Kāpēc oglekļa šķiedra ir unikāls materiāls? Oglekļa virtuvē: Izturība Stikla šķiedras stieņu remonts.

Oglekļa šķiedra ir salikts daudzslāņu materiāls, kas ir oglekļa šķiedru tīkls termoreaktīvo polimēru (parasti epoksīda) sveķu apvalkā, ar oglekļa šķiedru pastiprinātu polimēru.

Starptautiskais nosaukums Carbon ir ogleklis, no kura iegūst oglekļa šķiedru.

Bet šobrīd oglekļa šķiedras ietver visu, kurā nesošā bāze ir oglekļa šķiedras, bet saistviela var būt dažāda. Ogleklis un oglekļa šķiedra ir apvienoti vienā terminā, radot neskaidrības patērētāju prātos. Tas ir, ogleklis vai oglekļa šķiedra ir viena un tā pati lieta.

Šis ir inovatīvs materiāls, kura augstās izmaksas ir saistītas ar darbietilpīgo tehnoloģisko procesu un lielu roku darba īpatsvaru. Uzlabojoties ražošanas procesiem un kļūstot automatizētiem, oglekļa cena samazināsies. Piemēram: 1 kg tērauda izmaksas ir mazākas par 1 USD, 1 kg Eiropā ražotas oglekļa šķiedras maksā apmēram 20 USD. Izmaksu samazināšana ir iespējama tikai ar pilnīgu procesa automatizāciju.

Oglekļa pielietojums

Oglekļa šķiedra sākotnēji tika izstrādāta sporta automašīnām un kosmosa tehnoloģijām, taču tā izcilo veiktspējas īpašību, piemēram, mazā svara un lielās izturības, dēļ ir kļuvusi plaši izplatīta citās nozarēs:

• lidmašīnu ražošanā,
• sporta inventāram: nūjām, ķiverēm, velosipēdiem.
• makšķeres,
• medicīnas iekārtas utt.

Oglekļa auduma elastība, ērtas griešanas un griešanas iespēja, kā arī sekojoša impregnēšana ar epoksīda sveķiem ļauj veidot jebkuras formas un izmēra oglekļa izstrādājumus, ieskaitot sevi. Iegūtās sagataves var slīpēt, pulēt, krāsot un fleksodrukā.

Oglekļa tehniskie parametri un īpašības

Oglekļa šķiedras plastmasas popularitāte skaidrojama ar tās unikālajām ekspluatācijas īpašībām, kas iegūtas, vienā kompozītā apvienojot materiālus ar pilnīgi atšķirīgām īpašībām - oglekļa šķiedru kā nesošo pamatni un kā saistvielu.

Visiem oglekļa šķiedru veidiem kopīgais pastiprinošais elements ir oglekļa šķiedras ar biezumu 0,005-0,010 mm, kas labi darbojas stiepē, bet kurām ir zema lieces izturība, tas ir, tās ir anizotropas, izturīgas tikai vienā virzienā, tāpēc to izmantošana ir pamatota tikai audekla formā.

Turklāt stiegrojumu var veikt ar gumiju, kas oglekļa šķiedrai piešķir pelēku nokrāsu.

Oglekļa vai oglekļa šķiedras raksturo augsta izturība, nodilumizturība, stingrība un mazs svars salīdzinājumā ar tēraudu. Tās blīvums ir no 1450 kg/m³ līdz 2000 kg/m³. Oglekļa šķiedras tehniskās īpašības var redzēt blīvuma, kušanas temperatūras un stiprības raksturlielumos.

Vēl viens elements, ko izmanto pastiprināšanai kopā ar oglekļa pavedieniem, ir . Tie ir tie paši dzeltenie pavedieni, kurus var redzēt dažos oglekļa šķiedras veidos. Daži negodīgi ražotāji krāsaino stikla šķiedru, krāsotu viskozi un polietilēna šķiedras dēvē par kevlaru, kuras saķere ar sveķiem ir daudz sliktāka nekā oglekļa šķiedrai, un stiepes izturība ir vairākas reizes zemāka.

Kevlar ir amerikāņu zīmols aramīda polimēru klasei, kas saistīta ar poliamīdiem un lavsānu. Šis nosaukums jau ir kļuvis par kopīgu lietvārdu visām šīs klases šķiedrām. Armatūra palielina izturību pret lieces slodzēm, tāpēc to plaši izmanto kombinācijā ar oglekļa šķiedru.

Kā tiek izgatavotas oglekļa šķiedras?

Šķiedras, kas sastāv no smalkākajiem oglekļa pavedieniem, iegūst, termiski apstrādājot gaisā, tas ir, oksidējot polimēru vai organiskos pavedienus (poliakrilnitrila, fenola, lignīna, viskozes) 250 °C temperatūrā 24 stundas, tas ir, praktiski pārogļojoties. viņiem. Šādi oglekļa pavediens izskatās zem mikroskopa pēc pārogļošanās.

Pēc oksidēšanās notiek karbonizācija - šķiedras karsēšana slāpeklī vai argonā temperatūrā no 800 līdz 1500 ° C, lai izveidotu struktūras, kas līdzīgas grafīta molekulām.

Pēc tam tajā pašā vidē 1300-3000 °C temperatūrā tiek veikta grafitizācija (piesātināšana ar oglekli). Šo procesu var atkārtot vairākas reizes, atdalot grafīta šķiedru no slāpekļa, palielinot oglekļa koncentrāciju un padarot to stiprāku. Jo augstāka temperatūra, jo stiprāka šķiedra. Šī apstrāde palielina oglekļa koncentrāciju šķiedrā līdz 99%.

Oglekļa šķiedru veidi. Audekls

Šķiedras var būt īsas, grieztas, tosauca“skavēts”, vai arī uz spolēm var būt nepārtraukti pavedieni.Tās var būt grīstes, dzija, rovings, ko pēc tam izmanto austu un neaustu audumu un lentu izgatavošanai. Dažreiz šķiedras tiek ieliktas polimēru matricā bez savstarpējas ripošanas (UD).

Tā kā šķiedras labi darbojas spriegojumā, bet vāji liekot un saspiežot, ideāls oglekļa šķiedras pielietojums ir izmantot to oglekļa auduma veidā. To iegūst ar dažādu veidu aušanu: skujiņas, matējums u.c., kam ir starptautiskie nosaukumi Plain, Twill, Satin. Dažreiz šķiedras tiek vienkārši pārtvertas šķērsām ar lielām šuvēm, pirms tās piepilda ar sveķiem. Pareizas šķiedras tehniskās īpašības un oglekļa šķiedras aušanas veids ir ļoti svarīgi augstas kvalitātes oglekļa šķiedras iegūšanai.

Epoksīda sveķus visbiežāk izmanto kā nesošo pamatni, kurā audumu klāj slāni pa slānim, mainot aušanas virzienu, lai vienmērīgi sadalītu orientēto šķiedru mehāniskās īpašības. Visbiežāk 1 mm oglekļa loksnes biezums satur 3-4 slāņus.

Oglekļa šķiedras priekšrocības un trūkumi

Augstākā oglekļa cena salīdzinājumā ar stiklšķiedru un stiklšķiedru ir izskaidrojama ar sarežģītāku, energoietilpīgāku daudzpakāpju tehnoloģiju, dārgiem sveķiem un dārgāku aprīkojumu (autoklāvu). Bet stiprība un elastība ir arī augstāka, kā arī daudzas citas nenoliedzamas priekšrocības:

• 40% vieglāks nekā tērauds, 20% vieglāks par alumīniju (1,7 g/cm3 - 2,8 g/cm3 - 7,8 g/cm3),
• ogleklis, kas izgatavots no oglekļa un kevlāra, ir nedaudz smagāks par oglekli un gumiju, bet daudz stiprāks, un trieciena laikā tas plaisā, drūp, bet nesadalās lauskas,
• augsta karstumizturība: ogleklis saglabā savu formu un īpašības līdz pat 2000 ○C temperatūrai.
• ir labas vibrācijas slāpēšanas īpašības un siltuma jauda,
• izturība pret koroziju,
• augsta stiepes izturība un augsta elastības robeža,
• estētika un dekorativitāte.

Bet, salīdzinot ar metāla un stikla šķiedras detaļām, oglekļa daļām ir trūkumi:

• jutība pret precīziem triecieniem,
• atjaunošanas grūtības šķembu un skrāpējumu gadījumā,
• izbalējis, izbalējis saules gaismas ietekmē, pārklāts ar laku vai emalju aizsardzībai,
• ilgs ražošanas process,
• vietās, kur saskaras ar metālu, sākas metāla korozija, tāpēc šādās vietās tiek fiksēti stikla šķiedras ieliktņi,
• Pārstrādes un atkārtotas izmantošanas grūtības.

Kā tiek ražots ogleklis

Ir šādas galvenās metodes oglekļa šķiedras izstrādājumu ražošanai.

1. Presēšanas vai “slapjā” metode

Audekls ir izklāts veidnē un piesūcināts ar epoksīda vai poliestera sveķiem. Sveķu pārpalikums tiek noņemts ar vakuuma formēšanu vai spiedienu. Produkts tiek noņemts pēc sveķu polimerizācijas. Šis process var notikt vai nu dabiski, vai arī to var paātrināt karsēšana. Parasti šī procesa rezultātā tiek iegūtas oglekļa šķiedras loksnes.

2. Cilnis

Izstrādājuma modelis (matrica) ir izgatavots no ģipša, alabastra un poliuretāna putām, uz kurām izklāj ar sveķiem piesūcinātu audumu. Rullējot ar rullīšiem, kompozītmateriālu sablīvē un noņem lieko gaisu. Pēc tam krāsnī vai nu tiek veikta paātrināta polimerizācija un konservēšana, vai arī dabiska. Šo metodi sauc par “sauso”, un no tās izgatavotie produkti ir stiprāki un vieglāki nekā ar “slapjo” metodi. Ar “sauso” metodi izgatavota izstrādājuma virsma ir rievota (ja tā nav lakota).

Šajā kategorijā ietilpst arī formēšana no lokšņu sagatavēm - prepregi.

Pamatojoties uz spēju polimerizēties, palielinoties temperatūrai, sveķus iedala “aukstos” un “karstos”. Pēdējie tiek izmantoti prepreg tehnoloģijā, kad pusfabrikāti tiek izgatavoti vairāku oglekļa šķiedras slāņu veidā, kas pārklāti ar sveķiem. Atkarībā no sveķu markas tos var uzglabāt līdz pat vairākām nedēļām nepolimerizētā stāvoklī, pārklāt ar plastmasas plēvi un izlaist starp veltņiem, lai noņemtu gaisa burbuļus un liekos sveķus. Dažreiz prepregi tiek uzglabāti ledusskapī. Pirms izstrādājuma formēšanas sagatave tiek uzkarsēta, un sveķi atkal kļūst šķidri.

3. Tinums

Vītne, lente, audums tiek uztīts uz cilindriskas sagataves oglekļa cauruļu ražošanai. Sveķus uzklāj slāni pa slānim ar otu vai rullīti un žāvē galvenokārt krāsnī.

Visos gadījumos uzklāšanas virsma tiek ieeļļota ar atbrīvošanas līdzekļiem, lai pēc sacietēšanas viegli noņemtu iegūto produktu.

DIY oglekļa šķiedra

Izstrādājumus uz oglekļa šķiedras bāzes var veidot pats, kas jau sen ir veiksmīgi izmantots gan velosipēdu, gan sporta inventāra remontā, gan automašīnu tūningā. Spēja eksperimentēt ar sveķu pildvielām un to caurspīdīguma pakāpi nodrošina plašu radošuma lauku oglekļa šķiedras automātiskās regulēšanas cienītājiem. Jūs varat lasīt vairāk par galvenajām oglekļa detaļu ražošanas metodēm.

Kā izriet no iepriekš aprakstītās tehnoloģijas, formēšanai ir nepieciešams:

• matricas forma,
• oglekļa loksne,
• veidņu smērviela gatavās sagataves vieglai noņemšanai,
• sveķi.

Kur es varu iegūt oglekļa šķiedru? Taivāna, Ķīna, Krievija. Bet Krievijā tas attiecas uz "augstas izturības strukturālajiem audumiem, kuru pamatā ir oglekļa šķiedra". Ja atrodat ceļu uzņēmumā, tad jums ir ļoti paveicies. Daudzi uzņēmumi piedāvā gatavus DIY oglekļa šķiedras apdares komplektus automašīnām un motocikliem, tostarp oglekļa šķiedras fragmentus un sveķus.

