Защо въглеродните влакна са уникален материал? Във въглеродна кухня: Издръжливост Ремонт на пръти от фибростъкло.

Въглеродните влакна са композитен многослоен материал, който представлява мрежа от въглеродни влакна в обвивка от термореактивни полимерни (обикновено епоксидни) смоли, полимер, подсилен с въглеродни влакна.

Международното наименование Carbon е въглерод, от който се получават въглеродни влакна.

Но в момента въглеродните влакна включват всичко, в което носещата основа е въглеродни влакна, но свързващото вещество може да бъде различно. Въглеродът и въглеродните влакна са комбинирани в един термин, причинявайки объркване в съзнанието на потребителите. Тоест въглерод или въглеродни влакна са едно и също нещо.

Това е иновативен материал, чиято висока цена се дължи на трудоемкия технологичен процес и големия дял на ръчния труд. Тъй като производствените процеси се подобряват и автоматизират, цената на въглерода ще намалява. Например: цената на 1 кг стомана е по-малко от $1, 1 кг европейски въглеродни влакна струва около $20. Намаляването на разходите е възможно само чрез пълна автоматизация на процеса.

Приложение на карбон

Въглеродните влакна първоначално са разработени за спортни автомобили и космически технологии, но поради отличните си експлоатационни свойства, като ниско тегло и висока якост, те са широко разпространени в други индустрии:

• в самолетостроенето,
• за спортно оборудване: бухалки, каски, велосипеди.
• въдици,
• медицинско оборудване и др.

Гъвкавостта на въглеродната тъкан, възможността за нейното удобно рязане и рязане и последващото импрегниране с епоксидна смола ви позволяват да формовате въглеродни продукти с всякаква форма и размер, включително себе си. Получените заготовки могат да бъдат шлифовани, полирани, боядисани и флексопечатани.

Технически характеристики и свойства на въглерода

Популярността на пластмасата от въглеродни влакна се обяснява с нейните уникални експлоатационни характеристики, които се получават чрез комбиниране на материали с напълно различни свойства в един композит - въглеродни влакна като носеща основа и като свързващо вещество.

Подсилващият елемент, общ за всички видове въглеродни влакна, са въглеродни влакна с дебелина 0,005-0,010 mm, които работят добре при опън, но имат ниска якост на огъване, тоест те са анизотропни, здрави само в една посока, така че използването им е оправдано само под формата на платно.

Освен това може да се извърши подсилване с гума, която придава сив нюанс на въглеродните влакна.

Въглеродът или въглеродните влакна се характеризират с висока якост, устойчивост на износване, твърдост и ниско тегло в сравнение със стоманата. Плътността му е от 1450 kg/m³ до 2000 kg/m³. Техническите характеристики на въглеродните влакна могат да се видят в плътност, точка на топене и якостни характеристики.

Друг елемент, използван за армировка заедно с въглеродните нишки е . Това са същите жълти нишки, които могат да се видят в някои видове въглеродни влакна. Някои безскрупулни производители представят цветни стъклени влакна, боядисана вискоза и полиетиленови влакна като кевлар, чиято адхезия към смоли е много по-лоша от тази на въглеродните влакна, а якостта на опън е няколко пъти по-ниска.

Kevlar е американска марка за клас арамидни полимери, свързани с полиамиди и лавсан. Това име вече е станало общоприето за всички влакна от този клас. Армировката повишава устойчивостта на натоварвания на огъване, така че се използва широко в комбинация с въглеродни влакна.

Как се правят въглеродните влакна?

Влакната, състоящи се от най-фините въглеродни нишки, се получават чрез топлинна обработка във въздуха, тоест окисление, на полимерни или органични нишки (полиакрилонитрил, фенол, лигнин, вискоза) при температура 250 ° C в продължение на 24 часа, тоест практически овъгляване тях. Ето как изглежда въглеродната нишка под микроскоп след овъгляване.

След окисление настъпва карбонизация - нагряване на влакното в азот или аргон при температури от 800 до 1500 °C за изграждане на структури, подобни на графитните молекули.

След това се извършва графитизация (насищане с въглерод) в същата среда при температура 1300-3000 °C. Този процес може да се повтори няколко пъти, като графитното влакно се лиши от азот, увеличава се концентрацията на въглерод и се прави по-здраво. Колкото по-висока е температурата, толкова по-здраво е влакното. Тази обработка повишава концентрацията на въглерод във влакното до 99%.

Видове въглеродни влакна. Платно

Влакната могат да бъдат къси, нарязани, технитеНаречен„с телбод“ или може да има непрекъснати нишки върху калерчетата.Това могат да бъдат кълчища, прежда, ровинг, които след това се използват за направата на тъкани и нетъкани тъкани и ленти. Понякога влакната се полагат в полимерна матрица без преплитане (UD).

Тъй като влакната работят добре при опън, но слабо при огъване и компресия, идеалното използване на въглеродни влакна е да се използват под формата на въглеродна тъкан. Получава се чрез различни видове тъкане: рибена кост, матиране и др., Които имат международни наименования Plain, Twill, Satin. Понякога влакната просто се пресичат напречно с големи шевове, преди да се напълнят със смола. Правилните технически характеристики на влакното и вида на тъкане за въглеродни влакна са много важни за получаването на висококачествени въглеродни влакна.

Епоксидните смоли най-често се използват като носеща основа, в която тъканта се полага слой по слой, с промяна в посоката на тъкане, за равномерно разпределяне на механичните свойства на ориентираните влакна. Най-често 1 mm дебелина на въглеродния лист съдържа 3-4 слоя.

Предимства и недостатъци на въглеродните влакна

По-високата цена на въглерода в сравнение с фибростъклото и фибростъклото се обяснява с по-сложна, енергоемка многостепенна технология, скъпи смоли и по-скъпо оборудване (автоклав). Но здравината и еластичността също са по-високи, заедно с много други неоспорими предимства:

• 40% по-лек от стомана, 20% по-лек от алуминий (1,7 g/cm3 - 2,8 g/cm3 - 7,8 g/cm3),
• карбонът, направен от карбон и кевлар, е малко по-тежък от карбон и каучук, но много по-здрав и при удар се напуква, разпада, но не се разпада на парчета,
• висока устойчивост на топлина: карбонът запазва формата и свойствата си до температура от 2000 ○C.
• има добри свойства за потискане на вибрациите и топлинен капацитет,
• устойчивост на корозия,
• висока якост на опън и висока граница на еластичност,
• естетика и декоративност.

Но в сравнение с частите от метал и фибростъкло, карбоновите части имат недостатъци:

• чувствителност към точни въздействия,
• трудност при възстановяване в случай на чипове и драскотини,
• избледняване, избледняване под въздействието на слънчева светлина, покрито с лак или емайл за защита,
• дълъг производствен процес,
• в местата на контакт с метал започва метална корозия, така че на такива места се фиксират вложки от фибростъкло,
• Трудност при рециклиране и повторна употреба.

Как се прави въглеродът

Има следните основни методи за производство на продукти от въглеродна тъкан.

1. Пресоване или "мокър" метод

Платното се поставя във форма и се импрегнира с епоксидна или полиестерна смола. Излишната смола се отстранява чрез вакуумно формоване или налягане. Продуктът се отстранява след полимеризация на смолата. Този процес може да се случи или естествено, или ускорен чрез нагряване. Обикновено този процес води до листове от въглеродни влакна.

2. Формоване

Изработва се модел на изделието (матрица) от гипс, алабастър и полиуретанова пяна, върху които е положен плат, импрегниран със смола. При валцуване с ролки, композитът се уплътнява и излишният въздух се отстранява. След това се извършва или ускорена полимеризация и втвърдяване в пещ, или естествено. Този метод се нарича "сух" и продуктите, направени от него, са по-здрави и леки от тези, направени по "мокрия" метод. Повърхността на продукт, изработен по "сух" метод, е оребрена (ако не е лакирана).

Тази категория включва и формоване от листови заготовки - препреги.

Въз основа на способността им да полимеризират с повишаване на температурата, смолите се разделят на „студени“ и „горещи“. Последните се използват в технологията за препрег, когато полуготовите продукти се произвеждат под формата на няколко слоя въглеродни влакна, покрити със смола. В зависимост от марката на смолата, те могат да се съхраняват до няколко седмици в неполимеризирано състояние, наслоени с пластмасово фолио и прекарани между ролки за отстраняване на въздушни мехурчета и излишна смола. Понякога препрегите се съхраняват в хладилници. Преди формоване на продукта детайлът се нагрява и смолата отново става течна.

3. Навиване

Конец, лента, плат се навиват върху цилиндрична заготовка за производство на въглеродни тръби. Смолата се нанася слой по слой с четка или валяк и се суши основно в пещ.

Във всички случаи повърхността за нанасяне се намазва с разделители за лесно отстраняване на получения продукт след втвърдяване.

Направи си сам въглеродни влакна

Продуктите на базата на въглеродни влакна могат да бъдат формовани сами, което отдавна се използва успешно при ремонта на велосипеди, спортно оборудване и настройка на автомобили. Възможността за експериментиране с пълнители от смола и степента на нейната прозрачност предоставя широко поле за творчество за феновете на автонастройката от въглеродни влакна. Можете да прочетете повече за основните методи за производство на карбонови части.

Както следва от описаната по-горе технология, за формоване е необходимо:

• матрична форма,
• карбонов лист,
• смазка за форми за лесно отстраняване на готовия детайл,
• смола.

Къде мога да взема въглеродни влакна? Тайван, Китай, Русия. Но в Русия се отнася до „високоякостни структурни тъкани на базата на въглеродни влакна“. Ако намерите път към предприятието, значи сте голям късметлия. Много компании предлагат готови DIY комплекти за тапицерия от въглеродни влакна за автомобили и мотоциклети, включително фрагменти от въглеродни влакна и смола.

70% от световния пазар на въглеродни тъкани се произвежда от големи тайвански и японски марки: Mitsubishi, TORAY, TOHO, CYTEC, Zoltec и др.

Най-общо процесът на производство на въглеродни влакна със собствените си ръце изглежда така:

1. Формата се намазва с антиадхезив.
2. След като изсъхне, се нанася тънък слой смола, върху който въглеродните влакна се навиват или пресоват за освобождаване на въздушни мехурчета.
3. След това се нанася още един слой импрегнираща смола. Могат да се нанасят няколко слоя плат и смола, в зависимост от необходимите параметри на продукта.
4. Смолата може да полимеризира във въздуха. Това обикновено се случва в рамките на 5 дни. Можете да поставите детайла в нагревателен шкаф, загрят до температура от 140 - 180 ◦C, което значително ще ускори процеса на полимеризация.

След това продуктът се изважда от матрицата, шлайфа се, полира, лакира, покрива с гел или боядисва.

Надяваме се, че сте намерили изчерпателен отговор на въпроса „Какво е въглерод”?

Ирина Химич, технически консултант

Напредналите индустрии и строителството наскоро усвоиха много фундаментално нови технологии, повечето от които са свързани с иновативни материали. Един обикновен потребител може да забележи проявата на този процес в примера на строителни материали с включване на композити. Също така в автомобилната индустрия се въвеждат въглеродни елементи за подобряване на производителността на спортните автомобили. И това не са всички области, в които се използват пластмаси, подсилени с въглеродни влакна. Основата за този компонент са въглеродни влакна, чиято снимка е представена по-долу. Всъщност уникалността и активното разпространение на композитите от ново поколение се крият в техните ненадминати технически и физически качества.

Технология на получаване

За производството на материала се използват суровини от естествен или органичен произход. Освен това, в резултат на специална обработка, само въглеродни атоми остават от оригиналния детайл. Основната въздействаща сила е температурата. Технологичният процес включва извършване на няколко етапа на топлинна обработка. На първия етап се извършва окисление на първичната структура при температурни условия до 250 ° C. На следващия етап производството на въглеродни влакна преминава към процедурата на карбонизация, в резултат на която материалът се нагрява в азотна среда при високи температури до 1500 °C. По този начин се образува структура, подобна на графит. Целият производствен процес завършва с крайна обработка под формата на графитизация при 3000 °C. На този етап съдържанието на чист въглерод във влакната достига 99%.

Къде се използват въглеродни влакна?

Ако в първите години на популяризиране материалът се използва изключително във високоспециализирани области, днес има разширяване на производството, в което се използва това химическо влакно. Материалът е доста пластичен и разнороден по отношение на експлоатационните възможности. С голяма вероятност областите на приложение на такива влакна ще се разширят, но основните видове представяне на материала на пазара вече са се оформили. По-специално можем да отбележим строителната индустрия, медицината, производството на електрическо оборудване, домакински уреди и др. Що се отнася до специализираните области, използването на въглеродни влакна все още е от значение за производителите на самолети, медицински електроди и

Форми за производство

На първо място, това са топлоустойчиви текстилни продукти, сред които можем да подчертаем тъкани, конци, трикотаж, филц и др. По-технологично направление е производството на композити. Може би това е най-широкият сегмент, в който въглеродните влакна са представени като основа за продукти за масово производство. По-специално, това са лагери, топлоустойчиви компоненти, части и различни елементи, които работят в агресивна среда. Композитите са насочени главно към автомобилния пазар, но строителната индустрия също е доста склонна да разгледа нови предложения от производителите на това химическо влакно.

Свойства на материала

Спецификата на технологията за получаване на материала остави своя отпечатък върху експлоатационните качества на влакната. В резултат на това високата термична устойчивост се превърна в основна отличителна черта на структурата на такива продукти. В допълнение към термичните ефекти, материалът е устойчив и на агресивни химически среди. Вярно е, че ако по време на процеса на окисляване при нагряване присъства кислород, това има пагубен ефект върху влакната. Но механичната здравина на въглеродните влакна може да се конкурира с много традиционни материали, които се считат за здрави и устойчиви на повреди. Това качество е особено силно изразено при карбоновите продукти. Друго свойство, което се търси сред технолозите на различни продукти, е абсорбционната способност. Благодарение на активната си повърхност, това влакно може да се счита за ефективна каталитична система.

Производители

Лидерите в сегмента са американски, японски и немски компании. Руските технологии в тази област практически не се развиват през последните години и все още се основават на разработки от времето на СССР. Днес половината от влакната, произвеждани в света, се произвеждат от японските компании Mitsubishi, Kureha, Teijin и др. Другата част се поделя от германци и американци. Така от страна на САЩ действа Cytec, а в Германия въглеродните влакна се произвеждат от SGL. Неотдавна тайванската компания Formosa Plastics влезе в списъка на лидерите в тази област. Що се отнася до местното производство, само две компании се занимават с разработването на композити - Argon и Khimvolokno. В същото време, през последните години бяха постигнати значителни постижения от беларуски и украински предприемачи, които проучват нови ниши за търговска употреба на пластмаси, подсилени с въглеродни влакна.

Бъдещето на въглеродните влакна

Тъй като някои видове пластмаси, подсилени с въглеродни влакна, в близко бъдеще ще направят възможно производството на продукти, които могат да запазят оригиналната си структура в продължение на милиони години, много експерти прогнозират свръхпроизводство на такива продукти. Въпреки това, заинтересованите компании продължават да се надпреварват за технологични подобрения. И в много отношения това е оправдано, тъй като свойствата на въглеродните влакна са с порядък по-добри от тези на традиционните материали. Достатъчно е да запомните силата и устойчивостта на топлина. Въз основа на тези предимства разработчиците проучват нови области на развитие. Въвеждането на материала най-вероятно ще обхване не само специализирани области, но и области, близки до масовия потребител. Например, конвенционалните пластмасови, алуминиеви и дървени елементи могат да бъдат заменени с въглеродни влакна, които ще надминат конвенционалните материали в редица експлоатационни качества.

Заключение

Много фактори възпрепятстват широкото използване на иновативни химически влакна. Един от най-важните е високата цена. Тъй като въглеродните влакна изискват използването на високотехнологично оборудване за производство, не всяка компания може да си позволи да ги произвежда. Но това не е най-важното. Факт е, че не във всички области производителите се интересуват от такива радикални промени в качеството на продукта. По този начин, докато увеличава издръжливостта на един инфраструктурен елемент, производителят не винаги може да извърши подобно надграждане на съседни компоненти. Резултатът е дисбаланс, който обезсмисля всички постижения на новите технологии.

Двадесет и първи век е пълен с иновации и строителната индустрия не е изключение.

Един от най-новите и все по-популярни материали - въглеродните влакна - зае своето достойно място, частично измествайки фибростъкло и подобни усилващи материали.

Карбонова тъкан: характеристики и характеристики

Строго погледнато, въглеродните влакна не са изобретение на този век. Той отдавна се използва в производството на самолети и ракети, но обикновеният човек е запознат с този материал под формата на въдици от въглеродни влакна и кевлар. След като премина през дълъг етап на усвояване и подобряване на технологията, индустрията най-накрая стана готова да предостави въглеродни тъкани на други индустрии, включително строителството.

Основната характеристика на въглеродните влакна е тяхната висока специфична якост на опън спрямо собственото им тегло. Продуктите, подсилени с въглеродни влакна, запазват най-високата известна якост на опън, докато по отношение на консумацията на материал и общото тегло те са много по-изгодни от стоманата, която е обичайна днес.

В оригиналната си форма въглеродните влакна са тънки микрофибри, които могат да бъдат вплетени в нишки, които от своя страна могат да бъдат вплетени в платно с всякакъв размер. Благодарение на правилната ориентация на молекулите и тяхната силна връзка се постига такава висока якост. В противен случай влакната просто служат като армировка за всякакъв вид структурен пълнеж, от епоксидни смоли до бетон.

Една от най-изявените характеристики на въглеродните влакна е високият им сорбционен капацитет. Ползата от използването на въглеродни влакна за укрепване на вътрешните довършителни елементи е, че въглеродът не позволява на естествените примеси, багрила или разтворители да проникнат във въздушната среда на жилищните помещения. В същото време сорбционните процеси протичат абсолютно безвредно за самото влакно.

Ползи от използването

Като цяло две свойства на въглеродните влакна са интересни за строителството. Първата - структурна универсална армировка - се използва, за да придаде на материала повишена твърдост и якост на натиск. Структурата е подсилена с влакна с дебелина 5–10 микрона с различна дължина на влакната. Има смисъл да се укрепват структурно довършителните повърхности и носещите конструкции на сградите.

Второто предназначение на карбоновите влакна в строителната индустрия - вградената армировка - се изпълнява от допълнително обработени първични влакна, които са под формата на платно, ровинг, нишки, въжета и пръти, подсилени с полимерни смоли. В този случай въглеродните влакна не укрепват самия пълнител като цяло, а служат като надеждна, устойчива на разкъсване основа за него.

Но какви са предимствата на въглеродните влакна и защо трябва да бъдат предпочитани пред по-малко екзотичните материали? Нека започнем с факта, че по физични и химични свойства най-близкият конкурент на въглеродните влакна е стъкленото влакно, което е доста широко разпространено под формата на фибростъкло за вътрешни мазилки. Стъклото обаче има много по-ниска якост на опън и е по-тежко, докато въглеродният полимер е не само здрав, но и много по-добре прилепва към околния твърд материал поради високата си присъща адхезия.

Облицовката и структурата, подсилени по този начин, също се характеризират с повишена якост на срязване и усукване, което винаги е било съществен проблем за стомана, стъкло и други синтетични материали.

Въпреки това не минава без усложнения. По-специално, при вътрешно довършване на сгради се повдига въпросът за пожарната безопасност на въглеродните влакна. В присъствието на кислород той изгаря още при температури от около 350–400 °C, но „консервиран” в безвъздушна среда въглеродът запазва свойствата си дори при нагряване над 1700 °C. По-високата топлоустойчивост се гарантира от влакната и техните производни, покрити с различни видове карбиди - това трябва да се има предвид при избора на материал за довършителни работи.

Приложение в довършителните работи

Широка гама от декоративни довършителни материали изискват основа, която абсолютно не е податлива на напукване. Това включва боядисване с акрил, полимерни подови настилки, венецианска мазилка и други тънки и крехки композиции.

Ако този проблем не е особено остър за фалшиви стени, изработени от гипсокартон, тогава други материали изискват специален подход поради по-изразено линейно разширение. Например, нека вземем укрепването и изолацията на фуги на еднослойна обшивка от OSB. Почти всяка замазка или лепило ще се разпадне точно в шева в рамките на година или две.

Такива фуги трябва да се запълнят с трайно полимерно лепило и след това да се покрият съседните ръбове с 25-30 mm с лента от тънки въглеродни нишки и отново да се покрият със слой пълнител, като внимателно се изглажда уплътнението със шпатула.

В повечето случаи такава обработка не изисква последващо изравняване на повърхността. Обшивката придобива монолитна здравина и получените структурни пренапрежения се компенсират напълно от свойствата на OSB.

Подобен принцип може да се приложи при завършване на изравняване на измазани стени с акрилна шпакловка. В този случай въглеродните влакна са безспорен лидер в придаването на устойчивост на удар и устойчивост на напукване. Монтажът се извършва по аналогия с фибростъкло:

1. Първо, тънко непрекъснато покритие на повърхността.
2. След това полагане на платното и изглаждането му.
3. След което можете веднага да започнете окончателното подравняване.

Платното не се проявява по никакъв начин върху външния вид на завършената повърхност, нито преди композицията да изсъхне, нито след това.

Използване на въглеродни влакна

Увеличаването на здравината на носещите елементи на сградите, излято на място или във фабрика, е възможно чрез добавяне на въглеродни влакна към състава на течния пълнител. Въглеродните влакна вече могат да бъдат закупени в доста големи количества, което ще намали дебелината на стени, колони и други елементи на бетонна конструкция, които изпитват вертикални аксиални натоварвания на натиск. Поради това се освобождава много място за структурна изолация или изолация на конструкции.

Този материал ще бъде особено интересен за любителите на пилотно-решетъчни основи, където работата на въглеродната прежда е напълно визуална. Колона, която поддържа якост на натиск от 12–15 тона, като се вземат предвид всички препоръчителни граници на безопасност, има дебелина около 80 mm. В него има само две нишки полимерна армировка, а от другите две страни са положени нишки от въглероден ровинг.

Колко въглеродни влакна са необходими за подсилване на бетон? Съвсем не, само 0,05–0,12% от масата на готовите бетонови изделия. Концентрацията може да бъде по-висока, ако говорим например за хидротехнически конструкции или бетонни подови ферми.

Системи за външно укрепване

Конструкцията, подсилена с въглеродни влакна, е толкова здрава, че може да се използва дори като армировка на пояса за елементи от силно натоварени конструкции. От високото жилищно строителство до сглобяемите рамкови конструкции, външният усилващ пояс осигурява безпрецедентна устойчивост на експлоатационни претоварвания.

Изводът е, че сърцевината на самия елемент, съдържаща вградена армировка, е излята както обикновено, но с минимален защитен слой от бетон отстрани. След отстраняване на кофража продуктът, независимо дали е колона или армировъчен пояс, се обвива със слой от въглеродна тъкан или дебела нишка и след това се запълва с пясъчен бетон, съдържащ фибри. Този подход елиминира необходимостта от използване на тежък гранитен бетон, като същевременно напълно наследява неговите якостни характеристики. Нещо повече, дори минимален слой бетон, подсилен с въглерод, значително намалява корозията на вградената армировка.

Специален случай на външна армировка може да се нарече залепване на фуги с клапи или ленти, изработени от въглеродни влакна, въглеродна тъкан с придружаващо импрегниране с епоксидни смоли. Такава връзка демонстрира три пъти по-висока якост от конвенционалната, което е безценно за системите за рафтове и особено за закрепване на ферми към Mauerlat.

Въглеродни материали и карбонизирани влакнести материали. Структурни карбонови тъкани 3k, 6k, 12k, 24k, 48k, производство и доставка. Карбонови изолационни тъкани. за термична защита на различно оборудване, включително защитни екрани и завеси. Карбонови ленти, включително фолиеви карбонови ленти. Топлоустойчиви въжета с въглеродна оплетка. Карбонови нишки, производство и доставка.

Обща информация за въглеродни влакна

Много полимерни влакна са подходящи за производство на въглеродни влакна. Предприятията от групата за техническо производство на IFI използват полиакрилонитрилни (PAN) влакна за производство на въглеродни влакна. В този раздел на сайта ще разгледаме само два вида въглеродни влакна и продукти, направени от тях. Ние не разглеждаме графитизирани влакна, тъй като тези продукти са отделени в отделен раздел на нашия уебсайт.
И така, според физическите характеристики, въглеродните влакна се разделят на високоякостни въглеродни (въглеродни) влакна и въглеродни влакна с общо предназначение (карбонизирани).

Двата вида прежди са много различни на външен вид. На снимката вдясно, под номер 1, преждата е направена от въглеродни влакна с висока якост 12k, тоест прежда, състояща се от 12 000 непрекъснати нишки. Номерирана с 2, карбонизирана прежда за обща употреба. Това е усукана карбонизирана нишка, съставена от две или повече влакна с дължина от 25 мм до 100 мм.

Това е въглеродна (карбонизирана) прежда с общо предназначение, която се използва за производството на въглеродни уплътнения.

Карбонизирани въглеродни влакна

Карбонизираното влакно се произвежда на два основни етапа:

1. PAN влакното се окислява при температура от +150°C ~ +300°C.

2. Оксидираните PAN влакна се карбонизират в азотна среда при температура от +1000°C ~ +1500°C

Карбонизираните влакна с общо предназначение се използват главно за производство на топлоизолационни продукти и продукти като тъкани, ленти и въжета. Карбонизираните тъкани се използват за високотемпературна изолация. Той е отлична термична защита в различни индустриални приложения. Карбонизираната тъкан се използва като омекотяващ материал или като намотка за конструктивни елементи, тръбопроводи и др. Карбонизираната тъкан се използва под формата на защитни екрани и завеси. Продуктите, изработени от карбонизирани влакна, работят при температури от -100°C до +450°C.

Карбонизираните тъкани са отличен модерен заместител на тъканите от фибростъкло. За разлика от продуктите от фибростъкло, карбонизираната тъкан не предизвиква дразнене на лигавицата, не провокира сърбеж на кожата, карбонизираната тъкан, шнуровете, лентите са напълно безвредни за хората. Съдържанието на въглерод в карбонизираните влакна е до 90%. Карбонизираните влакна имат добра химическа устойчивост, те са функционални в почти всички среди, с изключение на силно концентрирани киселини, включително: азотна (Nitric), ортофосфорна (Orthophosphoric), сярна (Sulfuric), сярна (Sulfurous), солна (Hydrochloric), оксалова ( оксалова киселина) ) и в други среди, чиято pH стойност е по-малка от 2, т.е.

Карбонови влакна

За да се получат високомодулни въглеродни влакна, карбонизираните влакна се подлагат на термична обработка при температура около +2500°C. Въглеродните влакна се използват за производството на специална прежда с повишена якост, която се използва за производството на специални артикули и продукти. Една от основните стойности, характеризиращи въглеродната (въглеродна) прежда, е коефициентът k, който изразява броя на елементарните непрекъснати влакна в преждата. 1k=1000 влакна. Най-често срещаните влакна са 1k, 3k, 6k, 12, 24k и 48k. Коефициентът k се използва за означаване само на въглеродни влакна; свойствата и характеристиките на карбонизираните влакна с общо предназначение се описват с други параметри.

Един от основните продукти, произведени от въглеродни влакна с висок модул, е структурната въглеродна тъкан. Карбоновите (въглеродни) тъкани се използват за подсилване на композитни материали при производството на пластмаси, подсилени с въглеродни влакна. Пластмасите от въглеродни влакна на базата на смоли и въглеродна тъкан са силно устойчиви на корозия и различни видове деформации, което позволява производството на изключително сложни продукти с практически нулев коефициент на линейно разширение. Пластмасите, подсилени с въглеродни влакна, намаляват теглото на конструкцията средно с 30%. В допълнение, въглеродните влакна са проводим материал.
В допълнение към тъканите, от високомодулни въглеродни влакна се правят специални ленти, шнурове, хартия и други продукти за много индустрии.

Карбонизирана карбонова тъкан RK-300

Карбонизираната въглеродна тъкан RK-300 се използва като високотемпературна изолация. Той е отлична термична защита в различни индустриални приложения и може да се използва като омекотяващ материал или като намотка, както и под формата на защитни екрани и завеси.

Карбонизираната тъкан RK-300 е модерен заместител на фибростъкло и други топлоизолационни тъкани, включително азбест. За разлика от фибростъклото, карбонизираната тъкан не дразни лигавиците на дихателните пътища и не предизвиква сърбеж по кожата. В сравнение с азбестовата тъкан, карбонизираната тъкан RK-300 е напълно безопасна за хората, освен това има несравнимо по-дълъг експлоатационен живот, отлична химическа устойчивост и възможност за многократна употреба поради уникалните си свойства.

Настроики:

Ширина на острието: 1000 мм

Дебелина: 1.6mm ~ 5.0mm

Плътност: 520~560 g/m²

Тъкане: гладко

внимание: Уважаеми колеги, уважаеми партньори! Всички карбонизирани продукти и продукти от въглеродни влакна могат да бъдат направени от въглеродни влакна с висока якост и висок модул. Също така, при заявка, е възможно да се изработи топлоизолационна тъкан RK-300 от високомодулни въглеродни влакна - тъкан RK-300H. Параметри на плат от въглеродни влакна RK-300H. Ширина на острието: 1000mm~1500mm; Дебелина: 1.0mm~6.0mm; Плътност: g/m? в зависимост от дебелината; Работна температура: -100°С +1200°С

Карбонизирана въглеродна тъкан с едностранно алуминиево покритие RK-300AF

Карбонизирана тъкан RK-300AF е модерна, високонадеждна индустриална топлоизолация. Отличен заместител на фибростъкло и азбестови тъкани. За разлика от фибростъклото и азбестовите тъкани, карбонизираната тъкан е напълно безвредна.

