Staal vs Aluminium vs Carbon

In racewagens, groene wagens, … wordt vaak gebruik gemaakt van carbon fiber in plaats van staal voor de body.  Dit levert namelijk een groot voordeel op bij het gewicht van de body.  Ook aluminium is aan een opmars bezig.

In het verdere verloop van deze post, gaan we een klein onderzoek voeren om te kunnen vaststellen of koolstofvezel en aluminium een vervanger kunnen worden van staal voor de body van wagens in de toekomst.  Vele verschillende aspecten zullen aan bod komen.

Kostprijs

Staal : 0,60 euro/kg     Aluminium : 3,10 euro/kg     Koolstofvezel : 50 euro/kg

Staal is veruit het goedkoopste materiaal.  Vooral koolstofvezel is heel duur.  Een oorzaak hiervan is dat er maar weinig bedrijven zijn die koolstofvezels produceren.  In de toekomst gaan waarschijnlijk meer bedrijven carbon fibres produceren waardoor de prijs zal dalen (deze trend doet zich de afgelopen jaren al voor).

Gewicht

De soortelijke massa of dichtheid van de verschillende materialen :

Staal : 7800 kg/m3     Aluminium : 2700 kg/m3     Koolstofvezel : 1800 kg/m3 (T700)

Zowel aluminium als koolstofvezel zorgen voor een zeer grote gewichtsbesparing.

Bewerkbaarheid + herstellen schade

De eigenschappen van het materiaal beïnvloeden de bewerkbaarheid :

• mechanische eigenschappen (weerstand, hardheid, taaiheid, verstevigingsgraad)
• thermische eigenschappen (afvoer van de warmte die door het snijden wordt veroorzaakt)
• chemische eigenschappen (insluitingen, slijtende deeltjes of spaanbrekende toevoegingen)

Staal : uitstekend     Aluminium : uitstekend     Koolstofvezel : goed

Materiaaleigenschappen

	Staal	Aluminium	Koolstofvezel (T700)
Treksterkte (Mpa)	400	150	4480
E-modules (Gpa)	200	69	245

Vooral de grote treksterkte en de goede stevigheid van T700-koolstofvezel maken het een goed materiaal waarin deze eigenschappen nodig zijn samen met een licht gewicht.

Elk materiaal heeft ook een nadeel dat typisch is :

Staal :  roest     Aluminium : bros     Koolstofvezel : alleen trekbelasting

Productie

Staal : de productie van een body in staal gebeurd door stalen platen te persen tot de gewenste vormen

Aluminium : plooien en persen van platen tot gewenste vorm

Koolstofvezel : deze worden gemaakt in een mal door het gebruik van koolstofvezelmatten en hars

De productie van koolstofvezel body’s ten opzichte van stalen/aluminium body’s is totaal verschillend.  Dit vraagt dus een stevige investering van de autofabrikant.

Economisch

Koolstofvezel is veel duurder dan staal dus zal de prijs van een wagen met een body van carbon fibres groter zijn dan een klassieke wagen.  De vraag is wie deze extra kosten gaat dragen.  Gaan de constructeurs dit doen of is de koper bereidt om extra financiële inspanning te doen voor het milieu (reductie van het verbruik).

Ecologisch

Staal : de productie vraagt veel warmte

Aluminium : de productie ervan vraagt enorm veel energie dus levert het ook veel emissies

Koolstofvezel : ?

Werkgelegenheid

Staal : vooral geautomatiseerd proces voor de winning van staal als de productie van de body’s

Aluminium : identiek staal

Koolstofvezel : meer “ambachtelijk” productieproces dus meer werkgelegenheid

Er zijn vooral grote verschillen in prijs, gewicht en eigenschappen.  Dit zijn factoren die vooral de doorslag zullen geven.