70% no pasaules oglekļa audumu tirgus ražo Taivānas un Japānas lielie zīmoli: Mitsubishi, TORAY, TOHO, CYTEC, Zoltec u.c.

Kopumā oglekļa šķiedras izgatavošanas process ar savām rokām izskatās šādi:

1. Forma ir ieeļļota ar pretlīmējošu līdzekli.
2. Pēc izžūšanas tiek uzklāts plāns sveķu slānis, uz kura tiek velmēta vai nospiesta oglekļa šķiedra, lai atbrīvotos no gaisa burbuļiem.
3. Pēc tam tiek uzklāts vēl viens impregnēšanas sveķu slānis. Atkarībā no nepieciešamajiem izstrādājuma parametriem var uzklāt vairākus auduma un sveķu slāņus.
4. Sveķi var polimerizēties gaisā. Parasti tas notiek 5 dienu laikā. Jūs varat ievietot apstrādājamo detaļu apkures skapī, kas uzkarsēta līdz 140 - 180 ◦C temperatūrai, kas ievērojami paātrinās polimerizācijas procesu.

Pēc tam izstrādājumu izņem no veidnes, noslīpē, pulē, lako, pārklāj ar gēlu vai krāso.

Mēs ceram, ka esat atradis izsmeļošu atbildi uz jautājumu “Kas ir ogleklis”?

Irina Khimich, tehniskais konsultants

Attīstītās nozares un būvniecība pēdējā laikā ir apguvušas daudzas principiāli jaunas tehnoloģijas, no kurām lielākā daļa ir saistītas ar inovatīviem materiāliem. Vienkāršs lietotājs varētu pamanīt šī procesa izpausmi būvmateriālu piemērā ar kompozītmateriālu iekļaušanu. Arī automobiļu rūpniecībā tiek ieviesti oglekļa elementi, lai uzlabotu sporta automašīnu veiktspēju. Un šīs nav visas jomas, kurās tiek izmantota ar oglekļa šķiedru pastiprināta plastmasa. Šīs sastāvdaļas pamatā ir oglekļa šķiedras, kuru fotoattēls ir parādīts zemāk. Faktiski jaunās paaudzes kompozītmateriālu unikalitāte un aktīvā izplatība slēpjas to nepārspējamās tehniskajās un fiziskajās kvalitātēs.

Saņemšanas tehnoloģija

Materiāla ražošanai tiek izmantotas dabiskas vai organiskas izcelsmes izejvielas. Turklāt īpašas apstrādes rezultātā no sākotnējās sagataves paliek tikai oglekļa atomi. Galvenais ietekmējošais spēks ir temperatūra. Tehnoloģiskais process ietver vairāku termiskās apstrādes posmu veikšanu. Pirmajā posmā primārās struktūras oksidēšanās notiek temperatūras apstākļos līdz 250 °C. Nākamajā posmā oglekļa šķiedru ražošana pāriet uz karbonizācijas procedūru, kuras rezultātā materiāls tiek karsēts slāpekļa vidē augstā temperatūrā līdz 1500 °C. Tādā veidā veidojas grafītam līdzīga struktūra. Viss ražošanas process tiek pabeigts ar galīgo apstrādi grafitizācijas veidā 3000 °C temperatūrā. Šajā posmā tīrā oglekļa saturs šķiedrās sasniedz 99%.

Kur tiek izmantota oglekļa šķiedra?

Ja pirmajos popularizācijas gados materiāls tika izmantots tikai ļoti specializētās jomās, tad šodien notiek ražošanas paplašināšanās, kurā tiek izmantota šī ķīmiskā šķiedra. Materiāls ir diezgan plastisks un neviendabīgs ekspluatācijas iespēju ziņā. Ar lielu varbūtību šādu šķiedru pielietojuma jomas paplašināsies, taču tirgū esošie materiāla noformēšanas pamatveidi jau ir izveidojušies. Īpaši var atzīmēt būvniecības nozari, medicīnu, elektrisko iekārtu, sadzīves tehnikas ražošanu uc Kas attiecas uz specializētajām jomām, oglekļa šķiedru izmantošana joprojām ir aktuāla gaisa kuģu, medicīnas elektrodu un

Ražošanas formas

Pirmkārt, tie ir karstumizturīgi tekstilizstrādājumi, starp kuriem varam izcelt audumus, diegus, adījumus, filcu u.c.. Tehnoloģiskāks virziens ir kompozītmateriālu ražošana. Varbūt šis ir visplašākais segments, kurā oglekļa šķiedra tiek pasniegta kā pamats masveida ražošanai. Jo īpaši tie ir gultņi, karstumizturīgi komponenti, detaļas un dažādi elementi, kas darbojas agresīvā vidē. Kompozītmateriāli galvenokārt ir paredzēti automobiļu tirgum, tomēr arī būvniecības nozare ir diezgan gatava izskatīt jaunus šīs ķīmiskās šķiedras ražotāju priekšlikumus.

Materiāla īpašības

Materiāla iegūšanas tehnoloģijas specifika atstāja savu zīmi uz šķiedru veiktspējas īpašībām. Rezultātā augsta termiskā pretestība ir kļuvusi par šādu izstrādājumu struktūras galveno atšķirīgo iezīmi. Papildus termiskajai iedarbībai materiāls ir izturīgs arī pret agresīvu ķīmisko vidi. Tiesa, ja oksidācijas procesā karsējot atrodas skābeklis, tas negatīvi ietekmē šķiedras. Bet oglekļa šķiedras mehāniskā izturība var konkurēt ar daudziem tradicionālajiem materiāliem, kas tiek uzskatīti par cietiem un izturīgiem pret bojājumiem. Šī kvalitāte ir īpaši izteikta oglekļa izstrādājumos. Vēl viena īpašība, kas ir pieprasīta dažādu produktu tehnologu vidū, ir absorbcijas spēja. Pateicoties tās aktīvajai virsmai, šo šķiedru var uzskatīt par efektīvu katalītisko sistēmu.

Ražotāji

Segmenta līderi ir Amerikas, Japānas un Vācijas uzņēmumi. Krievijas tehnoloģijas šajā jomā pēdējos gados praktiski nav attīstījušās un joprojām balstās uz notikumiem no PSRS laikiem. Mūsdienās pusi no pasaulē saražotajām šķiedrām ražo japāņu uzņēmumi Mitsubishi, Kureha, Teijin u.c. Otru daļu dala vācieši un amerikāņi. Tādējādi no ASV puses darbojas Cytec, bet Vācijā oglekļa šķiedru ražo SGL. Pirms neilga laika šīs jomas līderu sarakstā iekļuva Taivānas uzņēmums Formosa Plastics. Kas attiecas uz vietējo ražošanu, tikai divi uzņēmumi nodarbojas ar kompozītmateriālu izstrādi - Argon un Khimvolokno. Tajā pašā laikā nozīmīgus sasniegumus pēdējos gados ir guvuši Baltkrievijas un Ukrainas uzņēmēji, kas pēta jaunas nišas oglekļa šķiedras pastiprinātas plastmasas komerciālai izmantošanai.

Oglekļa šķiedru nākotne

Tā kā daži no oglekļa šķiedru pastiprinātas plastmasas veidi tuvākajā nākotnē ļaus ražot produktus, kas var saglabāt sākotnējo struktūru miljoniem gadu, daudzi eksperti prognozē šādu izstrādājumu pārprodukciju. Neskatoties uz to, ieinteresētie uzņēmumi turpina sacensties par tehnoloģiskiem jauninājumiem. Un tas daudzējādā ziņā ir attaisnojams, jo oglekļa šķiedru īpašības ir daudz augstākas nekā tradicionālo materiālu īpašības. Pietiek atcerēties izturību un karstumizturību. Pamatojoties uz šīm priekšrocībām, izstrādātāji pēta jaunas attīstības jomas. Materiāla ieviešana, visticamāk, aptvers ne tikai specializētas jomas, bet arī plašam patērētājam pietuvinātas jomas. Piemēram, parastos plastmasas, alumīnija un koka elementus var aizstāt ar oglekļa šķiedru, kas vairākās veiktspējas īpašībās pārspēs tradicionālos materiālus.

Secinājums

Daudzi faktori kavē inovatīvu ķīmisko šķiedru plašu izmantošanu. Viens no būtiskākajiem ir augstās izmaksas. Tā kā oglekļa šķiedras ražošanai ir jāizmanto augsto tehnoloģiju iekārtas, ne katrs uzņēmums var atļauties to ražot. Bet tas nav pats svarīgākais. Fakts ir tāds, ka ne visās jomās ražotāji ir ieinteresēti tik radikālas produktu kvalitātes izmaiņas. Tādējādi, vienlaikus palielinot viena infrastruktūras elementa izturību, ražotājs ne vienmēr var veikt līdzīgu jaunināšanu blakus esošajām sastāvdaļām. Rezultāts ir nelīdzsvarotība, kas atceļ visus jauno tehnoloģiju sasniegumus.

Divdesmit pirmais gadsimts ir pilns ar jauninājumiem, un būvniecības nozare nav izņēmums.

Viens no jaunākajiem un arvien populārākajiem materiāliem - oglekļa šķiedra - ir ieņēmis savu īsto vietu, daļēji izspiežot stikla šķiedru un līdzīgus armatūras materiālus.

Oglekļa audums: īpašības un īpašības

Stingri sakot, oglekļa šķiedra nav šī gadsimta izgudrojums. To jau sen izmanto lidmašīnu un raķešu ražošanā, taču vidusmēra cilvēks ir pazīstams ar šo materiālu oglekļa šķiedras makšķerkātu un kevlara veidā. Izgājusi ilgu tehnoloģiju apguves un uzlabošanas posmu, nozare beidzot ir kļuvusi gatava nodrošināt oglekļa audumu citām nozarēm, tostarp celtniecībai.

Oglekļa šķiedru galvenā iezīme ir to augstā īpatnējā stiepes izturība attiecībā pret pašu svaru. Ar oglekļa šķiedru pastiprinātie izstrādājumi saglabā augstāko zināmo stiepes izturību, savukārt materiāla patēriņa un kopējā svara ziņā tie ir daudz izdevīgāki par mūsdienās ierasto tēraudu.

Sākotnējā formā oglekļa šķiedra ir plāna mikrošķiedra, ko var ieaust diegos, kurus savukārt var ieaust jebkura izmēra audeklā. Pateicoties pareizai molekulu orientācijai un to spēcīgajam savienojumam, tiek sasniegta tik augsta izturība. Pretējā gadījumā šķiedras vienkārši kalpo kā pastiprinājums jebkura veida konstrukcijas pildījumam, sākot no epoksīda sveķiem līdz betonam.

Viena no izteiktākajām oglekļa šķiedras īpašībām ir tās augstā sorbcijas spēja. Ieguvums no oglekļa šķiedras izmantošanas iekšējās apdares elementu stiprināšanai ir tāds, ka ogleklis neļauj dabīgiem piemaisījumiem, krāsvielām vai šķīdinātājiem iekļūt dzīvojamo telpu gaisa vidē. Tajā pašā laikā sorbcijas procesi notiek absolūti nekaitīgi pašai šķiedrai.

Lietošanas priekšrocības

Kopumā būvniecībai interesantas ir divas oglekļa šķiedras īpašības. Pirmā – strukturālā daudzpusīgā armatūra – tiek izmantota, lai materiālam piešķirtu paaugstinātu cietību un spiedes izturību. Struktūra ir pastiprināta ar 5–10 mikronu biezu šķiedru ar dažāda garuma šķiedru. Ir lietderīgi strukturāli nostiprināt ēku apdares virsmas un nesošās konstrukcijas.

Otro oglekļa šķiedru mērķi būvniecības nozarē - iegulto stiegrojumu - veic papildus apstrādāta primārā šķiedra, kas izpaužas kā audekls, rovings, diegi, virves un stieņi, kas pastiprināti ar polimērsveķiem. Šajā gadījumā oglekļa šķiedra nestiprina pašu pildvielu kopumā, bet kalpo kā uzticama, neplīstoša pamatne.

