Углеродные волокна на основе полиакрилонитрила Углеродные волокна из углерода и нефтяной смолы Волокна на основе мезофазы Волокна из вискозы Волокна из вискозы с добавлением вискозной лучины Абсорбирующие ткани, активированные шелком.
Углеродное волокно, его свойства и применение
Углеродные волокна и композиты на их основе обладают высокой прочностью, химической инертностью, низким удельным весом и низкой теплопроводностью.
Углеродное волокно:
Углеродные волокна — это материал, состоящий из тонких волокон диаметром от 3 до 15 микрометров, состоящих в основном из атомов углерода. Атомы углерода сгруппированы в крошечные кристаллы, расположенные параллельно друг другу. Ориентация кристаллов придает волокну большую прочность на разрыв и другие свойства.
Углеродные волокна служат основой для производства армированных углеродными волокнами пластмасс (или углепластиков, карбопластиков, от англ. carbon — углерод, карбон).
Углепластики — это полимерные композиты, состоящие из переплетенных углеродных волокон, встроенных в матрицу из полимеров (чаще всего эпоксидных смол).
Изделия на основе углеродного волокна:
Материалы на основе углеродного волокна производятся на основе:
— Композитная арматура (углерод). Арматура из углеродного волокна — это материал, состоящий из основы из углеродного волокна и связующего вещества — термореактивной смолы. Армирование углеродными волокнами производится методом пултрузии, т.е. протягиванием армирующих волокон, пропитанных связующим, через нагретую формовочную матрицу,
— Двунаправленные ткани: комбинированные ткани (углеродные и арамидные), стеклоткани с крученым или льняным переплетением, углеродные ткани с крученым или льняным переплетением, углеродные сатиновые ткани.
— Дизайнерские ткани,
— полиаксиальные ткани: двухосные ткани, тетрааксиальные ткани.
— Нетканые углеродные ткани. Нити углеродного волокна в однонаправленных нетканых материалах расположены строго параллельно друг другу. Нити закрепляются стекловолокном и/или эпоксидными связующими,
— Однонаправленные карбоновые ремни. Однонаправленные углеродные ленты — это ткани, в которых более 75% волокон расположены в одном направлении. В качестве ткани используются либо стекловолокно, либо арамидные волокна,
— Препреги. Препреги — это полуфабрикаты композитных материалов. Они изготавливаются путем пропитки основы из армирующих волокон равномерно распределенным полимерным связующим. Пропитка осуществляется таким образом, чтобы оптимизировать физико-механические свойства армирующего материала. Методы пропитки волокон могут улучшить свойства материала на 30%,
— рукав преформы ,
— Волокна Волокно представляет собой измельченное углеродное волокно. Используется в качестве армирующей добавки в бетоне и битумном бетоне,
— другие материалы: стропы, углерод-углеродные композиты, волокна и т.д.
Углеродное волокно-производство
Высокая стоимость углеродного волокна обусловлена сложностью и энергоемкостью производственного процесса
Окисленный ПАН также представляет интерес для определенных применений в качестве термостойкого и огнестойкого материала.
Процесс получения УВ на основе ПАН
После окисления ткань проходит через печи карбонизации (около 1500 °C) и графитизации (около 3000 °C). На этой стадии удаляются оставшиеся атомы водорода и гетероатомы и образуются двойные связи между атомами углерода. Карбонизация и графитизация происходят в инертной атмосфере.
В конце процесса карбонизации (в некоторых случаях графитизация может быть опущена) связующее для матрицы имеет окончательный химический состав и структуру, но проходит несколько дополнительных этапов для улучшения адгезии к матрице:
— Обработка поверхности. В результате этой реакции поверхность углеродных волокон становится «шероховатой». За счет раскрытия атомов углерода и образования свободных функциональных групп, способных к ионному обмену.
— Нанесение поверхностно-активного вещества (поверхностно-активного агента). Это также можно назвать рассеиванием. Эпоксидные смолы без отвердителя чаще всего используются в качестве среды для нанесения. Верхнее покрытие защищает от истирания во время хранения, транспортировки и обработки текстиля. Она выводит воздух и влагу из пор.
Фаза сушки после нанесения является заключительным этапом, после чего жгуты сворачиваются в рулоны (обычно весом до 8 кг).
Модуль упругости. УВ обычно классифицируются в соответствии с их модулем упругости:
Диаметр и количество элементарных нитей. Каждая нить состоит из тысяч элементарных нитей. Диаметр углеродной нити составляет 5-7 мкм, т.е. она в 2-3 раза тоньше человеческого волоса. Все типы волокон маркируются следующим образом: 3К, 6К, 12К, 24К — это количество нитей в пучке (в тысячах).
Линейная плотность. Помимо обычной плотности, принято различать линейную плотность. Если линейная плотность указана как 800 текс, то это означает, что один километр этого полотна имеет массу 800 г.
Характеристики углеродного волокна
Окончательное значение прочности, которое указывается в сертификатах качества и т.д., получается из пропитанной и отвержденной плети (микропластика). Микропластик представляет собой бинт, пропитанный полимерным связующим и отвержденный методом полимеризации при растяжении.
- Низкомодульное ( HS ): 160-270 ГПа;
- Средний модуль ( IM ): 270-325ГПа;
- Высокомодульное ( НМ ): 325-440 ГПа;
- Сверхвысокий модуль ( UHM ): 440+ ГПа;
UW довольно хрупкий, поэтому не имеет смысла лишать его прочностных свойств в непропитанном виде. Для конечного пользователя также важнее знать свойства углеродных волокон в отвержденной полимерной матрице, т.е. в композитном материале. По этой причине его чаще всего и указывают:
Само собой разумеется, что HC не является гарантией качества или чрезвычайно долговечных свойств продукта. Сами углеродные волокна довольно хрупкие и ломкие. В случае неподходящих условий полимеризации, неподходящего выбора матрицы o
Прочностные характеристики
- Прочность при растяжении комплексной нити в микропластике. ГПа
- Модуль упругости при растяжении комплексной нити в микропластике. ГПа
Условия транспортировки и хранения углеродного волокна
- Бобины должны храниться в крытых складских помещениях в упакованном виде, коробки должны находиться в горизонтальном положении.
- Рекомендуемые условия хранения.
- Температура: 0-40 °С. Хранение при минусовой температуре не рекомендуется.
- Влажность: 40-80%.
