Perché la fibra di carbonio è un materiale unico? In una cucina in carbonio: Durata Riparazione aste in fibra di vetro.

La fibra di carbonio è un materiale composito multistrato, che è una rete di fibre di carbonio in un guscio di resine polimeriche termoindurenti (solitamente epossidiche), polimero rinforzato con fibra di carbonio.

Il nome internazionale Carbon è carbonio, da cui si ottiene la fibra di carbonio.

Ma attualmente le fibre di carbonio comprendono tutto ciò in cui la base portante è in fibra di carbonio, ma il legante può essere diverso. Carbonio e fibra di carbonio sono stati combinati in un unico termine, creando confusione nella mente dei consumatori. Cioè, carbonio o fibra di carbonio sono la stessa cosa.

Si tratta di un materiale innovativo, il cui costo elevato è dovuto al processo tecnologico ad alta intensità di manodopera e ad un'ampia quota di lavoro manuale. Man mano che i processi produttivi migliorano e diventano automatizzati, il prezzo del carbonio diminuirà. Ad esempio: il costo di 1 kg di acciaio è inferiore a 1 dollaro, 1 kg di fibra di carbonio prodotta in Europa costa circa 20 dollari. Ridurre i costi è possibile solo attraverso la completa automazione del processo.

Applicazione del carbonio

La fibra di carbonio è stata inizialmente sviluppata per le auto sportive e la tecnologia spaziale, ma grazie alle sue eccellenti proprietà prestazionali, come peso ridotto ed elevata resistenza, si è diffusa in altri settori:

• nella produzione aeronautica,
• per attrezzature sportive: mazze, caschi, biciclette.
• canne da pesca,
• attrezzature mediche, ecc.

La flessibilità del tessuto di carbonio, la possibilità di un comodo taglio e taglio e la successiva impregnazione con resina epossidica consentono di modellare prodotti in carbonio di qualsiasi forma e dimensione, compreso te stesso. I pezzi grezzi risultanti possono essere levigati, lucidati, verniciati e stampati in flessografia.

Caratteristiche tecniche e proprietà del carbonio

La popolarità della plastica in fibra di carbonio è spiegata dalle sue caratteristiche prestazionali uniche, ottenute combinando materiali con proprietà completamente diverse in un composito: fibra di carbonio come base portante e come legante.

L'elemento di rinforzo comune a tutti i tipi di fibra di carbonio sono le fibre di carbonio di spessore 0,005-0,010 mm, che lavorano bene in tensione, ma hanno una bassa resistenza alla flessione, cioè sono anisotrope, forti solo in una direzione, quindi il loro utilizzo è giustificato solo sotto forma di tela.

Inoltre, il rinforzo può essere effettuato con gomma, che conferisce una tinta grigia alla fibra di carbonio.

Il carbonio o la fibra di carbonio è caratterizzato da elevata robustezza, resistenza all'usura, rigidità e peso ridotto rispetto all'acciaio. La sua densità varia da 1450 kg/m³ a 2000 kg/m³. Le caratteristiche tecniche della fibra di carbonio possono essere viste in densità, punto di fusione e caratteristiche di resistenza.

Un altro elemento utilizzato per il rinforzo insieme ai fili di carbonio è il . Questi sono gli stessi fili gialli che possono essere visti in alcuni tipi di fibra di carbonio. Alcuni produttori senza scrupoli spacciano per Kevlar fibra di vetro colorata, fibra di viscosa tinta, fibra di polietilene, la cui adesione alle resine è molto peggiore di quella della fibra di carbonio e la resistenza alla trazione è molte volte inferiore.

Kevlar è un marchio americano per una classe di polimeri aramidici correlati alle poliammidi e al lavsan. Questo nome è già diventato un nome comune per tutte le fibre di questa classe. Il rinforzo aumenta la resistenza ai carichi di flessione, quindi è ampiamente utilizzato in combinazione con la fibra di carbonio.

Come vengono realizzate le fibre di carbonio?

Le fibre costituite dai migliori filamenti di carbonio si ottengono mediante trattamento termico in aria, cioè ossidazione, di filamenti polimerici o organici (poliacrilonitrile, fenolici, lignina, viscosa) ad una temperatura di 250°C per 24 ore, cioè praticamente carbonizzandosi loro. Ecco come appare un filamento di carbonio al microscopio dopo la carbonizzazione.

Dopo l'ossidazione, avviene la carbonizzazione: riscaldando la fibra in azoto o argon a temperature comprese tra 800 e 1500 ° C per costruire strutture simili alle molecole di grafite.

Successivamente nello stesso ambiente si effettua la grafitizzazione (saturazione con carbonio) ad una temperatura di 1300-3000 °C. Questo processo può essere ripetuto più volte, privando la fibra di grafite dell'azoto, aumentando la concentrazione di carbonio e rendendola più resistente. Maggiore è la temperatura, più forte è la fibra. Questo trattamento aumenta la concentrazione di carbonio nella fibra fino al 99%.

Tipi di fibre di carbonio. Tela

Le fibre possono essere corte, tagliate, lorochiamato“pinzati” oppure potrebbero esserci fili continui sulle bobine.Questi possono essere stoppini, filati, stoppini, che vengono poi utilizzati per realizzare tessuti e nastri tessuti e non tessuti. Talvolta le fibre vengono posate in una matrice polimerica senza interlacciamento (UD).

Poiché le fibre funzionano bene in tensione, ma male in flessione e compressione, l'uso ideale della fibra di carbonio è quella di utilizzarla sotto forma di tessuto di carbonio. Si ottiene con vari tipi di tessitura: spina di pesce, stuoia, ecc., che hanno i nomi internazionali Plain, Twill, Satin. A volte le fibre vengono semplicemente intercettate trasversalmente con grandi punti prima di essere riempite di resina. Le corrette caratteristiche tecniche della fibra e il tipo di tessitura della fibra di carbonio sono molto importanti per ottenere una fibra di carbonio di alta qualità.

Le resine epossidiche vengono spesso utilizzate come base di supporto, in cui il tessuto viene steso strato dopo strato, con un cambio di direzione di tessitura, per distribuire uniformemente le proprietà meccaniche delle fibre orientate. Molto spesso, 1 mm di spessore del foglio di carbonio contiene 3-4 strati.

Vantaggi e svantaggi della fibra di carbonio

Il prezzo più elevato del carbonio rispetto alla fibra di vetro e alla fibra di vetro è spiegato da una tecnologia multistadio più complessa e ad alta intensità energetica, resine costose e apparecchiature più costose (autoclave). Ma anche la resistenza e l’elasticità sono maggiori, insieme a tanti altri innegabili vantaggi:

• 40% più leggero dell'acciaio, 20% più leggero dell'alluminio (1,7 g/cm3 - 2,8 g/cm3 - 7,8 g/cm3),
• il carbonio ottenuto da carbonio e Kevlar è leggermente più pesante del carbonio e della gomma, ma molto più resistente e all'impatto si rompe, si sbriciola, ma non si sbriciola in frammenti,
• elevata resistenza al calore: il carbonio mantiene la sua forma e le sue proprietà fino ad una temperatura di 2000 ○C.
• ha buone proprietà di smorzamento delle vibrazioni e capacità termica,
• resistenza alla corrosione,
• elevata resistenza alla trazione ed elevato limite elastico,
• estetica e decoratività.

Ma rispetto alle parti in metallo e fibra di vetro, le parti in carbonio presentano degli svantaggi:

• sensibilità per individuare gli impatti,
• difficoltà di ripristino in caso di scheggiature e graffi,
• scolorimento, scolorimento sotto l'influenza della luce solare, rivestito con vernice o smalto per protezione,
• lungo processo di produzione,
• nei punti di contatto con il metallo inizia la corrosione del metallo, quindi gli inserti in fibra di vetro sono fissati in tali punti,
• Difficoltà nel riciclo e riutilizzo.

Come viene prodotto il carbonio

Esistono i seguenti metodi principali per la produzione di prodotti in fibra di carbonio.

1. Metodo della pressatura o “a umido”.

La tela è stesa in uno stampo e impregnata con resina epossidica o poliestere. La resina in eccesso viene rimossa mediante formatura sotto vuoto o pressione. Il prodotto viene rimosso dopo la polimerizzazione della resina. Questo processo può avvenire naturalmente o accelerato dal riscaldamento. In genere, questo processo si traduce in fogli di fibra di carbonio.

2. Modanatura

Un modello del manufatto (matrice) è realizzato in gesso, alabastro e schiuma di poliuretano, sul quale viene steso un tessuto impregnato di resina. Durante la laminazione con i rulli il composito viene compattato e l'aria in eccesso viene rimossa. Quindi la polimerizzazione e la polimerizzazione accelerate vengono eseguite in un forno o in modo naturale. Questo metodo è chiamato “a secco” e i prodotti che ne derivano sono più resistenti e leggeri di quelli realizzati con il metodo “a umido”. La superficie di un prodotto realizzato con il metodo “a secco” è rigata (se non è verniciata).

Questa categoria comprende anche lo stampaggio di fogli grezzi - preimpregnati.

In base alla loro capacità di polimerizzare con l'aumentare della temperatura, le resine si dividono in “fredde” e “calde”. Questi ultimi vengono utilizzati nella tecnologia prepreg, quando i semilavorati sono realizzati sotto forma di diversi strati di fibra di carbonio rivestiti di resina. A seconda della marca di resina, possono essere conservati fino a diverse settimane allo stato non polimerizzato, stratificati con pellicola di plastica e fatti passare tra i rulli per rimuovere le bolle d'aria e la resina in eccesso. A volte i preimpregnati vengono conservati nei frigoriferi. Prima di stampare il prodotto, il pezzo viene riscaldato e la resina diventa nuovamente liquida.

3. Avvolgimento

Filo, nastro, tessuto vengono avvolti su un pezzo cilindrico per la produzione di tubi in carbonio. La resina viene applicata strato dopo strato con un pennello o un rullo ed essiccata principalmente in forno.

In tutti i casi la superficie di applicazione viene lubrificata con agenti distaccanti per una facile rimozione del prodotto ottenuto dopo l'indurimento.

Fibra di carbonio fai da te

Puoi modellare tu stesso i prodotti a base di fibra di carbonio, che è stata a lungo utilizzata con successo nella riparazione di biciclette, attrezzature sportive e tuning di automobili. La capacità di sperimentare con i riempitivi in ​​resina e il grado della sua trasparenza offre un ampio campo alla creatività per gli appassionati di tuning automatico in fibra di carbonio. Puoi leggere ulteriori informazioni sui principali metodi di produzione di parti in carbonio.

Come segue dalla tecnologia sopra descritta, per lo stampaggio è necessario:

• forma matriciale,
• foglio di carbonio,
• lubrificante per stampi per una facile rimozione del pezzo finito,
• resina.

Dove posso trovare la fibra di carbonio? Taiwan, Cina, Russia. Ma in Russia si riferisce a “tessuti strutturali ad alta resistenza basati sulla fibra di carbonio”. Se trovi un modo per entrare nell'impresa, allora sei molto fortunato. Molte aziende offrono kit di finiture in fibra di carbonio fai-da-te già pronti per auto e moto, inclusi frammenti di fibra di carbonio e resina.

Il 70% del mercato globale dei tessuti in carbonio è prodotto da grandi marchi taiwanesi e giapponesi: Mitsubishi, TORAY, TOHO, CYTEC, Zoltec, ecc.

In termini generali, il processo di realizzazione della fibra di carbonio con le tue mani si presenta così:

1. La forma è lubrificata con antiadesivo.
2. Dopo che si è asciugato, viene applicato un sottile strato di resina, sul quale la fibra di carbonio viene arrotolata o pressata per rilasciare bolle d'aria.
3. Successivamente viene applicato un altro strato di resina impregnante. È possibile applicare più strati di tessuto e resina, a seconda dei parametri richiesti del prodotto.
4. La resina può polimerizzare all'aria. Questo di solito avviene entro 5 giorni. È possibile posizionare il pezzo in un armadio riscaldante riscaldato a una temperatura di 140 - 180 ◦C, che accelererà notevolmente il processo di polimerizzazione.

Quindi il prodotto viene rimosso dallo stampo, levigato, lucidato, verniciato, rivestito di gel o verniciato.

Ci auguriamo che tu abbia trovato una risposta esauriente alla domanda “Cos’è il carbonio”?

Irina Khimich, consulente tecnico

Le industrie e le costruzioni avanzate hanno recentemente padroneggiato molte tecnologie fondamentalmente nuove, la maggior parte delle quali sono associate a materiali innovativi. Un utente normale potrebbe notare la manifestazione di questo processo nell'esempio dei materiali da costruzione con l'inclusione di compositi. Anche nel settore automobilistico vengono introdotti elementi in carbonio per migliorare le prestazioni delle auto sportive. E questi non sono tutti i settori in cui vengono utilizzate le plastiche rinforzate con fibra di carbonio. La base di questo componente sono le fibre di carbonio, la cui foto è presentata di seguito. Infatti, l'unicità e l'attiva diffusione dei compositi di nuova generazione risiedono nelle loro insuperabili qualità tecniche e fisiche.

Ricevere la tecnologia

Per produrre il materiale vengono utilizzate materie prime di origine naturale o biologica. Inoltre, come risultato di una lavorazione speciale, del pezzo originale rimangono solo atomi di carbonio. La principale forza che influenza è la temperatura. Il processo tecnologico prevede l'esecuzione di diverse fasi del trattamento termico. Nella prima fase, l'ossidazione della struttura primaria avviene in condizioni di temperatura fino a 250 °C. Nella fase successiva, la produzione delle fibre di carbonio procede alla procedura di carbonizzazione, a seguito della quale il materiale viene riscaldato in un ambiente di azoto ad alte temperature fino a 1500 °C. In questo modo si forma una struttura simile alla grafite. L'intero processo produttivo è completato da un trattamento finale sotto forma di grafitizzazione a 3000 °C. In questa fase il contenuto di carbonio puro nelle fibre raggiunge il 99%.

Dove viene utilizzata la fibra di carbonio?

Se nei primi anni di divulgazione il materiale veniva utilizzato esclusivamente in ambiti altamente specializzati, oggi si assiste ad un ampliamento della produzione in cui viene utilizzata questa fibra chimica. Il materiale è piuttosto plastico ed eterogeneo in termini di capacità di sfruttamento. Con un'alta probabilità, i campi di applicazione di tali fibre si espanderanno, ma le tipologie fondamentali di presentazione del materiale sul mercato hanno già preso forma. In particolare si segnalano l'edilizia, la medicina, la produzione di apparecchiature elettriche, elettrodomestici, ecc. Per quanto riguarda i settori specializzati, l'uso delle fibre di carbonio è ancora rilevante per i produttori di aeromobili, elettrodi medici e

Forme di produzione

Innanzitutto si tratta di prodotti tessili resistenti al calore, tra i quali possiamo evidenziare tessuti, fili, maglieria, feltro, ecc. Una direzione più tecnologica è la produzione di compositi. Forse questo è il segmento più ampio in cui la fibra di carbonio viene presentata come base per prodotti destinati alla produzione di massa. In particolare si tratta di cuscinetti, componenti resistenti al calore, parti ed elementi vari che operano in ambienti aggressivi. I compositi sono destinati principalmente al mercato automobilistico, tuttavia anche il settore edile è molto disposto a prendere in considerazione nuove proposte da parte dei produttori di questa fibra chimica.

Proprietà dei materiali

Le specificità della tecnologia per ottenere il materiale hanno lasciato il segno sulle qualità prestazionali delle fibre. Di conseguenza, l'elevata resistenza termica è diventata la principale caratteristica distintiva della struttura di tali prodotti. Oltre agli effetti termici, il materiale è anche resistente agli ambienti chimici aggressivi. È vero, se durante il processo di ossidazione durante il riscaldamento è presente ossigeno, ciò ha un effetto dannoso sulle fibre. Ma la resistenza meccanica della fibra di carbonio può competere con molti materiali tradizionali considerati solidi e resistenti ai danni. Questa qualità è particolarmente pronunciata nei prodotti in carbonio. Un'altra proprietà richiesta dai tecnologi di vari prodotti è la capacità di assorbimento. Grazie alla sua superficie attiva, questa fibra può essere considerata un efficace sistema catalitico.

Produttori

I leader del segmento sono aziende americane, giapponesi e tedesche. Le tecnologie russe in quest'area non si sono praticamente sviluppate negli ultimi anni e si basano ancora sugli sviluppi dei tempi dell'URSS. Oggi, la metà delle fibre prodotte nel mondo sono prodotte dalle aziende giapponesi Mitsubishi, Kureha, Teijin, ecc. L'altra parte è condivisa da tedeschi e americani. Così, da parte degli Stati Uniti, agisce Cytec e in Germania la fibra di carbonio è prodotta da SGL. Non molto tempo fa, l'azienda taiwanese Formosa Plastics è entrata nell'elenco dei leader in questo settore. Per quanto riguarda la produzione nazionale, solo due società sono impegnate nello sviluppo di compositi: Argon e Khimvolokno. Allo stesso tempo, negli ultimi anni sono stati raggiunti risultati significativi da imprenditori bielorussi e ucraini che stanno esplorando nuove nicchie per l’uso commerciale della plastica rinforzata con fibra di carbonio.

Il futuro delle fibre di carbonio

Poiché alcuni tipi di plastica rinforzata con fibra di carbonio consentiranno nel prossimo futuro di realizzare prodotti in grado di conservare la loro struttura originale per milioni di anni, molti esperti prevedono una sovrapproduzione di tali prodotti. Nonostante ciò, le aziende interessate continuano a correre per gli aggiornamenti tecnologici. E per molti versi ciò è giustificato, poiché le proprietà delle fibre di carbonio sono di un ordine di grandezza superiori a quelle dei materiali tradizionali. Basta ricordare la forza e la resistenza al calore. Sulla base di questi vantaggi, gli sviluppatori stanno esplorando nuove aree di sviluppo. Molto probabilmente l'introduzione del materiale riguarderà non solo aree specializzate, ma anche aree vicine al consumatore di massa. Ad esempio, gli elementi convenzionali in plastica, alluminio e legno possono essere sostituiti con fibra di carbonio, che supererà i materiali convenzionali in numerose qualità prestazionali.

Conclusione

Molti fattori ostacolano l’uso diffuso di fibre chimiche innovative. Uno dei più significativi è il costo elevato. Poiché la fibra di carbonio richiede l'uso di attrezzature ad alta tecnologia per la produzione, non tutte le aziende possono permettersi di produrla. Ma questa non è la cosa più importante. Il fatto è che non in tutti i settori i produttori sono interessati a cambiamenti così radicali nella qualità dei prodotti. Pertanto, pur aumentando la durabilità di un elemento infrastrutturale, un produttore non può sempre eseguire un aggiornamento simile sui componenti adiacenti. Il risultato è uno squilibrio che vanifica tutte le conquiste delle nuove tecnologie.

Il ventunesimo secolo è pieno di innovazioni e il settore edile non fa eccezione.

Uno dei materiali più nuovi e sempre più popolari, la fibra di carbonio, ha preso il posto che gli spetta, sostituendo parzialmente la fibra di vetro e materiali di rinforzo simili.

Tessuto di carbonio: caratteristiche e peculiarità

A rigor di termini, la fibra di carbonio non è un’invenzione di questo secolo. È stato a lungo utilizzato nella produzione di aerei e razzi, ma la persona media ha familiarità con questo materiale sotto forma di canne da pesca in fibra di carbonio e Kevlar. Dopo aver attraversato una lunga fase di padronanza e miglioramento della tecnologia, l’industria è finalmente pronta a fornire tessuto di carbonio ad altri settori, compresa l’edilizia.

La caratteristica principale delle fibre di carbonio è la loro elevata resistenza alla trazione specifica rispetto al loro peso proprio. I prodotti rinforzati con fibra di carbonio mantengono la massima resistenza alla trazione conosciuta, mentre in termini di consumo di materiale e peso totale sono molto più redditizi dell'acciaio, che è comune oggi.

Nella sua forma originale, la fibra di carbonio è una sottile microfibra che può essere tessuta in fili, che a loro volta possono essere tessuti in tele di qualsiasi dimensione. Grazie al corretto orientamento delle molecole e alla loro forte connessione, si ottiene una resistenza così elevata. Altrimenti le fibre servono semplicemente come rinforzo per qualsiasi tipo di riempimento strutturale, dalle resine epossidiche al calcestruzzo.

Una delle caratteristiche più pronunciate della fibra di carbonio è la sua elevata capacità di assorbimento. Il vantaggio dell'utilizzo della fibra di carbonio per rafforzare gli elementi di finitura interna è che il carbonio non consente alle impurità naturali, ai coloranti o ai solventi di penetrare nell'ambiente aereo dei locali residenziali. Allo stesso tempo, i processi di assorbimento avvengono in modo assolutamente innocuo per la fibra stessa.

Vantaggi d'uso

In generale, due proprietà della fibra di carbonio sono interessanti per l’edilizia. Il primo, il rinforzo strutturale versatile, viene utilizzato per conferire al materiale maggiore durezza e resistenza alla compressione. La struttura è rinforzata con fibra di spessore 5-10 micron con diverse lunghezze di fibra. È opportuno rafforzare strutturalmente le superfici di finitura e le strutture portanti degli edifici.

Il secondo scopo delle fibre di carbonio nel settore edile - il rinforzo incorporato - viene svolto dalla fibra primaria ulteriormente lavorata, che assume la forma di tela, stoppino, fili, corde e aste rinforzate con resine polimeriche. In questo caso, la fibra di carbonio non rafforza lo stucco stesso nel suo insieme, ma funge da base affidabile e resistente allo strappo.

Ma quali sono i vantaggi delle fibre di carbonio e perché dovrebbero essere preferite a materiali meno esotici? Partiamo dal fatto che in termini di proprietà fisiche e chimiche, il concorrente più vicino alla fibra di carbonio è la fibra di vetro, che è abbastanza diffusa sotto forma di fibra di vetro per lavori di intonacatura interna. Tuttavia, il vetro ha una resistenza alla trazione molto inferiore ed è più pesante, mentre il polimero di carbonio non solo è resistente, ma aderisce anche molto meglio al materiale solido circostante grazie alla sua elevata adesione intrinseca.

Il rivestimento e la struttura così rinforzata sono inoltre caratterizzati da una maggiore resistenza a taglio e torsione, che da sempre rappresenta un problema non trascurabile per l'acciaio, il vetro e gli altri materiali sintetici.

Tuttavia, non è privo di complicazioni. In particolare, quando si rifiniscono gli interni degli edifici, viene sollevata la questione della sicurezza antincendio della fibra di carbonio. In presenza di ossigeno brucia già a temperature di circa 350–400 °C, ma essendo “conservato” in un ambiente privo di aria, il carbonio mantiene le sue proprietà anche se riscaldato oltre i 1700 °C. Una maggiore resistenza al calore è garantita dalla fibra e dai suoi derivati ​​rivestiti con vari tipi di carburi: questo deve essere tenuto in considerazione quando si sceglie un materiale per i lavori di finitura.

Applicazione nei lavori di finitura

Un'ampia gamma di materiali di finitura decorativa richiede una base che non sia assolutamente soggetta a fessurazioni. Ciò include pittura acrilica, rivestimenti per pavimenti polimerici, intonaco veneziano e altre composizioni sottili e fragili.

Se questo problema non è particolarmente acuto per le false pareti in cartongesso, altri materiali richiedono un approccio speciale a causa della dilatazione lineare più pronunciata. Prendiamo ad esempio il rinforzo e l’isolamento dei giunti di guaine monostrato in OSB. Quasi ogni mastice o colla si sbriciolerà all'interno della cucitura entro un anno o due.

Tali giunti devono essere riempiti con colla polimerica resistente, quindi coprire i bordi adiacenti di 25-30 mm con un nastro di sottili fili di carbonio e coprire nuovamente con uno strato di riempitivo, levigando accuratamente il sigillo con una spatola.

Nella maggior parte dei casi, tale lavorazione non richiede il successivo livellamento della superficie. La guaina assume resistenza monolitica e le risultanti sollecitazioni strutturali sono completamente compensate dalle proprietà dell'OSB.

Un principio simile può essere applicato quando si rifinisce il livellamento di pareti intonacate con mastice acrilico. In questo caso, la fibra di carbonio è il leader indiscusso nel conferire resistenza agli urti e resistenza alle fessurazioni. L'installazione viene eseguita per analogia con la fibra di vetro:

1. Innanzitutto, un sottile rivestimento continuo della superficie.
2. Quindi stendere la tela e lisciarla.
3. Dopodiché puoi immediatamente iniziare l'allineamento finale.

La tela non si presenta in alcun modo sull'aspetto della superficie finita, né prima che la composizione asciughi, né dopo.

Utilizzando la fibra di carbonio

È possibile aumentare la resistenza degli elementi portanti degli edifici, gettati in cantiere o in fabbrica, aggiungendo fibra di carbonio alla composizione del riempitivo liquido. La fibra di carbonio può già essere acquistata in quantità abbastanza grandi, il che ridurrà lo spessore di pareti, colonne e altri elementi di una struttura in calcestruzzo soggetti a carichi di compressione assiali verticali. Per questo motivo, viene liberato molto spazio per l'isolamento strutturale o l'isolamento delle strutture.

Questo materiale sarà particolarmente interessante per gli appassionati di fondazioni su pali, dove il lavoro del filo di carbonio è completamente visivo. Una colonna che mantiene una resistenza a compressione di 12–15 tonnellate, tenendo conto di tutti i margini di sicurezza consigliati, ha uno spessore di circa 80 mm. Al suo interno ci sono solo due fili di rinforzo polimerico e sugli altri due lati sono posati fili di stoppino di carbonio.

Quanta fibra di carbonio è necessaria per rinforzare il calcestruzzo? Niente affatto, solo lo 0,05–0,12% della massa dei prodotti finiti in calcestruzzo. La concentrazione può essere maggiore se si parla, ad esempio, di strutture idrauliche o di solai in calcestruzzo.

Sistemi di rinforzo esterno

La struttura, rinforzata con fibra di carbonio, è così resistente che può essere utilizzata anche come rinforzo della cintura per elementi di strutture fortemente caricate. Dalla costruzione di alloggi a molti piani alle strutture a telaio prefabbricate, la cintura di rinforzo esterna offre una resistenza senza precedenti ai sovraccarichi operativi.

Il punto è che il nucleo dell'elemento stesso, contenente l'armatura incorporata, viene gettato come al solito, ma con uno strato protettivo minimo di calcestruzzo sui lati. Dopo aver rimosso la cassaforma, il manufatto, sia esso una colonna o un nastro di rinforzo, viene avvolto con uno strato di tessuto di carbonio o filo spesso, e quindi riempito con cemento sabbiato contenente fibra. Questo approccio elimina la necessità di utilizzare calcestruzzo pesante di granito, ereditandone pienamente le caratteristiche di resistenza. Inoltre, anche uno strato minimo di cemento armato con carbonio riduce significativamente la corrosione delle armature integrate.

Un caso speciale di rinforzo esterno può essere chiamato incollaggio di giunti con alette o nastro in fibra di carbonio, tessuto di carbonio con relativa impregnazione con resine epossidiche. Una tale connessione dimostra una resistenza tre volte superiore rispetto a quella convenzionale, il che è inestimabile per i sistemi di travi e soprattutto per il fissaggio delle capriate al Mauerlat.

Materiali in carbonio e materiali in fibra carbonizzata. Tessuti strutturali in carbonio 3k, 6k, 12k, 24k, 48k, produzione e fornitura. Tessuti isolanti in carbonio. per la protezione termica di varie apparecchiature, compresi schermi protettivi e tende. Nastri di carbonio, compresi nastri di carbonio in lamina. Cavi resistenti al calore intrecciati in carbonio. Filamenti di carbonio, produzione e fornitura.

Informazioni generali sulla fibra di carbonio

Molte fibre polimeriche sono adatte per produrre fibra di carbonio. Le imprese del gruppo IFI Technical Production utilizzano la fibra di poliacrilonitrile (PAN) per produrre fibre di carbonio. In questa sezione del sito prenderemo in considerazione solo due tipologie di fibra di carbonio e i prodotti da esse realizzati. Non consideriamo le fibre grafitate, poiché questi prodotti hanno una sezione separata sul nostro sito web.
E così, in base alle caratteristiche fisiche, la fibra di carbonio è divisa in fibre di carbonio (carbonio) ad alta resistenza e fibre di carbonio per uso generale (carbonizzate).

I due tipi di filato hanno un aspetto molto diverso. Nella foto a destra, sotto il numero 1, il filato è realizzato in fibra di carbonio ad alta tenacità 12k, cioè un filato composto da 12.000 filamenti continui. Filato carbonizzato numerato 2 per uso generale. Si tratta di un filo carbonizzato ritorto composto da due o più fibre con una lunghezza da 25 mm a 100 mm.

Si tratta di un filato di carbonio (carbonizzato) per uso generale utilizzato per la produzione di baderne in carbonio.

Fibre di carbonio carbonizzate

La fibra carbonizzata viene prodotta in due fasi principali:

1. La fibra PAN viene ossidata ad una temperatura di +150°C ~ +300°C.

2. La fibra PAN ossidata viene carbonizzata in un ambiente di azoto a una temperatura di +1000°C ~ +1500°C

La fibra carbonizzata per uso generale viene utilizzata principalmente per produrre prodotti per l'isolamento termico e prodotti come tessuti, nastri e corde. I tessuti carbonizzati vengono utilizzati per l'isolamento ad alta temperatura. È un'eccellente protezione termica in varie applicazioni industriali. Il tessuto carbonizzato viene utilizzato come materiale ammortizzante o come avvolgimento per elementi strutturali, condutture, ecc. Il tessuto carbonizzato viene utilizzato sotto forma di schermi protettivi e tende. I prodotti realizzati in fibra carbonizzata funzionano a temperature comprese tra -100°C e +450°C.

I tessuti carbonizzati sono un eccellente sostituto moderno dei tessuti in fibra di vetro. A differenza dei prodotti in fibra di vetro, il tessuto carbonizzato non provoca irritazione della mucosa, non provoca prurito alla pelle, il tessuto carbonizzato, le corde, i nastri sono completamente innocui per l'uomo. Il contenuto di carbonio nelle fibre carbonizzate arriva fino al 90%. Le fibre carbonizzate hanno una buona resistenza chimica, sono funzionali in quasi tutti gli ambienti, ad eccezione degli acidi altamente concentrati, tra cui: nitrico (Nitric), ortofosforico (Ortofosforico), solforico (Sulfuric), solforoso (Sulfurous), cloridrico (Hydrocycloric), ossalico ( Ossalico) ) e in altri ambienti il ​​cui valore pH è inferiore a 2, cioè pH

Fibre di carbonio in carbonio

Per ottenere fibra di carbonio ad alto modulo, le fibre carbonizzate vengono sottoposte a trattamento termico ad una temperatura di circa +2500°C. La fibra di carbonio viene utilizzata per produrre filati speciali di maggiore resistenza, che vengono utilizzati per la produzione di articoli e prodotti speciali. Uno dei valori principali che caratterizzano il filato di carbonio (carbonio) è il coefficiente k, che esprime il numero di fibre continue elementari presenti nel filato. 1k=1000 fibre. Le fibre più comuni sono anche 1k, 3k, 6k, 12, 24k e 48k. Il coefficiente k viene utilizzato per denotare solo le fibre di carbonio; le proprietà e le caratteristiche delle fibre carbonizzate per uso generale sono descritte da altri parametri.

Uno dei principali prodotti realizzati con fibra di carbonio ad alto modulo è il tessuto di carbonio strutturale. I tessuti di carbonio (carbonio) vengono utilizzati per rinforzare i materiali compositi nella produzione di plastica rinforzata con fibra di carbonio. Le plastiche in fibra di carbonio a base di resine e tessuto di carbonio sono altamente resistenti alla corrosione e a vari tipi di deformazione, consentendo la produzione di prodotti altamente complessi con un coefficiente di dilatazione lineare praticamente nullo. Le plastiche rinforzate con fibra di carbonio riducono il peso della struttura in media del 30%. Inoltre, la fibra di carbonio è un materiale conduttivo.
Oltre ai tessuti, nastri speciali, corde, carta e altri prodotti per molti settori sono realizzati con fibre di carbonio ad alto modulo.

Tessuto di carbonio carbonizzato RK-300

Il tessuto di carbonio carbonizzato RK-300 viene utilizzato come isolamento ad alta temperatura. È un'eccellente protezione termica in una varietà di applicazioni industriali e può essere utilizzato come materiale ammortizzante o come avvolgimento, nonché sotto forma di schermi e tende protettive.

Il tessuto carbonizzato RK-300 è un moderno sostituto della fibra di vetro e di altri tessuti termoisolanti, compreso l'amianto. A differenza della fibra di vetro, il tessuto carbonizzato non irrita le mucose delle vie respiratorie e non provoca prurito alla pelle. Rispetto al tessuto di amianto, il tessuto carbonizzato RK-300 è completamente sicuro per l'uomo; inoltre, grazie alle sue proprietà uniche, ha una durata incomparabilmente più lunga, un'eccellente resistenza chimica e la possibilità di un uso ripetuto.

Opzioni:

Larghezza lama: 1000 mm

Spessore: 1,6 mm ~ 5,0 mm

Densità: 520~560 g/m²

Tessitura: liscia

Attenzione: Cari colleghi, cari partner! Tutti i prodotti e i prodotti in fibra di carbonio carbonizzato possono essere realizzati con fibra di carbonio ad alta resistenza e ad alto modulo. Inoltre, su richiesta, è possibile produrre il tessuto termoisolante RK-300 in fibra di carbonio ad alto modulo - tessuto RK-300H. Parametri del tessuto in fibra di carbonio RK-300H. Larghezza lama: 1000 mm~1500 mm; Spessore: 1,0 mm~6,0 mm; Densità: g/m? a seconda dello spessore; Temperatura di funzionamento: -100°С +1200°С

Tessuto in carbonio carbonizzato con rivestimento in alluminio su un lato RK-300AF

Il tessuto carbonizzato al carbonio RK-300AF è un isolante termico industriale moderno e altamente affidabile. Un ottimo sostituto dei tessuti in fibra di vetro e amianto. A differenza dei tessuti in fibra di vetro e amianto, il tessuto carbonizzato è completamente innocuo.

L'applicazione unilaterale dell'alluminio al tessuto carbonizzato conferisce proprietà di isolamento termico ancora migliori. Lo strato di alluminio sul tessuto è uno schermo termico che riflette le alte temperature se il tessuto viene utilizzato come tenda termica. Allo stesso tempo, quando si utilizza RK-300AF come materiale isolante termico per l'avvolgimento, lo strato di alluminio garantisce il mantenimento di una temperatura stabile all'interno del sistema isolante.

Opzioni:

Larghezza lama: 1000 mm

Spessore: 1,6 mm ~ 5,0 mm

Densità: 520~560 g/m²?

Temperatura di funzionamento: -100°С +450°С

Tessitura: liscia

Attenzione: Tessile RK-300HAF

Nastro in carbonio carbonizzato

I nastri isolanti termici in fibra di carbonio carbonizzata sono un eccellente e moderno sostituto dei nastri di amianto e di vetro. I nastri in carbonio sono significativamente superiori ai nastri in amianto e in fibra di vetro in termini di proprietà fisiche e meccaniche e hanno anche una gamma più ampia di resistenza chimica. Inoltre, i nastri carbonizzati sono completamente sicuri per l'uomo e rispettosi dell'ambiente. I nastri carbonizzati al carbonio vengono utilizzati per l'isolamento termico di cavi, elementi di strumenti e macchine, tubazioni e altri sistemi e apparecchiature funzionanti a temperature fino a +450°C.

Produciamo 2 tipologie di nastri in carbonio carbonizzato:

Il nastro RK-300T è un nastro di carbonio carbonizzato senza rivestimento.

Il nastro RK-300TAF è un nastro in carbonio carbonizzato con un sottile strato di alluminio applicato su un lato.

Opzioni:

• Larghezza lama: 5,0 mm ~ 1000 mm
• Spessore: 1,6 mm ~ 5,0 mm
• Densità: 520~560 g/m²?
• Temperatura di funzionamento: -100°С +450°С
• Tessitura: liscia

Nastri RK-300THAF e RK-300TH realizzato in fibra di carbonio ad alta resistenza e alto modulo. Temperatura di funzionamento: -100°C +1200°C.

Cavo in carbonio, intrecciato RK-300RS

I cavi di carbonio sono realizzati sia in fibra di carbonio carbonizzata per uso generale che in fibra di carbonio ad alto modulo. Le corde sono realizzate sia con sezione tonda che quadrata utilizzando il metodo dell'intreccio. I cavi in ​​carbonio possono essere realizzati utilizzando il metodo dell'intrecciatura passante, nonché utilizzando l'intreccio centrale a strato singolo o multistrato. Nella produzione di corde, per ottenere le proprietà richieste del prodotto finale, insieme al filato di carbonio, possono essere utilizzati altri tipi di filato, tra cui filati ceramici, aramidici e in fibra di vetro.

I cavi di carbonio sono utilizzati come guarnizioni ignifughe, resistenti al calore e al calore in molte applicazioni industriali. Le corde di carbonio sono significativamente superiori a prodotti simili realizzati con altri tipi di fibre in quasi tutti gli indicatori fisici, meccanici e tecnici; inoltre, le corde realizzate con fibra di carbonio ad alto modulo sono completamente chimicamente inerti, il loro indice di pH acido è compreso tra 0 ~14, che ne consente l'utilizzo in ambienti con acidi e alcali concentrati.

Inoltre, a differenza dei cavi in ​​fibra di vetro, che emettono polvere di vetro fine che irrita le mucose degli occhi, dei seni, del palato e provoca prurito alla pelle, i cavi in ​​carbonio sono completamente innocui. Il carico di rottura delle corde in fibra di carbonio ad alto modulo è di gran lunga il migliore.

Le corde di carbonio servono anche come base per la produzione di baderne con proprietà uniche per l'uso in quasi tutti i tipi di industria.

Opzioni:

• Temperatura di esercizio: +280°C~+1200°C
• Dimensioni della sezione: O4mm ~ O50,0mm e da 4,0mmx4,0mm a 70,0mmx70,0mm

Tessuti da costruzione in carbonio

I tessuti strutturali in carbonio sono realizzati con filati di fibra di carbonio ad alto modulo. Nella produzione di tessuti da costruzione in carbonio vengono utilizzati filati con un coefficiente di 1k, 3k, 6k, 12, 24k e 48k, dove k è il numero di fibre elementari continue nel filato. 1k=1000 fibre.

L'area di applicazione principale dei tessuti in fibra di carbonio ad alto modulo è come strato di rinforzo nella produzione di materiali compositi termoprotettivi e chimicamente resistenti, nonché come riempitivi nella produzione di plastiche in fibra di carbonio.

I tessuti in fibra di carbonio sono realizzati con diversi tipi di tessitura, a seconda del loro ulteriore scopo di utilizzo. Esistono tre tipi principali di tessitura di tessuti di carbonio:

• L'armatura più comune è l'armatura a tela, viene descritta come segue: 1/1. Nella tessitura semplice, ogni filo di ordito è intrecciato con un filo di trama, uno dopo l'altro. Questo tipo di tessitura fornisce la migliore resistenza al tessuto.
• Tessuto in armatura satinata. Questo metodo di tessitura è descritto come segue: 4/1, 5/1 - 1 filo di trama si sovrappone a 4, 5 fili di ordito. I tessuti realizzati con il metodo della trama satinata sono i meno durevoli, quindi questi tessuti sono molto densi. Poiché nella tessitura del raso i fili di ordito e di trama raramente si piegano, la superficie di tali tessuti è uniforme e liscia.
• Metodo di tessitura in saia o saia. Questo tipo di tessitura è descritto come segue: 2/1, 2/2, 3/1, 3/2... - il numero di fili di ordito coperto dal numero di fili di trama. La tessitura in twill è facilmente identificabile visivamente dalle strisce oblique sulla superficie del tessuto.

La tabella seguente mostra le principali caratteristiche dei tessuti di carbonio standard. La fibra di carbonio per questi tessuti è derivata da fibre di poliacrilonitrile (PAN).

Marchio del tessuto	Contenuto di carbonio	Modulo elastico E, GPa	Allungamento,%	Densità lineare, g/1000m	Densità, g/cm?
RK-301	98,5	3800	210	1,5	100	1,76
RK-303	98,5	3900	215	1,6	187	1,76
RK-306	98,5	3600	206	1,5	360	1,76
RK-312	98,5	3400	209	1,6	729	1,76

E- Modulo di Young o modulo di elasticità - un coefficiente che caratterizza la resistenza di un materiale alla tensione e alla compressione durante la deformazione elastica. Per chiarezza aggiungiamo che il modulo di elasticità E per l'acciaio va da 195 GPa a 205 GPa, e per la vetroresina da 95 GPa a 100 GPa. Il modulo elastico della fibra di carbonio grafitata arriva fino a 677 GPa, mentre il filo di tungsteno ha un coefficiente E di 420 GPa.

Parametri dei tessuti strutturali standard in fibra di carbonio:

• Larghezza: 1000 mm~2000 mm. La larghezza massima su richiesta è 2000mm.
• Spessore: 0,25 mm~3,0 mm
• Densità: 100 g/m?~640 g/m?
• Larghezza lama: 1000 mm
• Temperatura: fino a +1200°C
• Contenuto di carbonio: >98,5%

È possibile produrre tessuti in fibra di carbonio con parametri non standard.

Lunghezza di avvolgimento per rotolo - su richiesta. Il tessuto è confezionato in film e scatole di cartone.

Marche di tessuti di carbonio e loro designazione

Tutti i tessuti in carbonio prodotti dalle imprese dell'azienda IFI Technical Production hanno le lettere RK nel loro nome, che indicano il marchio del produttore RK™ e l'indice 300. Ad esempio, il tessuto da costruzione in carbonio realizzato con filato 6k, ovvero da filato contenente 6000 fibre continue, ha la designazione RK-306. Tessuto di carbonio realizzato con filato 3k o 12k, rispettivamente RK-303 e RK-312.

Domanda di fornitura di tessuti di carbonio

Cari colleghi! Puoi acquistare tessuti di carbonio in qualsiasi modo conveniente per te. Offriamo le seguenti opzioni:

• Acquisto dei prodotti direttamente dalla fabbrica in Cina. Stipuli un contratto diretto con la fabbrica e lavori in modo indipendente. Per fare questo è necessario inviare una richiesta al seguente indirizzo: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. Devi avere JavaScript abilitato per vederlo. Ti invieremo le informazioni di contatto, compreso il numero di telefono e l'indirizzo email di l'impiegato della fabbrica responsabile dell'esportazione.
• Acquisto di prodotti tramite l'ufficio di rappresentanza russo della holding IFI Technical Production, tramite la società Rus-Kit. La transazione viene effettuata in base a un accordo di fornitura concluso tra la vostra organizzazione e la società Rus-Kit. In questo caso, Rus-Kit si assume tutte le questioni relative all'organizzazione della consegna e dello sdoganamento delle merci. Per fare ciò è necessario inviare anche una richiesta all'indirizzo email: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots È necessario abilitare Javascript per vederlo

Cari colleghi, cari partner!: Per tutte le domande che vi interessano, riguardanti i tessuti carbon carbon, così come altri prodotti in fibra di carbonio, contattateci via email. Questo indirizzo e-mail è protetto dallo spam bot. Per visualizzarlo, è necessario deve essere abilitato Javascript Per richieste in inglese o cinese utilizzare l'indirizzo email Questo indirizzo e-mail è protetto dallo spam bot Per poterlo vedere è necessario avere Javascript abilitato

Attualmente è stato sviluppato e industrializzato un gran numero di fibre di carbonio, diverse per scopo, composizione e proprietà. L'assortimento di marca si basa principalmente sul tipo di fibra iniziale quando si ottiene il carbonio, sulla purezza delle materie prime, sulla tecnologia di lavorazione delle fibre iniziali, sulla temperatura di lavorazione finale (che determina la perfezione della struttura del carbonio e sulle sue proprietà), sulla struttura richiesta delle forme industriali di carbonio e il loro scopo. L'assortimento di fibre di carbonio è piuttosto ampio e vario, che è determinato dal tipo e dalla composizione della materia prima, dalla sua capacità di subire trasformazioni termiche quando riscaldata e dalle condizioni (regimi, ambiente ) per effettuare trasformazioni termiche durante la produzione di fibre di carbonio. A partire dalle fibre elementari di carbonio si ottengono varie forme tessili che vengono utilizzate come materiali in fibra di carbonio (CFM) come componenti per la produzione di materiali compositi o come materiali indipendenti (prodotti). La gamma del marchio di materiali in fibra di carbonio è determinata principalmente dallo scopo e dalla necessità di questo tipo di materiale per i prodotti tecnologici moderni. Le aziende che producono fibre di carbonio, di norma, sono specializzate nella produzione di diversi tipi di materiali in fibra di carbonio, ma su un tipo di materia prima. Ad esempio, le società Hercules, UCC, Celanese, HITOCO, Great Lakes Carbon, Stackpole Carbon Fibers (USA) producono CFM a base di fibre PAN; Tore, Toho Besoon, Nihon Kabon, Asahi Nihon Kabon faiba, Mitsubishi Reyon, Sumitomo Kagaku (Giappone). L'azienda Union Carbite produce CFM basato su PAN, GC e piazzole. Il CFM basato su tiri convenzionali è prodotto da Kureha Kagaku (Giappone), Courtlands (Gran Bretagna) e Serofim (Francia).