Bet kādas ir oglekļa šķiedru priekšrocības, un kāpēc tām būtu jādod priekšroka, nevis mazāk eksotiskiem materiāliem? Sāksim ar to, ka fizikālo un ķīmisko īpašību ziņā tuvākais konkurents oglekļa šķiedrai ir stikla šķiedra, kas ir diezgan plaši izplatīta stikla šķiedras veidā iekštelpu apmetuma darbiem. Tomēr stiklam ir daudz mazāka stiepes izturība un tas ir smagāks, savukārt oglekļa polimērs ir ne tikai izturīgs, bet arī daudz labāk pielīp apkārt esošajam cietajam materiālam, pateicoties tā augstajai raksturīgajai adhēzijai.

Šādā veidā pastiprinātajam apšuvumam un konstrukcijai ir raksturīga arī paaugstināta bīdes un griezes izturība, kas vienmēr ir bijusi būtiska tērauda, ​​stikla un citu sintētisko materiālu problēma.

Tomēr tas nav bez sarežģījumiem. Jo īpaši, veicot ēku iekšējo apdari, tiek aktualizēts jautājums par oglekļa šķiedras ugunsdrošību. Skābekļa klātbūtnē tas izdeg jau aptuveni 350–400 °C temperatūrā, bet, „konservējoties” bezgaisa vidē, ogleklis saglabā savas īpašības arī sildot virs 1700 °C. Lielāku karstumizturību garantē šķiedra un tās atvasinājumi, kas pārklāti ar dažāda veida karbīdiem – tas jāņem vērā, izvēloties materiālu apdares darbiem.

Pielietojums apdares darbos

Plašam dekoratīvo apdares materiālu klāstam ir nepieciešama pamatne, kas absolūti nav uzņēmīga pret plaisāšanu. Tas ietver akrila krāsošanu, polimēru grīdas segumus, Venēcijas apmetumu un citas plānas un trauslas kompozīcijas.

Ja šī problēma nav īpaši aktuāla viltus sienām no ģipškartona, tad citiem materiāliem ir nepieciešama īpaša pieeja izteiktākas lineārās izplešanās dēļ. Piemēram, ņemsim OSB viena slāņa apvalka savienojumu nostiprināšanu un izolāciju. Gandrīz jebkura tepe vai līme gada vai divu laikā sabruks tieši šuves iekšpusē.

Šādas šuves jāaizpilda ar izturīgu polimēru līmi, un pēc tam blakus esošās malas jāpārklāj par 25-30 mm ar lenti ar plāniem oglekļa pavedieniem un vēlreiz jāpārklāj ar pildvielas slāni, rūpīgi izlīdzinot blīvējumu ar lāpstiņu.

Vairumā gadījumu šāda apstrāde neprasa turpmāku virsmas izlīdzināšanu. Apvalks iegūst monolītu izturību, un no tā izrietošos strukturālos pārspriegumus pilnībā kompensē OSB īpašības.

Līdzīgu principu var pielietot arī apmestas sienas izlīdzinot ar akrila špakteli. Šajā gadījumā oglekļa šķiedra ir neapstrīdams līderis triecienizturības un plaisāšanas izturības nodrošināšanā. Uzstādīšana tiek veikta pēc analoģijas ar stiklšķiedru:

1. Pirmkārt, plāns nepārtraukts virsmas pārklājums.
2. Pēc tam audekla ieklāšana un izlīdzināšana.
3. Pēc tam jūs varat nekavējoties sākt galīgo izlīdzināšanu.

Audekls nekādā veidā neparāda sevi uz gatavās virsmas izskatu ne pirms kompozīcijas izžūšanas, ne pēc tam.

Izmantojot oglekļa šķiedru

Ēku nesošo elementu stiprības palielināšana uz vietas vai rūpnīcā ir iespējama, pievienojot šķidrās pildvielas sastāvam oglekļa šķiedru. Oglekļa šķiedru jau var iegādāties diezgan lielos daudzumos, kas samazinās sienu, kolonnu un citu betona konstrukcijas elementu biezumu, kas piedzīvo vertikālas aksiālās spiedes slodzes. Pateicoties tam, tiek atbrīvots daudz vietas konstrukcijas izolācijai vai konstrukciju izolācijai.

Šis materiāls būs īpaši interesants pāļu režģu pamatu cienītājiem, kur oglekļa dzijas darbs ir pilnībā vizuāls. Kolonnai, kas saglabā 12–15 tonnu spiedes stiprību, ņemot vērā visas ieteicamās drošības robežas, ir aptuveni 80 mm biezs. Tā iekšpusē ir tikai divi polimēra stiegrojuma pavedieni, un abās pārējās pusēs ir uzlikti oglekļa šķipsnas.

Cik daudz oglekļa šķiedras nepieciešams betona armēšanai? Nemaz, tikai 0,05–0,12% no gatavo betona izstrādājumu masas. Koncentrācija var būt lielāka, ja runājam, piemēram, par hidrotehniskajām konstrukcijām vai betona grīdas kopnēm.

Ārējās pastiprināšanas sistēmas

Ar oglekļa šķiedru pastiprinātā konstrukcija ir tik izturīga, ka to var izmantot pat kā jostas pastiprinājumu smagi noslogotu konstrukciju elementiem. Sākot no daudzstāvu mājokļu būvniecības līdz saliekamām karkasa konstrukcijām, ārējā stiegrojuma lente nodrošina vēl nebijušu izturību pret ekspluatācijas pārslodzēm.

Būtība ir tāda, ka paša elementa serde, kas satur iestrādātu stiegrojumu, ir atlieta kā parasti, bet ar minimālu betona aizsargkārtu sānos. Pēc veidņu noņemšanas izstrādājumu, neatkarīgi no tā, vai tā ir kolonna vai stiegrojuma lente, aptin ar oglekļa auduma slāni vai biezu pavedienu un pēc tam piepilda ar smilšu betonu, kas satur šķiedru. Šī pieeja novērš nepieciešamību izmantot smago granīta betonu, vienlaikus pilnībā pārmantojot tā stiprības īpašības. Turklāt pat minimāls oglekļa betona slānis ievērojami samazina iegultās stiegrojuma koroziju.

Īpašu ārējās stiegrojuma gadījumu var saukt savienojumu ielīmēšanu ar atlokiem vai lenti, kas izgatavota no oglekļa šķiedras, oglekļa auduma ar pievienotu impregnēšanu ar epoksīda sveķiem. Šāds savienojums demonstrē trīs reizes lielāku izturību nekā parastais, kas ir nenovērtējams spāru sistēmām un īpaši kopņu piestiprināšanai pie Mauerlat.

Oglekļa materiāli un karbonizētie šķiedru materiāli. Strukturālie oglekļa audumi 3k, 6k, 12k, 24k, 48k, ražošana un piegāde. Oglekļa izolācijas audumi. dažādu iekārtu termiskai aizsardzībai, tai skaitā aizsargekrāniem un aizkariem. Oglekļa lentes, tostarp folijas oglekļa lentes. Karstumizturīgas pītas auklas. Oglekļa pavedieni, ražošana un piegāde.

Vispārīga informācija par oglekļa šķiedru

Daudzas polimēru šķiedras ir piemērotas oglekļa šķiedras ražošanai. IFI Tehniskās ražošanas grupas uzņēmumi oglekļa šķiedru ražošanā izmanto poliakrilnitrila (PAN) šķiedru. Šajā vietnes sadaļā mēs apskatīsim tikai divu veidu oglekļa šķiedras un no tiem izgatavotus izstrādājumus. Mēs neņemam vērā grafitizētās šķiedras, jo šiem produktiem mūsu vietnē ir atsevišķa sadaļa.
Un tā, saskaņā ar fiziskajām īpašībām, oglekļa šķiedra ir sadalīta augstas stiprības oglekļa (oglekļa) šķiedrās un vispārējas nozīmes oglekļa šķiedrās (karbonizētās).

Abi dzijas veidi pēc izskata ļoti atšķiras. Labajā pusē esošajā fotoattēlā zem skaitļa 1 dzija ir izgatavota no augstas stiprības oglekļa šķiedras 12k, tas ir, dzijas, kas sastāv no 12 000 nepārtrauktiem pavedieniem. Numurēts 2, karbonizēta dzija vispārējai lietošanai. Šis ir savīts karbonizēts pavediens, kas izgatavots no divām vai vairākām šķiedrām, kuru garums ir no 25 mm līdz 100 mm.

Tā ir oglekļa (karbonizēta) vispārēja pielietojuma dzija, ko izmanto oglekļa blīvju blīvējumu ražošanai.

Karbonizētas oglekļa šķiedras

Karbonizēto šķiedru ražo divos galvenajos posmos:

1. PAN šķiedra tiek oksidēta +150°C ~ +300°C temperatūrā.

2. Oksidētā PAN šķiedra tiek karbonizēta slāpekļa vidē +1000°C ~ +1500°C temperatūrā.

Vispārējas nozīmes karbonizēto šķiedru galvenokārt izmanto siltumizolācijas izstrādājumu un tādu izstrādājumu kā audumu, lentu un auklu ražošanai. Karbonizēti audumi tiek izmantoti augstas temperatūras izolācijai. Tā ir lieliska termiskā aizsardzība dažādos rūpnieciskos lietojumos. Karbonizēts audums tiek izmantots kā amortizācijas materiāls vai kā tinums konstrukcijas elementiem, cauruļvadiem utt. Karbonizēts audums tiek izmantots aizsargekrānu un aizkaru veidā. Produkti, kas izgatavoti no karbonizētas šķiedras, darbojas temperatūrā no -100°C līdz +450°C.

Karbonizēti audumi ir lielisks moderns stiklšķiedras audumu aizstājējs. Atšķirībā no stikla šķiedras izstrādājumiem, karbonizēts audums neizraisa gļotādas kairinājumu, neizraisa ādas niezi, karbonizēts audums, auklas, lentes ir pilnīgi nekaitīgas cilvēkam. Oglekļa saturs karbonizētajās šķiedrās ir līdz 90%. Karbonizētajām šķiedrām ir laba ķīmiskā izturība, tās ir funkcionālas gandrīz visās vidēs, izņemot ļoti koncentrētas skābes, tai skaitā: slāpekļskābi (Slāpekļskābe), ortofosforskābi (ortofosforskābi), sērskābi (Sulfuric), sērskābi (Sulfurous), sālsskābi (Hydrochloric), skābeņskābi ( Skābeņskābe)) un citās vidēs, kuru pH vērtība ir mazāka par 2, t.i., pH

Oglekļa oglekļa šķiedras

Lai iegūtu oglekļa šķiedru ar augstu moduli, karbonizētās šķiedras tiek pakļautas termiskai apstrādei aptuveni +2500°C temperatūrā. No oglekļa šķiedras ražo īpašu paaugstinātas stiprības dziju, ko izmanto īpašu priekšmetu un izstrādājumu ražošanai. Viena no galvenajām vērtībām, kas raksturo oglekļa (oglekļa) dziju, ir koeficients k, kas izsaka elementāro vienlaidu šķiedru skaitu dzijā. 1k = 1000 šķiedras. Visbiežāk tiek izmantotas 1k, 3k, 6k, 12, 24k un 48k šķiedras. Ar koeficientu k apzīmē tikai oglekļa šķiedras, vispārējas nozīmes karbonizēto šķiedru īpašības un īpašības raksturo citi parametri.

Viens no galvenajiem produktiem, kas izgatavoti no augstas moduļa oglekļa šķiedras, ir strukturāls oglekļa audums. Oglekļa (oglekļa) audumi tiek izmantoti kompozītmateriālu pastiprināšanai oglekļa šķiedras pastiprinātas plastmasas ražošanā. Oglekļa šķiedras plastmasas uz sveķu un oglekļa auduma bāzes ir ļoti izturīgas pret koroziju un dažāda veida deformācijām, ļaujot ražot ļoti sarežģītus izstrādājumus ar praktiski nulle lineārās izplešanās koeficientu. Ar oglekļa šķiedru pastiprināta plastmasa samazina konstrukcijas svaru vidēji par 30%. Turklāt oglekļa šķiedra ir vadošs materiāls.
Papildus audumiem no augstas moduļa oglekļa šķiedrām tiek izgatavotas īpašas lentes, auklas, papīrs un citi izstrādājumi daudzām nozarēm.

Karbonizēts oglekļa audums RK-300

Karbonizēts oglekļa audums RK-300 tiek izmantots kā augstas temperatūras izolācija. Tā ir lieliska termiskā aizsardzība dažādos rūpnieciskos pielietojumos, un to var izmantot kā amortizējošu materiālu vai kā tinumu, kā arī aizsargekrānu un aizkaru veidā.

Karbonizēts audums RK-300 ir moderns stikla šķiedras un citu siltumizolācijas audumu, tostarp azbesta, aizstājējs. Atšķirībā no stiklplasta, karbonizēts audums nekairina elpceļu gļotādas un neizraisa ādas niezi. Salīdzinot ar azbesta audumu, karbonizētais audums RK-300 ir pilnīgi drošs cilvēkiem, turklāt tam ir nesalīdzināmi ilgāks kalpošanas laiks, lieliska ķīmiskā izturība un atkārtotas lietošanas iespēja, pateicoties tā unikālajām īpašībām.

Iespējas:

Asmens platums: 1000 mm

Biezums: 1,6 mm ~ 5,0 mm

Blīvums: 520-560 g/m²

Aust: vienkāršs

Uzmanību: Cienījamie kolēģi, dārgie partneri! Visus karbonizētās oglekļa šķiedras izstrādājumus un izstrādājumus var izgatavot no augstas stiprības un augsta moduļa oglekļa šķiedras. Kā arī pēc pieprasījuma iespējams izgatavot siltumizolācijas audumu RK-300 no augstas moduļa oglekļa šķiedras - auduma RK-300H. Oglekļa šķiedras auduma RK-300H parametri. Asmens platums: 1000mm ~ 1500mm; Biezums: 1.0mm ~ 6.0mm; Blīvums: g/m? atkarībā no biezuma; Darba temperatūra: -100°С +1200°С

Karbonizēts oglekļa audums ar vienas puses alumīnija pārklājumu RK-300AF

Oglekļa karbonizēts audums RK-300AF ir moderna, ļoti uzticama rūpnieciskā siltumizolācija. Lielisks stiklšķiedras un azbesta audumu aizstājējs. Atšķirībā no stikla šķiedras un azbesta audumiem, karbonizēts audums ir pilnīgi nekaitīgs.

Vienpusēja alumīnija uzklāšana uz karbonizēta auduma nodrošina vēl labākas siltumizolācijas īpašības. Alumīnija slānis uz auduma ir termiskais ekrāns, kas atspoguļo augstu temperatūru, ja audumu izmanto kā termo aizkaru. Tajā pašā laikā, izmantojot RK-300AF kā tinumu siltumizolācijas materiālu, alumīnija slānis nodrošina stabilas temperatūras uzturēšanu izolētās sistēmas iekšpusē.

Iespējas:

Asmens platums: 1000 mm

Biezums: 1,6 mm ~ 5,0 mm

Blīvums: 520 ~ 560gsm?

Darba temperatūra: -100°С +450°С

Aust: vienkāršs

Uzmanību: Tekstils RK-300HAF

Karbonizēta oglekļa lente

Siltumizolācijas lentes, kas izgatavotas no karbonizētas oglekļa šķiedras, ir lielisks, mūsdienīgs azbesta lentu un stikla lentu aizstājējs. Oglekļa lentes fizikālo un mehānisko īpašību ziņā ir ievērojami pārākas par azbesta lentēm un stikla šķiedras lentēm, kā arī tām ir plašāks ķīmiskās izturības diapazons. Turklāt karbonizētās lentes ir pilnīgi drošas cilvēkiem un videi draudzīgas. Oglekļa karbonizētās lentes tiek izmantotas kabeļu kanālu, instrumentu un mašīnu elementu, cauruļvadu un citu sistēmu un iekārtu siltumizolācijai, kas darbojas temperatūrā līdz +450°C.

Mēs ražojam 2 veidu karbonizētās oglekļa lentes:

RK-300T lente ir karbonizēta oglekļa lente bez pārklājuma.

RK-300TAF lente ir karbonizēta oglekļa lente ar plānu alumīnija slāni, kas uzklāts vienā pusē.

Iespējas:

• Asmens platums: 5.0mm ~ 1000mm
• Biezums: 1,6 mm ~ 5,0 mm
• Blīvums: 520 ~ 560gsm?
• Darba temperatūra: -100°С +450°С
• Aust: vienkāršs

Lentes RK-300THAF un RK-300TH izgatavots no augstas stiprības un augsta moduļa oglekļa šķiedras. Darba temperatūra: -100°C +1200°C.

Oglekļa aukla, pīta RK-300RS

Oglekļa auklas ir izgatavotas gan no vispārējas nozīmes karbonizētas oglekļa šķiedras, gan no augsta moduļa oglekļa šķiedras. Auklas tiek izgatavotas gan ar apaļu, gan kvadrātveida šķērsgriezumu, izmantojot aušanas metodi. Oglekļa auklas var izgatavot, izmantojot pīšanas metodi, kā arī izmantojot viena slāņa vai daudzslāņu serdes pinumu. Auklu ražošanā, lai iegūtu nepieciešamās galaprodukta īpašības, kopā ar oglekļa dziju var izmantot arī cita veida dzijas, tostarp keramikas, aramīda, stikla šķiedras dziju.

Oglekļa auklas tiek izmantotas kā ugunsdrošas, karstumizturīgas un karstumizturīgas blīves daudzos rūpnieciskos lietojumos. Oglekļa auklas ir ievērojami pārākas par līdzīgiem izstrādājumiem, kas izgatavoti no cita veida šķiedrām gandrīz visos fizikālajos, mehāniskajos un tehniskajos rādītājos, turklāt auklas, kas izgatavotas no oglekļa šķiedras ar augstu moduli, ir ķīmiski pilnīgi inertas, to skābes pH indekss ir robežās no 0 ~14, kas ļauj tos izmantot vidē jebkuras koncentrētas skābes un sārmus.

Tāpat atšķirībā no stikla šķiedras auklām, kas izdala smalkus stikla putekļus, kas kairina acu gļotādu, deguna blakusdobumus, aukslēju un izraisa ādas niezi, oglekļa auklas ir pilnīgi nekaitīgas. Augsta moduļa šķiedru oglekļa auklu pārraušanas slodze ir neapšaubāmi labākā.

Oglekļa auklas kalpo arī par pamatu dziedzeru blīvējumu ražošanai ar unikālām īpašībām izmantošanai gandrīz visu veidu rūpniecībā.

Iespējas:

• Darba temperatūra: +280°C~+1200°C
• Sekcijas izmēri: O4mm ~ O50.0mm un 4.0mmx4.0mm līdz 70.0mmx70.0mm

Oglekļa celtniecības audumi

Strukturālie oglekļa audumi ir izgatavoti no augsta moduļa oglekļa šķiedras pavedieniem. Oglekļa konstrukcijas audumu ražošanā izmanto dzijas ar koeficientu 1k, 3k, 6k, 12, 24k un 48k, kur k ir elementāru vienlaidu šķiedru skaits dzijā. 1k = 1000 šķiedras.

Augsta moduļa oglekļa šķiedras audumu galvenā pielietojuma joma ir kā pastiprinošs slānis siltumizolējošu, ķīmiski izturīgu kompozītmateriālu ražošanā, kā arī pildvielas oglekļa šķiedras plastmasas ražošanā.

Oglekļa šķiedras audumi tiek izgatavoti no dažāda veida aušanas atkarībā no to tālākā izmantošanas mērķa. Ir trīs galvenie oglekļa audumu aušanas veidi:

• Visizplatītākā pinuma ir vienkāršā pinuma, to raksturo šādi: 1/1. Vienkāršajā aušanā katrs velku pavediens viens pēc otra tiek savīts ar audu pavedienu. Šis aušanas veids nodrošina audumam vislabāko izturību.
• Satīna audums. Šī aušanas metode ir aprakstīta šādi: 4/1, 5/1 - 1 audu pavediens pārklājas 4, 5 šķēru pavedieni. Audumi, kas izgatavoti ar satīna pinuma metodi, ir vismazāk izturīgi, tāpēc šie audumi ir izgatavoti ļoti blīvi. Tā kā velku un audu pavedieni satīna aušanā reti izliecas, šādu audumu virsma ir vienmērīga un gluda.
• Sarža vai sarža pinuma metode. Šo aušanas veidu raksturo šādi: 2/1, 2/2, 3/1, 3/2... - šķēru diegu skaits, ko sedz audu pavedienu skaits. Sarža pinumu vizuāli viegli atpazīt pēc slīpām svītrām uz auduma virsmas.

Zemāk esošajā tabulā parādītas standarta oglekļa audumu galvenās īpašības. Šo audumu oglekļa šķiedra ir iegūta no poliakrilnitrila (PAN) šķiedrām.

Auduma zīmols	Oglekļa saturs	Elastības modulis E, GPa	Pagarinājums, %	Lineārais blīvums, g/1000m	Blīvums, 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- Janga modulis jeb elastības modulis - koeficients, kas raksturo materiāla izturību pret stiepi un spiedi elastīgās deformācijas laikā. Skaidrības labad mēs piebilstam, ka Elastības modulis E tēraudam ir no 195 GPa līdz 205 GPa, bet stikla šķiedrai no 95 GPa līdz 100 GPa. Grafitizētās oglekļa šķiedras elastības modulis ir līdz 677 GPa, savukārt volframa stieples E koeficients ir 420 GPa.

Standarta strukturālo oglekļa šķiedras audumu parametri:

• Platums: 1000mm ~ 2000mm. Maksimālais platums pēc pieprasījuma ir 2000 mm.
• Biezums: 0,25–3,0 mm
• Blīvums: 100g/m?~640g/m?
• Asmens platums: 1000 mm
• Temperatūra: līdz +1200°C
• Oglekļa saturs: >98,5%

Ir iespējams ražot oglekļa šķiedras audumus ar nestandarta parametriem.

Uztīšanas garums uz ruļļa - pēc pieprasījuma. Audums iepakots plēves un kartona kastēs.

Oglekļa audumu markas un to apzīmējumi

Visiem IFI Tehniskās ražošanas holdinga uzņēmumu ražotajiem oglekļa audumiem nosaukumā ir burti RK, kas apzīmē ražotāja preču zīmi RK™ un indeksu 300. Piemēram, oglekļa oglekļa konstrukcijas audums, kas izgatavots no 6k dzijas, tas ir, no dzijas, kas satur 6000 nepārtrauktas šķiedras, ar apzīmējumu RK-306. Oglekļa audums, kas izgatavots no attiecīgi 3k vai 12k dzijas, RK-303 un RK-312.

Pieteikums oglekļa audumu piegādei

Dārgie kolēģi! Jūs varat iegādāties oglekļa audumus jebkurā jums ērtā veidā. Mēs piedāvājam šādas iespējas:

• Produktu iegāde tieši no rūpnīcas Ķīnā. Jūs noslēdzat tiešu līgumu ar rūpnīcu un strādājat patstāvīgi. Lai to izdarītu, jums jānosūta pieprasījums uz šādu adresi: Šī e-pasta adrese ir aizsargāta pret mēstuļu robotiem. Lai to apskatītu, ir jābūt aktivizētam JavaScript. Mēs nosūtīsim jums kontaktinformāciju, tostarp tālruņa numuru un e-pasta adresi rūpnīcas darbinieks, kas atbild par eksportu.
• Produktu iegāde caur IFI Technical Production holdinga Krievijas pārstāvniecību, caur uzņēmumu Rus-Kit. Darījums tiek veikts saskaņā ar piegādes līgumu, kas noslēgts starp jūsu organizāciju un Rus-Kit uzņēmumu. Šajā gadījumā Rus-Kit uzņemas visus jautājumus par preču piegādes un muitošanas organizēšanu. Lai to izdarītu, jums arī jānosūta pieprasījums uz e-pasta adresi: Šī e-pasta adrese ir aizsargāta pret mēstuļu robotiem. Lai to aplūkotu, ir jābūt aktivizētam Javascript

Cienījamie kolēģi, dārgie sadarbības partneri!: Par visiem interesējošajiem jautājumiem par oglekļa oglekļa audumiem, kā arī citiem oglekļa šķiedras izstrādājumiem, lūdzu, sazinieties ar mums pa e-pastu Šī e-pasta adrese ir aizsargāta pret mēstuļošanu Lai to apskatītu, Jūs Jābūt iespējotam Javascript Pieprasījumiem angļu vai ķīniešu valodā, lūdzu, izmantojiet e-pasta adresi Šī e-pasta adrese ir aizsargāta pret mēstuļu robotiem. Lai to apskatītu, ir jāiespējo Javascript

Pašlaik ir izstrādāts un industrializēts liels skaits oglekļa šķiedru, kas atšķiras pēc mērķa, sastāva un īpašībām. Zīmola sortimenta pamatā galvenokārt ir sākotnējās šķiedras veids, iegūstot oglekli, izejvielu tīrība, sākotnējo šķiedru apstrādes tehnoloģija, galīgā apstrādes temperatūra (kas nosaka oglekļa struktūras pilnību un tās īpašības), Oglekļa rūpniecisko formu nepieciešamā tekstūra un to mērķis. Oglekļa šķiedru sortiments ir diezgan plašs un daudzveidīgs, ko nosaka izejvielas veids un sastāvs, spēja karsējot iziet termiskās transformācijas un apstākļi (režīmi, vide ) termisko transformāciju veikšanai, ražojot oglekļa šķiedras. Pamatojoties uz elementārajām oglekļa šķiedrām, tiek iegūtas dažādas tekstila formas, kuras tiek izmantotas kā oglekļa šķiedras materiāli (CFM) kā sastāvdaļas kompozītmateriālu ražošanai vai kā neatkarīgi materiāli (izstrādājumi). Oglekļa šķiedras materiālu zīmolu klāstu galvenokārt nosaka mērķis un nepieciešamība pēc šāda veida materiāliem mūsdienu tehnoloģiju produktiem. Uzņēmumi, kas ražo oglekļa šķiedras, parasti specializējas vairāku veidu oglekļa šķiedras materiālu ražošanā, bet uz viena veida izejvielām. Piemēram, uzņēmumi Hercules, UCC, Celanese, HITOCO, Great Lakes Carbon, Stackpole Carbon Fibers (ASV) ražo CFM, pamatojoties uz PAN šķiedrām; Tore, Toho Besoon, Nihon Kabon, Asahi Nihon Kabon Faiba, Mitsubishi Reyon, Sumitomo Kagaku (Japāna). Uzņēmums Union Carbite ražo CFM, pamatojoties uz PAN, GC un laukumiem. CFM, pamatojoties uz parastajiem laukumiem, ražo Kureha Kagaku (Japāna), Courtlands (Lielbritānija) un Serofim (Francija).

Oglekļa šķiedru īpašības

Oglekļa šķiedru armētas plastmasas īpašības ir atkarīgas no oglekļa šķiedru īpašībām, kuras savukārt nosaka organisko šķiedru (celulozes hidrāts, poliakrilnitrils, šķiedras no mezofāzes piķa) pirolīzes apstākļi, kuras pašlaik izmanto kā izejvielas oglekļa šķiedru ražošanā. .

Mehāniskās īpašības. Augstas kvalitātes augstas stiprības oglekļa šķiedru (pamatojoties uz PAN) stiepes elastības modulis (gar šķiedrām) ir 200 - 250 GPa, augsta moduļa tipa (pamatojoties uz PAN) - aptuveni 400 GPa un oglekļa šķiedrām uz šķidruma bāzes. kristāliskie piķi: 400 - 700 GPa. Tajā pašā sildīšanas temperatūrā oglekļa šķiedrām, kuru pamatā ir šķidro kristālu piķi, ir augstāks stiepes elastības modulis nekā šķiedrām, kuru pamatā ir PAN. Stiepes modulis pāri šķiedrām (lieces stinguma modulis) samazinās, palielinoties stiepes modulim gar šķiedrām. Oglekļa šķiedrām, kuru pamatā ir PAN, tas ir augstāks nekā šķiedrām, kuru pamatā ir šķidro kristālu piķi. Šķērsvirziena elastības moduli ietekmē arī atomu plakņu orientācija oglekļa šķiedras šķērsgriezumā. Augstas stiprības PAN bāzes oglekļa šķiedru aksiālā stiepes izturība ir 3,0–3,5 GPa, augstas pagarinājuma šķiedras ir ~ 4,5 GPa, bet šķiedrām ar augstu moduli – 2,0–2,5 GPa. Apstrādājot otrā veida šķiedras augstā temperatūrā, tiek iegūtas augstas moduļa šķiedras ar stiepes izturību aptuveni 3 GPa. Šķiedru stiprums, pamatojoties uz šķidro kristālu piķi, parasti ir 2,0 GPa. Grafīta kristālu stiepes izturības teorētiskā vērtība atomu režģa plakņu virzienā ir 180 GPa. Eksperimentāli izmērītā augstas stiprības un augsta moduļa PAN oglekļa šķiedru stiepes izturība 0,1 mm garā griezumā ir 9-10 GPa. Šī vērtība ir 1/20 no teorētiskās vērtības un 1/2 no pavedienveida grafīta stiprības. atsevišķi kristāli. Oglekļa šķiedrām, kuru pamatā ir šķidro kristālu piķi, līdzīgā veidā izmērītā stiprība ir 7 GPa. 17.1., 17.2. tabulā parādītas visbiežāk sastopamo oglekļa šķiedru mehāniskās īpašības.

Rūpnieciski ražoto oglekļa šķiedru mazāka izturība ir saistīta ar to, ka tās nav monokristāli un to mikroskopiskajā struktūrā ir būtiskas novirzes no regularitātes. Oglekļa šķiedru īpašības var ievērojami uzlabot līdz pārrāvuma pagarinājumam 2% un stiprībai 5 GPa un vairāk.

17.1. tabula. Oglekļa šķiedras mehāniskās īpašības.

Raksturīgs	CF, pamatojoties uz PAN			HC pamatā šķidro kristālu piķi
	augsta izturība	augsts pagarinājums	ļoti modulāra
Šķiedras diametrs, nm
Stiepes elastības modulis, GPa
Pārrāvuma stiepes spriegums, GPa
Stiepes pagarinājums, %
Blīvums, g/cm3
Īpatnējais stiprums, m

17.2. tabula. Oglekļa šķiedru fizikālās un mehāniskās īpašības.

Oriģināls šķiedra	Diametrs, µm	Blīvums, g/cm 3	Pārrāvuma stiepes spriegums, MPa	Stiepes elastības modulis, E, GPa	Sēklinieku forma
Poliakrilnitrils					Nepārtraukts žņaugs
Viskoze					Nepārtraukts žņaugs

Kā redzams tabulās, oglekļa šķiedrām ir zems blīvums un augsta stiepes izturība un elastības modulis. Līdz ar to oglekļa šķiedrām ir augsta izturība un īpatnējais elastības modulis. Oglekļa šķiedru raksturīgākā iezīme ir to augstais īpatnējais elastības modulis. Tas ļauj veiksmīgi izmantot oglekļa šķiedras stiegrojuma materiāliem strukturālām vajadzībām. Salīdzinot augsta moduļa šķiedras ar līdzīga ķīmiskā sastāva šķiedrām ar zemu moduli, jāatzīmē, ka, palielinoties oglekļa šķiedru elastības modulim un blīvumam, samazinās slēgto poru apjoms, vidējais diametrs un īpatnējais virsmas laukums, un tā uzlabojas elektrovadītspēja.

Elektriskās īpašības. Elastības moduļa pieaugums, samazinoties tekstūras leņķim, nozīmē, ka oglekļa šķiedras struktūra tuvojas grafīta struktūrai, kurai ir metāla vadītspēja sešstūra slāņa virzienā. Oglekļa šķiedrām, kas iegūtas temperatūrā, kas nav zemāka par 1000°C, ir augsta elektrovadītspēja (vairāk nekā 102 Ohm -1 -cm -1). Mainot elastības moduli un līdz ar to arī oglekļa pildvielas elektriskās īpašības, ir iespējams regulēt kompozītmateriāla elektriskās īpašības.Organisko šķiedru pārvēršanas procesā oglekļa šķiedrās notiek pāreja pa visām vadīšanas joslām. Sākotnējās šķiedras ir dielektriķi, karbonizācijas laikā elektriskā pretestība strauji samazinās, tad, paaugstinoties apstrādes temperatūrai virs 1000 o C, lai gan tā turpina samazināties, tā ir mazāk intensīva. Karbonizētās šķiedras tiek klasificētas kā pusvadītāji pēc vadītspējas veida, savukārt grafitizētās šķiedras aptver diapazonu no pusvadītājiem līdz vadītājiem, tuvojoties pēdējiem, paaugstinoties apstrādes temperatūrai. Oglekļa šķiedrām vadītspējas atkarību no temperatūras nosaka to apstrādes beigu temperatūra un līdz ar to elektronu koncentrācija un kristalītu izmēri.

Jāņem vērā, ka jo augstāka ir karbonizācijas temperatūra, jo zemāks ir elektriskās vadītspējas temperatūras koeficients. Oglekļa šķiedrām ir caurums un elektroniskā vadītspēja. Pieaugot temperatūras apstrādei, ko papildina struktūras uzlabošanās un elektronu skaita palielināšanās, samazinās vadītspējas joslas sprauga, līdz ar to palielinās elektrovadītspēja, kas augstā temperatūrā apstrādātām šķiedrām tuvojas vadītāju elektrovadītspējai absolūtajā vērtībā.

Termiskās īpašības. Viena no augsta moduļa oglekļa šķiedru anizotropās struktūras pazīmju izpausmēm ir negatīvs termiskās lineārās izplešanās koeficients pa šķiedras asi, kas palielina atlikušo spriegumu līmeni šķiedrās ar augstu moduli. Šķiedrām ar lielu elastības moduli koeficients ir augstāks absolūtā vērtībā, un tam ir negatīva vērtība plašākā temperatūras diapazonā. Tādējādi oglekļa šķiedrām, kas izgatavotas no PAN šķiedras (17.11. attēls), koeficienta maksimālā (absolūtā vērtībā) vērtība tiek novērota pie 0°C, un, pieaugot temperatūrai, tās zīme mainās uz pretējo (temperatūrā virs 360°C). šķiedra ar E= 380 GPa un virs 220 °C šķiedrām ar E= 280 GPa. Jāņem vērā, ka līkne 3.11. attēlā labi sakrīt ar līdzīgu pirolītiskā grafīta režģa termiskās izplešanās koeficienta atkarību pa asi A.

Pateicoties augstajai C-C saites enerģijai, oglekļa šķiedras ļoti augstās temperatūrās paliek cietas, nodrošinot kompozītmateriālam augstas temperatūras izturību. Augsta moduļa šķiedras īstermiņa stiepes izturība, kas satur 99,7 masas. % oglekļa paliek praktiski nemainīgs neitrālā un reducējošā vidē līdz 2200 °C. Tas nemainās arī zemā temperatūrā. Oksidējošā vidē oglekļa šķiedras izturība paliek nemainīga līdz 450°C. Šķiedras virsmu no oksidēšanās aizsargā skābekli izturīgi aizsargpārklājumi, kas izgatavoti no ugunsizturīgiem savienojumiem vai karstumizturīgām saistvielām; Pirolītiskie pārklājumi tiek izmantoti visplašāk.

17.11. attēls. Termiskās lineārās izplešanās koeficienta atkarība

gar graudu oglekļa šķiedrām ar elastības moduli 380 (1)

un 280 GPa (2) no temperatūras.

Ķīmiskās īpašības. Oglekļa šķiedras atšķiras no citām pildvielām ar ķīmisko inerci. Oglekļa šķiedru ķīmiskā izturība ir atkarīga no galīgās apstrādes temperatūras, šķiedras struktūras un virsmas, kā arī izejvielu veida un tīrības. Pēc no PAN šķiedras iegūto augsta moduļa šķiedru iedarbības uz agresīviem šķidrumiem 257 dienas istabas temperatūrā, tikai ortofosforskābes, slāpekļskābes un sērskābes iedarbībā novērojama jūtama stiepes izturības samazināšanās (17.3. tabula).

17.3. tabula. Ķīmiskā izturība agresīvā vidē augsta moduļa ogļūdeņražiem, pamatojoties uz PAN (ekspozīcijas ilgums 257 dienas).

Reaģenti	Temperatūra, °C	Diametrs šķiedras, nm	σ R , MPa	E R , GPa
Kontrolšķiedras paraugs
Skābe (50%):
Ogles
Ortofosfors
Etiķa ledus
Nātrija hidroksīda šķīdums,

Paraugu elastības modulis mainās tikai 50% slāpekļskābes šķīduma ietekmē. Sārmainās stikla šķiedras stiprība pēc 240 stundu iedarbības 5% sērskābes vai slāpekļskābes šķīdumos samazinās attiecīgi par 41 un 39%. Paaugstinoties temperatūrai, oglekļa šķiedras izturība pret agresīvu vidi samazinās.

