Włókno węglowe, znane także jako karbon (jęz. ang. carbon), to materiał, który zrewolucjonizował świat motorsportu. Dzięki swojej lekkości, sztywności oraz wyjątkowej odporności na rozciąganie i wysokie temperatury, stało się kluczowym elementem w konstrukcji pojazdów wyścigowych. Jego historia w sportach motorowych zaczyna się na początku lat 80. XX wieku, a jego wpływ na wyniki sportowe jest nieoceniony.

1. Początki zastosowania włókna węglowego w motorsporcie

Pierwszym samochodem Formuły 1, który używał monokoku wykonanego z włókna węglowego, był McLaren MP4/1 z 1981 roku. Wcześniej pojazdy wyścigowe były budowane głównie z aluminium, które mimo iż było lekkie, nie oferowało wystarczającej sztywności i bezpieczeństwa. Monokok z włókna węglowego zrewolucjonizował konstrukcję samochodów wyścigowych, łącząc w sobie lekkość, wytrzymałość i odporność na uszkodzenia w razie wypadków. Zastosowanie karbonu pozwoliło na znaczne obniżenie masy pojazdu, zwiększając jednocześnie jego sztywność. Monokok McLarena ważył zaledwie 81 kg, podczas gdy tradycyjne aluminiowe struktury ważyły ponad 100 kg. W rezultacie MP4/1 stał się jednym z najbardziej konkurencyjnych pojazdów w tamtej erze, co pomogło zespołowi McLaren zdobyć mistrzostwa.

2. Dlaczego włókno węglowe jest tak ważne?

Włókno węglowe to materiał, który składa się z cienkich włókien węgla, które są złożone w wiązki i następnie utwardzane w procesie polimeryzacji. Włókna węglowe charakteryzują się niezwykle wysoką wytrzymałością na rozciąganie oraz małą masą – ich gęstość wynosi tylko 1,6–2,0 g/cm³, co czyni je lżejszymi od wielu innych materiałów, takich jak stal (7,8 g/cm³) czy aluminium (2,7 g/cm³). Ponadto, włókno węglowe ma znacznie wyższy moduł sprężystości niż te materiały, co oznacza, że jest bardziej odporne na odkształcenia pod wpływem sił działających na konstrukcję.

Porównanie włókna węglowego do innych materiałów:

• Stal: Jest jednym z najczęściej używanych materiałów konstrukcyjnych. Charakteryzuje się wysoką wytrzymałością, ale ma znacznie większą masę. Gęstość stali wynosi około 7,8 g/cm³, co czyni ją prawie cztery razy cięższą od włókna węglowego. Ponadto, stal ma niższy moduł sprężystości (210 GPa), co oznacza, że jest bardziej podatna na odkształcenia w porównaniu do włókna węglowego, którego moduł sprężystości wynosi od 150 do 250 GPa, w zależności od rodzaju materiału.

• Aluminium: Jest lżejsze od stali (gęstość wynosi 2,7 g/cm³) i ma wytrzymałość na rozciąganie od 200 do 400 MPa, ale w porównaniu do włókna węglowego jest znacznie mniej wytrzymałe. Aluminium jest też mniej sztywne, z modułem sprężystości wynoszącym około 70 GPa. Choć jest stosunkowo lekkie i łatwe w obróbce, nie oferuje takiej samej wytrzymałości i odporności na rozciąganie jak włókno węglowe.

Podsumowanie:

• Włókno węglowe: Gęstość 1,6–2,0 g/cm³, wytrzymałość na rozciąganie 3,5–7 GPa, moduł sprężystości 150–250 GPa.

• Stal: Gęstość 7,8 g/cm³, wytrzymałość na rozciąganie 250–500 MPa, moduł sprężystości 210 GPa.

• Aluminium: Gęstość 2,7 g/cm³, wytrzymałość na rozciąganie 200–400 MPa, moduł sprężystości 70 GPa.

Włókno węglowe jest więc materiałem, który oferuje wyjątkową kombinację niskiej masy i wysokiej wytrzymałości, co czyni je idealnym rozwiązaniem do zastosowań, gdzie oszczędność wagi i wytrzymałość są kluczowe, jak w przypadku pojazdów wyścigowych.

3. Rozwój technologii: włókno węglowe w innych seriach wyścigowych

Zastosowanie włókna węglowego nie ograniczyło się tylko do Formuły 1. Włókno węglowe znalazło szerokie zastosowanie w innych seriach wyścigowych, takich jak Le Mans, IndyCar, czy wyścigi motocyklowe. Producenci zaczęli wykorzystywać je do produkcji nadwozi, ram, zawieszeń, a także innych komponentów, które wymagały wytrzymałości przy zachowaniu niskiej masy.

Przykłady zastosowań:

• Le Mans – Samochody takie jak Audi R8 (2000) i Peugeot 908 HDi FAP (2007) zaczęły korzystać z włókna węglowego do produkcji podwozi i nadwozi. W rezultacie osiągi tych pojazdów były znacznie lepsze, a ich masa została zredukowana.

• IndyCar – W IndyCar włókno węglowe jest wykorzystywane do produkcji nadwozi i elementów strukturalnych, zapewniając pojazdom maksymalną wytrzymałość przy minimalnej wadze.

4. Włókno węglowe w motocyklach: nowa era w projektowaniu

Włókno węglowe jest także szeroko stosowane w motocyklach wyścigowych. BMW, Ducati i Yamaha korzystają z tego materiału do produkcji komponentów takich jak ramy, wahacze czy zbiorniki paliwa. Dzięki jego właściwościom, motory wyścigowe mogą osiągać lepsze przyspieszenie, lepszą stabilność i mniejsze zużycie paliwa.

Przykład:

• BMW HP4 Race (2017) – Motocykl wyścigowy, w którym zastosowano ramę i zawieszenie z włókna węglowego. Jego waga została zredukowana o 7,5 kg w porównaniu do standardowych wersji.

5. Recykling włókna węglowego

Jednym z nowych kierunków rozwoju technologii włókna węglowego w motorsporcie jest jego recykling. McLaren, w dążeniu do zrównoważonego rozwoju, zaczyna stosować włókna węglowe pochodzące z recyklingu do produkcji części pojazdów. Recykling włókna węglowego jest dużym wyzwaniem, ale postęp w tej dziedzinie może przynieść korzyści środowiskowe i ekonomiczne.

Technologia recyklingu:

• Proces recyklingu polega na rozbiciu włókien węglowych na mniejsze części, które następnie poddawane są procesowi kompozytowania z nowymi materiałami. W ten sposób możliwe jest uzyskanie materiału o podobnych właściwościach do pierwotnego włókna węglowego, co pozwala na ponowne wykorzystanie surowca w produkcji.

6. Podsumowanie: Jak włókno węglowe zmieniło motorsport

Włókno węglowe jest jednym z najważniejszych materiałów, które wpłynęły na rozwój motorsportu. Zastosowanie tego materiału pozwoliło na produkcję pojazdów, które są lżejsze, szybsze i bezpieczniejsze. Dzięki swojej unikalnej kombinacji właściwości mechanicznych, włókno węglowe pozwala na tworzenie bardziej zaawansowanych technologii, które stanowią fundament nowoczesnych wyścigów. 

Jeżeli szukasz włókien do swojego projektu zapraszamy do zapoznania się z ofertą naszego sklepu!