Углеродное волокно: различия между версиями
[непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Iluvatar (обсуждение | вклад) м Reverted edits by 82.198.183.234 (talk): Недоступность источников не лаёт основания сносить текст. Текст в первом приближении полезен. На СО. Метки: откат SWViewer [1.2] |
Gromolyak (обсуждение | вклад) мНет описания правки |
||
Строка 6:
== История ==
Впервые получение и применение углеродных волокон было предложено и запатентовано в 1880
Вторично интерес к углеродным волокнам появился, когда велись поиски материалов, пригодных для использования в качестве компонентов для изготовления ракетных двигателей. Углеродные волокна по своим качествам оказались одними из наиболее подходящих для такой роли армирующими материалами, поскольку они обладают высокой термостойкостью, хорошими теплоизоляционными свойствами, коррозионной стойкостью к воздействию газовых и жидких сред, высокими удельными прочностью и жёсткостью.
Строка 13:
В 1958 г. в США были получены УВ на основе вискозных волокон. При изготовлении углеродных волокон нового поколения применялась ступенчатая высокотемпературная обработка [[Формование химических волокон|гидратцеллюлозных]] (ГТЦ) волокон (900 °C, 2500 °C), что позволило достичь значений предела прочности при растяжении 330—1030 М[[Паскаль (единица измерения)|Па]] и модуля упругости 40 Г[[Паскаль (единица измерения)|Па]]. Несколько позднее (в 1960 г.) была предложена технология производства коротких монокристаллических волокон («усов») графита с прочностью 20 ГПа и модулем упругости 690 ГПа. «Усы» выращивались в электрической дуге при температуре 3600 °C и давлении 0,27 МПа (2,7 атм). Совершенствованию этой технологии уделялось много времени и внимания на протяжении ряда лет, однако в настоящее время она применяется редко ввиду своей высокой стоимости по сравнению с другими методами получения углеродных волокон.
Почти в то же время в СССР и несколько позже, в 1961 г., в Японии были получены УВ на основе [[полиакрилонитрил]]ьных (ПАН) волокон. Характеристики первых углеродных волокон на основе ПАН были невысоки, но постепенно технология совершенствовалась и уже через 10 лет (к 1970 г.) были получены углеродные волокна на основе ПАН-волокон с пределом прочности 2070 МПа и модулем упругости 480 ГПа. Тогда же была показана возможность получения углеродных волокон по этой технологии с ещё более высокими механическими характеристиками: модулем упругости до 800 ГПа и пределом прочности более 3 ГПа. УВ на основе нефтяных
[[Файл:Углеткань.jpg|мини|Углеродная ткань плотностью 200 гр/м2]]
Чэнь и Чун
Алхадиси Абдул Кадир и
== Получение ==
[[Файл:Stair forms.jpg|right|frame|Рис. 1. Структуры, образующиеся при окислении ПАН-волокна]]
УВ 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 ([[
== Дополнительная переработка УВ ==
Углеродные волокна могут выпускаться в разнообразном виде: штапелированные (резаные, короткие) нити, непрерывные нити, тканые и нетканые материалы. Наиболее распространенный вид продукции — жгуты, [[пряжа]], [[Ровница|ровинг]], нетканые холсты. Изготовление всех видов текстильной продукции производится по обычным технологиям, так же, как для других видов волокон. Вид текстильной продукции определяется предполагаемым способом использования УВ в композиционном материале, точно так же, как и сам метод получения композита. Основные методы получения композитов, армированных углеродными волокнами, являются обычными для волокнистых материалов: выкладка, литье под давлением, [[пултрузия]] и другие. В настоящее время выпускается ряд видов УВ и УВМ, основные из которых перечислены ниже.
* На основе вискозных нитей и волокон:
** нити, [[Лента углеродная однонаправленная|ленты]], ткани;
** нетканый материал; [[
** активированные сорбирующие ткани;
** активированные сорбирующие нетканые материалы.
Строка 34:
** волокна и нетканые материалы: карбонизованые и графитированые;
* На основе ПАН-нитей и жгутов:
** [[Лента углеродная однонаправленная|ленты]] и ткани
** активированные сорбирующие волокна и нетканые материалы;
** дисперсный порошок из размолотых волокон.
* На основе ПАН-волокон:
** Волокна и нетканые материалы: карбонизованные и графитированные.
== Свойства ==
УВ имеют исключительно высокую теплостойкость: при тепловом воздействии вплоть до 1600—2000 [[°С]] в отсутствие кислорода механические показатели волокна не изменяются. Это предопределяет возможность применения УВ в качестве тепловых экранов и теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике. На основе УВ изготавливают углерод-углеродные композиты, которые отличаются высокой [[Абляционная защита|абляционной]] стойкостью. УВ устойчивы к агрессивным химическим средам, однако окисляются при нагревании в присутствии кислорода. Их предельная температура эксплуатации в воздушной среде составляет 300—370 [[°С]]. Нанесение на УВ тонкого слоя карбидов, в частности, [[Карбид кремния|SiC]]
Активацией УВ получают материалы с большой активной поверхностью (300—1500 м²/г), являющиеся прекрасными сорбентами. Нанесение на волокно катализаторов позволяет создавать каталитические системы с развитой поверхностью.
Строка 51 ⟶ 50 :
УВ применяют для армирования композиционных, теплозащитных, химостойких и других материалов в качестве наполнителей в различных видах [[углепластик]]ов. Наиболее ёмкий рынок для УВ в настоящее время — производство первичных и вторичных структур в самолетах различных производителей, в том числе таких компаний как «[[Boeing]]» и «[[Airbus]]» (до 30 тонн на одно изделие). По причине резко возросшего спроса в 2004—2006 гг. на рынке наблюдался большой дефицит волокна, что привело к его резкому подорожанию.
Из УВ изготавливают электроды, [[Термопара|термопары]], экраны, поглощающие электромагнитное излучение, изделия для электро- и радиотехники. На основе УВ получают жёсткие и гибкие электронагреватели, в том числе ставшие популярными т. н. «карбоновые нагреватели», обогревающие одежду и обувь. Углеродный войлок — единственно возможная термоизоляция в вакуумных печах, работающих при температуре 1100 °C и выше. Благодаря химической инертности углеволокнистые материалы используют в качестве фильтрующих слоёв для очистки агрессивных жидкостей и газов от дисперсных примесей, а также в качестве уплотнителей и сальниковых набивок. УВА и углеволокнистые ионообменники служат для очистки воздуха, а также технологических газов и жидкостей, выделения из последних ценных компонентов, изготовления средств индивидуальной защиты органов дыхания. Широкое применение находят УВА (в частности, актилен) в медицине для очистки крови и других биологических жидкостей. В специальных салфетках для лечения гнойных ран, ожогов и диабетических язв
Углеволокно применяется в строительстве в различных системах внешнего армирования (СВА)
== См. также ==
* [[Углеродные нанотрубки]]
Строка 63 ⟶ 61 :
== Ссылки ==
{{чистить ссылки}}<!-- точнее, сноски
* С. Симамура. Углеродные волокна. М.: «Мир», 1987.
* Конкин А. А., Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы, М., 1974.
|