Что такое углеродное волокно это карбон
Перейти к содержимому

Что такое углеродное волокно это карбон

  • автор:

Углеродное волокно, углепластик, карбон

Углепластик — полимерный композиционный материал из переплетенных нитей углерода, расположенных в матрице из полимерных (например, эпоксидных) смол.

Основная составляющая часть углепластика — это нити углерода (по сути, тоже самое что и, например, стержень в карандаше). Такие нити очень тонкие, сломать их очень просто, а вот порвать достаточно трудно. Из этих нитей сплетаются ткани. Они могут иметь разный рисунок плетения (ёлочка, рогожа и т.п.). Для придания еще большей прочности данные ткани из нитей углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол. Применяется для изготовления лёгких, но прочных деталей, например: кокпиты и обтекатели в Формуле 1, спиннинги, мачты для виндсерфинга, бамперы и пороги на спортивных автомобилях, несущие винты вертолётов, велосипедные рамы и некоторые детали компонентов.

Нити углерода обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода.

Температурная обработка состоит из нескольких этапов.

Первый из них представляет собой окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры.

После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур.

Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600−3000 °С, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %.

Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения нитей углерода могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков.

Детали из карбона превосходят по прочности детали из стекловолокна и обходятся значительно дороже аналогичных деталей из стекловолокна.

Дороговизна карбона вызвана, прежде всего, более сложной технологией производства и большей стоимостью производных материалов.

Например, для проклейки слоев используются более дорогие и качественные смолы, чем при работе со стеклотканью, а для производства деталей требуется более дорогое оборудования, к примеру, такое как автоклав.

Недостатком карбона является его боязнь точечных ударов. Например, капот из карбона может превратиться в решето после частого попадания мелких камней. В отличие от металлических деталей или деталей из стеклоткани, восстановить первоначальный вид карбоновых деталей невозможно. Поэтому, после даже незначительного повреждения всю деталь придется менять целиком. Кроме того, детали из карбона подвержены выцветанию под воздействием солнечных лучей.

Карбон: что это, характеристики, методы производства, сфера применения

Карбон: что это, характеристики, методы производства, сфера применения

Другие названия карбона — углепластик, углевоклокно, углеткань (перейти к товарам). Это композитный материал (перейти к товарам), который состоит из углеродного волокна в матрице из полимерных смол.

Главная характеристика карбона и его основное достоинство — чрезвычайная прочность вплоть до 1500 кг/куб. м при очень малом весе. Прочность углепластика зачастую превышает таковую у стали, включаю конструкционную легированную. Однако, поскольку его стоимость довольно высокая, целиком что-либо из него производят редко — чаще используют как вспомогательный элемент при конструировании различных деталей и изделий.

Сырьевым материалом для производства углеродного волокна служит полиакрилонитрил — материал, напоминающий по внешнему виду белую шерсть. Если упростить, можно сказать, что углепластик производится из этой шерсти, легко ломающейся, но прочной на растяжение. Из нитей плетется ткань, которая затем обрабатывается полимерной смолой (перейти к товарам), поэтому углеткань — другое популярное название карбона.

Подобное «шерстяное» сырье предварительно несколько раз нагревают в инертной среде и насыщают углеродом в рамках процедуры под названием «графитизация», что позволяет изменить его молекулярную структуру. Результат — упрочнение связи между атомами, благодаря чему углеродное волокно становится максимально прочным.

Само сырье производится из органических или химических волокон. Например, это может быть вискоза, которую окисляют при температуре 250 °C на протяжении суток, затем карбонизируют в среде аргона или азота, затем графитизируют при температуре до 3000 °C. Произведенное из таких нитей волокно практически целиком состоит из углерода.

Основные характеристики

Основные характеристики карбона — его прочность. Особенно славится углеродное волокно прочностью на разрыв, которая достигает 1800 мПа. Материал также прекрасно выдерживает температуру до 2000 °C.

Недостаток углеродного волокна — его хрупкость. При ударе оно может раскрошиться, причем ремонтировать его невозможно. На ультрафиолете может утратить первоначальный цвет. Но положительные качества карбона перекрывают его недостатки, поэтому он продолжает быть востребованным материалом, в том числе в высокотехнологичных сферах — например, аэрокосмической и автомобильной.

Методы производства

Существуют несколько технологий производства углеткани.

  • Вакуумбэгинг — с использованием вакуумного мешка, армирующего материала, впитывающего и перфорированного слоя, жертвенной ткани (перейти к товарам), а также вакуумного полотна (перейти к товарам). Как правило, такой метод применяется для создания небольших недорогих изделий.
  • Вакуумная инфузия — такой метод подходит для создания сравнительно больших деталей. Особенно хорош он для изделий, которые должны быть идеально гладкими. В отличие от вакуумбэгинга, в процессе работы пары смолы остаются внутри рабочей камеры, поэтому он не такой потенциально опасный для персонала.
  • С препрегом (перейти к товарам) — заготовкой, пропитанной армирующим материалом. Карбон с препрегом изготавливается в автоклаве (перейти к товарам) с высоким давлением и температурой. Обычно именно такая методика применяется для создания высокопрочных деталей, в том числе подходящих для использования в болидах «Формулы 1». Препреги необходимо хранить в морозильнике.

