pryskyřice:

Na rozdíl od termosetických pryskyřic lze termoplastické pryskyřice opakovaně změkčit zahřátím a ztuhnout ochlazením. Nabízejí výhody, pokud jde o houževnatost, recyklovatelnost a potenciál pro rychlejší zpracování.

• Příklady: Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI), Polypropylen (PP), Polyamid (PA).
• Výhody: Vysoká houževnatost, dobrá chemická odolnost (v závislosti na specifickém termoplastu), potenciál pro rychlejší zpracování (např. termoformování, lisování) a recyklovatelnost.
• Nevýhody: Často jsou vyžadovány vyšší teploty zpracování a mezivrstvová pevnost ve smyku (ILSS) může být nižší než u některých termosetických pryskyřic.

Termoplastické kompozity získávají stále větší zájem díky svým výhodám v určitých aplikacích, zejména v automobilovém a leteckém průmyslu. Uhlíkové vlákno je často předem impregnováno termoplastickou pryskyřicí ve formě pásek nebo tkanin.

Při výběru pryskyřice pro kompozit z uhlíkových vláken je třeba zvážit několik faktorů:

• Mechanické vlastnosti: Pevnost, tuhost, houževnatost, odolnost proti únavě.
• Tepelné vlastnosti: Teplota skelného přechodu (Tg), koeficient tepelné roztažnosti a tepelná stabilita.
• Chemická odolnost: Odolnost vůči rozpouštědlům, kyselinám, zásadám a jiným chemikáliím.
• Zpracovatelské vlastnosti: Viskozita, teplota vytvrzování, doba vytvrzování a snadnost manipulace.
• Cena: Cena pryskyřice a související náklady na zpracování.
• Požadavky na použití: Specifické požadavky zamýšleného použití, jako je provozní teplota, podmínky zatížení a vystavení prostředí.
• Adheze k uhlíkovým vláknům: Pryskyřice musí účinně smáčet a vázat se k povrchu uhlíkových vláken, aby byl zajištěn účinný přenos zatížení. K posílení adheze se často používají povrchové úpravy uhlíkových vláken.

Proces výběru často zahrnuje kompromisy mezi různými vlastnostmi a úvahami. Například pryskyřice s velmi vysokou teplotní odolností může být dražší a obtížněji se zpracovává. Optimální pryskyřice je ta, která poskytuje nejlepší rovnováhu vlastností pro specifickou aplikaci za nejnižší možné náklady.

Výrobní proces

Výroba uhlíkové tkaniny je komplexní, vícestupňový proces, který začíná prekurzorovými vlákny a končí tkaným nebo netkaným materiálem s vysokou pevností a tuhostí. Hlavními fázemi jsou výběr prekurzoru, stabilizace, karbonizace, povrchová úprava, klížení a tvorba tkané/netkané textilie.

1. Výběr prekurzoru:

Nejběžnějšími prekurzory pro výrobu uhlíkových vláken jsou polyakrylonitril (PAN), rayon a smůla. PAN je nejrozšířenější díky své vysoké výtěžnosti uhlíku (přibližně 50-55 %) a vynikajícím mechanickým vlastnostem. Rayon, dřívější prekurzor, je dnes méně běžný kvůli nižší výtěžnosti uhlíku. Smůla, získaná z ropy nebo uhelného dehtu, se používá k výrobě uhlíkových vláken s vysokým modulem pružnosti, ale může být křehčí.

• Vlákna na bázi PAN: Prekurzory PAN jsou typicky kopolymery obsahující akrylonitril s jinými monomery, jako je methylakrylát nebo kyselina itakonová. Tyto kopolymery zlepšují barvitelnost, oxidaci a celkové zpracování vláken. Molekulová hmotnost a orientace polymeru PAN jsou kritickými faktory ovlivňujícími vlastnosti výsledného uhlíkového vlákna.
• Vlákna na bázi smůly: Prekurzory smůly se dělí na izotropní a anizotropní. Anizotropní smůla (mezofázová smůla) umožňuje lepší uspořádání grafitových vrstev během karbonizace, což vede k vláknům s vyšším modulem pružnosti.
• Vlákna na bázi rayonu: Prekurzory rayonu jsou na bázi celulózy. Jejich relativně nízká výtěžnost uhlíku a výsledné vlastnosti vláken je činí méně žádoucími ve srovnání s PAN.

