Меню

Где применяется углеродная ткань

Где применяется углеродная ткань и ее свойства?

Как изготавливается углеродная ткань? Где она применяется? Насколько она популярна? Эти вопросы очень волнуют многих потребителей и именно по этому мы постараемся дать на них как можно более развернутые ответы.

Состоит углеродная ткань из очень прочных волокон армированного полимера, которые имеют чрезвычайно маленьких вес. С помощью данного полимера атомы углерода склеиваются между собой, что в конечном итоге и составляет углеродную ткань. Углерода в данном материале аж 90%, остальные 10% — это добавки, которые удерживают атомы углерода вместе.

Стоит отметить, что качество углеродной ткани во многом зависит от производителя. Каждый из них использует свою собственную технологию производства, что в конечном итоге сказывается на конечном продукте, то есть углеродной ткани. Точный состав углеродной ткани каждого производителя держится в строжайшем секрете и является коммерческой тайной.

Как же изготавливают углеродную ткань? Самый первый этап — это вытягивание специальных полимеров в тонкие нити, из которых впоследствии плетется ткань, которая является очень легкой, невесомой и в то же время чрезвычайно прочной и практичной. Именно за эти свойства её так любят использовать в различных сферах, включая аэрокосмическую отрасль. Не зря углеродную ткань на сегодняшний день называют самым прочным сотканным материалом в мире.

Чтобы понять насколько эта ткань легкая приведем небольшой пример — всего одним граммом этого волокна можно укрыть половину футбольного поля!

Сфера применения углеродной ткани очень разнообразна. Её очень часто используют для создания военной одежды или медицинских приборов. Качество ткани зависит от сорта углеродного волокна. Чем выше данный сорт, тем дороже будет конечный продукт и это не удивительно. А кому интересна углеродной ткани цена, может узнать ее на сайте dipchel.ru.

Ко всему прочему данные ткани чрезвычайно теплостойки и трудновоспламеняемые. Очень большое внимание данному материалу уделяют в авиастроении и ракетостроении.

Самыми главными характеристиками углеродной ткани можно назвать прочность, легкость, термостойкость, антикоррозийные свойства. Это практически незаменимый материал.

Источник

Углеволокно. Свойства и применение. Виды заготовок и особенности

Углеволокно (УВ) – специализированный прочный материал, состоящий из тонких нитей толщиной от 5 до 10 мкм, сформированных атомами углерода. Обычно они в дальнейшем собираются для изготовления особой пряжи. Особенность данного материала в химической инертности, малом удельном весе, а также высокой прочностью к растяжению.

Технология изготовления

Углеволокно отличается высокой стоимостью, так как технология его производства достаточно затратная и сложная. В качестве исходного сырья для получения углеволокна применяются органические волокна. Задача производителя – удалить из них все лишнее, кроме атомов углерода.

Чтобы получить углеродное волокно, исходное сырье окисляют на воздухе, долго воздействуя на него при температуре 250°C. Длительность этого процесса может доходить до 1 суток. Температура способствует строению в волокнах особенных лестничных структур атомов.

На следующем производственном этапе выполняется постепенный нагрев до температуры 800°C, а затем ее повышением до 1500°C. Это происходит уже в среде азота или аргона. Данный процесс называется карбонизация. Он заканчивается образованием графитовой структуры.

Финальная стадия производства называется графитизация. Это очень ресурсозатратный сложный процесс, который подразумевает прогрев формируемого волокна до 3000°C. В итоге в нем остается не более 1% примесей, основную же структуру занимают именно атомы углерода.

Полученные волокна в разы тоньше человеческого волоса. В итоге они собираются пучками, после чего из них обычно сплетается подобие ткани. Такой материал в основном применяется для изготовления различных изделий методом соединения слоями с использованием в качестве связующего полимерных смол.

Виды полуфабрикатного сырья из углеволокна

Волокна перерабатываются в различные материалы, используемые как полуфабрикат для получения других изделий. Производители предлагают свое сырье в таком виде:

Вся эта продукция применяется в композитных материалах, где углеволокно служит армирующим слоем. В качестве же связующего, может использовать смола, бетон и т.д. Также существуют варианты применения углеродных волокон в чистом виде, однако в этом случае они ценятся не за прочность, а к примеру адсорбирующие качества.