Есть и несколько особых технологий, которые используются для создания конкретных деталей. Например, трубчатые изделия производятся из препрегов, наматываемых на цилиндрическую оправку, которые затем отправляются в термошкаф, где полимеризуются. Подходит только для трубок небольшого диаметра.

Другая технология — так называемая намотка нитями по «сухому» или «мокрому». В последнем случае волокна пропитываются связующим веществом.

И наконец, карбон может производится методом протяжки, с использованием нитей и жгутов. С его помощью создаются однонаправленные профили.

Сферы использования

Карбон легче алюминия, при этом он не подвержен коррозионному разрушению, прочен и эстетичен. Этим обусловлены сферы его использования: из углепластика делают детали самолетов, укрепляют бетонные конструкции, выполняют элементы кораблей. Он востребован в ветроэнергетике и железнодорожном строительстве. Как упоминалось выше, из него создают детали гоночных автомобилей, потому что он легкий и прочный. В среде автовладельцем карбон применяется для тюнинга машин.

Из углеткани делают струны для музыкальных инструментов, элементы рыболовной оснастки, протезы, спортивный инвентарь, вязальные спицы. В действительности, это универсальный материал — за счет прочности и эстетичности он подходит практически для любой сферы.

Что такое углепластик или карбон?

что такое углепластик или карбон.jpg

Вы слышали про углепластик или карбон?

Углепластик, или карбон (от англ. carbon), — это современный, легкий, но очень прочный материал, применяемый в аэрокосмической отрасли, и незаменимый во многих отраслях промышленности (производство спортивного инвентаря, медицинского оборудования, автомобилестроение и так далее). Благодаря возможности его переработки и технологии производства карбоновые детали могут иметь различную форму и габаритные размеры.

На стадии проектирования ( расчета на прочность композитов ) задаются параметры будущего материала, и за счет определенной ориентации волокон в полимерной матрице, например, в эпоксидной смоле, достигается оптимальное соотношение веса и прочности. Карбон используется в тех изделиях, где его отношения веса к прочности имеет существенное значение. Это в свою очередь повышает экономическую выгоду, потому что при сочетании в себе множества достоинств данный материал стоит недешево, что связано с особенностями технологии его производства и немалой долей ручного труда, непосредственно в процессе изготовления деталей из карбона. Некоторые изделия из углепластика нелегко массово производить и поэтому такое производство обходится очень дорого. Если бы можно было сказать, что углеродное волокно имеет какие-либо недостатки, это были бы издержки производства.

Этот материал стал настолько популярен, что существует не мало других синтетических материалов, которые имитируют настоящее углеволокно. Тем не менее, имитации часто представляют собой только пластик, выполненный в виде структуры углеродного волокна или различные пленки. Carbon Composites использует только высококачественные углеткани.

Как получают углеродное волокно ?

Углеродные волокна изготавливаются путем термической обработки тончайших нитей углерода с последующей карбонизацией (т. е. нагрев в азотной среде) и графитизацией (т. е. насыщение углеродом для повышения прочности). Углеродные ткани (углеткани) получают путем плетения нитей или лент.

углеродное волокно получение.jpgполучение карбона.jpg

А то, что обычно называют углепластик или карбон, представляет собой материал, состоящий из углеродных тканей, лент, волокон, и при соединении с полимерной матрицей (эпоксидной смолой или другими полимерами) под действием тепла, давления и/или в вакууме образуется композитный материал, который является одновременно прочным и легким. Это делает его особенным.

Изделия из карбона от компании Carbon Composites

деталь из карбона.jpg

В последние годы производство изделий из углепластика заметно выросло, и во многих отраслях всё активнее применяется этот по-настоящему уникальный материал. Покупателям компании Carbon Composites доступны изделия из карбона на заказ, выполненные из композитных материалов, максимально подходящих под выбранный проект. Вы можете заказать карбоновые детали высокого качества, обладающие всеми преимуществами данного материала и изготовленные в строгом соответствии с технологией. Немаловажное преимущество изготовления изделий карбона на заказ — в том, что они могут формоваться как единое целое, что позволяет избежать появления слабых мест в конструкции (которые неизбежно возникают в металлических конструкциях из-за формирования изгибов и соединений). Карбон позволяет создавать цельные изделия, в которых нагрузка равномерно распределяется по всей площади. А поверхность из многочисленных нитей в составе углепластика очень красиво переливается на свету.

Используйте все преимущества углепластика (карбона) — материала будущего — заказывая продукцию в компании Carbon Composites.

Углеродная ткань и волокно?

Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы интеренет магазина.
Мы постараемся ответить на него как можно быстрее и подробнее.

Задать вопрос

Чем отличаются углеродная ткань и волокно?

Ответ :
Углеродная ткань – это тип плетения углеродных волокон. Углеродное волокно – материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.

Углеродное волокно является основой для производства углепластиков (или карбона, карбонопластиков, от “carbon”, “carbone” – углерод). Углепластики – полимерные композиционные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (чаще эпоксидных) смол.

Углеродные композиционные материалы отличаются высокой прочностью, жесткостью и малой массой, часто прочнее стали, но гораздо легче.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *