Углеродные волокна

Углеродные волокна — это органические материалы, подвергшиеся термическому воздействию при температурах 1000–3000°C и содержащие 92–99,99 % углерода.

Впервые получение и применение углеродных волокон было предложено и запатентовано известным американским изобретателей Томасом Алва Эдисоном в 1880 г. в качестве нитей накаливания в электрических лампах.

Однако в полной мере интерес к углеродным волокнам проявился лишь в конце 1950-х годов.

Они оказались наиболее подходящим армирующим материалам композитов для изготовления ракетных двигателей поскольку обладают высокой термостойкостью, хорошими теплоизоляционными свойствами, коррозионной стойкостью к воздействию газовых и жидких сред, высокими удельными прочностью, сопротивлением усталости и жесткостью.

Свойства углеродных волокон

По сравнению с обычными конструкционными материалами, например, алюминием или сталью, композиты с углеродными волокнами обладают некоторыми весьма полезными свойствами:

Они имеют исключительно высокую термостойкость
— в инертных средах или в вакууме до 3000°С
(температура плавления стали 1500°С)
— на воздухе до 450°С

Удельное электрическое сопротивление можно задать:
— от 0,02 Ом*м*10^-6 (сопротивление меди)
— до 1,0 Ом*м*10⁹ (сопротивление полупроводника)

Благодаря своим характеристикам:
— большой активной поверхности до 2500 м²/гр (2 гр. имеют площадь футбольного поля!)
— невероятной прочности (3,6 Гн/м²) в 2 раза выше прочности стали (1,8 Гн/м²) и при этом в 4 миллиона раз легче стали (плотность 1,9 г/м³,а плотность стали 7,82 т/м³)
— и являющиеся прекрасными сорбентами (1 гр. поглощает до 50 гр. нефтепродуктов) — углеродные волокона превосходят все известные жаростойкие волокнистые материалы!

Это предопределяет возможность применения углеродных волокон в качестве тепловых экранов и теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике.

Применение углеродных волокон

Благодаря высокой химической стойкости углеродные волокона применяют для фильтрации агрессивных сред, очистки газов, изготовления защитных костюмов и др. и использовать их в качестве разнообразных по назначению электронагревательных элементов, для изготовления термопар и др.

Электропроводность углеродных волокон позволяет бороться и с доставляющим немало хлопот статическим электричеством (кстати, далеко не безвредным для здоровья человека): достаточно ввести в материал (ткань, бумагу) всего 0,02—1% углеродного волокна, чтобы электрические заряды полностью «стекали» с этого материала, как после обработки антистатиком.

Углеродные материалы имеют и медицинские области применения: живой организм их не отторгает. Поэтому если скрепить сломанную кость штифтом на основе углепластика, а поврежденное сухожилие заменить легкой и прочной углеродной лентой, то организм не воспримет этот материал как чужеродный.

А углеродные материалы, обладающие высокой адсорбционной активностью, с успехом применяют в виде повязок, тампонов и дренажей при лечении открытых ран и ожогов — в том числе и химических. для очистки крови и других биологических жидкостей, как лекарственное средство при отравлениях (благодаря их высокой способности сорбировать яды), как носители лекарственных и биологически активных веществ.

Углеродные волокна применяют для армирования композиционных, теплозащитных, химостойких в качестве наполнителей в различных видах углепластиков. Из модернезированных углеволокон изготовляют электроды, термопары, экраны, поглощающие электромагнитное излучение, изделия для электро- и радиотехники. На основе углеродных волокон получают жесткие и гибкие электронагреватели, обогреваемую одежду и обувь. Нетканые углеродные материалы служат высокотемпературной изоляцией технологических установок и трубопроводов. Благодаря химической инертности углеволокнистые материалы используют в качестве фильтрующих слоев 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.

В настоящее время углеродные волокна используют для термозащиты космических кораблей, самолетов, ракет, изготовления их носовых частей, деталей двигателей, теплопроводящих устройств, для энергетических установок и производства активированных углеродных волокон (например, в накопителях электроэнергии, аккумуляторах, батареях, устройствах-модулях по очистке газов, где требуются новые, в частности, токопроводящие углеродные волокна-сорбенты).

Углеродные волокона выпускаемые в настоящее время

Выпускают углеродные волокона и за рубежом:

• — в США: Торнел ®, Целион ®, Фортафил ®
• — в Великобритании: Модмор ®, Графил ®
• — в Японии: Торейка ®, Куреха-лон ®

Углеродное волокно и углепластик — области применения

Ракетостроение и авиастроения (самолетостроение, вертолетостроение, малая авиация)

Судостроение (военные корабли, спортивное судостроение)

Автомобилестроение (спортивные автомобили, мотоциклы, тюнинг)

Средства спортинвентаря (велосипеды, теннисные ракетки, удочки)

Специальные изделия (лопасти ветряных электрогенераторов и т.п.)

Углеродное волокно — основная линейка продукции

• Стандартные равнопрочные ткани — используют углеродное волокно 1K, 3K, 6K, 12K (прочность по основе и утку равна) различных переплетений плотностью от 93 до 630 гр/м2.
• Специальные однонаправленные ткани — используют углеродное волокно 1K, 3K, 6K, 12K.
• Тяжелые равнопрочные ткани — используют углеродное волокно 24K и 48K плотностью от 650 до 1350 гр/м2.
• Тяжелые однонаправленные ткани из углеродного волокна.
• Плоские ткани, где используется углеродное волокно 12K (при производстве комплексную нить из углеродного волокна искусственно сжимают, теоретическое сечение — овал, как следствие более тонкий и легкий ламинат). Плотностью ткани от 160 до 380 гр/м2.