Proprietà delle fibre di carbonio

Le proprietà della plastica rinforzata con fibra di carbonio dipendono dalle proprietà delle fibre di carbonio, che a loro volta sono determinate dalle condizioni di pirolisi delle fibre organiche (idrato di cellulosa, poliacrilonitrile, fibre di peci mesofase) attualmente utilizzate come materie prime per la produzione di fibre di carbonio .

Proprietà meccaniche. Il modulo di elasticità a trazione (lungo le fibre) delle fibre di carbonio ad alta resistenza di alta qualità (basate su PAN) è 200 - 250 GPa, tipo ad alto modulo (basato su PAN) - circa 400 GPa e fibre di carbonio a base liquida piaci cristalline: 400 - 700 GPa. Alla stessa temperatura di riscaldamento, le fibre di carbonio a base di peci a cristalli liquidi hanno un modulo elastico a trazione più elevato rispetto alle fibre a base di PAN. Il modulo di trazione attraverso le fibre (modulo di rigidezza alla flessione) diminuisce all'aumentare del modulo di trazione lungo le fibre. Per le fibre di carbonio a base PAN è più elevato che per le fibre a base di peci a cristalli liquidi. Il modulo trasversale di elasticità è influenzato anche dall'orientamento dei piani atomici nella sezione trasversale della fibra di carbonio. La resistenza alla trazione assiale delle fibre di carbonio ad alta resistenza a base PAN è 3,0-3,5 GPa, le fibre ad alto allungamento sono ~4,5 GPa e le fibre ad alto modulo sono 2,0-2,5 GPa. La lavorazione ad alta temperatura del secondo tipo di fibra produce fibre ad alto modulo con una resistenza alla trazione di circa 3 GPa. La resistenza delle fibre basate su peci a cristalli liquidi è solitamente di 2,0 GPa. Il valore teorico della resistenza alla trazione dei cristalli di grafite nella direzione dei piani del reticolo atomico è 180 GPa. La resistenza alla trazione misurata sperimentalmente delle fibre di carbonio a base PAN ad alta resistenza e alto modulo in una sezione lunga 0,1 mm è di 9-10 GPa. Questo valore è 1/20 del valore teorico e 1/2 della resistenza della grafite filamentosa cristalli singoli. Per le fibre di carbonio a base di peci cristalline liquide, la resistenza misurata in modo simile è 7 GPa. Le tabelle 17.1, 17.2 mostrano le proprietà meccaniche delle più comuni fibre di carbonio.

La minore resistenza delle fibre di carbonio prodotte industrialmente è dovuta al fatto che non sono cristalli singoli e presentano deviazioni significative dalla regolarità nella loro struttura microscopica. Le proprietà delle fibre di carbonio possono essere notevolmente migliorate fino ad un allungamento alla rottura del 2% e una resistenza di 5 GPa e oltre.

Tabella 17.1 - Proprietà meccaniche della fibra di carbonio.

Caratteristica	CF basato su PAN			Basato su HC peci cristalline liquide
	molta forza	elevato allungamento	altamente modulare
Diametro della fibra, nm
Modulo di elasticità a trazione, GPa
Sollecitazione di trazione a rottura, GPa
Allungamento a trazione,%
Densità, g/cm3
Forza specifica, m

Tabella 17.2 - Proprietà fisiche e meccaniche delle fibre di carbonio.

Originale fibra	Diametro, µm	Densità, g/cm 3	Sollecitazione di trazione a rottura, MPa	Modulo di elasticità a trazione, E, GPa	Forma testicolare
Poliacrilonitrile					Laccio emostatico continuo
Viscosa					Laccio emostatico continuo

Come si può vedere dalle tabelle, le fibre di carbonio hanno bassa densità ed elevata resistenza alla trazione e modulo elastico. Di conseguenza, le fibre di carbonio hanno un'elevata resistenza e un modulo elastico specifico. La caratteristica più caratteristica delle fibre di carbonio è il loro elevato modulo di elasticità specifico. Ciò rende possibile utilizzare con successo le fibre di carbonio per rinforzare i materiali per scopi strutturali. Confrontando fibre ad alto modulo con fibre a basso modulo di composizione chimica simile, va notato che con un aumento del modulo elastico e della densità delle fibre di carbonio, diminuiscono il volume dei pori chiusi, il diametro medio e l'area superficiale specifica, e la sua la conduttività elettrica migliora.

Proprietà elettriche. L'aumento del modulo elastico al diminuire dell'angolo di tessitura fa sì che la struttura della fibra di carbonio si avvicini a quella della grafite, che ha conduttività metallica nella direzione dello strato esagonale. Le fibre di carbonio ottenute a temperature non inferiori a 1000°C hanno un'elevata conduttività elettrica (più di 102 Ohm -1 -cm -1). Variando il modulo elastico, e quindi le proprietà elettriche del riempitivo di carbonio, è possibile regolare le proprietà elettriche del materiale composito. Nel processo di conversione delle fibre organiche in fibre di carbonio, avviene una transizione attraverso tutte le bande di conduzione. Le fibre originarie sono dielettriche; durante la carbonizzazione la resistenza elettrica diminuisce bruscamente, poi con l'aumento della temperatura di lavorazione oltre i 1000°C, pur continuando a diminuire, risulta meno intensa. Le fibre carbonizzate sono classificate come semiconduttori per tipologia di conduttività, mentre le fibre grafitate coprono la gamma dai semiconduttori ai conduttori, avvicinandosi a questi ultimi all'aumentare della temperatura di lavorazione. Per le fibre di carbonio, la dipendenza dalla temperatura della conduttività è determinata dalla temperatura finale della loro lavorazione e, di conseguenza, dalla concentrazione di elettroni e dalle dimensioni dei cristalliti.

Va notato che maggiore è la temperatura di carbonizzazione, minore è il coefficiente di temperatura della conduttività elettrica. Le fibre di carbonio hanno fori e conduttività elettronica. All'aumentare della temperatura del trattamento, accompagnato da un miglioramento della struttura e da un aumento del numero di elettroni, diminuisce la banda proibita di conduzione, quindi aumenta la conducibilità elettrica, che per fibre trattate ad alte temperature si avvicina in valore assoluto alla conducibilità elettrica dei conduttori.

Proprietà termali. Una delle manifestazioni delle caratteristiche della struttura anisotropa delle fibre di carbonio ad alto modulo è un coefficiente negativo di dilatazione termica lineare lungo l'asse della fibra, che aumenta il livello di tensioni residue nelle fibre ad alto modulo. Per le fibre con un modulo elastico elevato, il coefficiente è più elevato in valore assoluto e ha un valore negativo in un intervallo di temperature più ampio. Pertanto, per le fibre di carbonio costituite da fibra PAN (Figura 17.11), il valore massimo (in valore assoluto) del coefficiente si osserva a 0°C, e con l'aumentare della temperatura il suo segno cambia al contrario (a temperature superiori a 360°C per fibra con E= 380 GPa e superiore a 220 °C per fibra con E= 280 GPa. Va notato che la curva in Figura 3.11 coincide bene con una dipendenza simile del coefficiente di dilatazione termica del reticolo di grafite pirolitica lungo l'asse UN.

A causa della loro elevata energia di legame C-C, le fibre di carbonio rimangono solide a temperature molto elevate, conferendo al materiale composito resistenza alle alte temperature. Resistenza alla trazione a breve termine della fibra ad alto modulo contenente il 99,7 La percentuale di carbonio rimane praticamente invariata in ambienti neutri e riducenti fino a 2200 °C. Non cambia neanche alle basse temperature. In un ambiente ossidante, la resistenza della fibra di carbonio rimane invariata fino a 450°C. La superficie della fibra è protetta dall'ossidazione mediante rivestimenti protettivi resistenti all'ossigeno costituiti da composti refrattari o leganti resistenti al calore; I rivestimenti pirolitici sono i più utilizzati.

Figura 17.11 - Dipendenza del coefficiente di dilatazione lineare termica

lungo la fibra per fibre di carbonio con modulo elastico 380 (1)

e 280 GPa (2) dalla temperatura..

Proprietà chimiche. Le fibre di carbonio differiscono dagli altri riempitivi per la loro inerzia chimica. La resistenza chimica delle fibre di carbonio dipende dalla temperatura di lavorazione finale, dalla struttura e dalla superficie della fibra, nonché dal tipo e dalla purezza della materia prima. Dopo l'esposizione delle fibre ad alto modulo ottenute dalla fibra PAN a liquidi aggressivi per 257 giorni a temperatura ambiente, si osserva una notevole diminuzione della resistenza alla trazione solo sotto l'azione degli acidi ortofosforico, nitrico e solforico (Tabella 17.3).

Tabella 17.3 - Resistenza chimica in ambienti aggressivi degli idrocarburi ad alto modulo a base PAN (durata esposizione 257 giorni).

Reagenti	Temperatura, °C	Diametro fibre, nm	σ R , MPa	E R , GPa
Campione di fibra di controllo
Acido (50%):
Carbone
Ortofosforico
Ghiaccio all'aceto
Soluzione di idrossido di sodio,

Il modulo elastico dei campioni cambia solo sotto l'influenza di una soluzione di acido nitrico al 50%. La resistenza della fibra di vetro alcalina dopo esposizione per 240 ore in soluzioni al 5% di acido solforico o nitrico diminuisce rispettivamente del 41 e del 39%. All’aumentare della temperatura diminuisce la resistenza della fibra di carbonio agli ambienti aggressivi.

Si ossida particolarmente facilmente nelle soluzioni di acido nitrico. Una soluzione di cloridrato di sodio ossida il carbonio, a seguito della quale il diametro della fibra diminuisce e le sue proprietà meccaniche migliorano addirittura leggermente.

A seconda del grado di attività rispetto alla fibra di carbonio ad alto modulo ottenuta dalla fibra PAN, gli acidi possono essere organizzati nelle seguenti serie: HNO 3 > H 2 S0 4 > H 3 P0 4 > HC1. Gli acidi acetici e formici e le soluzioni alcaline di qualsiasi concentrazione e a qualsiasi temperatura non distruggono le fibre di carbonio. La resistenza chimica delle fibre di carbonio garantisce la stabilità delle proprietà dei materiali compositi basati su di esse.

