Вуглецеве волокно - це
Вуглецеве волокно - матеріал, що складається з тонких ниток діаметром від 3 до 15 мікрон. утворених переважно атомами вуглецю. Атоми вуглецю об'єднані в мікроскопічні кристали, вирівняні паралельно один одному. Вирівнювання кристалів надає волокну велику міцність на розтяг. Вуглецеві волокна характеризуються високою силою натягу, низькою питомою вагою, низьким коефіцієнтом температурного розширення і хімічної інертністю.
Вперше отримання і застосування вуглецевих волокон (УВ) (точніше, ниток) було запропоновано і запатентовано відомим американським винахідником - Томасом Едісоном - в 1880 р в якості ниток розжарювання в електричних лампах. Ці волокна виходили в результаті піролізу бавовняного або віскози і відрізнялися крихкістю і високу пористість і згодом були замінені вольфрамовими нитками. Протягом наступних 20 років він же запропонував отримувати вуглецеві і графітові волокна на основі різних природних волокон.
Вдруге інтерес до вуглецевим волокнам з'явився в середині XX в. коли велися пошуки матеріалів, придатних для використання в якості компонентів композитів для виготовлення ракетних двигунів. УВ за своїми якостями виявилися одними з найбільш підходящих для такої ролі армирующими матеріалами, оскільки вони мають високу термостійкість, хорошими теплоізоляційними властивостями, корозійну стійкість до впливу газових і рідких середовищ, високими питомими міцність і твердість.
У 1958 році в США були отримані УВ на основі віскозних волокон. При виготовленні вуглецевих волокон нового покоління застосовувалася ступінчаста високотемпературна обробка гідратцелюлозної (ГТЦ) волокон (900 ° C 2500 ° C), що дозволило досягти значень межі міцності на розрив 330-1030 МПа і модуля пружності 40 ГПа. Дещо пізніше (в 1960 р) була запропонована технологія виробництва коротких монокристалічних волокон ( «вусів») графіту з міцністю 20 ГПа і модулем пружності 690 ГПа. «Вуса» вирощувалися в електричній дузі при температурі 3600 ° C і тиску 0,27 МПа (2,7 атм). Вдосконалення цієї технології приділялося багато часу і уваги протягом ряду років, однак в даний час вона застосовується рідко через свою високу вартість у порівнянні з іншими методами отримання вуглецевих волокон.
Майже в той же час в СРСР і дещо пізніше, в 1961 р в Японії були отримані УВ на основі поліакрилонітрильних (ПАН) волокон. Характеристики перших вуглецевих волокон на основі ПАН були невисокі, але поступово технологія удосконалювалася і вже через 10 років (до 1970 г.) були отримані вуглецеві волокна на основі ПАН-волокон з межею міцності 2070 МПа і модулем пружності 480 ГПа. Тоді ж була показана можливість отримання вуглецевих волокон за цією технологією з ще більш високими механічними характеристиками: модулем пружності до 800 ГПа і межею міцності більше 3 ГПа. УВ на основі нафтових пеков були отримані в 1970 р також в Японії.
Мал. 1. Структури, що утворюються при окисленні ПАН-волокна
УВ зазвичай отримують термічною обробкою хімічних або природних органічних волокон, при якій в матеріалі волокна залишаються головним чином атоми вуглецю. Температурна обробка складається з декількох етапів. Перший з них являє собою окислення вихідного (поліакрилонітрильного, віскозного) волокна на повітрі при температурі 250 ° C протягом 24 годин. В результаті окислення утворюються сходові структури, представлені на рис. 1. Після окислення слід стадія карбонізації - нагрівання волокна в середовищі азоту або аргону при температурах від 800 до 1500 ° C. В результаті карбонізації відбувається утворення графітоподобних структур. Процес термічної обробки закінчується графітизацією при температурі 1600-3000 ° C, яка також проходить в інертному середовищі. В результаті графітизації кількість вуглецю в волокні доводиться до 99%. Крім звичайних органічних волокон (найчастіше віскозних і поліакрилонітрильних), для отримання УВ можуть бути використані спеціальні волокна з фенольних смол, лігніну, кам'яновугільних і нафтових пеков.
Додаткова переробка УВ
Вуглецеві волокна можуть випускатися в різноманітному вигляді: штабельовані (різані, короткі) нитки, безперервні нитки, ткані і неткані матеріали. Найбільш поширений вид продукції - джгути, пряжа. ровинг. неткані полотна. Виготовлення всіх видів текстильної продукції виробляється за звичайними технологіями, так само як для інших видів волокон. Вид текстильної продукції визначається передбачуваним способом використання УВ в композиційному матеріалі, точно так же, як і сам метод отримання композиту. Основні методи отримання композитів, армованих вуглецевими волокнами, є звичайними для волокнистих матеріалів: викладка, лиття під тиском, пултрузії і інші. В даний час випускається ряд видів УВ і УВМ, основні з яких перераховані нижче.
- На основі віскозних ниток і волокон:
- нитки, стрічки, тканини - Урал®;
- нетканий матеріал - Карбопон®;
- активовані сорбирующие тканини - Бусофіт®, САУТ-1С, АУТ-М;
- активовані сорбирующие неткані матеріали - Карбопон-Актів®.
- На основі віскозних штапельних волокон:
- волокна і неткані матеріали: карбонізование - Углен® (технологія відновлена на Світлогірському ВО «Хімволокно») і Графитирование - Грален®;
- На основі ПАН-ниток і джгутів:
- стрічки і тканини - ЛУ®, УКН®, Кулон®, Елур®, ITECWRAP®.
- активовані сорбирующие волокна і неткані матеріали - Актілен®, Лікрон®;
- дисперсний порошок з розмелених волокон - Ваулен®, АУТ-МІ (для медичних цілей).
- На основі ПАН-волокон:
- Волокна і неткані матеріали: карбонізованого - Евлон® і графітові - Конкор®.
Випускають УВ і за кордоном: в США - Торнел®, Целіон®, Фортафіл®; в Великобританії - Модмор®, Графіл®; в Японії - Торейка®, Куреха-лон® і т. д. [1]
В даний час вУкаіни углеволокністого матеріали виробляються ВАТ "НПК« Хімпромінжінірінг »(входить в структуру Росатома) [4]. ФГУП НІІграфіт [5]. НПЦ« УВІКО »[6]. ТОВ" НДІ ВСУ "ІНТЕР / ПЕК" [7].
Активацією УВ отримують матеріали з великою активною поверхнею (300-1500 м² / г), що є прекрасними сорбентами. Нанесення на волокно каталізаторів дозволяє створювати каталітичні системи з розвиненою поверхнею.
Зазвичай УВ мають міцність порядку 0,5-1 ГПа і модуль 20-70 ГПа, а піддані орієнтаційної витяжці - міцність 2,5-3,5 ГПа і модуль 200-450 ГПа. Завдяки низькій щільності (1,7-1,9 г / см³) по питомій значенням (відношення міцності і модуля до щільності) механічних властивостей кращі УВ перевершують всі відомі жаростійкі волокнисті матеріали. Питома міцність УВ поступається питомій міцності скловолокна і арамідних волокон. На основі високоміцних і високомодульних УВ з використанням полімерних сполучних отримують конструкційні Вуглеродопласти. Розроблено композиційні матеріали на основі УВ і керамічних єднальних, УВ і вуглецевою матриці, а також УВ і металів, здатні витримувати більш жорсткі температурні впливи, ніж звичайні пластики.
застосування
З КОМ виготовляють електроди, термопари, екрани, які поглинають електромагнітне випромінювання, вироби для електро- і радіотехніки. На основі УВ отримують жорсткі і гнучкі електронагрівачі, в тому числі стали популярними т. Н. «Карбонові нагрівачі», що обігрівається одяг і взуття. Вуглецевий повсть - єдино можлива термоізоляція в вакуумних печах, що працюють при температурі 1100 ° C і вище. 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. Широке застосування знаходять УВА (зокрема, актілен) в медицині для очищення крові та інших біологічних рідин. У спеціальних серветках для лікування гнійних ран, опіків і діабетичних виразок - незамінна тканину АУТ-М, розроблена на початку 80-х років і випробувана при бойових діях в Афганістані [8]. В даний час широко застосовуються вуглецеві сорбирующие серветки "Сорусал" і "Легіус". [Джерело не вказано 303 дня] Як лікарський засіб застосовують при отруєннях (завдяки високій здатності сорбувати отрути. Наприклад препарат «Белосорб», або АУТ-МІ на основі Свєтлогорського сорбенту), як носії лікарських і біологічно активних речовин. УВ каталізатори використовують в високотемпературних процесах неорганічних і органічних синтезу, а також для окислення які у газах домішок (СО до CO2. SO2 до SO3 і ін.). Широко застосовується при виготовленні деталей кузова в автоспорті, а також у виробництві спортивного інвентарю (ключки, весла, лижі, велосипедні запчастини, взуття) і т. Д.