Едностранното нанасяне на алуминий върху карбонизираната тъкан му дава още по-добри топлоизолационни свойства. Алуминиевият слой върху тъканта е термичен екран, който отразява високата температура, ако тъканта се използва като термозавеса. В същото време, когато се използва RK-300AF като топлоизолационен материал за намотка, алуминиевият слой осигурява поддържане на стабилна температура вътре в изолираната система.

Настроики:

Ширина на острието: 1000 мм

Дебелина: 1.6mm ~ 5.0mm

Плътност: 520 ~ 560gsm?

Работна температура: -100°С +450°С

Тъкане: гладко

внимание: Текстил RK-300HAF

Карбонизирана карбонова лента

Топлоизолационните ленти от карбонизирани въглеродни влакна са отличен, модерен заместител на азбестови ленти и стъклени ленти. Карбоновите ленти значително превъзхождат азбестовите ленти и лентите от фибростъкло по физични и механични свойства, а също така имат по-широк диапазон на химическа устойчивост. В допълнение, карбонизираните ленти са напълно безопасни за хората и екологични. Карбонизираните ленти се използват за топлоизолация на кабелни канали, елементи на прибори и машини, тръбопроводи и други системи и съоръжения, работещи при температури до +450°C.

Произвеждаме 2 вида карбонизирани карбонови ленти:

Лента RK-300T е карбонизирана карбонова лента без покритие.

Лента RK-300TAF е карбонизирана карбонова лента с нанесен от едната страна тънък алуминиев слой.

Настроики:

• Ширина на острието: 5.0mm ~ 1000mm
• Дебелина: 1.6mm ~ 5.0mm
• Плътност: 520 ~ 560gsm?
• Работна температура: -100°С +450°С
• Тъкане: гладко

Панделки RK-300THAF и RK-300THизработени от въглеродни влакна с висока якост и висок модул. Работна температура: -100°C +1200°C.

Карбонова корда, плетена RK-300RS

Карбоновите шнурове са направени както от карбонизирани въглеродни влакна с общо предназначение, така и от високомодулни въглеродни влакна. Шнурите се изработват както с кръгло, така и с квадратно сечение по метода на тъкане. Въглеродните шнурове могат да бъдат направени чрез метода на сплитане, както и чрез еднослойно или многослойно оплитане на сърцевината. При производството на корди, за да се получат необходимите свойства на крайния продукт, заедно с въглеродната прежда могат да се използват и други видове прежди, включително керамични, арамидни и фибростъкло.

Карбоновите корди се използват като огнеупорни, топлоустойчиви и топлоустойчиви уплътнения в много индустриални приложения. Карбоновите корди значително превъзхождат подобни продукти, произведени от други видове влакна, по почти всички физични, механични и технически показатели; освен това шнуровете, изработени от високомодулни въглеродни влакна, са напълно химически инертни, техният киселинен рН индекс е в диапазона от 0 ~14, което позволява използването им в среди с всякакви концентрирани киселини и основи.

Освен това, за разлика от фибростъклените шнурове, които отделят фин стъклен прах, който дразни лигавицата на очите, синусите, небцето и предизвиква сърбеж по кожата, карбоновите шнурове са напълно безвредни. Натоварването при скъсване на високомодулните въглеродни въжета е определено най-доброто.

Карбоновите корди също служат като основа за производството на салникови уплътнения с уникални свойства за използване в почти всички видове промишленост.

Настроики:

• Работна температура: +280°C~+1200°C
• Размери на секциите: O4mm ~ O50.0mm и 4.0mmx4.0mm до 70.0mmx70.0mm

Карбонови строителни платове

Структурните въглеродни тъкани са изработени от прежди от въглеродни влакна с висок модул. При производството на въглеродни строителни тъкани се използват прежди с коефициент 1k, 3k, 6k, 12, 24k и 48k, където k е броят на елементарните непрекъснати влакна в преждата. 1k=1000 влакна.

Основната област на приложение на високомодулни тъкани от въглеродни влакна е като усилващ слой при производството на топлозащитни, химически устойчиви композитни материали, както и като пълнители при производството на пластмаси от въглеродни влакна.

Тъканите от въглеродни влакна се изработват от различни видове тъкане, в зависимост от по-нататъшното им предназначение. Има три основни вида тъкане на въглеродни тъкани:

• Най-често срещаната тъкан е обикновена тъкан, описана е както следва: 1/1. При гладкото тъкане всяка основна нишка се преплита с вътъчна нишка, една след друга. Този вид тъкане осигурява най-добрата здравина на тъканта.
• Тъкан от сатен. Този метод на тъкане е описан по следния начин: 4/1, 5/1 - 1 вътъчна нишка припокрива 4, 5 нишки на основата. Тъканите, изработени по метода на сатенено тъкане, са най-малко издръжливи, така че тези тъкани са направени много плътни. Тъй като нишките на основата и вътъка рядко се огъват при тъкане на сатен, повърхността на такива тъкани е равна и гладка.
• Метод на тъкане на кепър или кепър. Този вид тъкане се описва по следния начин: 2/1, 2/2, 3/1, 3/2... - броят на нишките на основата, обхванати от броя на нишките на вътъка. Тъкането на кепър се идентифицира визуално лесно чрез наклонени ивици по повърхността на тъканта.

Таблицата по-долу показва основните характеристики на стандартните въглеродни тъкани. Въглеродните влакна за тези тъкани се извличат от полиакрилонитрилни (PAN) влакна.

Марка плат	Съдържание на въглерод	Модул на еластичност E, GPa	Удължение, %	Линейна плътност, g/1000m	Плътност, g/cm?
РК-301	98,5	3800	210	1,5	100	1,76
РК-303	98,5	3900	215	1,6	187	1,76
РК-306	98,5	3600	206	1,5	360	1,76
РК-312	98,5	3400	209	1,6	729	1,76

д- Модул на Юнг или модул на еластичност - коефициент, характеризиращ устойчивостта на материала на опън и натиск по време на еластична деформация. За по-голяма яснота добавяме, че модулът на еластичност E за стомана е от 195 GPa до 205 GPa, а за фибростъкло от 95 GPa до 100 GPa. Еластичният модул на графитизираните въглеродни влакна е до 677 GPa, докато волфрамовият проводник има коефициент E от 420 GPa.

Параметри на стандартни структурни тъкани от въглеродни влакна:

• Ширина: 1000mm ~2000mm. Максималната ширина при заявка е 2000 мм.
• Дебелина: 0.25mm~3.0mm
• Плътност: 100g/m?~640g/m?
• Ширина на острието: 1000 мм
• Температура: до +1200°С
• Съдържание на въглерод: >98,5%

Възможно е производството на карбонови платове с нестандартни параметри.

Дължина на навиване на ролка - по заявка. Платът е опакован във филм и картонени кутии.

Марки карбонови тъкани и тяхното обозначение

Всички въглеродни тъкани, произведени от предприятията на холдинга IFI Technical Production, имат буквите RK в името си, обозначаващи търговската марка на производителя RK™ и индекса 300. Например въглеродна въглеродна строителна тъкан, изработена от 6k прежда, т.е. от прежда, съдържаща 6000 непрекъснати влакна, има обозначение RK-306. Карбонова тъкан, изработена от 3k или 12k прежда, съответно RK-303 и RK-312.

Заявление за доставка на карбонови тъкани

Скъпи колеги! Можете да закупите карбон по всеки удобен за вас начин. Предлагаме следните опции:

• Закупуване на продукти директно от фабриката в Китай. Сключвате директен договор с фабриката и работите самостоятелно. За да направите това, трябва да изпратите заявка на следния адрес: Този имейл адрес е защитен от спам ботове. Трябва да имате активиран JavaScript, за да го видите. Ще ви изпратим информация за контакт, включително телефонен номер и имейл адрес на служителят на завода, отговорен за износа.
• Закупуване на продукти чрез руското представителство на холдинга IFI Technical Production, чрез компанията Rus-Kit. Сделката се извършва по договор за доставка, сключен между вашата организация и фирма Rus-Kit. В този случай Rus-Kit поема всички въпроси, свързани с организацията на доставката и митническото оформяне на стоките. За да направите това, трябва също да изпратите заявка на имейл адрес: Този имейл адрес е защитен от спам ботове Трябва да имате активиран JavaScript, за да го видите

Уважаеми колеги, уважаеми партньори!: За всички въпроси, които ви интересуват, относно карбонови тъкани, както и други продукти от карбонови влакна, моля свържете се с нас на имейл Този имейл адрес е защитен от спам ботове За да го видите, трябва трябва да е активиран Javascript За заявки на английски или китайски, моля, използвайте имейл адреса Този имейл адрес е защитен от спам ботове Трябва да активирате Javascript, за да го видите

В момента са разработени и индустриализирани голям брой въглеродни влакна, различни по предназначение, състав и свойства. Марковият асортимент се основава предимно на вида на изходното влакно при получаване на въглерод, чистотата на суровините, технологията на обработка на изходните влакна, крайната температура на обработка (която определя съвършенството на структурата на въглерода и неговите свойства), необходимата текстура на промишлените форми на въглерод и тяхното предназначение Асортиментът от въглеродни влакна е доста широк и разнообразен, което се определя от вида и състава на суровината, способността й да претърпява термични трансформации при нагряване и условията (режими, среда ) за извършване на термични трансформации при производството на въглеродни влакна. На базата на елементарни въглеродни влакна се получават различни текстилни форми, които се използват като материали от въглеродни влакна (CFM) като компоненти за производство на композитни материали или като самостоятелни материали (продукти). Марковата гама от карбонови материали се определя преди всичко от предназначението и необходимостта от този вид материал за модерни технологични продукти. Компаниите, произвеждащи въглеродни влакна, като правило се специализират в производството на няколко вида материали от въглеродни влакна, но на един вид суровина. Например компаниите Hercules, UCC, Celanese, HITOCO, Great Lakes Carbon, Stackpole Carbon Fibers (САЩ) произвеждат CFM на базата на PAN влакна; Tore, Toho Besoon, Nihon Kabon, Asahi Nihon Kabon faiba, Mitsubishi Reyon, Sumitomo Kagaku (Япония). Компанията Union Carbite произвежда CFM на базата на PAN, GC и терени. CFM на базата на конвенционални терени се произвежда от Kureha Kagaku (Япония), Courtlands (Великобритания) и Serofim (Франция).