Difetti e bagnatura. La pirolisi delle fibre organiche è accompagnata da un aumento della loro porosità. Le fibre di carbonio ad alto modulo hanno pori allungati e differiscono dalle fibre di carbonio a basso modulo per l'orientamento di scanalature e fessure lungo l'asse della fibra e per la loro minore concentrazione sulla superficie. Apparentemente, durante la trafilatura, alcuni difetti superficiali vengono attenuati, il che è particolarmente efficace durante la lavorazione delle fibre ad alta temperatura. I pori sulla superficie delle fibre di carbonio hanno dimensioni diverse. Durante lo stampaggio di un materiale composito, pori grandi con un diametro di diverse centinaia di Angstrom vengono riempiti con un legante e la forza di adesione del legante al riempitivo aumenta. La maggior parte dei pori sulla superficie delle fibre hanno un diametro di diverse decine di angstrom. Solo i componenti a basso peso molecolare del legante possono penetrare in cavità così piccole e sulla superficie del riempitivo si verifica una ridistribuzione del setaccio molecolare del legante, che ne modifica la composizione.

La bagnabilità delle fibre da parte dei leganti utilizzati per produrre plastiche in fibra di carbonio ha una grande influenza sulle loro proprietà. A differenza delle fibre di vetro, l'energia superficiale delle fibre di carbonio è molto bassa, quindi le fibre sono scarsamente bagnate dai leganti e le plastiche rinforzate con fibra di carbonio sono caratterizzate da una bassa forza di adesione tra il riempitivo e il legante. La forza di adesione delle fibre al legante aumenta se si applica prima un sottile strato di monomero sulla superficie delle fibre, bagnandola bene e riempiendo tutti i pori. Come risultato della polimerizzazione del monomero, la fibra è ricoperta da un sottile strato di polimero, un protettore, che “sigilla” i suoi difetti superficiali. Successivamente il riempitivo viene combinato con il legante selezionato, il prodotto viene stampato e la plastica viene polimerizzata secondo il regime standard.

Attualmente sono stati proposti numerosi altri metodi per aumentare la forza di adesione della fibra di carbonio al legante, la cui efficacia viene valutata aumentando la resistenza al taglio del materiale composito:

Rimozione del film lubrificante dalla superficie delle fibre di carbonio dopo la lavorazione tessile;

Incisione della superficie delle fibre di carbonio con agenti ossidanti;

Finitura delle fibre di carbonio;

Cristalli in crescita simili a baffi con elevata resistenza al taglio sulla superficie delle fibre (vorserizzazione o viscerazione).

In alcuni casi, vengono utilizzati diversi metodi di elaborazione in sequenza.

Adorare le fibre di carbonio ad alto modulo è il metodo più radicale per aumentare la resistenza al taglio delle plastiche rinforzate con fibra di carbonio. Proporzionalmente al contenuto di volume dei baffi sulla fibra, non solo aumenta la resistenza al taglio, ma anche la resistenza alla compressione e alla flessione nella direzione trasversale grazie all'ulteriore rafforzamento della matrice con cristalli con elevate proprietà meccaniche (ad esempio, la resistenza di ? -I baffi SiC sono 7-20 GPa con un modulo di elasticità di circa 50 GPa). Con un alto contenuto di baffi sulla fibra (oltre il 4-7%), la resistenza e le proprietà elastiche della plastica si deteriorano. In alcuni casi, la diminuzione della resistenza plastica è associata alla perdita di resistenza della fibra di carbonio durante la vorserizzazione. La tabella 17.4 mostra come le proprietà della plastica rinforzata con fibra di carbonio dipendano dal metodo di preparazione della superficie della fibra di carbonio.

Tabella 17.4 - Effetto di vari tipi di preparazione superficiale della fibra ad alto modulo sulle proprietà della plastica epossidica unidirezionale rinforzata con fibra di carbonio.

Metodo per preparare la superficie delle fibre di carbonio	Densità, g/cm 3	Sollecitazione di rottura, MPa, a		Modulo di elasticità, GPa
		spostare	curva
Fibra con lubrificante
Acquaforte in HNO 3
Bruciare il lubrificante in azoto e impregnare con resina epossidica
Peggioramento baffi in carburo di silicio

La capacità delle fibre di carbonio contenenti la stessa quantità di carbonio (almeno 99 in peso%) di vorserizzazione dalla fase gassosa aumenta con una diminuzione della loro resistenza all'ossidazione, che è proporzionale alla concentrazione di difetti superficiali.

Proprietà fisiche le fibre di carbonio dipendono dal loro background (condizioni di carbonizzazione e grafitizzazione) e da alcuni indicatori dalla natura e dalla qualità delle materie prime. Molte delle proprietà delle fibre di carbonio sono determinate dalla temperatura di lavorazione finale, ma anche altri fattori possono dare un contributo significativo. La Tabella 17.5 mostra le proprietà fisiche più tipiche delle fibre di carbonio.

La densità della grafite è di 2,26 g/cm 3, supera notevolmente la densità della fibra di carbonio, a causa della struttura meno perfetta di quest'ultima. Tra le fibre resistenti al calore, il carbonio ha la densità più bassa; ciò ha un effetto benefico sulle proprietà meccaniche specifiche della fibra. Le fibre di grafite hanno una piccola area superficiale specifica.

Tabella 17.5 - Proprietà fisiche delle fibre di carbonio.

Caratteristica	Fibra
	carbonato	grafitizzato
Densità, kg/m3
Superficie specifica, m 2 /g
Coefficiente di temperatura di dilatazione lineare, 10 6 /K
Capacità termica specifica, kJ/kg K
Conduttività termica, W/(m·K)
Resistività elettrica, 10 -5 ohm m
Tangente di perdita dielettrica (a 10 10 Hz)
Igroscopicità,%

La superficie specifica delle fibre carbonizzate, a seconda delle condizioni della loro produzione e del tipo di materie prime utilizzate, può variare entro ampi limiti.

Per aumentare la superficie specifica di 500-1000 m 2 /g, le fibre di carbonio vengono trattate con vapore acqueo surriscaldato, anidride carbonica e altri reagenti. Le fibre di carbonio sono caratterizzate da un piccolo coefficiente di dilatazione lineare, notevolmente inferiore a quello dei metalli, della grafite e del vetro al quarzo. In termini di capacità termica, le fibre di carbonio differiscono poco dagli altri solidi. Una caratteristica delle fibre di carbonio e soprattutto di quelle grafitate è la loro altissima conduttività termica. Questo è anche caratteristico della grafite. Quando si utilizzano fibre di carbonio o composizioni basate su di esse come materiali di schermatura termica, un'elevata conduttività termica non è desiderabile, poiché attraverso il materiale composito avviene un intenso trasferimento di calore. Per eliminare questo inconveniente, oltre alla fibra di carbonio, ai materiali compositi vengono aggiunte altre fibre resistenti al calore, in particolare fibre di ossido metallico a bassa conduttività termica.

Le fibre di carbonio con un'area superficiale specifica sviluppata sono altamente igroscopiche a causa della condensazione dell'acqua nei pori. La fibra di grafite ha una bassa porosità, quindi la sua igroscopicità è bassa. L'igroscopicità è di grande importanza nella produzione di materiali compositi.

Forme tessili delle fibre di carbonio

Le fibre di carbonio possono essere prodotte in un'ampia varietà di strutture tessili: pinzate, a filamento continuo, tessute o non tessute. Cavi, filati, stoppini e tele non tessute sono i tipi più comuni di strutture in fibra di carbonio attualmente utilizzate. Le fibre di carbonio hanno un alto modulo di elasticità e un basso allungamento. Pertanto, non possono sopportare deformazioni ripetute e il loro utilizzo per la produzione di materiali tessuti presenta alcune difficoltà. Tuttavia, grazie al progresso nella tecnologia di produzione della fibra di carbonio e nelle tecniche di tessitura, è diventato possibile ricavarne tutti i tipi di materiali tessuti.

Il vantaggio dei tessuti unidirezionali (in questo caso i fili sottili: di vetro o organici, posti lungo la trama, servono solo per il collegamento tecnologico di fili o trefoli tra loro) è che praticamente eliminano gli attorcigliamenti delle fibre nella direzione longitudinale, il le fibre sono ben orientate, il materiale si ottiene liscio e piacevole al tatto. Vengono prodotti anche sotto forma di nastri ibridi e tessuto in combinazione con fili di fibra di vetro. Attualmente la gamma dei tessuti è molto varia; differiscono per la densità dei fili lungo la larghezza, la struttura di tessitura, il rapporto tra il numero di fili nelle direzioni longitudinale (lungo l'ordito) e trasversale (lungo la trama), il numero di fibre elementari nel fascio e altri caratteristiche.

A seconda delle condizioni di utilizzo, il CFM viene prodotto sotto forma di fili e trefoli continui (formati da 1000, 3000, 5000, 6000, 10000 e più fibre continue elementari), corde, fibre in fiocco, nodo, nastri, tessuti (spesso combinati con fibre polimeriche o di vetro), nastri unidirezionali in cui robusti fili di ordito sono legati con trame a bassa resistenza, materiali non tessuti (feltro, stuoie), ecc. Quasi l'intera gamma possibile di forme tessili è stata sviluppata e utilizzata sulla base del carbonio fibre.

Per ottenere prodotti tessuti dalla fibra di carbonio, vengono utilizzati due metodi principali: tessitura delle fibre iniziali e successiva lavorazione termica dei prodotti tessuti in carbonio (ovvero carbonizzazione e grafitizzazione delle forme tessute); produzione di fili di carbonio, tow e loro successiva lavorazione tessile. Il vantaggio di quest'ultimo metodo è la possibilità di ottenere tessuti con proprietà di minore anisotropia, nonché la possibilità di ottenere materiali tessuti combinati da CF e altri tipi di fibre; lo svantaggio è la fragilità di CF e le difficoltà associate durante la lavorazione tessile .

La Figura 17.12 mostra le tipologie di alcuni tessuti per usi speciali: tessuto non ondulato, in cui, eliminando la flessione delle fibre di carbonio, si prevengono danni alle fibre e perdita di resistenza; tessuto a spirale, in cui le fibre di carbonio sono disposte a spirale e interconnesse in direzione radiale; tessuti con orientamento della fibra di carbonio con un angolo di 0,30 e 60°; tessuti tridimensionali in cui anche le fibre di carbonio sono orientate nella direzione dello spessore del tessuto, ecc.

a - tessuto non ondulato; b - tessuto a spirale; c - tessuto con orientamento triassiale dei fili nel piano del tessuto; d - tessuto tridimensionale con orientamento volumetrico ortogonale dei fili.

1 - filo di vetro; 2 - filo di carbonio.

Figura 17.12 - Esempi di tessuti per usi speciali.

Tessuti in fibra di carbonio. Le proprietà e le condizioni per la produzione di tessuti di carbonio dipendono dalla struttura di questi tessuti, dalla densità della trama, dall'arricciatura del filo, dalla densità del filo originale e dalle condizioni di tessitura.

