Iedereen heeft het erover, en we weten allemaal dat het licht en sterk is maar in duizenden stukjes uit elkaar spat bij een crash. Het hele chassis is ervan gemaakt, maar wat is dat koolstofvezel eigenlijk juist?
Laten we om te beginnen de juiste termen gebruiken. Wanneer men het in de F1 heeft over ‘koolstofvezel’, bedoelt men eigenlijk koolstofcomposieten of kortweg composieten. ‘Composieten’ zijn samenstellingen van twee verschillende soorten materialen. Een koolstofcomposiet is dus een samenstelling van koolstof en een ander materiaal (een soort hars).
Slappe matten
De koolstof in composieten is vezelvormig. We hebben het over hetzelfde materiaal als dat waar potloodpunten en diamanten van gemaakt zijn, maar telkens heeft de koolstof een andere opbouw. De vezels zijn heel fijn en licht, maar wel zeer sterk als je er veel samenbundelt.
En dat is dus wat er gedaan wordt. Meestal worden de vezels, die meters lang kunnen zijn, samengepakt in bundeltjes van ongeveer een milimeter, en die bundeltjes worden door elkaar geweven. Het resultaat: een lange mat die je gewoon kunt oprollen, in stukken kunt knippen en een vorm kunt geven.
Het hoeft niet gezegd te worden dan je met zo’n slap onderdeel niets kunt beginnen in de formule 1. Daarom wordt er hars toegevoegd aan de vezels. Meestal in de autosport worden eerst enkele matten koolstofvezel op elkaar gelegd, waarop ze vacuüm worden getrokken en er hars wordt doorgezogen. Daardoor verspreidt de hars zich gelijkmatig.
Tenslotte moet het geheel drogen, zodat de hars hard wordt. Dit kan zowel in een oven als op kamertemperatuur gebeuren. Het resultaat is een keihard onderdeel dat licht en sterk is. Koolstofvezel kan veel krachten aan, maar er is ook een nadeel: als je eenmaal een te grote kracht uitoefent, gaat het ineens helemaal mis en spat het uit elkaar als een ingegooide ruit.
Bij een crash zie je dus dikwijls splinters in het rond vliegen en ligt de baan vaak vol stukjes koolstofvezel. Dat komt omdat de vezels in de composiet op verschillende plaatsen breken. De stukjes zijn vlijmscherp en vormen een gevaar voor de banden.
Handarbeid
Al bij al lijken er toch vooral veel voordelen. Maar wat men niet uit het oog mag verliezen, is dat het productieproces dat hierboven beschreven is, redelijk moeilijk en arbeidsintensief is in vergelijking met metaalbewerking. De grootste moeilijkheid is dat het niet zo eenvoudig is om het composiet de juiste vorm te geven.
Meestal wordt een plastic of houten vorm gemaakt van het gewenste onderdeel. Daar worden de vezels dan met de hand op gedrapeerd. Dit werkje vereist veel precisie, want de vezels moeten in de juiste richting liggen en er mogen geen onregelmatigheden in de vezelstructuur zitten. Het werk dat met de hand moet gebeuren vormt meteen ook de grootste kost van composieten, die nog altijd heel duur zijn in vergelijking met metaal.
Composieten: the way of the future…
Toch bieden composietmaterialen een waaier aan mogelijkheden. Door de richting van je vezels te veranderen, verander je namelijk de sterkte van je onderdeel. Bijvoorbeeld: als je een plaat nodig hebt waar je in de lengte aan wilt trekken, maar die in de breedte niet zo sterk moet zijn, kun je ervoor kiezen om minder vezels te leggen in breedterichting. Daardoor wordt de plaat nog lichter. Bij metaal of plastic bestaat deze mogelijkheid uiteraard niet.
Nog iets dat toekomstperspectieven biedt, is het gebruik van verschillende soorten vezels. Naast koolstofvezel is er bijvoorbeeld ook aramide, een vuurvaste vezel die als merknaam beter bekend is als Kevlar (kogelwerende vesten) of Nomex (de overalls van de coureurs). Al deze vezels bieden een zee van mogelijkheden: niet alleen kunnen onderdelen gewoon van een andere vezelsoort worden gemaakt, men kan de verschillende soorten ook combineren in één onderdeel om de perfecte balans te vinden tussen gewicht en sterkte.
Het gebruik van composieten is dus een technologie die nog maar aan het begin van zijn ontwikkeling staat en waar we het laatste nog lang niet van gezien hebben. Voor elk klein onderdeeltje kan in de toekomst een ander composiet worden gebruikt, omdat het ene onderdeel sterker moet zijn dan het andere. Al deze specialisatie zal echter nog veel tijd en onderzoek vergen, en vooral… een grote zak geld.