Свойства на въглеродните влакна

Свойствата на пластмасите, подсилени с въглеродни влакна, зависят от свойствата на въглеродните влакна, които от своя страна се определят от условията на пиролиза на органични влакна (целулозен хидрат, полиакрилонитрил, влакна от мезофазни смоли), които понастоящем се използват като суровини за производството на въглеродни влакна. .

Механични свойства.Модулът на еластичност на опън (по протежение на влакната) на висококачествени високоякостни въглеродни влакна (на базата на PAN) е 200 - 250 GPa, високомодулен тип (на базата на PAN) - около 400 GPa, а въглеродните влакна на базата на течност кристални терени: 400 - 700 GPa. При една и съща температура на нагряване, въглеродните влакна на базата на течни кристали имат по-висок модул на еластичност на опън от влакната на основата на PAN. Модулът на опън през влакната (модулът на коравина при огъване) намалява, когато модулът на опън по дължината на влакната се увеличава. За въглеродни влакна, базирани на PAN, той е по-висок, отколкото за влакна, базирани на течни кристални смола. Напречният модул на еластичност също се влияе от ориентацията на атомните равнини в напречното сечение на въглеродните влакна. Аксиалната якост на опън на високоякостните въглеродни влакна на основата на PAN е 3,0-3,5 GPa, влакната с високо удължение са ~4,5 GPa, а влакната с висок модул са 2,0-2,5 GPa. Високотемпературната обработка на втория тип влакна произвежда високомодулни влакна с якост на опън приблизително 3 GPa. Якостта на влакната на базата на терени от течни кристали обикновено е 2,0 GPa. Теоретичната стойност на якостта на опън на графитните кристали в посока на равнините на атомната решетка е 180 GPa. Експериментално измерената якост на опън на високоякостни и високомодулни въглеродни влакна на основата на PAN в секция с дължина 0,1 mm е 9-10 GPa. Тази стойност е 1/20 от теоретичната стойност и 1/2 от якостта на нишковидния графит единични кристали. За въглеродни влакна, базирани на течнокристални смоли, якостта, измерена по подобен начин, е 7 GPa. Таблици 17.1, 17.2 показват механичните свойства на най-често срещаните въглеродни влакна.

По-ниската якост на промишлено произведените въглеродни влакна се дължи на факта, че те не са монокристали и има значителни отклонения от редовността в тяхната микроскопична структура. Свойствата на въглеродните влакна могат да бъдат значително подобрени до удължение при скъсване от 2% и якост от 5 GPa и повече.

Таблица 17.1 - Механични свойства на въглеродните влакна.

Характеристика	CF базиран на PAN			Базиран на HC течнокристални смоли
	висока якост	високо удължение	силно модулен
Диаметър на влакното, nm
Модул на еластичност на опън, GPa
Напрежение на опън при скъсване, GPa
Удължение при опън, %
Плътност, g/cm3
Специфична якост, m

Таблица 17.2 - Физични и механични свойства на въглеродните влакна.

Оригинален фибри	диаметър, µm	Плътност, g/cm 3	Напрежение на опън при скъсване, MPa	Модул на еластичност на опън, E, GPa	Тестилна форма
Полиакрилонитрил					Непрекъснат турникет
Вискоза					Непрекъснат турникет

Както може да се види от таблиците, въглеродните влакна имат ниска плътност и висока якост на опън и еластичен модул. Следователно въглеродните влакна имат висока якост и специфичен еластичен модул. Най-характерната особеност на въглеродните влакна е техният висок специфичен модул на еластичност. Това прави възможно успешното използване на въглеродни влакна за подсилващи материали за структурни цели. Сравнявайки високомодулни влакна с нискомодулни влакна с подобен химичен състав, трябва да се отбележи, че с увеличаване на модула на еластичност и плътността на въглеродните влакна, обемът на затворените пори, средният диаметър и специфичната повърхност намаляват и неговата електрическата проводимост се подобрява.

Електрически свойства.Увеличаването на еластичния модул с намаляване на ъгъла на текстурата означава, че структурата на въглеродните влакна се доближава до тази на графита, който има метална проводимост в посоката на шестоъгълния слой. Въглеродните влакна, получени при температури не по-ниски от 1000 ° C, имат висока електропроводимост (повече от 102 Ohm -1 -cm -1). Чрез промяна на модула на еластичност и следователно на електрическите свойства на въглеродния пълнител е възможно да се регулират електрическите свойства на композитния материал.В процеса на превръщане на органичните влакна във въглеродни влакна се осъществява преход през всички проводими ленти. Оригиналните влакна са диелектрици; по време на карбонизацията електрическото съпротивление рязко намалява, след което с повишаване на температурата на обработка над 1000 o C, въпреки че продължава да намалява, то е по-малко интензивно. Карбонизираните влакна се класифицират като полупроводници по вид проводимост, докато графитизираните влакна покриват диапазона от полупроводници до проводници, като се приближават до последните с повишаване на температурата на обработка. За въглеродните влакна температурната зависимост на проводимостта се определя от крайната температура на тяхната обработка и, следователно, от концентрацията на електрони и размерите на кристалите.

Трябва да се отбележи, че колкото по-висока е температурата на карбонизация, толкова по-нисък е температурният коефициент на електрическа проводимост. Въглеродните влакна имат дупка и електронна проводимост. С повишаване на температурната обработка, придружено от подобряване на структурата и увеличаване на броя на електроните, забранената зона на проводимост намалява, поради което електрическата проводимост се увеличава, което за влакна, обработени при високи температури, се доближава до електрическата проводимост на проводниците по абсолютна стойност.

Топлинни свойства.Едно от проявленията на характеристиките на анизотропната структура на високомодулните въглеродни влакна е отрицателният коефициент на топлинно линейно разширение по оста на влакното, което повишава нивото на остатъчните напрежения във високомодулните влакна. За влакна с голям модул на еластичност коефициентът е по-висок по абсолютна стойност и има отрицателна стойност в по-широк температурен диапазон. Така за въглеродни влакна, направени от PAN влакна (Фигура 17.11), максималната (по абсолютна стойност) стойност на коефициента се наблюдава при 0 ° C, а с повишаване на температурата знакът му се променя на противоположния (при температури над 360 ° C за фибри с д= 380 GPa и над 220 °C за влакна с д= 280 GPa. Трябва да се отбележи, че кривата на фигура 3.11 съвпада добре с подобна зависимост на коефициента на топлинно разширение на решетката от пиролитичен графит по оста А.

Благодарение на тяхната висока енергия на свързване C-C, въглеродните влакна остават твърди при много високи температури, което придава на композитния материал устойчивост на висока температура. Краткотрайна якост на опън на влакно с висок модул, съдържащо 99,7 тегл. % въглерод остава практически непроменен в неутрални и редуциращи среди до 2200 °C. Не се променя и при ниски температури. В окислителна среда здравината на въглеродните влакна остава непроменена до 450°C. Повърхността на влакното е защитена от окисление чрез устойчиви на кислород защитни покрития, направени от огнеупорни съединения или топлоустойчиви свързващи вещества; Пиролитичните покрития са най-широко използвани.

Фигура 17.11 - Зависимост на коефициента на термично линейно разширение

по дължината на зърното за въглеродни влакна с модул на еластичност 380 (1)

и 280 GPa (2) от температурата..

Химични свойства. Въглеродните влакна се различават от другите пълнители по своята химическа инертност. Химическата устойчивост на въглеродните влакна зависи от крайната температура на обработка, структурата и повърхността на влакното и вида и чистотата на суровината. След излагане на високомодулни влакна, получени от PAN влакна, на агресивни течности в продължение на 257 дни при стайна температура, забележимо намаляване на якостта на опън се наблюдава само при действието на ортофосфорна, азотна и сярна киселини (Таблица 17.3).

Таблица 17.3 - Химическа устойчивост в агресивни среди на високомодулни въглеводороди на базата на PAN (продължителност на експозиция 257 дни).

Реактиви	Температура, °C	Диаметър влакна, nm	σ Р , MPa	д Р , Общ успех
Контролна проба от влакна
Киселина (50%):
Въглища
Ортофосфорен
Оцетен лед
Разтвор на натриев хидроксид,

Еластичният модул на пробите се променя само под въздействието на 50% разтвор на азотна киселина. Силата на алкалните стъклени влакна след излагане в продължение на 240 часа в 5% разтвори на сярна или азотна киселина намалява съответно с 41 и 39%. С повишаване на температурата устойчивостта на въглеродните влакна към агресивни среди намалява.

Особено лесно се окислява в разтвори на азотна киселина. Разтвор на натриев хидрохлорид окислява въглерода, в резултат на което диаметърът на влакното намалява и неговите механични свойства дори се подобряват донякъде.

Според степента на активност по отношение на високомодулни въглеродни влакна, получени от PAN влакна, киселините могат да бъдат подредени в следните серии: HNO 3 > H 2 S0 4 > H 3 P0 4 > HC1. Оцетна и мравчена киселина и алкални разтвори с всякаква концентрация и при всякаква температура не разрушават въглеродните влакна. Химическата устойчивост на въглеродните влакна гарантира стабилността на свойствата на композитните материали, базирани на тях.

Дефекти и намокряне.Пиролизата на органичните влакна е придружена от увеличаване на тяхната порьозност. Високомодулните въглеродни влакна имат удължени пори и се различават от нискомодулните въглеродни влакна по ориентацията на жлебовете и пукнатините по оста на влакното и по-ниската им концентрация върху повърхността. Очевидно по време на изтегляне някои повърхностни дефекти се изглаждат, което е особено ефективно при високотемпературна обработка на влакна. Порите на повърхността на въглеродните влакна имат различни размери. Големи пори с диаметър от няколкостотин ангстрьома се запълват със свързващо вещество по време на формоването на композитен материал и силата на адхезия на свързващото вещество към пълнителя се увеличава. Повечето от порите на повърхността на влакната имат диаметър няколко десетки ангстрьома. Само нискомолекулни компоненти на свързващото вещество могат да проникнат в такива малки кухини и преразпределението на свързващото вещество чрез молекулярно сито се получава на повърхността на пълнителя, променяйки неговия състав.