La densità dei fili nell'ordito e nella trama è determinata dal numero di fili in 1 cm di tessuto, rispettivamente, nelle direzioni longitudinale e trasversale. L'“ordito” è il filo posizionato lungo la lunghezza del tessuto, mentre la “trama” intreccia il tessuto in direzione trasversale. Pertanto, la densità del tessuto, il suo spessore e la resistenza alla trazione sono proporzionali al numero di fili e al tipo di filato utilizzato nella tessitura. Questi parametri possono essere determinati se si conosce il disegno del tessuto. Esistono diversi tipi di armature di ordito e di trama per creare tessuti durevoli. Variando il tipo di tessuto, è possibile creare una varietà di strutture di rinforzo che, in una certa misura, influenzano le proprietà dei compositi da essi realizzati. In alcuni casi, l’utilizzo dei tessuti in carbonio richiede tipologie di intrecci particolari.

Treccia è un tessuto stretto (largo meno di 30,5 cm) che può contenere una cimossa allentata (ovvero, filo di riempimento che si estende oltre il nastro). La tessitura in fibra di carbonio sotto forma di maniche intrecciate è caratterizzata da una maggiore flessibilità rispetto ai tessuti a base di fibra di carbonio. Dalla treccia è possibile produrre prodotti con configurazioni complesse con una superficie di forma irregolare, ecc.

Filato tessile in fibra di carbonio- Si tratta di singole fibre o fili parallelizzati (fasci) raccolti insieme, che possono successivamente essere trasformati in materiale tessile. I singoli fili continui (trefoli) sono la forma più semplice di filato tessile in fibra di carbonio, noto come “filato semplice”. Per utilizzare tale filato nell'ulteriore lavorazione tessile, esso viene solitamente sottoposto ad una leggera torsione (meno di 40 m -1). Tuttavia, per un gran numero di tessuti è necessario un filato più spesso. Questa gamma di filati tessili può essere prodotta mediante torsione e impaccatura. Un tipico esempio è la torcitura di due o più fili semplici insieme con la ritessitura simultanea (cioè la successiva torsione di due o più fili pre-torti).

Come risultato delle operazioni di torcitura e torsione si ottiene un filato la cui resistenza, flessibilità e diametro possono variare. Questo è un prerequisito importante per la creazione di vari tessuti da cui successivamente si ottengono i compositi.

Imbracature sono costituiti da un gran numero di filamenti raccolti in un fascio. Tipicamente si utilizzano stoppe con un numero di filamenti di 400, 10mila o 160mila. Per filati si intendono solitamente fili ritorti costituiti da fibre tagliate, mentre vaganteè un filo (filo) costituito da fasci di fibre paralleli o leggermente ritorti. Finalmente tappetini (nastri) Sono costituiti da un gran numero (a volte fino a 300) di fasci o fili di fibra di carbonio affiancati o cuciti insieme e possono essere trasformati in vari tipi di strutture tessili. Le fibre di carbonio corte (lunghe 3 - 6 mm) possono essere trasformate in feltro o tessuto non tessuto utilizzando la tecnologia convenzionale.

Per la fibra di carbonio e i compositi in fibra di carbonio, le fibre di carbonio UKN-P/2500, UKN-P/5000 con trattamento superficiale e il numero di filamenti nel filo sono rispettivamente 2500 e 5000, VMN-4, VMN-RK, Rovilon, VEN- 280, UKN/5000, UKN /10000, Coulomb/5000A, Coulomb/5000B con densità lineare da 200 a 900 tex, caratterizzato da resistenza e modulo elastico entro un intervallo abbastanza ampio. Le proprietà di alcuni filamenti di carbonio sono presentate nelle Tabelle 17.6 e 17.7.

Tabella 17.6 - Proprietà dei filamenti di carbonio.

Indicatori	Marchio del riempitivo
	UKN-P/2500	UKN- P/5000	UKN/ 5000	UKN/ 10000	Pendente/5000A Sospensione/5000B
Densità lineare, tex
Deviazione della densità lineare,%
Carico di rottura relativo del filo quando rotto da un cappio, n/tex
Frazione di massa dell'agente collante,%
Modulo di elasticità, GPa
Sforzo di trazione a rottura di un filo in microplastica, GPa
Sollecitazione di rottura della plastica, GPa a: Allungamento

Tabella 17.7 - Proprietà dei filamenti di carbonio.

Indicatori proprietà	Marchio del riempitivo
	VMN-4	VMN-RK-3	ROVILON			VEN-280-1	VEN-280
Densità lineare, tex
Deviazione della densità lineare, % non di più
Densità del filo, g/cm 3
Sollecitazione di trazione a rottura di un filamento, GPa
Modulo di elasticità della fune in plastica, GPa
Modulo dinamico di elasticità della fune, GPa
Resistenza alla flessione di una corda in plastica MPa

I più utilizzati come riempitivo rinforzante per i laminati in fibra di carbonio sono i nastri di carbonio dei tipi LU-P ed ELUR-P, che sono rotoli larghi 250 mm avvolti strettamente su bobine a doppia flangia. Le principali caratteristiche dei nastri sono presentate nella Tabella 17.8. Una caratteristica distintiva dei nastri di carbonio è la loro bassa densità lineare, che garantisce la produzione di plastica in fibra di carbonio con uno spessore del monostrato di 0,08-0,13 micron.

Tabella 17.8 - Proprietà dei nastri di carbonio.

Tipo di nastro	Larghezza del nastro, mm	Densità lineare, g/m	Densità del filo, g/cm 3	Numero di fili per 10 cm, non di meno	Sollecitazione di trazione alla rottura nella plastica rinforzata con fibra di carbonio, GPa, niente di meno	Sollecitazione di rottura durante la compressione in plastica rinforzata con fibra di carbonio, GPa, non di meno	Modulo di elasticità a flessione, GPa	Frazione volumetrica di riempitivo in fibra di carbonio, %	Densità della fibra di carbonio, g/cm 3	Spessore monostrato in fibra di carbonio, mm

Un ampio gruppo di riempitivi di rinforzo del carbonio sono materiali tessuti basati su fili di carbonio UKN-P/2500 e UKN/P500. Si tratta di nastri tessuti UOL-1 e UOL-2 con una larghezza di 300, 460 e 600 mm. (Nel simbolo del nastro, il primo numero è la larghezza del nastro, il secondo numero nella marcatura è il tipo di fili utilizzati come ordito: 1- per fili UKN-P/5000 e 2- per fili UKN-P /2500 fili.) Questi nastri hanno solo fili di carbonio in ordito e in trama, i nastri hanno fili sparsi di vetro o organici con densità lineare di 14-30 tex. Sono prodotti su telai per tessitura a nastro.

Per ampliare la gamma vengono prodotti nastri combinati tipo UOL-K con rapporto 6:1 tra fili di carbonio e di vetro. Le principali caratteristiche dei nastri in tessuto di carbonio e compositi sono riportate nella Tabella 3.9. A differenza delle fibre di carbonio del tipo LU, questi riempitivi forniscono plastiche rinforzate con fibra di carbonio con uno spessore monostrato più elevato da 0,17 mm a 0,25 mm e un livello più elevato di caratteristiche di resistenza. I nastri tessuti del tipo LZHU, a differenza dei nastri del tipo UOL, sono tessuti utilizzando materie prime e hanno un filo di trama in carbonio. I nastri LZHU differiscono nella densità lineare quando utilizzano diversi fili di carbonio nella base di 2500 o 5000 filamenti. Le principali caratteristiche di questi nastri sono presentate nella Tabella 4.9.

Il tessuto di carbonio UT-900-2.5 basato su fili UKN-P/2500 tessuti con un'armatura a saia, che garantisce un'eguale densità di fili di ordito e di trama, è fondamentalmente diverso dai riempitivi precedentemente discussi. Le caratteristiche e le proprietà dei tessuti sono riportate nella tabella 17.9.

Tabella 17.9 - Proprietà dei nastri e tessuti di carbonio intrecciato.

La gamma di marchi e le proprietà dei CFM nazionali ed esteri sono presentati nelle tabelle 17.10 - 17.13.

La Tabella 17.13 presenta alcune proprietà delle fibre di carbonio estranee provenienti da varie fibre madri. Possono essere consegnati al consumatore dopo o senza trattamento superficiale. Il tipo e il tipo di struttura tessile per la lavorazione delle fibre di carbonio sono solitamente determinati dalla sua applicazione nel materiale composito. Ciò determina anche il metodo di produzione del composito: posa, stampaggio ad iniezione o pultrusione.

Strutture volumetriche basate su fibre di carbonio.

Uno dei principali vantaggi dei materiali compositi rinforzati è l'elevata resistenza specifica nella direzione del rinforzo. Un altro importante vantaggio di tali materiali rispetto ai materiali isotropi è il controllo efficace dell'anisotropia delle proprietà meccaniche, termofisiche e di altro tipo nella direzione del rinforzo. L'anisotropia delle proprietà viene controllata variando il posizionamento del rinforzo.

Tabella 17.10 - Cariche di carbonio per plastiche strutturali rinforzate con fibra di carbonio (Russia).

	Tessile	Densità g/cm3
LU-P-0.1 e O.2 4 , 5
UKN-P-O,1 1 ,4, 5
UKN-P-5000M 4, 5
UKN-P-5000 2, 6
UKN-P-2500 4, 5
SOSPENSIONE N24-P 5
GRANITO P5	filo 400tex
ELUR-P-0.1 4 , 5	nastro245±30mm
	nastro 90+10 mm
	nastro 90±10 mm
	nastro,?= 0,235±0,015
	nastro, ?= 0,175+0,015
	saia, ?= 0,22±0,02
ELUR-P-0.08 4 , 5
	filo, laccio emostatico
	filo, laccio emostatico

Nota: 1 - analogo di Tornel 300, Toreyka TZOO; 2 - basato su UKN-P-5000, nastri carbonio-organici UOL-55, 150, 300, 300-1, ZOOK (NPO "Khimvolokno"); UOL-300-1 (ordito UKN-P-5000, 410 tex, trama SVMK 14.3 tex); UOL-ZOOK (ordito UKN-P-5000, 410 tex e Armos 167 tex, trama SVMK 14.3 tex); UOL-150, 300 (ordito UKM-P-5000, 390 tex, trama SVMK tex 29,4); 3 - ordito e trama in UKN-P-2500 200 tex, cimosa Ural N 205 tex; 4 - Filettature PAN per ELUR-P, LU-P tex 33.3, UKN-P-5000 tex 850, UKN-P-2500 tex 425; 5 - P - ossidazione elettrochimica (metodo ECHO); 6 - utilizzato per la fabbricazione di strutture TZ come TsOO e TsTMZ; Tex è la massa in grammi di 1 km di fibra.

Tabella 17.11 - Proprietà dei materiali di carbonio a base di fibre di viscosa (cellulosa idrata, HC), per protezione termica, materiali attivi ad adsorbimento, prodotti elettrici (riscaldatori). (Russia) .

Marca Materiale	Tessile modulo	%	Carico di rottura per striscia 5cm, kgf		Forza Elementale fili, GPa
	tessuto, nastro
Ural TR Z/2-15	Maglieria
Urali TR 3/2-22	Maglieria
Urali TM/4-22	Tessuto multistrato
Ural LO-22	Nastro unidirezionale
Ural LO-15	Nastro unidirezionale
	filo tessile
	filo per cucire
Ural Tr-3/2-15E	maglieria trattata in superficie
Uglen, Uglen-9

Tabella 17.12 - Forme tessili e proprietà dei filamenti di carbonio (Russia).