Īpaši viegli oksidējas slāpekļskābes šķīdumos. Nātrija hidrohlorīda šķīdums oksidē oglekli, kā rezultātā šķiedras diametrs samazinās, un tās mehāniskās īpašības pat nedaudz uzlabojas.

Atbilstoši aktivitātes pakāpei attiecībā uz augsta moduļa oglekļa šķiedru, kas iegūta no PAN šķiedras, skābes var sakārtot šādās sērijās: HNO 3 > H 2 S0 4 > H 3 P0 4 > HC1. Jebkuras koncentrācijas un temperatūras etiķskābes un skudrskābes un sārmu šķīdumi neiznīcina oglekļa šķiedras. Oglekļa šķiedru ķīmiskā izturība nodrošina uz tām balstīto kompozītmateriālu īpašību stabilitāti.

Defekti un mitrināšana. Organisko šķiedru pirolīzi papildina to porainības palielināšanās. Oglekļa šķiedrām ar augstu moduli ir iegarenas poras un tās atšķiras no zema moduļa oglekļa šķiedrām ar rievu un plaisu orientāciju gar šķiedras asi un zemāku koncentrāciju uz virsmas. Acīmredzot zīmēšanas laikā tiek izlīdzināti daži virsmas defekti, kas ir īpaši efektīvi šķiedru augstas temperatūras apstrādes laikā. Oglekļa šķiedru virsmas porām ir dažādi izmēri. Kompozītmateriāla formēšanas laikā ar saistvielu tiek piepildītas lielas poras, kuru diametrs ir vairāki simti angstremu, un palielinās saistvielas saķeres spēks ar pildvielu. Lielākajai daļai šķiedru virsmas poru diametrs ir vairāki desmiti angstremu. Šādos mazos dobumos var iekļūt tikai saistvielas mazmolekulārie komponenti, un uz pildvielas virsmas notiek saistvielas molekulārā sieta pārdale, mainot tās sastāvu.

Šķiedru mitrināmība ar saistvielām, ko izmanto oglekļa šķiedras plastmasas ražošanā, ļoti ietekmē to īpašības. Atšķirībā no stikla šķiedrām oglekļa šķiedru virsmas enerģija ir ļoti zema, tāpēc šķiedras vāji mitrina saistvielas, un ar oglekļa šķiedru pastiprinātām plastmasām ir raksturīga zema adhēzijas izturība starp pildvielu un saistvielu. Šķiedru adhēzijas izturība ar saistvielu palielinās, ja vispirms uz šķiedru virsmas tiek uzklāts plāns monomēra slānis, kas to labi samitrina un aizpilda visas poras. Monomēra polimerizācijas rezultātā šķiedra tiek pārklāta ar plānu polimēra slāni - aizsargu, "noblīvējot" tās virsmas defektus. Pēc tam pildviela tiek apvienota ar izvēlēto saistvielu, produkts tiek formēts un plastmasa tiek sacietēta atbilstoši standarta režīmam.

Šobrīd ir piedāvātas vēl vairākas metodes oglekļa šķiedras adhēzijas stiprības palielināšanai ar saistvielu, kuru efektivitāte tiek novērtēta, palielinot kompozītmateriāla bīdes izturību:

Smērvielas plēves noņemšana no oglekļa šķiedru virsmas pēc tekstila apstrādes;

Oglekļa šķiedru virsmas kodināšana ar oksidētājiem;

Oglekļa šķiedru apdare;

Aug ūsām līdzīgi kristāli ar augstu bīdes pretestību uz šķiedru virsmas (vorserizācija vai viscerācija).

Dažos gadījumos secīgi tiek izmantotas vairākas apstrādes metodes.

Augsta moduļa oglekļa šķiedru pielūgšana ir radikālākā metode, kā palielināt oglekļa šķiedru armētas plastmasas bīdes izturību. Proporcionāli šķiedras ūsu tilpuma saturam palielinās ne tikai bīdes izturība, bet arī spiedes un lieces izturība šķērsvirzienā, jo matrica tiek pastiprināta ar kristāliem ar augstām mehāniskajām īpašībām (piemēram, stiprība ? -SiC ūsas ir 7-20 GPa pie elastības moduļa aptuveni 50 GPa). Ar augstu ūsu saturu uz šķiedras (vairāk nekā 4-7%), plastmasas izturība un elastības īpašības pasliktinās. Dažos gadījumos plastmasas stiprības samazināšanās ir saistīta ar oglekļa šķiedras stiprības zudumu vorserizācijas laikā. 17.4. tabulā parādīts, kā oglekļa šķiedras armētas plastmasas īpašības ir atkarīgas no oglekļa šķiedras virsmas sagatavošanas metodes.

17.4. tabula. Dažādu veidu augstas moduļa šķiedras virsmas sagatavošanas ietekme uz vienvirziena epoksīda oglekļa šķiedras armētas plastmasas īpašībām.

Oglekļa šķiedru virsmas sagatavošanas metode	Blīvums, g/cm 3	Breaking stress, MPa, plkst		Elastības modulis, GPa
		maiņa	locīt
Šķiedra ar lubrikantu
Kodināšana HNO 3
Smērvielas sadedzināšana azotē un impregnēšana ar epoksīdsveķiem
Pasliktināšanās silīcija karbīda ūsas

Vienādu oglekļa daudzumu (vismaz 99 mas.%) saturošu oglekļa šķiedru spēja vorserizēties no gāzes fāzes palielinās, samazinoties tās izturībai pret oksidēšanu, kas ir proporcionāla virsmas defektu koncentrācijai.

Fizikālās īpašības oglekļa šķiedras ir atkarīgas no to fona (karbonizācijas un grafitizācijas apstākļi), kā arī daži rādītāji no izejvielu īpašībām un kvalitātes. Daudzas no oglekļa šķiedru īpašībām nosaka galīgā apstrādes temperatūra, taču arī citi faktori var dot būtisku ieguldījumu. 17.5. tabulā parādītas raksturīgākās oglekļa šķiedru fizikālās īpašības.

Grafīta blīvums ir 2,26 g/cm 3, tas ievērojami pārsniedz oglekļa šķiedras blīvumu, kas ir saistīts ar pēdējās mazāk perfekto struktūru. Starp karstumizturīgām šķiedrām ogleklim ir viszemākais blīvums; tas labvēlīgi ietekmē šķiedras specifiskās mehāniskās īpašības. Grafīta šķiedrām ir mazs īpatnējais virsmas laukums.

17.5. tabula. Oglekļa šķiedru fizikālās īpašības.

Raksturīgs	Šķiedra
	gāzēts	grafitizēts
Blīvums, kg/m 3
Īpatnējās virsmas laukums, m 2 /g
Lineārās izplešanās temperatūras koeficients, 10 6 /K
Īpatnējā siltumietilpība, kJ/kg K
Siltumvadītspēja, W/(m K)
Elektriskā pretestība, 10 -5 omi m
Dielektrisko zudumu tangenss (pie 10 10 Hz)
Higroskopiskums, %

Karbonizēto šķiedru īpatnējais virsmas laukums atkarībā no to ražošanas apstākļiem un izmantoto izejvielu veida var atšķirties plašās robežās.

Lai palielinātu īpatnējo virsmu 500-1000 m2/g, oglekļa šķiedras apstrādā ar pārkarsētu ūdens tvaiku, oglekļa dioksīdu un citiem reaģentiem. Oglekļa šķiedrām ir raksturīgs neliels lineārās izplešanās koeficients, kas ir ievērojami zemāks nekā metāliem, grafītam un kvarca stiklam. Siltuma jaudas ziņā oglekļa šķiedras maz atšķiras no citām cietām vielām. Oglekļa un īpaši grafitizēto šķiedru raksturīga iezīme ir to ļoti augstā siltumvadītspēja. Tas ir raksturīgs arī grafītam. Izmantojot oglekļa šķiedras vai uz to bāzes izgatavotas kompozīcijas kā siltumizolācijas materiālus, augsta siltumvadītspēja nav vēlama, jo caur kompozītmateriālu notiek intensīva siltuma pārnese. Lai novērstu šo trūkumu, papildus oglekļa šķiedrai kompozītmateriāliem tiek pievienotas citas karstumizturīgas šķiedras, jo īpaši metāla oksīda šķiedras ar zemu siltumvadītspēju.

Oglekļa šķiedras ar attīstītu īpatnējo virsmu ir ļoti higroskopiskas, jo porās kondensējas ūdens. Grafīta šķiedrai ir zema porainība, tāpēc tās higroskopiskums ir zems. Higroskopiskumam ir liela nozīme kompozītmateriālu ražošanā.

Oglekļa šķiedru tekstila formas

Oglekļa šķiedras var ražot dažādās tekstilmateriālu struktūrās: skavotos, nepārtrauktos pavedienos, austos vai neaustos. Tauvas, dzijas, šķiedru pavedieni un neaustas sveces ir visizplatītākie pašlaik izmantotie oglekļa šķiedras konstrukciju veidi. Oglekļa šķiedrām ir augsts elastības modulis un zems pagarinājums. Tāpēc tie nevar izturēt atkārtotu deformāciju, un to izmantošana audumu ražošanā rada zināmas grūtības. Tomēr, pateicoties progresam oglekļa šķiedras ražošanas tehnoloģijā un aušanas tehnikās, no tiem ir kļuvis iespējams izgatavot visu veidu audumus.

Vienvirziena audumu (šajā gadījumā tievie pavedieni: stikla vai organiskie, kas atrodas gar audiem, kalpo tikai diegu vai dzīslu savstarpējai tehnoloģiskai savienošanai) priekšrocība ir tāda, ka tie praktiski novērš šķiedru saliekumus garenvirzienā, šķiedras ir labi orientētas, materiāls iegūts gluds un patīkams taustei. Tos ražo arī hibrīda lentu un auduma veidā kombinācijā ar stikla šķiedras pavedieniem. Šobrīd audumu klāsts ir ļoti daudzveidīgs; tie atšķiras pēc diegu blīvuma platumā, aušanas struktūras, diegu skaita attiecības garenvirzienā (gar velku) un šķērsvirzienā (gar audiem), elementāro šķiedru skaitu saišķī u.c. īpašības.

Atkarībā no lietošanas apstākļiem CFM tiek ražots vienlaidu diegu un dzīslu veidā (veidotas no 1000, 3000, 5000, 6000, 10000 un vairāk elementārām vienlaidu šķiedrām), auklas, štāpeļšķiedras, knopi, lentes, audumi (bieži kombinēti). ar polimēru vai stikla šķiedrām), vienvirziena lentas, kurās stiprus šķēru pavedienus iesien ar zemas stiprības audi, neaustiem materiāliem (filcs, paklājiem) utt. Gandrīz viss iespējamais tekstila formu klāsts ir izstrādāts un izmantots, pamatojoties uz oglekli. šķiedras.

Lai iegūtu austos izstrādājumus no oglekļa šķiedras, tiek izmantotas divas galvenās metodes: sākotnējo šķiedru aušana un sekojoša austo izstrādājumu termiskā apstrāde oglekļa šķiedras (t.i., austo formu karbonizācija un grafitizācija); oglekļa diegu, tauvu ražošana un to turpmākā tekstilizstrādājumu apstrāde. Pēdējās metodes priekšrocība ir iespēja iegūt audumus ar mazāku īpašību anizotropiju, kā arī iespēja iegūt kombinētus audumus no CF un cita veida šķiedrām; trūkums ir CF trauslums un ar to saistītās grūtības tekstila apstrādes laikā. .

17.12.attēlā parādīti dažu speciālo audumu veidi: negrozīts audums, kurā, novēršot oglekļa šķiedru lieces, tiek novērsti šķiedru bojājumi un stiprības zudums; spirālveida audums, kurā oglekļa šķiedras ir sakārtotas spirālē un savstarpēji savienotas radiālā virzienā; audumi ar oglekļa šķiedras orientāciju 0,30 un 60° leņķī; trīsdimensiju audumi, kuros arī oglekļa šķiedras ir orientētas auduma biezuma virzienā utt.

a - negrozīts audums; b - spirālveida audums; c - audums ar diegu triaksiālo orientāciju auduma plaknē; d - trīsdimensiju audums ar ortogonālu diegu tilpuma orientāciju.

