Материал не ржавеет и не подвержен другим видам коррозии. Это делает его альтернативой стальным изделиям в сложных условиях эксплуатации. Его можно использовать практически везде, так как он обычно выдерживает воздействие ультрафиолетовых лучей.
Карбон. Свойства и применение. Плюсы и минусы. Особенности
Карбон — это очень прочный полимерный композитный материал, состоящий из эпоксидной или другой смолы и армированный углеродными волокнами. Его также называют углепластиком или углепластиком. Основными характеристиками композитных материалов являются высокая прочность при малой толщине и легком весе.
Сложность его производства заключается в армирующем компоненте — углеродном волокне. Углеродные волокна являются самыми тонкими нитями и состоят почти на 99 процентов из атомов углерода. Они образуются в результате сложного горения органических волокон, температура которых постепенно повышается. В результате остается только углерод, который превращается в структуру, похожую на графит.
Толщина нити из углеродного волокна составляет всего 0,005-0,10 мм. Они тоньше человеческого волоса. Каждый из них очень легко сломать по отдельности, но трудно разорвать на части. Волокна сплетаются в ткани и используются для производства углерода.
Углеродные волокна выступают в качестве компонента, усиливающего углерод. Из него производятся различные тканые и нетканые материалы. Эти холсты пропитываются полимерной смолой, обычно эпоксидной. Слои углеродных волокон соединены друг с другом. В результате, как только смола отвердевает, композитный материал приобретает прочность, гибкость и устойчивость к разрушению. Что касается этих свойств, то лишь немногие композитные материалы имеют углеродный эквивалент. Они ниже, чем у стеклопластика и других подобных изделий.
Области применения.
Первоначально уголь предназначался только для производства легких компонентов для спортивных автомобилей и космических кораблей. Впоследствии затраты на его производство были снижены настолько, что его можно было использовать для других целей.
Сегодня он используется для производства:.
- Авиационные компоненты.
- Рыболовные удочки.
- Хоккейные клюшки, шлемы и другой спортивный инвентарь.
Ежегодно производится около 40 000 — 45 000 тонн углерода. Из них большая часть, 41%, потребляется аэрокосмической, военной и Он используется для изготовления легкого, прочного снаряжения и аксессуаров для оружия, таких как кнопки и рукоятки. Удивительно, но 17% композитных материалов используется в спортивном оборудовании, и только 12% — в строительной отрасли. Около 5% используется в автомобильной промышленности и 2-3% в опалубочной промышленности.
Технология производства изделий из углеродного волокна
Для производства углеродных волокон необходимо пропитать слои ткани из углеродного волокна смолой и соединить их вместе. Для этого существует три основных метода.
Чаще всего используется самый простой метод. Это заключается в прикреплении холста к поверхности. Затем верхний слой пропитывается смолой и наклеивается следующий слой. Таким образом, создается нужное количество слоев для достижения требуемого уровня прочности материала и его толщины. Этот метод очень часто используется в домашних условиях, так как не требует специальных инструментов или оборудования. Смола наносится на углеродное волокно с помощью кисти и хорошо впитывается. Стоит отметить, что этот процесс является сложным и утомительным. Часто приходится склеивать четыре слоя холста, чтобы создать слой углерода толщиной всего 1 мм.
Изделия из углеродного волокна часто изготавливаются методом прессования. Это улучшает циркуляцию воздуха между слоями. В результате конечный продукт получается более прочным и долговечным. Еще одним преимуществом метода сжатия является то, что композитный материал можно нагревать для ускорения полимеризации смолы. Благодаря прессованию композитный материал постоянно сохраняет свою форму до затвердевания. Эта технология повышает производительность.
Цилиндрические изделия из углеродного волокна также могут быть получены методом намотки. Эта технология подходит как для заводского, так и для домашнего производства. Этот метод используется для изготовления удочек, спиннингов, велосипедных рам и т.д. Полотно из углеродного волокна заключено в трубку и пропитано смолой. В результате многочисленные слои создаются очень быстро, что придает конечному продукту высокую прочность. Труба, в которую все было первоначально завернуто, удаляется. Для предотвращения слипания предварительно наносится специальное разделительное средство. Это предотвращает прилипание смолы.
Преимущества угля
Углеродное волокно является востребованным материалом благодаря своим превосходным свойствам.
Углеродные изделия не являются легкими, но они определенно легче металлов того же объема. Например, сталь на 40% тяжелее, а алюминий на 20% легче. Однако следует сразу отметить прочность углеродного волокна. Из него можно изготавливать тонкие изделия и использовать в тех областях, где не могут применяться стали той же толщины.
Композиты из углепластика — уникальные продукты, но есть веские причины, по которым углеродные волокна не используются активно в гражданском строительстве.