Читайте также:  Ткань шинил характеристики для дивана
Свойства углеродного волокна
Материал имеет выдающиеся качества, за счет чего является незаменимым во многих направлениях. К главным техническим параметрам углеродного волокна можно отнести:
  • Температурную стойкость.
  • Химическую нейтральность.
  • Высокую удельную прочность.
  • Повышенные теплофизические характеристики.

Материал способен выносить нагрев вплоть до 1600-2000°С без изменения качеств, при условии нахождения в бескислородной среде. Данное свойство углеволокна дает возможность его использовать как тепловой экран в различных устройствах, эксплуатируемых в условиях повышенных экстремальных температур.

Углеволокно способно переносить контакт практически с любыми химическими веществами. Но все же оно не идеальное, так как окисляется в кислородной среде при сильном нагреве. В итоге реально использовать углеродное волокно на воздухе можно только при условии нагрева не более, чем 370°С. Это все же не так плохо. Нужно отметить, что обычно материал находится в композите, где не контактирует с воздухом. Если связующий компонент композита способен держать большую температуру чем 370°С, то и для углеволокна предел будет ограничен только стойкостью внешней оболочки. Пока последняя не разрушится, волокно будет работать без изменения рабочих качеств.

Удельная прочность углеволокна доходит до 2,5-3,5 ГПа при воздействии на разрыв. Это один из самых крепких материалов. При этом он гибкий и очень легкий. Изделия из углеволокна в разы превосходят возможности пластиков, дерева и т.д. Благодаря этому из них делают облегченные сверхмощные рамы для велосипедов, мотоциклов и даже детали обшивки гоночных автомобилей, космических аппаратов, самолетов.

При пропускании через углеволокно электрического тока, оно сильно разогревается. Именно это изначально и являлось основным ценным свойством материала. Его изобретатель Т.Эдисон разработал технологию получения волокон из углерода именно благодаря тому, что тот при пропускании тока греется. Ученый использовал УВ в качестве нити накаливания для своих электрических ламп освещения. В дальнейшем такое применение было прекращено, так как использование вольфрама более практичное. Сейчас токопроводимостью углеволокна пользуются в электронике.

Где используется

Углеродное волокно применяется в самых разнообразных сферах и областях, так как ценится за легкость и прочность.

Углеволокно используется в таких направлениях производства:
  • Спортивного инвентаря.
  • Авиационной промышленности.
  • Космонавтике.
  • Ветроэнергетике.
  • Машиностроении.
  • Строительстве.
  • Системах фильтрации.

В больших объемах УВ расходуется в строительной сфере. В своем большинстве он нужен для реставрации старинных архитектурных сооружений. Одним из примеров такого применения является углебетон. Это композитный материал, представляющий собой по составу обычный бетон, в который слоями вложено углеволокно. Он намного прочнее прочих бетонов, к тому же не боится коррозии, так как не имеет стальной арматуры. Также углеволокном, с применением полимерных смол, укрепляют различные поврежденные поверхности, чтобы вернуть их монолитность перед оштукатуриванием, не создавая слишком толстый слой штукатурки.

УВ применяется также для изготовления систем фильтрации. Оно обладает очень выраженными абсорбирующими качествами. Это позволяет фильтрам на его основе удалять органические и хлорорганические соединения. Считается, что они позволяют убрать из питьевой воды сторонние вкус и запахи. Само УВ при этом является полностью безопасным для человека, так как не выделяет никаких опасных компонентов в жидкость.

Что такое карбон

Одним их самых известных материалов, получаемых из углеволокна, является карбон. Он изготавливается из хаотично расположенных волокон, из которых формируются пучки. Последние переплетаются по схожей технологии, что применяется при изготовлении тканей. Количество ниток в пучках исчисляется тысячами. Чем их больше, тем толще карбон. В связи с этим в его названии применяется маркировка, указывающая на количество волокон. Так, если толщина обозначена как 2.5K, то это говорит, что в карбон вплетено 2,5 тыс. волокон. Встречается материал разной толщины: 6K, 12K и даже 24 К.

Читайте также:  Ткань для кувертов для столовых приборов

Стоит отметить, что карбон толщиной в 12К настолько прочный, что преимущественно применяется в военной промышленности. Из него делают головки баллистических ракет, и даже лопасти для вертолетов. Углеволокно в карбоне такой толщины способно выносить колоссальные нагрузки, от которых обычный металл просто изогнется. При этом это очень легкий материал.

Что такое углепластик
Многие знают об углепластике, который также содержит в себе УВ. Для его формирования применяются 3 технологии:

При использовании мокрого способа, углеродное волокно укладывается слоями в формы, между ними наносится смола. Чаще всего применяется эпоксидная, или полиэфирная. В итоге сделанное таким образом изделие высушивается до полимеризации связующего, после чего извлекается из формы.

Также распространенным методом является прессование. Для этого исходное сырье пропитываться смолой, затем спрессовывается. В итоге во время сжатия полимер затвердевает, и на выходе получается готовое изделие. Оно отличается от получаемых другими методами тем, что имеет ребристую поверхность. Особенность этой технологии в том, что возможно делать в итоге предмет практически любой объемной формы.

Также из углеволокна можно изготавливать трубы методом намотки. Для этого применяется только тканый или нетканый материал в виде холста. Он наматывается на цилиндр нужного диаметра, с нанесением между слоями смолы. В итоге достаточно быстро формируются трубки. Обычно их используют для изготовления легких лыжных палок, удилищ. Аналогичным методом делают и облегченные рамы для спортивных велосипедов.

Недостатки углеволокна и изделий из него
У углеволокна имеются и недостатки. В целом это хороший материал, но композиты на его основе далеко не идеальные. Они имеют ряд слабых сторон:

Сами по себе композитные материалы на основе углеволокна отличаются превосходной стойкостью. При этом они плохо переносят точечные удары. В итоге от такого воздействия на них могут образовываться сколы. Конечно проблема здесь не в самом углеволокне, а смоле. Волокно служит внутренней арматурой, а сама смола выполняет силовую скрепляющую функцию. Так что при ударах скалывается именно она.

Сложно изготовить как само углеволокно, так и в дальнейшем изделия из него. Нужно укладывать его слой за слоем, и промазывать связывающим полимером. К примеру, чтобы сформировать лист углепластика толщиной 1 мм, нужно уложить 4 слоя углеволокна. То есть сам процесс достаточно длительный и кропотливый.

Очень часто под видом изделий из углеволокна продают стеклопластик и подобные композиты. Внешне они могут быть похожи, но являются менее прочными. Так что не всегда, если заявлено что изделие содержит УВ, это на самом деле так, и оно отличается повышенной прочностью.

Источник

Что такое углеродная ткань? Применение углеродной ткани в различных сферах деятельности

Что такое углеродная ткань? Это материал, который состоит из чрезвычайно легких и прочных волокон армированного полимера. По своей сути, этот полимер является длинной цепочкой из молекул, которые атомы углерода удерживают вместе. Обычно, полимер, используемый для изготовления углеродной ткани, на девяносто процентов состоит из углерода, смешанного с десятью процентами разных добавок.

Могут отличаться друг от друга товары различных производителей — в зависимости от используемого при производстве армированного полимера и комбинаций сырья. О точном составе углеродной ткани, как правило, информация не разглашается. Ведь это — коммерческая тайна.

Производство углеродной ткани

С вытягивания в тонкие нити армированных полимеров начинается производство углеткани. Далее на бобины наматывают нити, полученные в процессе вытягивания, а затем, при помощи специальных ткацких станков, из них плетется сама ткань. Всего лишь пять-десять микрон имеет в диаметре каждая нить и, несмотря на это, она является очень прочной.

Читайте также:  Чем проводящие ткани цветковых растений отличаются от проводящей системы голосеменных

Углеродная ткань, на сегодняшний день, пожалуй, самый прочный сотканный материал.

Применение

Безгранично может быть применение углеродной ткани. Где применяется? Чаще всего ее используют там, где необходим малый вес, высокая проводимость, высокая прочность. В связи с тем, что углеткань может иметь разное качество, ее применение во многом зависит от состава и класса ткани. Например, высший сорт этого волокна используется в аэрокосмической отрасли.

Строительство

В строительстве, в системе внешнего армирования применяется сверхтонкая углеродная ткань. Во время ремонта несущих конструкций применение углеткани и эпоксидного связующего позволяет в сжатые сроки проводить реконструкцию и значительно уменьшает трудозатраты, если сравнивать с традиционными способами. Несмотря на то, что в разы снижается срок ремонта, в несколько раз увеличивается также срок службы конструкции. Несущая функция конструкции не просто восстанавливается , но и в несколько раз увеличивается.

Авиация

Для чего нужна углеродная ткань в авиации? Ее используют при создании цельных композитных деталей, также используются углеродные материалы. Получаемые изделия, отличающиеся легкостью и прочностью, позволяют заменить алюминиевые сплавы на углепластиковые. При весе в пять раз меньше алюминиевых деталей композитные обладают большей гибкостью, прочностью, устойчивостью к давлению.

Промышленность

Также углепластики используются в атомной промышленности при создании энергетических реакторов, где основное требование к используемым материалам — их радиационная устойчивость, стойкость к высоким температурам и давлению. Все эти свойства углеродная ткань имеет. Помимо этого, особое внимание в атомной отрасли отдается прочности внешних конструкций, поэтому ткань широко применяют также в системе внешнего армирования.

Углепластик

Карбон (или углепластик) используется в автомобилестроении для производства как отдельных узлов и деталей, так и для целых автомобильных корпусов. Большое соотношение прочности к весу позволяет производителям создавать безопасные и экономичные автомобили: снижение за счет углепластиков веса автомобиля снижает на 16 % выброс CO2 в атмосферу. Так как происходит снижение расхода топлива в несколько раз.

Достаточно прочные позиции занимают композиционные материалы в аэрокосмической гражданской отрасли. Высокие требования к ним ставят большие нагрузки космических полетов. Углеволокно и материалы из него работают в условиях повышенных и пониженных температур и давления, в условиях воздействия радиации, при высоких вибрационных нагрузках и т. п.

В судостроении углепластики из-за своей коррозионной стойкости, высокой удельной прочности, немагнитности, низкой теплопроводности и высокой ударостойкости являются лучшим составляющим для проектирования и создания новейших материалов и конструкций из них. Выбор именно этого материала обусловлен возможностью сочетания в нем одном высокой химической инертности и прочности, а также – звуко, вибро и радиопоглощения, что позволяет использовать его при изготовлении конструкций разных видов гражданских судов.

В мировой практике ветроэнергетика — одна из самых значимых областей, где применяется углеродный материал. Эта отрасль находится на стадии зарождения в России, хотя по всему миру появляются ветряки: и в прибрежных зонах, и в незаселенных районах, и на морских платформах. Непревзойденные прочность и легкость углепластиков позволили создавать лопасти более длинными. В свою очередь, они стали обладать большей энергопроизводительностью.

Широкое применение углепластики имеют и в железнодорожной отрасли. Прочность и легкость материала способствует облегчению конструкций железнодорожных вагонов, что позволяет, тем самым, снизить общий вес состава, увеличить его длину, улучшить скоростные характеристики.

Углеродное волокно также может быть использовано при прокладке железнодорожных путей и при строительстве железнодорожного полотна: длину проводов позволит увеличить высокий показатель прочности на изгиб, что сократит нужное количество опор и, в то же время, снизит риск их провисания.

В привычный уклад жизни каждого человека интенсивно входят композиционные материалы. Множество товаров народного потребления создаются из них: спортивный инвентарь и экипировка, предметы интерьера, детали бытовой техники, ЭВМ и многое другое.

Источник