1 - stikla vītne; 2 - oglekļa vītne.

17.12. attēls — speciālu audumu piemēri.

Oglekļa šķiedras audumi. Oglekļa audumu ražošanas īpašības un apstākļi ir atkarīgi no šo audumu struktūras, aušanas blīvuma, dzijas gofrēšanas, sākotnējās dzijas blīvuma un aušanas apstākļiem.

Vītņu blīvumu šķēros un audos nosaka diegu skaits 1 cm audumā attiecīgi garenvirzienā un šķērsvirzienā. "Vilku" ir dzija, kas novietota visā auduma garumā, un "audi" savijas audumu šķērsvirzienā. Tāpēc auduma blīvums, biezums un stiepes izturība ir proporcionāla diegu skaitam un aušanā izmantotās dzijas veidam. Šos parametrus var noteikt, ja ir zināms auduma dizains. Lai izveidotu izturīgus audumus, ir dažādi šķēru un audu pinumi. Variējot auduma veidu, iespējams izveidot dažādas armatūras konstrukcijas, kas zināmā mērā ietekmē no tiem izgatavoto kompozītmateriālu īpašības. Dažos gadījumos oglekļa audumu izmantošanai ir nepieciešami īpaši pinumi.

Pīt ir šaurs (mazāks par 30,5 cm plats) audums, kuram var būt vaļīga eģe (t.i., aizpildāmā dzija, kas stiepjas ārpus lentes). Oglekļa šķiedras siksnām pīto piedurkņu veidā ir raksturīga lielāka elastība, salīdzinot ar audumiem, kuru pamatā ir oglekļa šķiedra. No pinuma var ražot sarežģītas konfigurācijas izstrādājumus ar neregulāras formas virsmu utt.

Tekstila oglekļa šķiedras dzija- Tās ir atsevišķas paralēlas šķiedras vai pavedieni (saišķi), kas savākti kopā, ko vēlāk var pārstrādāt tekstilmateriālā. Nepārtrauktas atsevišķas grīstes (šķiedras) ir vienkāršākais tekstilmateriālu oglekļa šķiedras dzijas veids, kas pazīstams kā “vienkāršā dzija”. Lai izmantotu šādu dziju turpmākajā tekstilizstrādājumu apstrādē, to parasti nedaudz pagriež (mazāk par 40 m -1). Tomēr lielam skaitam audumu ir nepieciešama biezāka dzija. Šo tekstildziju klāstu var izgatavot, griežot un nūjot. Tipisks piemērs ir divu vai vairāku vienkāršu dzīslu savīšana kopā ar vienlaicīgu pārausšanu (t.i., sekojoša divu vai vairāku iepriekš savītu pavedienu savīšana).

Vīšanas un vīšanas operāciju rezultātā tiek iegūta dzija, kuras stiprums, lokanība un diametrs var atšķirties. Tas ir svarīgs priekšnoteikums dažādu audumu radīšanai, no kuriem pēc tam iegūst kompozītmateriālus.

Zirglietas sastāv no liela skaita pavedienu, kas savākti saišķī. Parasti izmanto grīstes ar pavedienu skaitu 400, 10 tūkstoši vai 160 tūkstoši. Ar dziju parasti saprot savītus pavedienus, kas sastāv no grieztām šķiedrām, savukārt roving ir pavediens (šķiedras), kas sastāv no paralēliem vai nedaudz savītiem šķiedru kūļiem. Beidzot paklājiņi (lentes) Sastāv no liela skaita (dažreiz līdz 300) oglekļa šķiedru kūļiem vai pavedieniem, kas novietoti blakus vai sašūti kopā, un tos var apstrādāt dažāda veida tekstila konstrukcijās. Īsas oglekļa šķiedras (3 - 6 mm garas) var apstrādāt filcā vai neaustā audumā, izmantojot parasto tehnoloģiju.

Oglekļa šķiedrai un oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem oglekļa šķiedras UKN-P/2500, UKN-P/5000 ar virsmas apstrādi un pavedienu skaitu vītnē ir attiecīgi 2500 un 5000, VMN-4, VMN-RK, Rovilon, VEN- 280, UKN/5000, UKN /10000, Coulomb/5000A, Coulomb/5000B ar lineāro blīvumu no 200 līdz 900 tex, ko raksturo izturība un elastības modulis diezgan plašā diapazonā. Dažu oglekļa pavedienu īpašības ir parādītas 17.6. un 17.7. tabulā.

17.6. tabula. Oglekļa pavedienu īpašības.

Rādītāji	Pildvielas zīmols
	UKN-P/2500	UKN- P/5000	UKN/ 5000	UKN/ 10000	Kulons/5000A Kulons/5000B
Lineārais blīvums, teks
Lineārā blīvuma novirze, %
Vītnes relatīvā pārraušanas slodze, ja to pārrauj cilpa, n/tex
Izmēra līdzekļa masas daļa, %
Elastības modulis, GPa
Vītnes pārrāvuma stiepes spriegums mikroplastmasā, GPa
Plastmasas pārrāvuma spriegums, GPa pie: Stiepšanās

17.7. tabula. Oglekļa pavedienu īpašības.

Rādītāji īpašības	Pildvielas zīmols
	VMN-4	VMN-RK-3	ROVILONS			VEN-280-1	VEN-280
Lineārais blīvums, teks
Lineārā blīvuma novirze, % ne vairāk
Vītnes blīvums, g/cm3
Kvēldiega pārrāvuma stiepes spriegums, GPa
Plastmasas virves elastības modulis, GPa
Troses dinamiskais elastības modulis, GPa
Virves lieces izturība plastmasas MPa

Kā oglekļa šķiedras laminātu pastiprinošā pildviela visplašāk tiek izmantotas LU-P un ELUR-P tipa oglekļa lentes, kas ir 250 mm plati ruļļi, kas cieši uztīti uz dubultatloku spolēm. Lentu galvenie raksturlielumi ir parādīti 17.8. tabulā. Oglekļa lentu īpatnība ir to zemais lineārais blīvums, kas nodrošina oglekļa šķiedras plastmasas ražošanu ar viena slāņa biezumu 0,08-0,13 mikroni.

17.8. tabula. Oglekļa lentu īpašības.

Lentes veids	Lentes platums, mm	Lineārais blīvums, g/m	Vītnes blīvums, g/cm 3	Vītņu skaits uz 10 cm, ne mazāk	Pārrāvuma stiepes spriegums oglekļa šķiedru armētā plastmasā, GPa, ne mazāks	Pārrāvuma spriegums saspiešanas laikā ar oglekļa šķiedru pastiprinātu plastmasu, GPa, ne mazāk	Elastības modulis liecē, GPa	pildvielas tilpuma daļa oglekļa šķiedrā, %	oglekļa šķiedras blīvums, g/cm 3	Oglekļa šķiedras vienslāņa biezums, mm

Liela grupa oglekli pastiprinošu pildvielu ir austi materiāli, kuru pamatā ir oglekļa pavedieni UKN-P/2500 un UKN/P500. Tās ir austas lentes UOL-1 un UOL-2 ar platumu 300, 460 un 600 mm. (Lentes simbolā pirmais cipars ir lentes platums, otrais cipars marķējumā ir diegu veids, ko izmanto kā šķēru: 1- UKN-P/5000 vītnēm un 2- UKN-P. /2500 pavedieni.) Šajās lentēs ir tikai oglekļa pavedieni šķēru daļā un audos, lentēm ir reti stikla vai organiskie pavedieni ar lineāro blīvumu 14-30 tex. Tie tiek ražoti uz lentes aušanas stellēm.

Sortimenta paplašināšanai tiek ražotas UOL-K tipa kombinētās lentes ar oglekļa un stikla pavedienu attiecību 6:1. Galvenie austo oglekļa un kompozītmateriālu lentu raksturlielumi ir doti 3.9. tabulā. Atšķirībā no LU tipa oglekļa šķiedrām, šīs pildvielas nodrošina ar oglekļa šķiedru armētu plastmasu ar lielāku viena slāņa biezumu no 0,17 mm līdz 0,25 mm un augstāku stiprības raksturlielumu līmeni. LZHU tipa austās lentes atšķirībā no UOL tipa lentēm ir austas, izmantojot izejvielas, un tām ir oglekļa audu pavediens. LZHU lentes atšķiras ar lineāro blīvumu, izmantojot dažādus oglekļa pavedienus 2500 vai 5000 pavedienu pamatnē. Šo lentu galvenie raksturlielumi ir parādīti 4.9. tabulā.

Oglekļa audums UT-900-2.5 uz UKN-P/2500 diegiem, kas austs ar sarža pinumu, kas nodrošina vienādu velku un audu pavedienu blīvumu, būtiski atšķiras no iepriekš apspriestajiem pildvielām. Audumu īpašības un īpašības ir norādītas 17.9. tabulā.

17.9. tabula. Austo oglekļa lentu un audumu īpašības.

Vietējo un ārvalstu CFM zīmolu klāsts un īpašības ir parādītas tabulās 17.10 - 17.13.

17.13. tabulā parādītas dažas svešzemju oglekļa šķiedru īpašības no dažādām pamatšķiedrām. Tās var piegādāt patērētājam pēc virsmas apstrādes vai bez tās. Tekstila struktūras veidu un veidu oglekļa šķiedru apstrādei parasti nosaka pēc tās pielietojuma kompozītmateriālā. Tas arī nosaka kompozītmateriāla ražošanas metodi: ieklāšana, iesmidzināšana vai pultrūzija.

Tilpuma struktūras, kuru pamatā ir oglekļa šķiedras.

Viena no galvenajām pastiprināto kompozītmateriālu priekšrocībām ir augstā īpatnējā izturība stiegrojuma virzienā. Vēl viena svarīga šādu materiālu priekšrocība salīdzinājumā ar izotropiem materiāliem ir efektīva mehānisko, termofizikālo un citu īpašību anizotropijas kontrole stiegrojuma virzienā. Īpašību anizotropiju kontrolē, mainot stiegrojuma izvietojumu.

17.10. tabula. Oglekļa pildvielas strukturālām oglekļa šķiedru pastiprinātām plastmasām (Krievija).

	Tekstils	Blīvums g/cm 3
LU-P-0.1 un 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
Kulons N24-P 5
GRANĪTS P 5	vītne 400 tex
ELUR-P-0,1 4, 5	lente245±30mm
	lente 90+10 mm
	lente 90±10 mm
	lente,?= 0,235±0,015
	lente, ?= 0,175+0,015
	sarža pinums, ?= 0,22±0,02
ELUR-P-0,08 4, 5
	vītne, žņaugs
	vītne, žņaugs

Piezīme: 1 - Tornel 300, Toreyka TZOO analogs; 2 - pamatojoties uz UKN-P-5000, oglekļa-organiskās lentes UOL-55, 150, 300, 300-1, ZOOK (NPO "Khimvolokno"); UOL-300-1 (velku UKN-P-5000, 410 tex, audu SVMK 14,3 tex); UOL-ZOOK (velku UKN-P-5000, 410 tex un Armos 167 tex, audu SVMK 14,3 tex); UOL-150, 300 (velku UKM-P-5000, 390 tex, audu SVMK tex 29.4); 3 - velki un audi no UKN-P-2500 200 tex, eģe Ural N 205 tex; 4 - PAN vītnes ELUR-P, LU-P tex 33.3, UKN-P-5000 tex 850, UKN-P-2500 tex 425; 5 - P - elektroķīmiskā oksidēšana (ECHO metode); 6 - izmanto TZ konstrukciju, piemēram, TsOO un TsTMZ, ražošanai; Tex ir 1 km šķiedras masa gramos.

17.11. tabula - Oglekļa materiālu īpašības uz viskozes (hidrētas celulozes, HC) šķiedrām, termiskai aizsardzībai, adsorbcijas aktīviem materiāliem, elektroprecēm (sildītājiem). (Krievija) .