Содержание
Основным компонентом углепластика являются углеродные волокна. Эти нити очень тонкие (диаметр около 0,005-0,010 мм1 ) и хрупкие, но прочные на разрыв. Из этих нитей ткут ткани. Они могут быть сотканы с различными узорами (елочка, желтая конопляная ткань и т.д.).
Для повышения прочности ткани из углеродных волокон их располагают слоями под разными углами в направлении плетения. Слои скрепляются между собой эпоксидной смолой.
Углеродные волокна обычно получают путем термической обработки химических или натуральных органических волокон, в результате чего в материале волокна остаются преимущественно атомы углерода. Термическая обработка состоит из нескольких этапов.
- Первый из них — окисление сырых волокон (полиакрилонитрил, вискоза) на воздухе при 250°C в течение 24 часов. В результате окисления образуется лестничная структура.
- Затем следует карбонизация — нагревание волокон при температуре 800-1500°C в азоте или аргоне. Это создает графитоподобную структуру.
- Процесс термообработки завершается графитизацией при температуре 1600-3000 °C. Это также происходит в инертной среде. Граффити увеличивает содержание углерода в волокнах до 99%.
Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозы и полиакрилонитрила), углеродные волокна могут производиться с использованием фенольных смол, лигнина и специальных волокон из углерода и нефтяной смолы. Кроме того, арматура из углеродного волокна прочнее стеклопластиковой, но значительно дороже стеклопластиковой.
Высокая стоимость углеродных волокон обусловлена в основном более сложной технологией производства и более высокой стоимостью получаемых материалов. Например, для соединения слоев используются более дорогие и высококачественные смолы, чем при использовании стекловолокна, а для производства компонентов требуется более дорогое оборудование (например, автоклавы).
Недостатком углеродных волокон является их боязнь «коррозии». Например, капот из углеродного волокна может превратиться в сито после частых ударов мелкими камнями. В отличие от металлических деталей или деталей из стекловолокна, детали из углеродного волокна не могут быть восстановлены до первоначального вида. Поэтому даже после незначительного повреждения необходимо заменить весь компонент. Кроме того, детали из углеродного волокна подвержены выцветанию под воздействием солнечного света.
Наконец, когда приходит время заменить деталь, можно предпринять несколько относительно простых шагов по переработке пластика, стали и алюминия. С другой стороны, углеродные волокна не так легко и дешево перерабатывать, поэтому их переработка весьма сомнительна. 1
Производство
Факты и информация в этой статье должны быть проверены на достоверность. На странице обсуждения должно быть объяснение.
- Прессование. Углеродная ткань помещается в форму, предварительно смазанную антипригарным средством (например, мылом, воском, воском в бензине, Cyatim-221, органической кремнеземной смазкой). Он пропитан смолой. Избыток смолы удаляется под вакуумом (вакуумное формование) или под давлением. Смола полимеризуется, иногда при нагревании. После полимеризации смолы продукт готов.
- Контактная формовка. На примере бампера: Получен оригинальный металлический бампер (манекен), опрысканный разделительным составом. Затем на него наносится монтажная пена (гипс, алебастр). После отверждения его удаляют. Это матрица. Затем на него наносится разделительное средство, и ткань расправляется. Ткань может быть предварительно пропитана или пропитана кистью или поливом непосредственно в матрицу. Затем ткань прокатывается — для уплотнения и удаления пузырьков воздуха. Затем отверждение (если это горячее отверждение, то в духовке, если нет, то при комнатной температуре — 20 °C). Затем бампер снимается, шлифуется и при необходимости окрашивается.
Трубы и другие цилиндрические изделия производятся методом намотки. Форма волокна: пряжа, лента, ткань. Смола: эпоксидная или полиэфирная. Изготовление форм из углеродного волокна в домашних условиях вполне осуществимо, если у человека есть опыт и оборудование.
Применение
Углепластики широко используются для изготовления легких, но прочных компонентов, заменяя металлы во многих изделиях, от компонентов космических кораблей до рыболовных удочек и т.д:
- ракетно-космической техники,
- авиастроение (производство самолетов, производство вертолетов (например, воздушных винтов)),
- судостроение (корабли, спортивные суда),
- автомобильные (например, бамперы, пороги, двери, двери, крышки двигателя), мотоциклы, автомобили Формулы 1: кокпиты и обтекатели), а также дизайн интерьера,
- наука и исследования,
- армирование железобетонных конструкций,
- спортивное оборудование (коньки, велосипеды, футбольные бутсы, хоккейные бутсы, лыжное оборудование (лыжи, тени, палки, ботинки), теннисные ракетки, ракетки для настольного тенниса, основания для настольного тенниса, лезвия для коньков, стрелы, оборудование для виндсерфинга, моноблейды), весла
- 医療機器、
- рыболовные снасти (удочки),
- профессиональное фото- и видеооборудование,
- бытовые приборы (корпуса телефонов, ноутбуки, ручки складных ножей и т.д.)
- моделирование (струны),
- производство индивидуальной обуви (особенно для занятий спортом).
