GM a Teijin chystají revoluci v použití karbonu

General Motors budou spolupracovat s japonským chemickým gigantem Teijin Limited, který si kvůli tomu otevře v USA nové technologické centrum. Dlouhodobým cílem projektu je zahájit výrobu laciných karbonových dílů, vhodných pro masovou produkci. Podnět k zahájení spolupráce dal nový materiál. Teijin mu říká CFRTP a písmeno T ve zkratce je velmi důležité. Reprezentuje termoplasty. Chemici a materiáloví inženýři nepotřebují vědět víc.

Pro ostatní laické vysvětlění. Běžně používaný karbon si v odborných publikacích říkává CFRP: carbon fiber reinforced plastic (polymer), neboli plast vyztužený uhlíkovými vlakny. Vyrábí se podobně jako kvalitní sklolaminát: vrstvením uhlíkové tkaniny do formy a jejím zatřením (zastříkáním) směsí chemikálií, které se následně chemickou reakcí vytvrdí a vytvoří kompaktní vrstvu. Existují i rychlejší (a dražší) postupy, všechny jsou však časově náročné.Plast drží uhlíková vlákna (mají obrovskou pevnost v tahu) na místě a přenáší na ně vnější mechanické zatížení. Výsledný kompozit má v některých směrech mnohonásobně lepší poměr pevnosti k hmotnosti než ty nejlepší oceli nebo hliník, i když například ohybu vzdoruje minimálně.

Při výrobě karbonu se nejčastěji používá epoxidová pryskyřice pro své dobré mechanické vlastnosti. Je pružná a nepodléhá trvalým deformacím (má mez pružnosti v podstatě totožnou s mezí pevnosti). Navíc není citlivá na běžné chemické vlivy ani změny teploty. Epoxidová pryskyřice má jen dvě nevýhody: je drahá a jakmile se vytvrdí, její tvar nelze měnit.Poslední jmenovaná vlastnost kvalifikuje polyepoxid mezi tak zvané reaktoplasty. Druhou velkou rodinou plastických hmot jsou termoplasty, které se po zahřátí stávají plastickými. Jinak řečeno jdou za tepla tvarovat. CFRTP znamená Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic.Potenciální přednosti nového materiálu jsou pravděpodobně zjevné. Na rozdíl od běžného reaktoplastového karbonu lze CFRTP připravit dopředu a až následně tvarovat například v zařízení podobném hydraulickému lisu na ocelový plech. Teijin tvrdí – bez bližšího upřesnění – že dokáže z CFRTP vyrábět díly rychlostí vyšší než kus za minutu, tedy daleko rychleji než způsobem popsaným ve druhém odstavci. To by výrazně snížilo výrobní náklady, fakticky se tak otevírají dveře k sériové produkci karbonových dílů.Cena zůstane vysoká, metr čtvereční uhlíkové tkaniny stojí stovky korun a textilii je třeba naklást v několika vrstvách. Jenže obyčejný karbon lze obtížně recyklovat a použitá uhlíková vlákna při tom často ztrácí pevnost, zatímco CFRTP by měl jít recyklovat poměrně dobře s minimálními ztrátami. O opravování se zatím nemluví, ale i to by mohlo být možné. Nový materiál samozřejmě nebude tak dobře odolávat vysokým teplotám a bude se plasticky deformovat – což ovšem může být také výhoda, například ři konstrukce deformačních zón.

Jak je řečeno v prvním odstavci, vývoj teprve začíná. Teijin a jeho dceřiná společnost Toho Tenax Co. Ltd. budou s General Motors hledat nejlepší způsoby uplatnění nového materiálu. Výsledků bychom se však měli dočkat v nejbližších letech, stále příšnější předpisy regulující spotřebu dýchají automobilkám na záda.

Martin Plaštiak