2. Stabilizace (oxidace):

Proces stabilizace přeměňuje lineární termoplastický prekurzor PAN na tepelně stabilní strukturu podobnou žebříku. To je klíčové, aby se zabránilo tavení nebo spojování vláken během vysokoteplotní fáze karbonizace. Stabilizace se typicky provádí na vzduchu při teplotách v rozmezí 200 °C až 300 °C po dobu několika hodin. Během tohoto procesu vlákna PAN podléhají oxidaci, cyklizaci, dehydrogenaci a reakcím zesíťování. Složení atmosféry (koncentrace kyslíku) a teplotní profil jsou pečlivě řízeny, aby byla zajištěna rovnoměrná stabilizace a zabránilo se rychlému hoření vláken. Je také aplikováno napětí, aby se zabránilo smrštění. Chemické reakce během stabilizace jsou složité a zahrnují tvorbu různých funkčních skupin, včetně C=N, C=O a C-O-C.

3. Karbonizace:

Karbonizace je srdcem výrobního procesu uhlíkových vláken. Zahrnuje zahřívání stabilizovaných vláken na vysoké teploty (typicky mezi 1000 °C a 3000 °C) v inertní atmosféře (např. dusík nebo argon), aby se eliminovaly neuhlíkové prvky a podpořila tvorba grafitových struktur. Během karbonizace stabilizovaná vlákna podléhají pyrolýze a uvolňují těkavé plyny, jako je voda, čpavek, oxid uhličitý a kyanovodík. Obsah uhlíku se výrazně zvyšuje, což vede k vytvoření převážně uhlíkové struktury. Teplota a doba trvání karbonizace významně ovlivňují mechanické vlastnosti finálního uhlíkového vlákna. Vyšší teploty obecně vedou k vyššímu modulu pružnosti, ale mohou také snížit pevnost v tahu.

• Nízkoteplotní karbonizace (LTC): Prováděná při teplotě kolem 1000 °C, poskytuje vlákna s mírnou pevností a modulem pružnosti.
• Vysokoteplotní karbonizace (HTC): Prováděná nad 2000 °C, produkuje vlákna s vysokým modulem pružnosti. Při těchto zvýšených teplotách dochází ke grafitizaci, což je proces, při kterém se atomy uhlíku uspořádávají do uspořádanější grafitové struktury.

4. Povrchová úprava:

Povrch uhlíkových vláken je obecně chemicky inertní a má špatnou adhezi k většině polymerních matric. Povrchová úprava je proto nezbytná pro zlepšení mezifázové vazby mezi uhlíkovým vláknem a matricovou pryskyřicí v kompozitních materiálech. Běžné metody povrchové úpravy zahrnují:

• Oxidace: Toto je nejběžnější metoda a zahrnuje vystavení uhlíkových vláken oxidačnímu prostředí, jako je vzduch, ozon nebo elektrochemická oxidace v elektrolytickém roztoku. Oxidace zavádí funkční skupiny obsahující kyslík (např. karboxylové, hydroxylové a karbonylové skupiny) na povrch vlákna, čímž se zvyšuje jeho povrchová energie a zlepšuje se jeho smáčitelnost a reaktivita s matricovou pryskyřicí.
• Plazmatická úprava: Plazmatická úprava využívá ionizované plyny k úpravě povrchu vlákna. Tato metoda může zavést různé funkční skupiny a zlepšit drsnost povrchu, čímž se zlepší mechanické propojení s matricí.
• Chemická úprava: Zahrnuje ošetření vláken různými chemikáliemi za účelem zavedení specifických funkčních skupin nebo leptání povrchu.

