Способы получения и свойства углеродного волокна

Прошло почти полтора века с того момента, как изобретательный американец Томас Эдисон запатентовал использование углеродных волокон в качестве нитей накаливания в электрических лампах. Сейчас углеволокно стало символом инноваций, совершенства и нового времени. Его применяют во всех технологичных областях – военная промышленность, ракетостроение, авиация, строительство, спорт, медицина. Но изделия из углеродного волокна все чаще можно обнаружить у себя дома! В свободной продаже есть карбоновые удочки, инструменты, одежда, чехлы для смартфонов, ноутбуки, бейсбольные биты, даже карбоновые украшения. Какова же причина растущего признания? Все это лидеры в своей области, авангард современных технологий. И у каждого из нас теперь есть возможность приобрести углеволокно – материал будущего!  

Свойства углеродного волокна

Давайте разбираться, что же собой представляет столь многообещающее углеродное волокно. Это материал, состоящий из тончайших нитей диаметром от трех микрон, состоящих практически на сто процентов из атомов углерода. Атомы углерода в нем объединены в кристаллы, выровненные параллельно друг другу, словно стойкие легионеры в когорте. Такое расположение кристаллов наделяет углеволокно уникальным набором технических характеристик и эксплуатационных свойств:

1. Великолепная механическая прочность при малом весе.
2. Повышенная сопротивляемость высоким температурам. 
3. Отличная коррозионная стойкость в агрессивных средах. 
4. Хорошие теплоизоляционные свойства.
5. Химическая инертность при неплохих адсорбирующих свойствах.

Столь уникальная совокупность всех этих достоинств сверхлегкого углеволокна объясняет его ценность и незаменимость во многих отраслях промышленности. Композитные материалы на основе углеродных наполнителей являются идеальным материалом для работы в экстремальных условиях. И уже теснят привычную сталь, уступающую в несколько раз в прочности и жесткости при равенстве массы. Снижение веса деталей и конструкций позволяет существенно экономить топливо, а также сокращает вредные выбросы в атмосферу. 

Способы получения углеродного волокна

Углеродное волокно – чудесный полимер, он прочнее стали, но гораздо легче. Как же его получают? Обработкой природных или специальных химических волокон очень высокой температурой, в результате которой в материале остается преимущественно углерод. В качестве органических источников выступают полиакрилонитрильные (ПАН) и вискозные волокна, химических – фенольные смолы, лигнин, каменноугольные и нефтяные пеки. 

Рассмотрим процесс термической обработки полиакрилонитрила, состоящий из нескольких этапов:

1. Окисление. В течение суток нагреваем при температуре 250˚ С – это заставляет углерод C и азот N образовывать циклические соединения в виде колец:

2. Карбонизация. Температуру повышаем до 700-1500˚, водород H2 испаряется. Получаем ряды склеенных колец, которые затем соединяются друг с другом.

3. Графитизация. Увеличиваем нагрев до 1300-3000˚C, что приводит к слиянию вновь образованных лент между собой и удалению азота N2:

В результате термической обработки мы получим почти чистый углерод в форме графита. Такое вещество и будет называться углеродным волокном. Из этих волокон затем делают нити, которые могут сплетаться в специальную ткань – универсальную углеродную ленту FibArm Tape с весьма широким спектром применения.

Широкое распространение получили углепластики – это композитные материалы, в которых смола удерживает нити углеволокна в требуемом положении, придавая форму и необходимые характеристики пластику. В роли смолы чаще всего используют эпоксидные составы, такие как двухкомпонентная эпоксидная смесь FibArm Resin HT+.

Углеродные волокна сегодня все чаще используются при строительстве, укреплении и сейсмоусиления конструкций, выполненных из:

1. Металлов.
2. Камня.
3. Дерева.
4. Железобетона.

Усиление строительных конструкций углеволокном увеличит несущую способность без изменения структуры объекта. Все необходимые композитные материалы можно приобрести на нашем сайте FibArm, где представлены линейки следующей продукции:

1. Углеродные ленты и сетки.
2. Саржа.
3. Ламель.
4. Анкерные жгуты.
5. Эпоксидный клей. 
6. Ремонтные составы.