Carbon fiber is vijf keer sterker dan staal en twee keer zo stijf. Hoewel Carbon fiber sterker en stijver is dan staal, is het lichter dan staal; waardoor het het ideale productiemateriaal voor vele onderdelen is.
Carbon fibre reinforced plastic (CFRP) is een composiet: letterlijk een samenstelling van 2 materialen waardoor de gemengde eigenschappen beter zijn dan de basis. Omdat de verwerking van koolstofvezel bijna altijd met de hand gebeurt, is het een duur materiaal.
Wat zijn de eigenschappen van Carbon?:
De combinatie van deze eigenschappen maken Carbon zeer geschikt voor toepassingen waar een laag gewicht, grote sterkte en grote stijfheid nodig zijn, zoals in de luchtvaart, de auto-industrie maar dus ook in onze branche voor het gebruik van masten, gieken en spinnakerbomen.
Koolstof (Latijn: carbonium) is een scheikundig element met symbool C en atoomnummer 6. Het is een niet-metaal dat in verschillende vormen, allotropen, voorkomt.
Sterk en licht
Vergeleken met staal is carbon fiber vijf keer zo sterk en twee keer zo stijf. Bovendien is het veel lichter dan staal, roest het niet en het zet niet uit als het warm wordt. Dankzij deze eigenschappen zijn koolstofvezel-composieten zeer gewild in de auto(sport)-industrie.
Carbonvezel is niet onverwoestbaar
Wanneer je een carbon onderdeel beschadigt, kan het breken of onzichtbaar beschadigd zijn. Met andere woorden: een carbon onderdeel dat er na een klap of een ongeval normaal uitziet, kan mogelijk niet meer veilig gebruikt worden.
Carbon is een ultralicht kunstvezel dat net zo stevig is als staal. Fietsen met onderdelen of zelfs een framedeel van carbon (zie bijvoorbeeld het Ultimate assortiment) zijn niet alleen licht van gewicht (zo'n 25% lichter dan gewone fietsen), maar rijden ook vederlicht.
Carbon staal is een speciaal soort staal met een hoog koolstofgehalte. Hierdoor blijft het lemmet van het mes langer sterk en heeft het een hoge hardheid. Dit materiaal heeft in gebruik ook een keerzijde. Door het hoge percentage koolstof in het lemmet van deze messen is het erg gevoelig voor roesten.
Het belangrijkste voordeel is dat carbon bij een bepaalde stijfheid aanzienlijk lichter is dan aluminium, staal of titanium.
Carbon geeft uitermate lichtgewicht frames waar veel kracht op kan komen te staan, zonder dat er energie verloren gaat. Carbon filtert ook wat trillingen. Carbon frames zijn niet buigbaar, waardoor je er gewoon ontzettend hard mee kan fietsen.
Er wordt gezegd dat carbon een kortere levensduur heeft dan aluminium, maar bij regelmatig onderhoud gaat het zo'n 10 jaar mee.
Af en toe heeft carbon de reputatie dat het niet sterk is maar zoals eerder benoemd heeft het een extreem hoge gewicht/kracht ratio (zelfs hoger dan staal!). De levensduur van carbon is oneindig maar toch blijft carbon wel gevoelig voor directe impact.
Geen zorgen, je aluminium, titanium of carbon frame kan goed tegen slecht weer. Alleen pekel en zout zijn vijanden van aluminium.
Is carbon black brandbaar? Ja, carbon black is geclassificeerd als een brandbare stof. Het is dus verstandig het uit de buurt te houden van alle ontstekingsbronnen inclusief warmte, vonken en vlammen.
Carbon kan erg goed tegen warmte, het weefsel zal dus niet vervormen, zacht worden of smelten door hitte. Tot slot is koolstofweefsel een halfgeleider. Dit heeft dus gevolgen wanneer je koolstof met een metaal gebruikt. Hier kan namelijk elektrolyse ontstaan.
Aluminium is beter bestand tegen een stootje dan carbon, waardoor een aluminium frame perfect is voor beginnende wielrenners. Het aluminium is minder kwetsbaar dan carbon en beschadigt daarom minder snel wanneer je onverhoopt ten val komt.
Carbon is stijver
Waardoor de stijfheid toeneemt, maar je wel een licht frame behoudt. Aluminium heeft tenslotte het nadeel dat na verloop van tijd metaalmoeheid kan optreden, waardoor het frame zijn stijfheid verliest.
Zijn aluminium fietsen sterker dan carbon? Tests hebben aangetoond dat aluminium en carbon frames een vergelijkbare duurzaamheid hebben. Als je frame tijdens het rijden deukjes oploopt, kan je nog steeds verder rijden (afhankelijk van hoe groot de schade is), terwijl dit minder waarschijnlijk is voor carbon.
Titanium is bijna de helft lichter dan staal en heeft een grotere treksterkte en vloeispanning dan 4130 staal, maar is ook half zo stijf. Titanium buigt bij minder kracht door en is dus slapper.
Het sterkste materiaal dat we momenteel kennen is Graphene, een tweedimensionaal koolstofmateriaal. Het heeft een breeksterkte van ongeveer 130 GigaPascal, wat ongeveer 100 keer sterker is dan staal.
Hoogsterkte staal heeft een hogere sterkte dan S235 en S355, de meest voorkomende staalsoorten voor staalconstructies. De definitie van hoogsterkte staal is staal met een rekgrens hoger dan 355 MPa. In de praktijk is de eerste veel toegepaste staalsoort die aan deze definitie voldoet S420.
Carbon messen zijn gevoelig voor roest en daarom vereisen ze iets meer onderhoud dan messen van roestvrij staal. Gelukkig krijgt het staal een natuurlijke bescherming in de vorm van een patinalaag.
Eigenschappen van Carbon
Het heeft een aanmerkelijk lagere dichtheid dan staal, een grote treksterkte en een lage uitzettingscoëfficiënt. Deze eigenschappen maken koolstofvezel-composieten zeer geschikt voor toepassingen waar een laag gewicht, grote sterkte en grote stijfheid nodig zijn, zoals in: de luchtvaart.
Deze koolstofvezelplaten hebben een zeer hoge sterkte en zijn extreem stijf, dat komt doordat alle vezels in de lengterichting liggen en niet geweven zijn. Deze carbon platen kunnen een continu bedrijfstemperatuur van 120 °C weerstaan.
Maar aan het recordbrekende materiaal zit een keerzijde: de milieu-impact is krankzinnig. Voor de productie van carbon is veel energie nodig. Daarbij komen grote hoeveelheden broeikasgassen vrij. Carbon wordt namelijk gemaakt van aardolie, een fossiele brandstof, bij temperaturen tot wel 3.000 graden Celsius.