вуглецеві волокна
Вуглецеві волокна - це органічні матеріали, які зазнали термічного впливу при температурах 1000-3000 ° C і містять 92-99,99% вуглецю.
Вперше отримання і застосування вуглецевих волокон було запропоновано і запатентовано відомим американським винахідників Томасом Алва Едісон в 1880 р в якості ниток розжарювання в електричних лампах.
Однак повною мірою інтерес до вуглецевим волокнам проявився лише в кінці 1950-х років.
Вони виявилися найбільш підходящим армирующим матеріалами композитів для виготовлення ракетних двигунів оскільки володіють високою термостійкістю, хорошими теплоізоляційними властивостями, корозійну стійкість до впливу газових і рідких середовищ, високими питомими міцністю, опором втоми і жорсткістю.
Властивості вуглецевих волокон
У порівнянні зі звичайними конструкційними матеріалами, наприклад, алюмінієм або сталлю, композити з вуглецевими волокнами володіють деякими дуже корисними властивостями:
Вони мають виключно високу термостійкість
- в інертних середовищах або в вакуумі до 3000 ° С
(Температура плавлення сталі 1500 ° С)
- на повітрі до 450 ° С
Питомий електричний опір можна задати:
- від 0,02 Ом * м * 10 -6 (опір міді)
- до 1,0 Ом * м * 10 9 (опір напівпровідника)
Завдяки своїм характеристикам:
- великий активної поверхні до 2500 м 2 / гр (2 гр. Мають площу футбольного поля!)
- неймовірної міцності (3,6 Гн / м 2) в 2 рази перевищує міцність сталі (1,8 Гн / м 2) і при цьому в 4 мільйони разів легше сталі (щільність 1,9 г / м 3, а щільність стали 7 , 82 т / м 3)
- і є прекрасними сорбентами (1 гр. Поглинає до 50 гр. Нафтопродуктів) - вуглецевих волокон перевершують всі відомі жаростійкі волокнисті матеріали!
Це зумовлює можливість застосування вуглецевих волокон в якості теплових екранів і теплоізоляційного матеріалу в високотемпературної техніці.
Застосування вуглецевих волокон
Завдяки високій хімічній стійкості вуглецевих волокон застосовують для фільтрації агресивних середовищ, очищення газів, виготовлення захисних костюмів та ін. І використовувати їх в якості різноманітних за призначенням електронагрівальних елементів, для виготовлення термопар і ін.
Електропровідність вуглецевих волокон дозволяє боротися і з доставляє чимало клопоту статичною електрикою (до речі, далеко не нешкідливим для здоров'я людини): досить ввести в матеріал (тканину, папір) всього 0,02-1% вуглецевого волокна, щоб електричні заряди повністю «стікали» з цього матеріалу, як після обробки антистатиком.
Вуглецеві матеріали мають і медичні області застосування: живий організм їх не відторгає. Тому якщо скріпити зламану кістку штифтом на основі вуглепластика, а пошкоджене сухожилля замінити легкої і міцної вуглецевої стрічкою, то організм не сприйме цей матеріал як чужорідний.
А вуглецеві матеріали, що володіють високою адсорбційною активністю, з успіхом застосовують у вигляді пов'язок, тампонів і дренажів при лікуванні відкритих ран і опіків - в тому числі і хімічних. для очищення крові та інших біологічних рідин, як лікарський засіб при отруєннях (завдяки їх високій здатності сорбувати отрути), як носії лікарських і біологічно активних речовин.
Вуглецеві волокна застосовують для армування композиційних, теплозахисних, хімічностійких як наповнювачі в різних видах углепластиков. З модернезірованних вуглеволокон виготовляють електроди, термопари, екрани, які поглинають електромагнітне випромінювання, вироби для електро- і радіотехніки. На основі вуглецевих волокон отримують жорсткі і гнучкі електронагрівачі. обігрівається одяг і взуття. Неткані вуглецеві матеріали служать високотемпературної ізоляцією технологічних установок і трубопроводів. Завдяки хімічної інертності углеволокністого матеріали використовують в якості фільтруючих шарів для очищення агресивних рідин і газів від дисперсних домішок, а також в якості ущільнювачів і сальникових набивань. УВА і углеволокністого ионообменники служать для очищення повітря, а також технологічних газів і рідин, виділення з останніх цінних компонентів, виготовлення засобів індивідуального захисту органів дихання.
В даний час вуглецеві волокна використовують для термозахисту космічних кораблів, літаків, ракет, виготовлення їх носових частин, деталей двигунів, теплопровідних пристроїв, для енергетичних установок і виробництва активованих вуглецевих волокон (наприклад, в накопичувачах електроенергії, акумуляторах, батареях, пристроях-модулях з очищення газів, де потрібні нові, зокрема, струмопровідні вуглецеві волокна-сорбенти).
Вуглецевих волокон випускаються в даний час
На основі віскозних ниток і волокон виготовляють:
Нитки, стрічки, тканини, а також дисперсний порошок з розмелених волокон - Урал ®, НВК ®, Віскум ®
Вуглецеве волокно і тканини з вуглецевих волокон
Крім високих характеристик міцності властивостей і малої ваги, вуглецеве волокно і композити на його основі (вуглепластик) мають чорний колір і добре проводять електрику, що визначає і обмежує області, де застосовується вуглепластик і вуглецеве волокно. Крім того, вуглецеве волокно і вуглепластик мають дуже низький, практично нульовий коефіцієнт лінійного розширення, що робить вуглецеве волокно незамінним в деяких спеціальних областях застосування.
Виробникам тканих матеріалів вуглецеве волокно поставляється у вигляді ниток, які представляють собою групу елементарних вуглецевих волокон. Кількість вуглецевого волокна в нитки оцінюється числом «К» - число тисяч елементарних вуглецевих волокон. Найменше і найдорожче вуглецеве волокно - 1К, найбільш поширене вуглецеве волокно 3К, існують також нитки з вуглецевого волокна з К = 6, 12, 24, 48.
Вуглецеве волокно і вуглепластик - області застосування
Ракетобудування і авіабудування (літакобудування, вертольотобудування, мала авіація)
Суднобудування (військові кораблі, спортивне суднобудування)
Автомобілебудування (спортивні автомобілі, мотоцикли, тюнінг)
Засоби спортінвентарю (велосипеди, тенісні ракетки, вудки)
Спеціальні вироби (лопаті вітряних електрогенераторів і т.п.)
Вуглецеве волокно - основна лінійка продукції
- Стандартні равнопрочние тканини - використовують вуглецеве волокно 1K, 3K, 6K, 12K (міцність по основі і качку дорівнює) різних переплетень щільністю від 93 до 630 гр / м2.
- Спеціальні односпрямовані тканини - використовують вуглецеве волокно 1K, 3K, 6K, 12K.
- Важкі равнопрочние тканини - використовують вуглецеве волокно 24K і 48K щільністю від 650 до 1350 гр / м2.
- Важкі односпрямовані тканини з вуглецевого волокна.
- Плоскі тканини, де використовується вуглецеве волокно 12K (при виробництві комплексну нитку з вуглецевого волокна штучно стискають, теоретичне перетин - овал, як наслідок більш тонкий і легкий ламінат). Щільністю тканини від 160 до 380 гр / м2.