Омокряемостта на влакната от свързващите вещества, използвани за производството на пластмаси от въглеродни влакна, оказва голямо влияние върху техните свойства. За разлика от стъклените влакна, повърхностната енергия на въглеродните влакна е много ниска, така че влакната са слабо намокрени от свързващи вещества, а подсилените с въглеродни влакна пластмаси се характеризират с ниска якост на сцепление между пълнителя и свързващото вещество. Силата на адхезия на влакната към свързващото вещество се увеличава, ако върху повърхността на влакната първо се нанесе тънък слой мономер, който се намокря добре и запълва всички пори. В резултат на полимеризацията на мономера влакното се покрива с тънък слой полимер - протектор, "запечатващ" повърхностните му дефекти. След това пълнителят се комбинира с избраното свързващо вещество, продуктът се формова и пластмасата се втвърдява съгласно стандартния режим.

Понастоящем са предложени още няколко метода за увеличаване на якостта на адхезия на въглеродните влакна към свързващото вещество, чиято ефективност се оценява чрез увеличаване на якостта на срязване на композитния материал:

Отстраняване на смазочния филм от повърхността на въглеродни влакна след текстилна обработка;

Ецване на повърхността на въглеродни влакна с окислители;

Завършване на въглеродни влакна;

Отглеждане на подобни на мустаци кристали с висока устойчивост на срязване върху повърхността на влакната (ворсеризация или висцерация).

В някои случаи се използват последователно няколко метода на обработка.

Преклонението във високомодулни въглеродни влакна е най-радикалният метод за увеличаване на якостта на срязване на пластмасите, подсилени с въглеродни влакна. Пропорционално на обемното съдържание на мустаци върху влакното се увеличава не само якостта на срязване, но и якостта на натиск и огъване в напречна посока поради допълнително укрепване на матрицата с кристали с високи механични свойства (например якостта на ? -SiC нишки е 7-20 GPa при модул на еластичност около 50 GPa). При високо съдържание на мустаци върху влакното (повече от 4-7%) силата и еластичните свойства на пластмасата се влошават. В някои случаи намаляването на пластичната якост е свързано със загубата на якост на въглеродните влакна по време на ворсеризация. Таблица 17.4 показва как свойствата на пластмасите, подсилени с въглеродни влакна, зависят от метода на подготовка на повърхността от въглеродни влакна.

Таблица 17.4 - Ефект от различни типове повърхностна подготовка на влакна с висок модул върху свойствата на еднопосочна пластмаса, подсилена с епоксидни въглеродни влакна.

Метод за подготовка на повърхността на въглеродни влакна	Плътност, g/cm 3	Напрежение при разрушаване, MPa, при		Модул на еластичност, GPa
		смяна	извивам
Фибри с лубрикант
Офорт в HNO 3
Изгаряне на смазката в азот и импрегниране с епоксидна смола
Влошаване мустаци от силициев карбид

Способността на въглеродните влакна, съдържащи същото количество въглерод (най-малко 99 тегл.%), за vorserization от газовата фаза се увеличава с намаляване на тяхната устойчивост на окисление, което е пропорционално на концентрацията на повърхностни дефекти.

Физични свойствавъглеродните влакна зависят от техния произход (условия на карбонизация и графитизация) и някои показатели от естеството и качеството на суровините. Много от свойствата на въглеродните влакна се определят от крайната температура на обработка, но други фактори също могат да имат значителен принос. Таблица 17.5 показва най-типичните физически свойства на въглеродните влакна.

Плътността на графита е 2,26 g / cm 3, тя значително надвишава плътността на въглеродните влакна, което се дължи на по-малко перфектната структура на последното. Сред топлоустойчивите влакна въглеродът има най-ниска плътност; това има благоприятен ефект върху специфичните механични свойства на влакното. Графитните влакна имат малка специфична повърхност.

Таблица 17.5 - Физични свойства на въглеродните влакна.

Характеристика	Фибри
	газирана	графитиран
Плътност, kg/m3
Специфична повърхност, m 2 /g
Температурен коефициент на линейно разширение, 10 6 / K
Специфичен топлинен капацитет, kJ/kg K
Топлопроводимост, W/(m K)
Електрическо съпротивление, 10 -5 ohm m
Тангенс на диелектричните загуби (при 10 10 Hz)
Хигроскопичност,%

Специфичната повърхност на карбонизираните влакна, в зависимост от условията на тяхното производство и вида на използваните суровини, може да варира в широки граници.

За да се увеличи специфичната повърхност от 500-1000 m 2 /g, въглеродните влакна се обработват с прегрята водна пара, въглероден диоксид и други реагенти. Въглеродните влакна се характеризират с малък коефициент на линейно разширение, значително по-нисък от металите, графита и кварцовото стъкло. По отношение на топлинния капацитет въглеродните влакна се различават малко от другите твърди вещества. Характерна особеност на въглеродните и особено на графитизираните влакна е тяхната много висока топлопроводимост. Това е характерно и за графита. Когато се използват въглеродни влакна или състави на тяхна основа като топлозащитни материали, високата топлопроводимост е нежелателна, тъй като през композитния материал се осъществява интензивен топлопренос. За да се елиминира този недостатък, в допълнение към въглеродните влакна, към композитните материали се добавят други топлоустойчиви влакна, по-специално влакна от метален оксид с ниска топлопроводимост.

Въглеродните влакна с развита специфична повърхност са силно хигроскопични поради кондензация на вода в порите. Графитните влакна имат ниска порьозност, така че тяхната хигроскопичност е ниска. Хигроскопичността е от голямо значение при производството на композитни материали.

Текстилни форми от въглеродни влакна

Въглеродните влакна могат да бъдат произведени в голямо разнообразие от текстилни структури: телбод, непрекъсната нишка, тъкани или нетъкани. Тегличи, прежди, ровинги и нетъкани платна са най-разпространените типове структури от въглеродни влакна, използвани в момента. Въглеродните влакна имат висок модул на еластичност и ниско удължение. Поради това те не могат да издържат на многократна деформация и използването им за производство на тъкани представлява определени трудности. Въпреки това, поради напредъка в технологията за производство на въглеродни влакна и техниките за тъкане, стана възможно да се правят всякакви тъкани материали от тях.

Предимството на еднопосочните тъкани (в този случай тънки нишки: стъклени или органични, разположени по протежение на вътъка, служат само за технологично свързване на нишки или нишки помежду си) е, че те практически елиминират прегъванията на влакната в надлъжна посока, влакната са добре ориентирани, материалът се получава гладък и приятен на допир. Произвеждат се и под формата на хибридни ленти и плат в комбинация с нишки от фибростъкло. В момента гамата от тъкани е много разнообразна; те се различават по плътността на нишките по ширина, структурата на тъкане, съотношението на броя на нишките в надлъжно (по основата) и напречно (по вътъка) направление, броя на елементарните влакна в снопа и др. характеристики.

В зависимост от условията на употреба CFM се произвежда под формата на непрекъснати нишки и нишки (формирани от 1000, 3000, 5000, 6000, 10000 и повече елементарни непрекъснати влакна), корди, щапелни влакна, възли, ленти, тъкани (често комбинирани с полимерни или стъклени влакна), еднопосочни ленти, в които здрави нишки на основата са свързани с вътък с ниска якост, нетъкани материали (филц, рогозки) и др. Почти цялата възможна гама от текстилни форми е разработена и използвана на базата на въглерод фибри.

За получаване на тъкани продукти от въглеродни влакна се използват два основни метода: тъкане на първоначални влакна и последваща термична обработка на тъкани продукти във въглеродни (т.е. карбонизация и графитизация на тъкани форми); производство на карбонови нишки, кълчища и последващата им текстилна обработка. Предимството на последния метод е възможността за получаване на тъкани с по-малка анизотропия на свойствата, както и възможността за получаване на комбинирани тъкани от CF и други видове влакна; недостатъкът е крехкостта на CF и свързаните с това трудности по време на текстилната обработка .

Фигура 17.12 показва видовете някои тъкани със специално предназначение: ненагъната тъкан, в която чрез елиминиране на огъването на въглеродните влакна се предотвратява увреждането на влакната и загубата на якост; спирална тъкан, в която въглеродните влакна са подредени в спирала и свързани помежду си в радиална посока; платове с ориентация на въглеродни влакна под ъгъл 0,30 и 60°; триизмерни тъкани, в които въглеродните влакна също са ориентирани по посока на дебелината на тъканта и др.

а - ненагъната тъкан; б - спирална тъкан; c - тъкан с триаксиална ориентация на нишките в равнината на тъканта; d - триизмерна тъкан с ортогонална обемна ориентация на нишките.

1 - стъклена нишка; 2 - въглеродна нишка.

Фигура 17.12 - Примери за тъкани със специално предназначение.

Платове от въглеродни влакна. Свойствата и условията за производство на въглеродни тъкани зависят от структурата на тези тъкани, плътността на тъкането, гънката на преждата, плътността на оригиналната прежда и условията на тъкане.

Плътността на нишките в основата и вътъка се определя от броя на нишките в 1 cm плат, съответно в надлъжна и напречна посока. „Основата“ е преждата, разположена по дължината на тъканта, а „вътъкът“ преплита тъканта в напречна посока. Следователно, плътността на тъканта, нейната дебелина и якост на опън са пропорционални на броя на нишките и вида на преждата, използвана при тъкането. Тези параметри могат да бъдат определени, ако дизайнът на тъканта е известен. Има различни видове тъкани на основа и вътък за създаване на издръжливи тъкани. Чрез промяна на вида на тъканите е възможно да се създадат различни усилващи структури, които до известна степен влияят на свойствата на композитите, направени от тях. В някои случаи използването на въглеродни тъкани изисква специални видове тъкани.