Примітки
Дивитися що таке "Вуглецеве волокно" в інших словниках:
Вуглецевого волокна - вуглецевого волокна, форма вуглецю, що отримується шляхом нагрівання текстильних волокон до дуже високої температури. В результаті утворюються волокна (зазвичай діаметром 0,001 мм), що володіють одним з найвищих показнику питомої міцності серед ... ... Науково-технічний енциклопедичний словник
вуглецеве волокно - Волокно з масовою часткою вуглецю не менше 90%, отримане шляхом піролізу хімічних волокон. [ГОСТ 30102 93] Тематики волокна хімічні Узагальнюючі терміни хімічне волокно з природних, синтетичних полімерів EN carbon FR carbone ... Довідник технічного перекладача
Вуглецевого волокна - складається головним чином з вуглецю. Отримують термічною обробкою (400 3000 .З) хімічних волокон; складається головним чином з вуглецю. Дуже висока механічна міцність; стійко до дії високих температур, хімічних реагентів, ... ... Великий Енциклопедичний словник
вуглецеве волокно - [carbon fiber] волокно, що складається в основному з вуглецю. Вуглецеве волокно зазвичай отримують термічною обробкою хімічних або природних органічних волокон. Температура обробки може бути <900 °С (такое углеродное волокно содержит 85… … Энциклопедический словарь по металлургии
вуглецеве волокно - складається головним чином з вуглецю. Виходить термічною обробкою (400 3000 ° C) хімічних волокон. Володіє дуже високою механічною міцністю; стійко до дії високих температур, хімічних реагентів, УФ випромінювання. Застосовується як ... ... Енциклопедичний словник
вуглецеве волокно - anglies pluoštas statusas T sritis chemija apibrėžtis Organinio pluošto terminio apdorojimo (≤ 1500 ° C) produktas, turintis 80-99% orientuotos kristalinės struktūros anglies. atitikmenys: angl. carbon fiber, US; carbon fibre, GB rus. вуглецеве ... ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
вуглецеве волокно (металургія) - вуглецеве волокно Волокно, що складається в основному з вуглецю. У. в. зазвичай отримують тримаючи. обробкою хім. або природних органічних. волокон. Темп pa обробки може бути <900 °С (такое у. в. содержит 85 90 % С), 900 1500 °С (95 99 % С) … Справочник технического переводчика
Вуглецеве волокно; вуглеволокно - - волокно для армування полімерних композитів, утворене шляхом піролізу органічних волокон прекурсорів та містить не менше 90% мас. вуглецю. Прімечанія.К прекурсорів відносяться, наприклад, поліакрилонітрильні або Гидратцеллюлозниє ... ... Енциклопедія термінів, визначень і пояснень будівельних матеріалів
Волокно - волокно (мн.ч. волокна) клас матеріалів, що складається з непрядёних ниток матеріалу або довгих тонких відрізків нитки. Волокно використовується в природі як тваринами, так і рослинами для утримання тканин (біологічних). Волокно ... ... Вікіпедія
- Кріплення для сноуборда Bent Metal Solution Bind Black. Кріплення для агресивних сноубордистів, призначені для катання в складній місцевості. Виконано з легкого вуглецевого волокна і забезпечують точність і силу, здатну прокласти "лінію ... Детальніше Купити за 29990 руб
- Комбо підсилювачі MARSHALL. Відома компанія Marshall представляє компактний підсилювач для електрогітари MARSHALL MG10CF-E COMBO. Підсилювач являє собою гітарний комбо з номінальною потужністю 10 Ватт і двома ... Детальніше Купити за 7100 руб
- Спінінг піновий Daiwa "Ninja Jigger", 2. 70 м (8-35 г). Класичний джіггер з особливим чутливим наконечником. Дуже тонкий і легкий бланк добре збалансований і забезпечує далекі кидки. Ідеально підходить длямалих Шадов, блешні. ... Детальніше Купити за 2490 руб