karbonfiber

Karbonfiber brukes stadig mer som armeringsmateriale i herdeplast, særlig i epoksy-, fenol- og umettet polyesterplast, som hel eller delvis erstatning for for eksempel glassfibrer. Slike kompositter brukes særlig til tekniske formål (fly-, skip-, bil- og maskindeler, proteser, ablative materialer) og til sportsutstyr (ski, staver, fiskestenger, golfkøller, tennisracketer med mer).

Korte fibrer kan brukes som «armerende» fyllstoff i enkelte termoplaster, for eksempel slike som er beregnet på høytemperaturanvendelser, men fibrene er noe sprø for vanlig termoplastbearbeiding. Karbonfiber er også aktuelle til armering av keramiske og metalliske materialer.

Karbonfibrer fremstilles ved forkulling av organiske fibrer, vesentlig akrylfibrer, men også viskosefibrer (rayon) blir brukt. Fremstillingen foregår i tre trinn, oftest mens fibrene holdes i strekk:

1. Fibrene utsettes først for ca. 220 °C, noe som gjør at polymermolekylene får sykliske strukturer i kjeden (stigepolymer). De oksideres så i luft ved opptil 300 °C. Fibrene vil da ikke lenger kunne smelte.
2. Fibrene forkulles (karboniseres) i nitrogen ved ca. 1300 °C.
3. Til slutt gis en varmebehandling ved 1500–3000 °C i inert atmosfære, noe som gjør at karbonet får den ønskede grad av grafittstruktur (grafittisering). Temperaturer på 1500 °C gir maksimal styrke (opptil 7 kN/mm²), mens høyere temperaturer gir maksimal stivhet (elastisitetsmodul opptil 500 kN/mm²). Fibrene blir også overflatebehandlet (for eksempel oksidert) for å bedre adhesjonen til plasten.

Karbonfibrer fremstilt som forklart ovenfor er vanligvis rundt 0,01 mm i diameter, og har en lengde som er større enn diameteren. Materialer basert på karbonfibrer har vist seg å være vanskelige å resirkulere, siden man ikke kan smelte dem om slik som med metaller, men i stedet må brenne eller kjemisk oppløse dem for å gjenvinne materialkomponentene.

Tidlige studier viste at slike fibrer i noen tilfeller kunne forårsake midlertidige betennelser i rottelunger ved høye konsentrasjoner, selv om langtidspåvirkningen på mennesker ikke synes å være tilstrekkelig kjent.

Karbonfibrer som baseres på nanorør, har imidlertid vist seg å kunne påvirke biologiske systemer i større grad. Slike nanorør er mye mindre, bare noen få nanometer i diameter, men kan bli flere millimeter lange. For eksempel har det blitt vist at flerveggede karbon-nanorør kan gi opphav til betennelser og asbest-lignende symptomer i mus, men man kjenner ikke fullstendig til hvordan disse fibrene påvirker mennesker.

Arbeidstilsynet angir grenseverdien 1 μg/m³ for hvor stor masse karbon nanorør per kubikkmeter luft man kan ha i atmosfæren i løpet av en 8-timers arbeidsdag.

• fiber
• glassfiber

• D.D.L. Chung, “Carbon Fiber Composites”, Butterworth-Heinemann, 1994. ISBN 0-7506-9169-7
• T.R. Martin, S.W. Meyer and D.R. Luchtel, “An evaluation of the toxicity of carbon fiber composites for lung cells in vitro and in vivo”, Environmental Research, 1989, 49, 246-261.
• D.B. Warheit, J.F. Hansen, M.C. Carakostas and M.A. Hartsky, “Acute Inhalation Toxicity Studies in Rats with a Respirable-Sized Experimental Carbon Fibre: Pulmonary Biochemical and Cellular Effects”, The Annals of Occupational Hygiene, 1994, 38, 769-776.
• A. Helland, P. Wick, A. Koehler, K. Schmid, and C. Som, "Reviewing the Environmental and Human Health Knowledge Base of Carbon Nanotubes", Environ Health Perspect. 2007, 115, 1125–1131.
• C.A. Poland, R. Duffin, I. Kinloch, A. Maynard, W.A.H. Wallace, A. Seaton, V. Stone, S. Brown, W. MacNee and K. Donaldson, "Carbon nanotubes introduced into the abdominal cavity of mice show asbestos-like pathogenicity in a pilot study", Nature Nanotechnology, 2008, 3, 423 – 428.

• Arbeidstilsynet: Informasjon om nanomaterialer og arbeidsmiljø