5. Klížení:

Klížení je nanesení tenké vrstvy na uhlíková vlákna, aby se chránila před poškozením během manipulace a tkaní a dále se zlepšila jejich kompatibilita s matricovou pryskyřicí. Klížicí prostředek se typicky skládá z polymerní pryskyřice rozpuštěné v rozpouštědle. Volba klížicího prostředku závisí na typu matricové pryskyřice použité v konečném kompozitu. Například klížicí prostředky kompatibilní s epoxidem se používají pro kompozity s epoxidovou matricí, zatímco klížicí prostředky kompatibilní s polyesterem se používají pro kompozity s polyesterovou matricí. Proces klížení zahrnuje protažení uhlíkových vláken klížicí lázní a následné sušení k odstranění rozpouštědla.

6. Tvorba tkané/netkané textilie:

Po klížení jsou uhlíková vlákna připravena ke zpracování na tkaninu. To lze provést tkaním, pletením, vázáním nebo netkanými technikami.

• Tkaní: Tkaní je nejběžnější metoda výroby uhlíkových tkanin. Používají se různé vzory tkaní, včetně plátnové vazby, keprové vazby, saténové vazby a jednosměrné vazby. Vzor tkaní ovlivňuje poddajnost, stabilitu a mechanické vlastnosti tkaniny. Plátnová vazba je nejjednodušší a nejběžnější vzor tkaní a nabízí dobrou stabilitu. Keprová vazba poskytuje lepší poddajnost a přizpůsobivost. Saténová vazba nabízí nejhladší povrch a často se používá pro estetické aplikace. Jednosměrná vazba maximalizuje uspořádání vláken v jednom směru a poskytuje vysokou pevnost a tuhost v tomto směru.
• Pletení: Pletení zahrnuje proplétání smyček příze za účelem vytvoření trubkovité nebo ploché struktury. Pletené struktury z uhlíkových vláken se často používají v aplikacích vyžadujících vysokou torzní pevnost.
• Vázání: Vázání zahrnuje proplétání smyček příze za účelem vytvoření tkaniny. Pletené uhlíkové tkaniny nabízejí vysokou poddajnost a přizpůsobivost, ale obecně mají nižší pevnost a tuhost ve srovnání s tkanými tkaninami.

Finální uhlíková tkanina je poté zkontrolována na vady, zabalena a odeslána výrobcům k použití v kompozitních materiálech. Výrobní proces je v každé fázi vysoce kontrolován, aby byla zajištěna stálá kvalita a výkonnost finálního produktu.

• Netkané textilie: Netkané uhlíkové tkaniny se vyrábějí spojováním nebo proplétáním vláken chemickými, mechanickými, tepelnými nebo rozpouštědlovými prostředky. Tyto tkaniny se často používají v aplikacích, kde vysoká pevnost a tuhost nejsou kritické, například ve filtraci nebo izolaci. Příklady zahrnují použití rohoží z řezaných uhlíkových vláken nebo rohoží z kontinuálních vláken.

Techniky řezání

Řezání tkaniny z uhlíkových vláken představuje jedinečné výzvy ve srovnání s tradičními textiliemi. Vlastní pevnost materiálu, jeho abrazivní povaha a sklon k třepení vyžadují specializované techniky a nástroje k dosažení čistých a přesných řezů při minimalizaci odpadu a zachování strukturální integrity.

Výzvy při řezání uhlíkové tkaniny:

• Třepení: Uhlíková vlákna mají sklon k třepení podél řezané hrany, což může ohrozit integritu tkaniny a způsobit nepořádek.
• Abrazivnost: Uhlíková vlákna jsou vysoce abrazivní a rychle tupí řezné nástroje.
• Delaminace: Nesprávné techniky řezání mohou způsobit delaminaci vrstev tkaniny, zejména u vícevrstvých nebo předem impregnovaných (prepreg) materiálů.
• Prach: Řezání uhlíkových vláken generuje jemný uhlíkový prach, který dráždí dýchací cesty a může také způsobit elektrické zkraty. Správné větrání a osobní ochranné vybavení (OOP) jsou nezbytné.
• Zkreslení v šikmém směru: Tkané tkaniny z uhlíkových vláken se mohou snadno zkreslit podél šikmého směru (úhel 45 stupňů k osnově a útku), pokud nejsou během řezání správně podepřeny.