Плитка е тясна (по-малко от 30,5 cm широка) тъкан, която може да съдържа хлабав ръб (т.е. запълваща прежда, излизаща отвъд лентата). Лентата от въглеродни влакна под формата на плетени ръкави се характеризира с по-голяма гъвкавост в сравнение с тъканите на базата на въглеродни влакна. От плитка можете да произвеждате продукти със сложни конфигурации с повърхност с неправилна форма и др.

Текстилна прежда от въглеродни влакна- Това са единични успоредни влакна или нишки (снопове), събрани заедно, които по-късно могат да бъдат преработени в текстилен материал. Непрекъснатите единични кълчища (нишки) са най-простата форма на текстилна прежда от въглеродни влакна, известна като „обикновена прежда“. За да се използва такава прежда при по-нататъшна текстилна обработка, тя обикновено се подлага на леко усукване (по-малко от 40 m -1). Въпреки това, за голям брой тъкани е необходима по-дебела прежда. Тази гама от текстилни прежди може да бъде произведена чрез усукване и каниране. Типичен пример е усукването на две или повече прости нишки заедно с едновременно преплитане (т.е. последващо усукване на две или повече предварително усукани нишки).

В резултат на операциите на усукване и усукване се получава прежда, чиято здравина, гъвкавост и диаметър могат да варират. Това е важна предпоставка за създаването на различни тъкани, от които впоследствие се получават композити.

Сбруисе състои от голям брой нишки, събрани в сноп. Обикновено се използват кълчища с брой нишки от 400, 10 хил. или 160 хил. Преждата обикновено се разбира като усукани нишки, състоящи се от нарязани влакна, докато скитанее нишка (нишка), състояща се от успоредни или леко усукани снопчета влакна. Накрая рогозки (ленти)Състои се от голям брой (понякога до 300) снопове или нишки от въглеродни влакна, поставени една до друга или зашити заедно и могат да бъдат обработени в различни видове текстилни структури. Късите въглеродни влакна (с дължина 3 - 6 mm) могат да бъдат преработени във филц или нетъкан текстил с помощта на конвенционална технология.

За въглеродни влакна и композити от въглеродни влакна, въглеродни влакна UKN-P/2500, UKN-P/5000 с повърхностна обработка и броя на нишките в нишката са съответно 2500 и 5000, VMN-4, VMN-RK, Rovilon, VEN- 280, UKN/5000, UKN /10000, Coulomb/5000A, Coulomb/5000B с линейна плътност от 200 до 900 tex, характеризираща се с якост и модул на еластичност в доста широк диапазон. Свойствата на някои въглеродни нишки са представени в таблици 17.6 и 17.7.

Таблица 17.6 - Свойства на въглеродните нишки.

Индикатори	Марка пълнител
	УКН-П/2500	UKN- P/5000	UKN/ 5000	UKN/ 10000	Висулка/5000А Висулка/5000B
Линейна плътност, текс
Отклонение на линейната плътност,%
Относително натоварване на скъсване на нишката при скъсване от примка, n/tex
Масова част на проклейващия агент, %
Модул на еластичност, GPa
Напрежение на опън при скъсване на нишка в микропластмаса, GPa
Напрежение на разрушаване на пластмаса, GPa при: Разтягане

Таблица 17.7 - Свойства на въглеродните нишки.

Индикатори Имоти	Марка пълнител
	ВМН-4	ВМН-РК-3	РОВИЛОН			ВЕН-280-1	ВЕН-280
Линейна плътност, текс
Отклонение на линейната плътност, % не повече
Плътност на нишката, g/cm3
Напрежение на опън при скъсване на нишка, GPa
Модул на еластичност на въжето в пластмаса, GPa
Динамичен модул на еластичност на въжето, GPa
Якост на огъване на въже в пластмаса MPa

Най-широко използваните като армиращ пълнител за ламинати от въглеродни влакна са карбоновите ленти от типа LU-P и ELUR-P, които представляват ролки с ширина 250 мм, плътно навити на двуфланцови макари. Основните характеристики на лентите са представени в таблица 17.8. Отличителна черта на карбоновите ленти е тяхната ниска линейна плътност, която осигурява производството на пластмаси от въглеродни влакна с дебелина на монослоя от 0,08-0,13 микрона.

Таблица 17.8 - Свойства на карбонови ленти.

Тип лента	Ширина на лентата, мм	Линейна плътност, g/m	Плътност на нишката, g/cm 3	Брой нишки на 10 см, не по-малко	Напрежение на опън при скъсване на пластмаса, подсилена с въглеродни влакна, GPa, не по-малко	Разрушаващо напрежение по време на компресия в пластмаса, подсилена с въглеродни влакна, GPa, не по-малко	Модул на еластичност при огъване, Общ успех	Обемна част от пълнителя във въглеродни влакна, %	Плътност на въглеродни влакна, g/cm 3	Дебелина на монослоя от въглеродни влакна, мм

Голяма група въглеродни усилващи пълнители са тъканите материали на базата на въглеродни нишки UKN-P/2500 и UKN/P500. Това са тъкани ленти UOL-1 и UOL-2 с ширина 300, 460 и 600 mm. (В символа на лентата първото число е ширината на лентата, второто число в маркировката е вида на конците, използвани като основа: 1- за нишки UKN-P/5000 и 2- за UKN-P /2500 нишки.) Тези ленти имат само въглеродни нишки в основата и във вътъка, лентите имат редки стъклени или органични нишки с линейна плътност 14-30 tex. Произвеждат се на лентотъкачни станове.

За разширяване на гамата се произвеждат комбинирани ленти тип UOL-K със съотношение 6:1 на карбонова и стъклена нишка. Основните характеристики на тъканите въглеродни и композитни ленти са дадени в таблица 3.9. За разлика от въглеродните влакна от типа LU, тези пълнители осигуряват пластмаси, подсилени с въглеродни влакна, с по-висока дебелина на монослоя от 0,17 mm до 0,25 mm и по-високо ниво на якостни характеристики. Тъканите ленти от типа LZHU, за разлика от лентите от типа UOL, са изтъкани от суровини и имат въглеродна вътъчна нишка. LZHU лентите се различават по линейна плътност при използване на различни въглеродни нишки в основата на 2500 или 5000 нишки. Основните характеристики на тези ленти са представени в таблица 4.9.

Въглеродната тъкан UT-900-2.5 на базата на нишки UKN-P/2500, изтъкани с кепър, което осигурява еднаква плътност на нишките на основата и вътъка, е фундаментално различна от разгледаните по-горе пълнители. Характеристиките и свойствата на тъканите са дадени в таблица 17.9.

Таблица 17.9 - Свойства на тъкани карбонови ленти и тъкани.

Гамата на марката и характеристиките на местни и чуждестранни CFM са представени в таблици 17.10 - 17.13.

Таблица 17.13 представя някои свойства на чужди въглеродни влакна от различни изходни влакна. Те могат да бъдат доставени на потребителя след или без повърхностна обработка. Типът и видът на текстилната структура за обработка на въглеродни влакна обикновено се определя от приложението му в композитния материал. Това определя и метода на производство на композита: полагане, леене под налягане или пултрузия.

Обемни структури на базата на въглеродни влакна.

Едно от основните предимства на армираните композитни материали е високата специфична якост по посока на армировката. Друго важно предимство на такива материали пред изотропните материали е ефективният контрол на анизотропията на механичните, топлофизичните и други свойства по посока на армировката. Анизотропията на свойствата се контролира чрез промяна на разположението на армировката.

Таблица 17.10 - Въглеродни пълнители за структурни пластмаси, подсилени с въглеродни влакна (Русия).

	Текстил	Плътност g/cm3
LU-P-0.1 и O.2 4, 5
УКН-П-О,1 1 ,4, 5
УКН-П-5000М 4, 5
UKN-P-5000 2, 6
UKN-P-2500 4, 5
ВИСУЛКА N24-P 5
ГРАНИТ П 5	резба 400 текс
ELUR-P-0.1 4 , 5	лента245±30мм
	лента 90+10 мм
	лента 90±10 мм
	лента,?= 0,235±0,015
	лента, ?= 0,175+0,015
	кепър, ?= 0,22±0,02
ELUR-P-0.08 4 , 5
	нишка, турникет
	нишка, турникет

Забележка: 1 - аналог на Торнел 300, ТЗОО "Торейка"; 2 - на базата на UKN-P-5000, въглеродно-органични ленти UOL-55, 150, 300, 300-1, ZOOK (НПО "Химволокно"); UOL-300-1 (основа UKN-P-5000, 410 tex, вътък SVMK 14,3 tex); UOL-ZOOK (основа UKN-P-5000, 410 tex и Armos 167 tex, вътък SVMK 14,3 tex); UOL-150, 300 (основа UKM-P-5000, 390 tex, вътък SVMK tex 29.4); 3 - основа и вътък от УКН-П-2500 200 текс, кант Урал N 205 текс; 4 - PAN резби за ELUR-P, LU-P tex 33.3, UKN-P-5000 tex 850, UKN-P-2500 tex 425; 5 - P - електрохимично окисление (ECHO метод); 6 - използва се за производството на TZ-структури като TsOO и TsTMZ; Tex е масата на 1 km влакно в грамове.

Таблица 17.11 - Свойства на въглеродни материали на базата на вискозни (хидратирана целулоза, НС) влакна, за термична защита, адсорбционно-активни материали, електрически продукти (нагреватели). (Русия) .

Марка материал	Текстил форма	%	Натоварване на скъсване на лента 5 cm, kgf		Сила на елемента нишки, GPa
	плат, панделка
Урал TR Z/2-15	Плетива
Урал TR 3/2-22	Плетива
Урал ТМ/4-22	Многопластова тъкан
Урал LO-22	Еднопосочна лента
Урал LO-15	Еднопосочна лента
	текстилна нишка
	конец за шиене
Урал Тр-3/2-15Е	повърхностно обработен трикотаж
Ъглен, Ъглен-9

Таблица 17.12 - Текстилни форми и свойства на въглеродни кълчища (Русия).