Opzioni	Trefoli di carbonio, gradi
	VMN-4	ROVILON	VPR-19(i)	VNV(i)
Materia prima		Nitron 650 -1700tex	Nitron 850 -1700tex
Numero di fili, pz
Numero di torsioni per 1 m
Numero di fibre (filamenti), pz.
Lunghezza, massima, m
Diametro, massimo, µm
Temperatura di pirolisi, Max, °C
Densità, g/cm3
Resistenza alla trazione, ?, GPa
Modulo di elasticità a trazione, E, GPa
Allungamento relativo, ε, %
Lubrificante

Tabella 17.13 - Proprietà delle fibre di carbonio industriali estranee.

Fibra	Azienda fornitrice	Materiale di origine	σ IN ,MPa	E, GPa	 , kg/m 3	σ , 10 -4 cm/m	 eccetera , con/ (M  °C)	α eccetera , A -1
Fortafil 3 (0)
Fortafil 5
CI-Tex 12000
CI-Tex 6000
CIAO-Tex 3000
Hi-Tex 1500
Panex 1/4 CF-30
Panex30R
Panex30V800d
Selion GY-70
Selion 6000
Seleone 3000
Seleone 1000
Thornel 300 WYP 90 - 1/0
Tornel 300 WYP30-1/0

Nomi delle aziende: G - “Hercules” (Hercules), GLK - “Great Lakes Carbon” (Great Lakes Carbon), K - “Carborundum” (Carborundum), P - “Polycarbon” (Policarbonio), SF - “Stackpole Carbon Fibers " (Fibre di carbonio Stackpole), C - "Celanese", YK - "Union Carbide".

Gli elementi di rinforzo dei materiali compositi di carbonio sono le fibre di carbonio. Sono state sviluppate strutture di rinforzo che hanno tre, quattro, cinque o più direzioni di rinforzo. Modificando il rapporto di rinforzo in diverse direzioni, vengono creati materiali con proprietà specificate.

Esistono diversi sistemi di strutture di rinforzo per materiali compositi. In pratica, sistemi di due, tre e N discussioni

Una caratteristica dei materiali formati da un sistema di due fili è la presenza di un dato grado di curvatura delle fibre nella direzione dell'ordito (asse x), mentre le fibre della trama (asse y) sono diritte. Non c'è rinforzo nella terza direzione (asse z). I principali parametri di rinforzo di questo gruppo di materiali sono il grado di curvatura delle fibre di base (angolo ) e il coefficiente di rinforzo  nella direzione dell'ordito e della trama (Figura 17.13).

Figura 17.13 - Varianti di schemi di armatura formati da un sistema di due fili. Collegamento di strati adiacenti con fibre direzionali A: in aereo zx(UN) e nell'aereo zy(B); in tutto lo spessore della struttura e nel piano zx(V) e nell'aereo zy(G). Connessione tramite due strati utilizzando nella direzione X fibre diritte ( D) e attraverso lo strato e per tutto lo spessore del materiale utilizzando nella direzione X fibre diritte ( e). Collegamento tramite uno strato a densità variabile lungo lo spessore del materiale ( E) .

I materiali compositi formati da un sistema di tre fili hanno un rinforzo in tre direzioni degli assi coordinati selezionati. Gli schemi di rinforzo più comuni sono mostrati nella Figura 17.14.

Gli schemi di rinforzo, di regola, sono formati da fibre reciprocamente ortogonali (Figura 17.14, un, b), tuttavia, esistono schemi con una disposizione obliqua delle fibre (Figura 17.14, CD). Le fibre di rinforzo possono essere diritte (Figura 17.14, UN), hanno un dato grado di curvatura della fibra in uno (Figura 17.14, V) o due (Figura 17.14, G) direzioni.Il numero di fibre e la spaziatura tra loro in ciascuna delle tre direzioni sono i parametri principali dei materiali compositi, che sono determinati dalle condizioni del loro utilizzo.

Figura 17.14 - Opzioni per schemi di rinforzo formati da un sistema a tre trefoli

con fibre diritte in tre direzioni ( un, b),

con fibre diritte in due direzioni ( V),

con un dato grado di direzione della fibra in due direzioni ( e) .

Il sistema a quattro trefoli consente di ottenere materiali compositi con diverse opzioni per la disposizione spaziale delle armature. L'opzione 4 è la più popolare D. La sua caratteristica è la posizione del rinforzo lungo le quattro diagonali del cubo. Questo schema di posa, con equa distribuzione delle armature lungo le direzioni di armatura, consente di ottenere una struttura in equilibrio.

Il rinforzo dei materiali compositi formati da un sistema di fili multipli viene effettuato in diverse direzioni, molto spesso in tre direzioni reciprocamente perpendicolari degli assi coordinati selezionati e in piani diagonali contenenti gli assi coordinati. Sono possibili anche schemi di rinforzo più complessi (Figura 17.15). La geometria del rinforzo spaziale viene creata in base alle condizioni di distruzione del materiale e dovrebbe fornire un'anisotropia mirata delle proprietà. Un aumento del numero di direzioni di rinforzo aiuta a ridurre l'anisotropia delle proprietà, il coefficiente di rinforzo complessivo e, di conseguenza, i valori assoluti delle caratteristiche del materiale. I materiali con completa isotropia delle proprietà elastiche si ottengono ponendo l'armatura con un angolo di 31° 43 rispetto agli assi del sistema di coordinate cartesiane in ciascuno dei tre piani ortogonali. Altre simmetrie sono caratterizzate dalla presenza di alcuni valori estremi delle proprietà fisiche.

Figura 17.15 - Schema della disposizione diagonale della struttura su un piano ( UN) e nello spazio ( B) per i materiali compositi formati dal sistema N discussioni; Schema di rinforzo a undici direzioni (11d) ( V), diagonali tra vertici diametrali lungo due facce e lungo i bordi.

Per l'uso razionale dei materiali compositi rinforzati è necessario conoscere i loro coefficienti massimi di rinforzo. Il lavoro ha esplorato le possibilità di limitare il riempimento delle strutture rinforzate spazialmente con fibre di sezione trasversale rotonda. Fondamentalmente, hanno studiato il denso impaccamento delle fibre - quando toccano le loro superfici cilindriche - su un piano, perpendicolare al quale venivano introdotte le fibre, "fissando" gli strati. La Tabella 17.14 mostra i valori teorici massimi ammissibili dei coefficienti di rinforzo per alcuni tipi di strutture nel caso in cui il rinforzo multidirezionale nel piano fosse creato da fibre diritte. Parametro  (%) indica la proporzione di fibre diritte ortogonali al piano di posa nel volume totale dell'armatura.

Tabella 17.14 - Coefficienti limite di armatura per alcune tipologie di strutture.

№ p/p	Schema di rinforzo	Numero direzioni di rinforzo	Posa fibre	Proporzione di fibre ortogonali al piano di impaccamento,%	 eccetera
			Esagonale
			Rettangolare
			A strati (arbitrario)
			Rettangolare su tre piani
			Esagonale trasversalmente isotropo

Come si può osservare dai dati della Tabella 17.14, la deviazione delle direzioni di posa delle fibre dallo schema unidirezionale e piatto riduce significativamente il coefficiente di rinforzo volumetrico del materiale. Con tre direzioni di posa delle fibre tra loro ortogonali, il coefficiente massimo di armatura  pr. è ridotto del 25% rispetto al coefficiente di una struttura continua. Con quattro direzioni di rinforzo, tre delle quali creano isotropia delle proprietà nel piano (Tabella 17.14, clausola 5),  eccetera il coefficiente di rinforzo è ridotto rispetto al coefficiente di rinforzo secondo lo schema esagonale unidirezionale (Tabella 17.14, paragrafo 1) del 38%. Nello schema 5, a causa della disposizione obliqua delle fibre su un piano, quando queste toccano le fibre in una direzione ortogonale al piano, ci sono più posti vacanti da riempire con la matrice che nel caso di tre direzioni ortogonali di rinforzo (Tabella 17.14, paragrafo 4).

Va notato che gli schemi idealizzati per il massimo riempimento di un materiale composito con fibre dovrebbero essere considerati solo a scopo comparativo. Nei casi reali, a causa di condizioni tecnologiche o di altro tipo, le distanze tra fibre adiacenti cambiano ed è necessario introdurre correzioni  eccetera coefficienti che riflettono il grado di dispersione delle fibre durante l'idealizzazione della geometria della struttura.

Il volume effettivo delle fibre nel telaio è sempre notevolmente inferiore a quello calcolato. Ciò è dovuto al fatto che i fili non hanno la corretta sezione trasversale adottata nel calcolo e le fibre elementari non sono monolitiche.

I metodi per realizzare telai di rinforzo di materiali compositi carbonio-carbonio sono vari, tra cui la tessitura del filo a secco, la cucitura del tessuto, l'assemblaggio di aste rigide realizzate con fili di carbonio pultrusi, l'avvolgimento del filo, la tessitura e una combinazione di questi metodi. Il metodo più utilizzato è la tessitura (tessitura) di fili asciutti. È accettabile per la produzione sia del più semplice dei telai multidirezionali, in cui le fibre si trovano lungo gli assi di un sistema di coordinate rettangolari (CR), sia di quelli multidirezionali più complessi - 11 D (vedi Figura 17.15, V). In questo caso, vengono utilizzati fili di piccolo diametro con la loro posa densa (Figura 17.16), che garantisce piccoli vuoti e un'elevata densità del telaio.

Il metodo di tessitura a filo secco è applicabile anche per la realizzazione di telai cilindrici. Le impalcature tessute di questo tipo sono mostrate nella Figura 17.17. Garantire una densità costante di rinforzo per telai cilindrici con crescente divergenza dei fili radiali man mano che si avvicinano al diametro esterno si ottiene aumentando il diametro dei fasci assiali di fili o introducendo elementi radiali di diverse lunghezze nel sistema di rinforzo principale. La produzione di tali telai viene effettuata su macchine per tessere. È possibile creare strutture più complesse.

Figura 17.16 - Disposizione tipica delle fibre di piccolo diametro in materiale rinforzato ortogonalmente per ottenere un'elevata densità di telaio.

Figura 17.17 - Disposizione dei fili in un cilindro tridirezionale

tessere.

Lo sviluppo di metodi per produrre telai rinforzati ortogonalmente ha permesso di creare una struttura modificata denominata Mod 3. La modifica è stata la seguente: nell'aereo xy Al posto dei fili diritti viene utilizzato il tessuto di carbonio, le fibre sono nella direzione dell'asse z rimanere dritto e passare attraverso gli strati di tessuto tra le fibre in un piano xy. Quando si cuce il tessuto nella direzione dell'asse X Vengono utilizzati sia fili secchi che bacchette di carbonio, ottenute per impregnazione dei fili o con un legante organico seguito da carbonizzazione, oppure con carbone pirolitico da fase gassosa. Il tipo e la distribuzione delle fibre negli scaffold di questa struttura possono variare in tutte le direzioni.

Anche i telai multidirezionali sono prodotti utilizzando solo aste in carbonio. Lo svantaggio di tali ponteggi è la mancanza di integrità prima dell'introduzione della matrice di collegamento dei tiranti; il vantaggio risiede nell'elevato grado di riempimento del volume di materiale con rinforzo.