Metody řezání:

Volba metody řezání závisí na faktorech, jako je typ tkaniny z uhlíkových vláken (suchá nebo prepreg), složitost řezu, objem řezaných dílů a požadovaná úroveň přesnosti.

Ruční řezání:

• Nůžky/stříhací nůžky: Vhodné pro jednoduché tvary a malá množství. Používejte vysoce kvalitní, ostré nůžky speciálně navržené pro řezání technických textilií nebo kevlaru. Nůžky se zubatými ostřím mohou poskytnout lepší uchopení tkaniny a snížit prokluzování. Pravidelné ostření je klíčové. 
• Rotační řezačky: Nabízejí lepší přesnost a rychlost ve srovnání s nůžkami, zejména u rovných linií a mírných křivek. Ostrá rotační čepel a podložka na řezání jsou nezbytné. Větší průměr čepele (např. 45 mm nebo 60 mm) je často preferován pro silnější tkaniny.
• Řezací nože/žiletky: Lze je použít pro složité řezy a zastřihování, ale vyžadují velmi ostrou čepel a pevnou ruku. Častá výměna čepele je nutná pro udržení čistých řezů. Používejte kovové pravítko nebo šablonu jako vodítko.

Úvahy pro ruční řezání:

• Stabilizace tkaniny: Upnutí tkaniny nebo použití lepicího spreje může pomoci zabránit posunutí a zkreslení během řezání.
• Řezací povrch: Používejte samoregenerační podložku na řezání, abyste chránili pracovní plochu a prodloužili životnost čepelí.
• Směr řezání: Pokud je to možné, řežte jedním plynulým pohybem, abyste minimalizovali třepení.
• Utěsnění okraje: Naneste tmel (např. kyanoakrylátové lepidlo, známé také jako super lepidlo, nebo tmel na okraje specifický pro textilie) na řezanou hranu, abyste zabránili třepení, zejména u suchých tkanin.

Automatické řezání:

• CNC (Computer Numerical Control) řezání: Poskytuje vysokou přesnost a opakovatelnost u složitých tvarů a velkých výrobních sérií. CNC řezací systémy mohou využívat různé řezné nástroje, včetně:
  • Tažené nože: Jednoduchá a nákladově efektivní varianta pro řezání suchých tkanin z uhlíkových vláken. Nůž se táhne po tkanině podél předem naprogramované dráhy.
  • Oscilační nože: Čepel osciluje svisle vysokou rychlostí a poskytuje čistší řezy a snížené třepení ve srovnání s taženými noži. Vhodné pro suché i prepreg tkaniny.
  • Ultrazvukové řezání: Využívá vysokofrekvenční vibrace k řezání tkaniny s minimálním tlakem, čímž se snižuje zkreslení a třepení. Dobře se hodí pro prepreg materiály.
  • Laserové řezání: Poskytuje velmi přesné řezy a lze jej použít pro složité návrhy. Laserové řezání však může generovat značné teplo, které může způsobit degradaci pryskyřice u prepreg materiálů. Vyžaduje pečlivou optimalizaci parametrů laseru. Laser odpařuje materiál podél linie řezu.
  • Řezání vodním paprskem: Využívá vysokotlaký proud vody, často smíchaný s abrazivními částicemi, k řezání tkaniny. Poskytuje čisté řezy a minimalizuje tepelné poškození. Vhodné pro širokou škálu tkanin z uhlíkových vláken, včetně silných laminátů.

Úvahy pro automatické řezání:

• Manipulace s materiálem: Automatické řezací systémy typicky vyžadují sofistikované systémy manipulace s materiálem pro podávání, polohování a podepření tkaniny během řezání.
• Software: Software CAM (Computer-Aided Manufacturing) se používá ke generování dráhy řezání a řízení parametrů řezání.
• Odsávání prachu: Účinné systémy odsávání prachu jsou nezbytné k odstranění uhlíkového prachu vznikajícího během řezání.
• Upínání: Správné upínání je klíčové pro zajištění tkaniny a zabránění pohybu během řezání. K udržení tkaniny na místě se často používají vakuové stoly.