Настроики	Карбонови нишки, степени
	ВМН-4	РОВИЛОН	VPR-19(s)	VNV(и)
Изходна суровина		Нитрон 650 -1700 текс	Нитрон 850 -1700 текс
Брой резби, бр
Брой усуквания на 1м
Брой влакна (нишки), бр.
Дължина, макс., m
Диаметър, макс., µm
Температура на пиролиза, Max, °C
Плътност, g/cm3
Якост на опън, ?, GPa
Модул на еластичност на опън, E, GPa
Относително удължение, ε, %
Лубрикант

Таблица 17.13 - Свойства на чужди индустриални въглеродни влакна.

Фибри	Фирма доставчик	Изходен материал	σ IN , MPa	E, GPa	 , кг/м 3	σ , 10 -4 см/м	 и т.н , W/ (м  °C)	α и т.н , ДА СЕ -1
Фортафил 3 (0)
Фортафил 5
CI - Tex 12000
CI - Tex 6000
HI - Tex 3000
Hi-Tex 1500
Panex 1/4 CF-30
Panex 30 R
Panex 30V800d
Selion GY-70
Селион 6000
Селион 3000
Селион 1000
Thornel 300 WYP 90 - 1/0
Tornel 300 WYP30-1/0

Имена на компаниите: G - "Херкулес" (Hercules), GLK - "Great Lakes Carbon" (Great Lakes Carbon), K - "Carborundum" (Carborundum), P - "Polycarbon" (Polycarbon), SF - "Stackpole Carbon Fibers" ” (Stackpole Carbon Fibers), C - „Celanese”, YK - „Union Carbide”.

Усилващите елементи на въглеродните композитни материали са въглеродни влакна. Разработени са армировъчни конструкции, които имат три, четири, пет или повече посоки на армиране. Чрез промяна на съотношението на армировката в различни посоки се създават материали с определени свойства.

Има няколко системи от армировъчни конструкции за композитни материали. На практика системите от две, три и ннишки

Характерна особеност на материалите, образувани от система от две нишки, е наличието на дадена степен на кривина на влакната в посоката на основата (ос x), докато вътъчните влакна (ос y) са прави. В третата посока (ос z) няма армировка. Основните усилващи параметри на тази група материали са степента на кривина на базовите влакна (ъгъл ) и коефициентът на усилване  по посока на основата и вътъка (Фигура 17.13).

Фигура 17.13 - Варианти на армировъчни схеми, образувани от система от две нишки. Свързване на съседни слоеве с насочени влакна при: в самолета zx(А) и в самолета зи(b); по цялата дебелина на конструкцията и в равнината zx(V) и в самолета зи(Ж). Връзка чрез два слоя, използвайки в посока хправи влакна ( д) и през слоя и по цялата дебелина на материала, използвайки в посока хправи влакна ( д). Връзка чрез слой с променлива плътност по дебелината на материала ( и) .

Композитните материали, образувани от система от три нишки, имат армировка в три посоки на избрани координатни оси. Най-често срещаните схеми за укрепване са показани на фигура 17.14.

Схемите за подсилване, като правило, се образуват от взаимно ортогонални влакна (Фигура 17.14, а, б), обаче има схеми с наклонено разположение на влакната (Фигура 17.14, c, d). Армиращите влакна могат да бъдат прави (Фигура 17.14, А), имат дадена степен на кривина на влакното в едно (Фигура 17.14, V) или две (Фигура 17.14, Ж) посоки Броят на влакната и разстоянието между тях във всяка от трите посоки са основните параметри на композитните материали, които се определят от условията на тяхното използване.

Фигура 17.14 - Опции за схеми на армировка, образувани от тринишкова система

с прави влакна в три посоки ( а, б),

с прави влакна в две посоки ( V),

с дадена степен на посока на влакната в две посоки ( д) .

Системата с четири нишки дава възможност за получаване на композитни материали с различни варианти на пространствено разположение на армировката. Вариант 4 е най-популярен д. Характерно за него е разположението на армировката по четирите диагонала на куба. Тази схема на полагане, с равномерно разпределение на армировката по посоките на армировката, позволява да се получи равновесна конструкция.

Укрепването на композитни материали, образувани от система от множество нишки, се извършва в различни посоки, най-често в три взаимно перпендикулярни посоки на избраните координатни оси и в диагонални равнини, съдържащи координатните оси. Възможни са и по-сложни схеми за укрепване (Фигура 17.15). Геометрията на пространствената армировка се създава въз основа на условията на разрушаване на материала и трябва да осигури целенасочена анизотропия на свойствата. Увеличаването на броя на посоките на армировка помага да се намали анизотропията на свойствата, общия коефициент на армировка и следователно абсолютните стойности на характеристиките на материала. Материали с пълна изотропия на еластични свойства се получават чрез полагане на армировка под ъгъл 31° 43 спрямо осите на декартовата координатна система във всяка от трите ортогонални равнини. Други симетрии се характеризират с наличието на определени екстремни стойности на физическите свойства.

Фигура 17.15 - Диаграма на диагоналното разположение на конструкцията в една равнина ( А) и в космоса ( b) за композитни материали, образувани от системата ннишки; единадесет посочен (11d) модел на армиране ( V), диагонали между диаметрални върхове по две лица и по ръбове.

За рационалното използване на армираните композитни материали е необходимо да се знаят техните максимални коефициенти на армиране. Работата изследва възможностите за ограничаване на запълването на пространствено подсилени конструкции с влакна с кръгло напречно сечение. По принцип те изучават плътното опаковане на влакната - при докосване на техните цилиндрични повърхности - в една равнина, перпендикулярна на която са въведени влакна, "закрепващи" слоевете. Таблица 17.14 показва теоретичните максимално допустими стойности на коефициентите на армировка за някои видове конструкции в случай, че многопосочната армировка в равнината е създадена от прави влакна. Параметър  (%) показва дела на правите влакна, перпендикулярни на равнината на полагане, в общия обем на армировката.

Таблица 17.14 - Коефициенти на гранична армировка за някои видове конструкции.

№ п/п	Схема за укрепване	Номер посоки на укрепване	Полагане фибри	Съотношение на влакната, перпендикулярни на равнината на пакетиране, %	 и т.н
			Шестоъгълна
			Правоъгълна
			Наслоен (произволен)
			Правоъгълник в три равнини
			Шестоъгълна трансверсално изотропна

Както се вижда от данните в таблица 17.14, отклонението на посоките на полагане на влакната от еднопосочния и плоския модел значително намалява обемния коефициент на армиране на материала. При три взаимно ортогонални посоки на полагане на влакната, максималният коефициент на армировка  пр. е намален с 25% спрямо коефициента за непрекъсната конструкция. С четири посоки на армиране, три от които създават изотропия на свойствата в равнината (Таблица 17.14, точка 5),  и т.н коефициентът на армировка се намалява в сравнение с коефициента на армировка според шестоъгълния еднопосочен модел (Таблица 17.14, параграф 1) с 38%. В схема 5, поради наклоненото полагане на влакна в равнина, когато те докосват влакна в посока, ортогонална на равнината, има повече свободни места за запълване с матрицата, отколкото в случай на три ортогонални посоки на армировка (Таблица 17.14, параграф 4).

Трябва да се отбележи, че идеализираните схеми за максимално запълване на композитен материал с влакна трябва да се разглеждат само за сравнение. В реални случаи, поради технологични или други условия, разстоянията между съседни влакна се променят и е необходимо да се внесат корекции в  и т.н коефициенти, отразяващи степента на дисперсия на влакната при идеализиране на геометрията на конструкцията.

Реалният обем на влакната в рамката винаги е значително по-малък от изчисления. Това се дължи на факта, че нишките нямат правилната форма на напречното сечение, приета при изчислението, а елементарните влакна не са монолитни.

Методите за изработване на армировъчни рамки от въглерод-въглеродни композитни материали са разнообразни, включително тъкане на суха нишка, зашиване на плат, сглобяване на твърди пръти, направени от пултрудирани въглеродни нишки, навиване на нишка, тъкане и комбинация от тези методи. Най-широко използваният метод е тъкане (тъкане) на сухи нишки. Приемливо е за производството както на най-простите многопосочни рамки, в които влакната са разположени по осите на правоъгълна координатна система (CR), така и на най-сложните многопосочни - 11 D (виж Фигура 17.15, V). В този случай се използват нишки с малък диаметър с тяхното плътно полагане (Фигура 17.16), което осигурява малки кухини и висока плътност на рамката.

Методът на тъкане на суха нишка е приложим и за създаване на цилиндрични рамки. Тъканите скелета от този тип са показани на фигура 17.17. Осигуряването на постоянна плътност на армировката за цилиндрични рамки с нарастваща дивергенция на радиалните нишки при приближаването им към външния диаметър се постига чрез увеличаване на диаметъра на аксиалните снопове нишки или въвеждане на радиални елементи с различни дължини в основната армировъчна система. Производството на такива рамки се извършва на тъкачни машини. Възможно е да се създават по-сложни структури.

Фигура 17.16 - Типично разположение на влакна с малък диаметър в ортогонално армиран материал, за да се получи висока плътност на рамката.

Фигура 17.17 - Разположение на нишките в трипосочен цилиндричен

тъкат .

Разработването на методи за производство на ортогонално подсилени рамки направи възможно създаването на модифицирана структура, наречена Mod 3. Модификацията беше следната: в самолета xyВместо прави нишки се използва карбонова тъкан, влакната са в посока на оста zостават прави и преминават през слоевете плат между влакната в равнина xy. При шиене на плат по посока на оста хИзползват се както сухи нишки, така и въглеродни пръти, получени чрез импрегниране на нишките или с органично свързващо вещество, последвано от карбонизация, или с пиролитичен въглерод от газовата фаза. Типът и разпределението на влакната в скелетата на тази структура могат да варират във всички посоки.

Многопосочните рамки също се произвеждат само от въглеродни пръти. Недостатъкът на такива скелета е липсата на цялост преди въвеждането на матрицата, свързваща прътите; предимството е във високата степен на запълване на обема на материала с армировка.