Zīmols materiāls	Tekstils formā	%	Pārrāvuma slodze uz sloksni 5cm, kgf		Elementārais spēks pavedieni, GPa
	audums, lente
Urāls TR Z/2-15	Trikotāžas izstrādājumi
Urāls TR 3/2-22	Trikotāžas izstrādājumi
Ural TM/4-22	Daudzslāņu audums
Urāls LO-22	Vienvirziena lente
Urāls LO-15	Vienvirziena lente
	tekstila pavediens
	šūšanas diegi
Urāls Tr-3/2-15E	ar virsmas apstrādātu trikotāžas izstrādājumu
Uglen, Uglen-9

17.12. tabula. Oglekļa pakulu tekstila formas un īpašības (Krievija).

Iespējas	Oglekļa pavedieni, pakāpes
	VMN-4	ROVILONS	VPR-19(s)	VNV
Izejvielas		Nitroni 650 -1700 tex	Nitrons 850 -1700 tex
Vītņu skaits, gab
Pagriezienu skaits uz 1 m
Šķiedru (pavedienu) skaits, gab.
Garums, maks., m
Diametrs, maks., µm
Pirolīzes temperatūra, Max, °C
Blīvums, g/cm3
Stiepes izturība, ?, GPa
Stiepes elastības modulis, E, GPa
Relatīvais pagarinājums, ε, %
Smērviela

17.13. tabula. Ārvalstu rūpniecisko oglekļa šķiedru īpašības.

Šķiedra	Piegādātāja uzņēmums	Izejmateriāls	σ IN , MPa	E, GPa	 , kg/m 3	σ , 10 -4 cm/m	 utt , W/ (m  °C)	α utt , UZ -1
Fortafil 3 (0)
Fortafil 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
Selion 6000
Selion 3000
Selion 1000
Thornel 300 WYP 90 - 1/0
Tornel 300 WYP30-1/0

Uzņēmumu nosaukumi: G – “Hercules” (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".

Oglekļa kompozītmateriālu pastiprinošie elementi ir oglekļa šķiedras. Ir izstrādātas stiegrojuma konstrukcijas, kurām ir trīs, četri, pieci vai vairāk stiegrojuma virzieni. Mainot stiegrojuma attiecību dažādos virzienos, tiek radīti materiāli ar noteiktām īpašībām.

Ir vairākas kompozītmateriālu stiegrojuma konstrukciju sistēmas. Praksē sistēmas divu, trīs un n pavedieni

Materiālu, ko veido divu pavedienu sistēma, raksturīga iezīme ir noteiktas šķiedru izliekuma pakāpes velku virzienā (x ass), bet audu šķiedras (y ass) ir taisnas. Trešajā virzienā (z ass) stiegrojuma nav. Šīs materiālu grupas galvenie stiegrojuma parametri ir pamatšķiedru izliekuma pakāpe (leņķis ) un stiegrojuma koeficients.  velku un audu virzienā (17.13. attēls).

Attēls 17.13 - Armatūras shēmu varianti, ko veido divu vītņu sistēma. Blakus esošo slāņu savienošana ar virziena šķiedrām plkst: plaknē zx(A) un lidmašīnā zy(b); visā konstrukcijas biezumā un plaknē zx(V) un lidmašīnā zy(G). Savienojums caur diviem slāņiem, izmantojot virzienā X taisnas šķiedras ( d) un caur slāni un visā materiāla biezumā, izmantojot virzienā X taisnas šķiedras ( e). Savienojums caur slāni ar mainīgu blīvumu visā materiāla biezumā ( un) .

Kompozītmateriāliem, ko veido trīs vītņu sistēma, ir stiegrojums izvēlēto koordinātu asu trīs virzienos. Visbiežāk sastopamās stiegrojuma shēmas ir parādītas 17.14. attēlā.

Armatūras shēmas, kā likums, veido savstarpēji ortogonālas šķiedras (17.14. attēls, a, b), tomēr ir shēmas ar slīpu šķiedru izvietojumu (17.14. attēls, c, d). Armatūras šķiedras var būt taisnas (17.14. attēls, A), ir noteikta šķiedras izliekuma pakāpe vienā (17.14. attēls, V) vai divas (17.14. attēls, G) virzieni.Šķiedru skaits un atstatums starp tām katrā no trim virzieniem ir galvenie kompozītmateriālu parametri, kurus nosaka to izmantošanas apstākļi.

Attēls 17.14 - Armatūras shēmu opcijas, kuras veido trīs šķipsnu sistēma

ar taisnām šķiedrām trīs virzienos ( a, b),

ar taisnām šķiedrām divos virzienos ( V),

ar noteiktu šķiedru virziena pakāpi divos virzienos ( e) .

Četru šķipsnu sistēma ļauj iegūt kompozītmateriālus ar dažādām armatūras telpiskā izvietojuma iespējām. 4. iespēja ir vispopulārākā d. Tā raksturīgā iezīme ir stiegrojuma izvietojums pa četrām kuba diagonālēm. Šī ieklāšanas shēma ar vienādu stiegrojuma sadalījumu pa stiegrojuma virzieniem ļauj iegūt līdzsvara struktūru.

Vairāku vītņu sistēmas veidoto kompozītmateriālu pastiprināšana tiek veikta dažādos virzienos, visbiežāk trīs savstarpēji perpendikulārajos izvēlēto koordinātu asu virzienos un diagonālajās plaknēs, kas satur koordinātu asis. Iespējamas arī sarežģītākas stiegrojuma shēmas (17.15. Attēls). Telpiskā pastiprinājuma ģeometrija tiek veidota, pamatojoties uz materiāla iznīcināšanas apstākļiem, un tai jānodrošina mērķtiecīga īpašību anizotropija. Armatūras virzienu skaita palielināšana palīdz samazināt īpašību anizotropiju, kopējo stiegrojuma koeficientu un līdz ar to materiāla īpašību absolūtās vērtības. Materiālus ar pilnīgu elastīgo īpašību izotropiju iegūst, ieliekot stiegrojumu 31° 43 leņķī pret Dekarta koordinātu sistēmas asīm katrā no trim ortogonālajām plaknēm. Citas simetrijas raksturo noteiktu fizisko īpašību ekstremālo vērtību klātbūtne.

17.15. attēls — struktūras diagonālā izvietojuma diagramma vienā plaknē ( A) un kosmosā ( b) sistēmas veidotiem kompozītmateriāliem n diegi; vienpadsmit virzienu (11d) pastiprinājuma raksts ( V), diagonāles starp diametrālajām virsotnēm pa divām skaldnēm un gar malām.

Armēto kompozītmateriālu racionālai izmantošanai ir jāzina to maksimālie stiegrojuma koeficienti. Darbā tika pētītas iespējas ierobežot telpiski pastiprinātu konstrukciju pildījumu ar apaļa šķērsgriezuma šķiedrām. Pamatā viņi pētīja blīvo šķiedru iesaiņojumu - pieskaroties to cilindriskajām virsmām - vienā plaknē, perpendikulāri tai, kurai tika ievadītas šķiedras, "nostiprinot" slāņus. 17.14. tabulā parādītas teorētiskās maksimālās pieļaujamās stiegrojuma koeficientu vērtības dažu veidu konstrukcijām gadījumā, ja daudzvirzienu plaknes stiegrojums tika izveidots ar taisnām šķiedrām. Parametrs  (%) norāda taisnu šķiedru, kas ir perpendikulāras ieklāšanas plaknei, īpatsvaru kopējā stiegrojuma tilpumā.

17.14. tabula – limita stiegrojuma koeficienti dažiem konstrukciju veidiem.

№ p/p	Pastiprināšanas shēma	Numurs pastiprināšanas virzieni	Ieklāšana šķiedras	Šķiedru proporcija, kas ir perpendikulāra blīvēšanas plaknei, %	 utt
			Sešstūrains
			Taisnstūrveida
			Slāņains (patvaļīgs)
			Taisnstūrveida trīs plaknēs
			Sešstūrains šķērsvirziena izotrops

Kā redzams no 17.14. tabulas datiem, šķiedru klāšanas virzienu novirze no vienvirziena un plakana raksta būtiski samazina materiāla tilpuma stiegrojuma koeficientu. Ar trim savstarpēji ortogonāliem šķiedru klāšanas virzieniem maksimālais pastiprinājuma koeficients  pr tiek samazināts par 25%, salīdzinot ar koeficientu nepārtrauktai konstrukcijai. Ar četriem stiegrojuma virzieniem, no kuriem trīs rada īpašību izotropiju plaknē (17.14. tabula, 5. punkts),  utt stiegrojuma koeficients tiek samazināts salīdzinājumā ar stiegrojuma koeficientu pēc sešstūra vienvirziena raksta (17.14. tabula, 1. punkts) par 38%. 5. shēmā šķiedru slīpā ieklāšanas dēļ plaknē, tām saskaroties ar šķiedrām virzienā, kas ir ortogonāls pret plakni, ir vairāk brīvu vietu, ko aizpildīt ar matricu nekā trīs ortogonālo stiegrojuma virzienu gadījumā (17.14. tabula, 4. punkts).

Jāpiebilst, ka idealizētās shēmas kompozītmateriāla maksimālai pildīšanai ar šķiedrām jāņem vērā tikai salīdzinājumam. Reālos gadījumos tehnoloģisku vai citu apstākļu dēļ attālumi starp blakus esošajām šķiedrām mainās, un ir nepieciešams ieviest korekcijas  utt koeficienti, kas atspoguļo šķiedru dispersijas pakāpi, idealizējot struktūras ģeometriju.

Faktiskais šķiedru apjoms rāmī vienmēr ir ievērojami mazāks par aprēķināto. Tas ir saistīts ar faktu, ka vītnēm nav pareizā šķērsgriezuma forma, kas pieņemta aprēķinā, un elementārās šķiedras nav monolītas.

Metodes stiegrojuma karkasu izgatavošanai no oglekļa-oglekļa kompozītmateriāliem ir dažādas, ieskaitot sauso diegu aušanu, audumu sašūšanu, stingru stieņu montāžu no pultrudētiem oglekļa pavedieniem, vītnes uztīšanu, aušanu un šo metožu kombināciju. Visplašāk izmantotā metode ir sauso diegu aušana (ausšana). Tas ir pieņemams gan vienkāršāko daudzvirzienu rāmju ražošanai, kuros šķiedras atrodas pa taisnstūra koordinātu sistēmas (CR) asīm, gan sarežģītāko daudzvirzienu rāmju - 11 D (sk. 17.15. V). Šajā gadījumā tiek izmantoti maza diametra vītnes ar to blīvo klāšanu (17.16. Attēls), kas nodrošina mazus tukšumus un augstu rāmja blīvumu.

Sauso diegu aušanas metode ir piemērojama arī cilindrisku rāmju veidošanai. Šāda veida austas sastatnes ir parādītas 17.17. attēlā. Pastāvīga stiegrojuma blīvuma nodrošināšana cilindriskiem rāmjiem ar pieaugošu radiālo vītņu novirzi, tuvojoties ārējam diametram, tiek panākta, palielinot aksiālo vītņu saišķu diametru vai ieviešot galvenajā stiegrojuma sistēmā dažāda garuma radiālos elementus. Šādu rāmju ražošana tiek veikta aušanas mašīnās. Ir iespējams izveidot sarežģītākas struktūras.

17.16. attēls. Tipisks maza diametra šķiedru izvietojums ortogonāli pastiprinātā materiālā, lai iegūtu augstu rāmja blīvumu.

Attēls 17.17 - Vītņu izvietojums trīsvirzienu cilindriskā formā

aust .

Metožu izstrāde ortogonāli pastiprinātu rāmju izgatavošanai ļāva izveidot modificētu struktūru ar nosaukumu Mod 3. Modifikācija bija šāda: lidmašīnā xy Taisno diegu vietā tiek izmantots oglekļa audums, šķiedras ir ass virzienā z paliek taisni un iziet cauri auduma slāņiem starp šķiedrām plaknē xy. Šujot audumu ass virzienā X Tiek izmantoti gan sausie pavedieni, gan oglekļa stieņi, kas iegūti, diegu piesūcināšanu vai nu ar organisko saistvielu, kam seko karbonizācija, vai ar pirolītisko oglekli no gāzes fāzes. Šķiedru veids un sadalījums šīs struktūras sastatnēs var atšķirties visos virzienos.

Daudzvirzienu rāmji tiek ražoti arī tikai no oglekļa stieņiem. Šādu sastatņu trūkums ir integritātes trūkums pirms matricas, kas savieno stieņus, ieviešanas; priekšrocība ir augsta materiāla tilpuma piepildījuma pakāpe ar stiegrojumu.