Уникальные свойства и недостатки материала

Углеродное волокно в процессе производства подвергается массе различных воздействий и видам обработки (об этом в следующих разделах). Узконаправленные технологии получения данного композита формируют в нем наличие такого спектра свойств, которого нет больше ни у одного из известных материалов.

В таблице, представленной ниже можно увидеть существенную разницу между характеристиками карбонового волокна и другими материалами. 

В следующем списке выражены преимущества углеродного волокна:

1. термостойкость. Материал выдерживает температуры до 1950 градусов Цельсия. Углеродная структура при такой термической нагрузке остается неизменной, что обусловливает применение композита в авиастроении и космической отрасли;
2. легкость и прочность на разрыв. Карбоновые нити на 45% легче стальных структур и на 20% легче алюминия. Повредить волокна можно только при сильном силовом воздействии на них. Разорвать - практически невозможно;
3. устойчивость ко многим агрессивным химическим средам (воздействие хлорпроизводных, химическая коррозия и т. д.). Единственное исключение: угленити повреждаются в процессе окисления при нагревании в присутствии кислорода;
4. композит поглощает вибрации во всех направлениях;
5. углеволокно представляет собой жесткий на разрыв материал, но при этом он может быть упругим на сгиб. Сама гибкость напрямую зависит от количества слоев в композите;
6. изделия из карбонового волокна (и сам материал) не подвергаются коррозии и воздействию токсичных микроорганизмов.

Перейдем к недостаткам, которые также имеются у рассматриваемого нами композита:

1. высокая цена карбонового волокна. Этот материал действительно имеет немалую стоимость. Цена высока из-за уникальных свойств композита и дорогостоящих технологий его изготовления. Однако выгоднее купить карбоновое волокно и заменить им устаревший материал, чем продолжать применять в производстве малоэффективные средства;
2. сложность технологий производства и долгий срок изготовления;
3. при разрыве угленитей их невозможно будет восстановить (только заменить);
4. при контакте с металлическим объектом в соленой воде углеволокно способно вызвать коррозию материала. 

Разновидности углеродных волокон

Перед тем, как купить карбоновое волокно, следует ознакомиться с его видами. Существует несколько классификаций данных материалов, но большинство из них непризнанные и неточные. Однако все производители разделяют углеродные волокна на две группы:

1. Угольные (низкотемпературные).
2. Графитизированные (высокотемпературные).

Эти два вида различаются соотношением веществ в своем составе, структурой, набором свойств. Угольные карбоновые волокна представляют собой пирополимеры, которые не имеют в составе углерода в свободном виде, какой он бывает во множестве органических соединений.

Но на самом деле разграничение между этими классами крайне условное, конечные продукты (при использовании разных типов) будут незначительно расходиться по своим качествам и свойствам.

Нити могут соединять в толстые жгуты или пряжи, на основе которых изготавливают карбоновые ленты. Углеволокно часто смешивают с различными полимерами. Так производители хотят добавить уникальности в конечный продукт.

Каждый тип карбонового волокна имеет особенные свойства и отличается от других разновидностей. 

Способы получения карбоновых волокон

Сколько стоит карбоновое волокно? Стоимость зависит не только от качества продукта, но и от технологии его изготовления. Цены у различных производителей могут варьироваться от десятков до нескольких сотен евро за килограмм. Как правило, меньшее количество филаментов в волокне влечет за собой высокую стоимость углеродной нити за килограмм. Для получения углеволокна используют следующие способы:

1. осаждение углерода на носителе в результате проведения ряда химических реакций; 
2. создание кристаллических углеродных форм в световой дуге;
3. создание органического волокна с помощью автоклава.

Ниже приведено пошаговое руководство получения карбонового волокна из полиакрилонитрила.

1. Для получения углеродных нитей на первоначальном этапе используют волокна полиакрилонитрила. Происходит их нагревание до температуры в 260 градусов Цельсия и планомерное окисление.
2. Полуфабрикат продолжают нагревать уже в инертном газе. Идет процесс пиролиза, в ходе которого летучие вещества покидают волокна, а цепочки атомов углерода образуют новые химические связи.
3. Происходит карбонизация, т. е. отторжение веществ, в составе которых нет углеродных атомов.
4. На последнем этапе нити переплетаются в пластины, куда производители добавляют термостойкие смолы (чаще всего эпоксидные).В итоге образуются гибкие углеродные полотна прочные на разрыв.

При производстве волокон для космической отрасли температура при нагревании доходит до 3500 градусов Цельсия. При этом нити должны пройти еще несколько этапов графитизации в присутствии инертного газа. 

Области применения углеволокна

В настоящее время композитные материалы находятся на пике популярности (особенно карбоновое волокно). Углеволокно используется во множестве различных сфер:

1. энергетическая промышленность. Материал применяется для изготовления топливных баков, деталей ветряных мельниц, труб и т. д.;
2. автомобильная промышленность. Все в больших масштабах карбоновое волокно используется для производства деталей автомобилей. Углеволокно активно используется в производстве некоторыми крупными автомобильными компаниями: Renault, Audi и т. д. На выставках, посвященным достижениям в сфере композитной промышленности, эти фирмы демонстрируют новейшие карбоновые детали для автомобилей и технологичные композитные прототипы;
3. самолетостроение. Из углеволокна изготавливаются детали для гражданских и военных самолетов, беспилотных летающих аппаратов;
4. космическая отрасль. С помощью данного композита инженеры значительно уменьшают вес корпусов космических аппаратов. Новейшие пластины из угленитей способны выдерживать высокие температуры и мощное давление;
5. строительство. Углеродное волокно применяют для усиления железобетонных и других конструкций;
6. производство музыкальных инструментов и т. д.

Углеволокно является одним из самых распространенных и надежных материалов в XXI веке. Неспроста это столетие назвали «веком композитных материалов». Не упускайте возможность купить карбоновое волокно в Украине и других странах мира.