Řezání lisem:

Využívá zakázkově vyrobenou formu (nástroj s ostrými hranami) k řezání tkaniny do specifického tvaru. Vhodné pro velkosériovou výrobu jednoduchých tvarů. Vyžaduje specializované vybavení a nástroje.

Specifické techniky a tipy:

• Řezání prepregu: Prepreg materiály se často řežou, dokud jsou ještě zmrazené nebo částečně zmrazené, aby se zlepšila tuhost a snížilo zkreslení. K podepření tkaniny během řezání lze použít podkladový materiál (např. uvolňovací fólii).
• Řezání více vrstev: Při řezání více vrstev tkaniny z uhlíkových vláken je důležité zajistit, aby byly vrstvy zarovnány a zajištěny k sobě, aby se zabránilo prokluzování. Lze použít lepicí sprej nebo vakuové upínání.
• Použití šablon: Použití šablon vyrobených z pevných materiálů (např. kov, akryl) poskytuje přesné a konzistentní řezy, zejména u složitých tvarů.
• Přídavky na švy: Při řezání tkaniny pro šití nebo spojování nezapomeňte přidat příslušné přídavky na švy.
• Vakuové balení (pro prepreg): U prepreg materiálů může řezání uvnitř vakuového sáčku pomoci minimalizovat kontaminaci a udržet uspořádání vláken.
• Výběr čepele: Používejte čepele speciálně navržené pro řezání uhlíkových vláken nebo jiných technických textilií. Tyto čepele jsou typicky vyrobeny z rychlořezné oceli (HSS) nebo karbidu wolframu.
• Pravidelná údržba: Pravidelně kontrolujte a udržujte řezné nástroje, abyste zajistili optimální výkon. Čepele často ostřete a v případě potřeby je vyměňujte. Čistěte automatické řezací systémy, abyste zabránili hromadění prachu. 

Bezpečnostní opatření:

• Ochrana dýchacích cest: Noste respirátor schválený NIOSH nebo protiprachovou masku, abyste se chránili před vdechováním uhlíkového prachu.
• Ochrana očí: Noste ochranné brýle nebo štít, abyste se chránili před odletujícími úlomky.
• Rukavice: Noste rukavice, abyste si chránili ruce před odřením a potenciálním podrážděním pokožky.
• Větrání: Zajistěte dostatečné větrání v prostoru řezání, abyste odstranili uhlíkový prach.
• Úklid: K odstranění uhlíkového prachu z prostoru řezání použijte HEPA vysavač. Vyhněte se zametání nebo odfukování prachu, protože to ho může rozšířit do vzduchu.
• Bezpečnostní listy materiálu (MSDS): Pro podrobné bezpečnostní informace si prostudujte bezpečnostní listy materiálu (MSDS) pro konkrétní používanou tkaninu z uhlíkových vláken.

Aplikace: Letecký a kosmický průmysl

Letecký a kosmický průmysl byl hlavním hnacím motorem vývoje a zavádění polymerů vyztužených uhlíkovými vlákny (CFRP) díky vysokému poměru pevnosti k hmotnosti, tuhosti a odolnosti materiálu vůči únavě a korozi. Tyto vlastnosti jsou kritické pro zlepšení výkonu letadel, zlepšení palivové účinnosti a prodloužení životnosti.

Jednou z nejranějších a nejvýznamnějších aplikací uhlíkových vláken v letectví a kosmonautice byla u součástí sekundární konstrukce letadel. Tyto zahrnují:

• Kapotáže: CFRP se používají v kapotážích křídlo-trup, kapotážích klapkových drah a dalších aerodynamických kapotážích ke snížení hmotnosti a zlepšení aerodynamické účinnosti.
• Řídicí plochy: Křidélka, výškovky a směrovky se často vyrábějí z kompozitů z uhlíkových vláken, aby se dosáhlo přesného řízení a snížila setrvačnost.
• Vnitřní součásti: Vnitřní prostory kabin, včetně horních úložných prostorů, panelů a konstrukcí sedadel, využívají CFRP pro snížení hmotnosti a zlepšení estetiky.
• Křídla: Moderní křídla letadel, jako jsou například křídla letadel Boeing 787 Dreamliner a Airbus A350 XWB, obsahují velké množství CFRP ve svých potazích křídel, nosnících a podélnících. To snižuje hmotnost, zvětšuje rozpětí křídel a zlepšuje poměr vztlaku k odporu. Proces pokládání je pečlivě řízen, často s použitím technik automatického ukládání vláken (AFP) nebo automatického ukládání pásky (ATL), aby byla zajištěna optimální orientace vláken a minimalizovány vady.
• Trup: Trup letadla Boeing 787 je primárně vyroben z CFRP, což značí významný odklon od tradiční hliníkové konstrukce. To umožňuje vyšší tlakování kabiny, což vede ke zvýšení pohodlí cestujících, a snižuje potřebu kontrol koroze. Airbus A350 také obsahuje významný podíl CFRP ve svém trupu.
• Ocasní plocha: Ocasní část letadla, včetně svislých a vodorovných stabilizátorů, často využívá CFRP pro snížení hmotnosti a zlepšení aerodynamických vlastností.
• Vojenská letadla: Stíhací letouny, bombardéry a transportní letadla využívají CFRP v křídlech, částech trupu a řídicích plochách ke zlepšení manévrovatelnosti, snížení radarové stopy (stealth) a zlepšení nosnosti. Například Lockheed Martin F-35 Lightning II využívá ve své konstrukci značné množství kompozitního materiálu, včetně uhlíkových vláken.
• Kosmické lodě: Kompozity z uhlíkových vláken jsou kritické pro konstrukce kosmických lodí kvůli jejich vysokému poměru tuhosti k hmotnosti a schopnosti odolat extrémním teplotám. Aplikace zahrnují:
  • Struktury satelitů: CFRP se používají pro konstrukce satelitních sběrnic, substráty solárních panelů a anténní reflektory, aby se minimalizovala hmotnost a udržela rozměrová stabilita v drsném vesmírném prostředí.
  • Součásti nosných raket: Uhlíková vlákna se používají v tělech raket, mezistupňových konstrukcích a krytech užitečného zatížení ke snížení hmotnosti a zvýšení kapacity užitečného zatížení.
  • Tepelné štíty: Uhlík-uhlíkové kompozity se používají v tepelných štítech pro návrat kosmických lodí kvůli jejich schopnosti odolat extrémně vysokým teplotám. Tyto kompozity jsou navrženy tak, aby se odpařovaly a odváděly teplo sublimací, když shoří.

Výběr typu uhlíkových vláken a pryskyřičného systému pro letecké a kosmické aplikace závisí na specifických požadavcích na výkon součásti. Vysoce pevná uhlíková vlákna se používají pro primární konstrukční prvky, zatímco vlákna se středním modulem pružnosti se mohou používat pro sekundární konstrukce. Často se používají houževnaté pryskyřičné systémy, aby se zlepšila rázová houževnatost a zabránilo se delaminaci.

Výrobní procesy pro CFRP letecké a kosmické součásti jsou vysoce specializované a vyžadují přísnou kontrolu kvality. Tyto procesy zahrnují:

• Pokládání: Ruční nebo automatické umístění vrstev uhlíkových vláken na formu.
• Vytvrzování: Zahřívání kompozitního materiálu pod tlakem za účelem ztuhnutí pryskyřičné matrice. Vytvrzování v autoklávu se běžně používá k dosažení vysoce kvalitních dílů s minimálním obsahem dutin. Metody vytvrzování mimo autokláv (OOA) také získávají na popularitě s cílem snížit výrobní náklady.
• Nedestruktivní kontrola (NDI): Techniky, jako je ultrazvukové testování, rentgenová radiografie a termografie, se používají k detekci defektů v kompozitní struktuře bez poškození dílu.
• Obrábění: Pro dosažení konečných rozměrů a tolerancí součásti je nutné přesné obrábění.

Použití uhlíkových vláken v letectví a kosmonautice se neustále vyvíjí s vývojem nových materiálů, výrobních procesů a metod návrhu. Výzkumné úsilí se zaměřuje na:

• Vývoj uhlíkových vláken s vyšší pevností a vyšším modulem pružnosti.
• Zlepšení houževnatosti a odolnosti proti poškození CFRP.
• Vývoj efektivnějších a nákladově efektivnějších výrobních procesů.
• Zkoumání použití uhlíkových nanotrubic a grafenu k dalšímu zlepšení vlastností CFRP.

Rostoucí poptávka po lehčích, palivově účinnějších a odolnějších letadlech a kosmických lodích bude i nadále hnacím motorem zavádění kompozitů z uhlíkových vláken v leteckém a kosmickém průmyslu.

Aplikace: Automobilový průmysl

Díky jedinečné kombinaci vysoké pevnosti, nízké hmotnosti a tuhosti se uhlíková vlákna stala stále atraktivnějším materiálem pro automobilové aplikace. Hlavním hnacím motorem jejich zavedení je snížení hmotnosti, což vede ke zlepšení palivové účinnosti, zrychlení, brzdného výkonu a ovladatelnosti. Zatímco vysoká cena uhlíkových vláken historicky omezovala jejich použití na špičkové sportovní vozy a závodní vozidla, pokroky ve výrobních procesech a rostoucí regulační tlak na spotřebu paliva rozšiřují jejich použití na širší škálu vozidel.

Konstrukční součásti:

Jednou z nejvýznamnějších aplikací uhlíkových vláken v automobilovém průmyslu je u konstrukčních součástí. Nahrazení tradičních ocelových nebo hliníkových dílů kompozity z uhlíkových vláken může drasticky snížit hmotnost vozidla. Příklady zahrnují:

• Podvozek a panely karoserie: Vysoce výkonné vozy, jako jsou BMW i8 a superauta McLaren, využívají monokoky z polymeru vyztuženého uhlíkovými vlákny (CFRP) pro podvozek. Výsledkem je výjimečná torzní tuhost a výrazné úspory hmotnosti ve srovnání s konvenčními materiály. Panely karoserie, jako jsou kapoty, střechy, dveře a blatníky, jsou také často vyrobeny z uhlíkových vláken, aby se dále snížila hmotnost. Lamborghini Sesto Elemento je vynikajícím příkladem rozsáhlého využití uhlíkových vláken v podvozku a karoserii.
• Součásti zavěšení: Uhlíková vlákna se používají v součástech zavěšení, jako jsou ramena řízení, listové pružiny a stabilizátory. Tyto součásti těží z vysokého poměru tuhosti k hmotnosti uhlíkových vláken, což zlepšuje ovladatelnost a odezvu. Například některá vysoce výkonná vozidla jsou vybavena stabilizátory z uhlíkových vláken, které snižují naklánění karoserie při zatáčení.
• Kola: Kola z uhlíkových vláken nabízejí významnou hmotnostní výhodu oproti tradičním hliníkovým kolům. Toto snížení neodpružené hmotnosti zlepšuje výkon zavěšení, ovladatelnost a zrychlení. Několik výrobců nabízí kola z uhlíkových vláken jako náhradní díly a některá špičková vozidla je dodávají jako volitelnou výbavu z výroby.

Součásti hnacího ústrojí:

Ačkoli jsou méně běžné než konstrukční aplikace, uhlíková vlákna se také používají u některých součástí hnacího ústrojí:

• Hřídele: Hřídele z uhlíkových vláken nabízejí vyšší poměr pevnosti k hmotnosti než ocelové hřídele. To umožňuje lehčí hřídel s vyšší kritickou rychlostí, což snižuje vibrace a zlepšuje přenos výkonu. Některé výkonné vozy a nákladní automobily využívají hřídele z uhlíkových vláken.
• Součásti motoru: Mezi omezené aplikace patří sací potrubí a kryty motoru z uhlíkových vláken. Hlavním přínosem je zde snížení hmotnosti a v některých případech zlepšení tepelné izolace.

Vnitřní součásti:

Uhlíková vlákna se často používají pro estetické a funkční vnitřní součásti:

• Dekorační panely: Panely z uhlíkových vláken, jako jsou vložky palubní desky, panely dveří a ozdobné prvky středové konzoly, jsou oblíbené pro svůj sportovní a high-tech vzhled. Tyto panely jsou často vyrobeny s použitím dekorativní vazby z uhlíkových vláken s čirým pryskyřičným povlakem.
• Konstrukce sedadel: Uhlíková vlákna lze použít v konstrukci sedadel ke snížení hmotnosti a zlepšení podpory. Vysoce výkonná sedadla často obsahují skořepiny z uhlíkových vláken pro zvýšenou tuhost a úsporu hmotnosti.

Výrobní procesy:

K vytvoření automobilových součástí z uhlíkových vláken se používá několik výrobních procesů:

• RTM (Resin Transfer Molding - Vstřikování pryskyřice do formy): RTM je proces s uzavřenou formou, kde se suchá výztuž z uhlíkových vláken umístí do formy a poté se pod tlakem vstříkne pryskyřice. Tento proces je vhodný pro výrobu složitých tvarů s dobrou povrchovou úpravou.
• SMC (Sheet Molding Compound - Lisovací hmota): SMC zahrnuje lisování předem impregnovaného listu uhlíkových vláken a pryskyřice za tepla a tlaku. Tento proces je relativně rychlý a nákladově efektivní pro výrobu velkých, plochých nebo mírně zakřivených dílů.
• Lisování v autoklávu: Lisování v autoklávu zahrnuje vytvrzování dílů z uhlíkových vláken ve vysokotlakém, vysokoteplotním autoklávu. Tento proces produkuje díly s vynikajícími mechanickými vlastnostmi a nízkým obsahem dutin, ale je relativně drahý.
• Pokládání prepregu: Pokládání prepregu zahrnuje ruční umisťování vrstev předem impregnované tkaniny z uhlíkových vláken na formu. Tento proces je pracný, ale umožňuje přesnou kontrolu nad orientací vláken a tloušťkou dílu. Často se používá pro výrobu vysoce výkonných dílů s komplexní geometrií.

Aplikace: Sport

Díky vysokému poměru pevnosti k hmotnosti, tuhosti a tlumení vibrací jsou uhlíková vlákna ideální pro širokou škálu sportovních potřeb. Jejich použití umožňuje vytvářet lehčí, pevnější a citlivější vybavení, což v konečném důsledku zlepšuje sportovní výkon.

Raketové sporty:

Jednou z nejstarších a nejtrvalejších aplikací uhlíkových vláken jsou raketové sporty, včetně tenisu, badmintonu, squashe a racquetballu. Uhlíková vlákna umožňují výrobcům přesně řídit tuhost rámu, rozložení hmotnosti a torzní stabilitu. Tyto parametry přímo ovlivňují sílu, kontrolu a cit rakety.

• Tenisové rakety: Špičkové tenisové rakety často obsahují kompozity z uhlíkových vláken ve své konstrukci rámu. Strategické umístění vrstev uhlíkových vláken s různou orientací umožňuje vytvářet rakety se specifickými výkonnostními vlastnostmi, jako je zvýšená síla pro hráče u základní čáry nebo vylepšená kontrola pro volejisty. Tuhost rámu rakety, často měřená jeho indexem tuhosti (RA), je přímo ovlivněna uspořádáním uhlíkových vláken. Tužší rakety obecně nabízejí větší sílu, zatímco pružnější rakety poskytují lepší cit a kontrolu.
• Badmintonové rakety: Badmintonové rakety jsou známé svou lehkou konstrukcí a často váží méně než 80 gramů. Uhlíková vlákna jsou nezbytná pro dosažení této nízké hmotnosti při zachování dostatečné pevnosti a tuhosti, aby odolaly vysokým silám generovaným během badmintonového úderu. Použití uhlíkových vláken s vysokým modulem pružnosti umožňuje tenčí profily rámu, což snižuje odpor vzduchu a zvyšuje rychlost švihu.
• Squashové rakety: Squashové rakety také těží z lehkých a tuhých vlastností uhlíkových vláken. Stejně jako u tenisových raket, uspořádání uhlíkových vláken lze přizpůsobit tak, aby se optimalizovaly vlastnosti síly a kontroly rakety.