Zakaj so ogljikova vlakna edinstven material? V karbonski kuhinji: Vzdržljivost Popravilo palic iz steklenih vlaken.

Ogljikova vlakna so kompozitni večplastni material, ki je mreža ogljikovih vlaken v ovoju iz termoreaktivnih polimernih (običajno epoksi) smol, z ogljikovimi vlakni ojačanega polimera.

Mednarodno ime Carbon je karbon, iz katerega pridobivajo karbonska vlakna.

Trenutno pa med karbonska vlakna štejemo vse, pri čemer so nosilna osnova karbonska vlakna, vezivo pa je lahko drugačno. Karbon in ogljikova vlakna so bili združeni v en izraz, kar je povzročilo zmedo v glavah potrošnikov. To pomeni, da sta ogljik ali ogljikova vlakna ista stvar.

To je inovativen material, katerega visoki stroški so posledica delovno intenzivnega tehnološkega procesa in velikega deleža ročnega dela. Ko se proizvodni procesi izboljšujejo in avtomatizirajo, se bo cena ogljika znižala. Na primer: cena 1 kg jekla je manj kot 1 dolar, 1 kg ogljikovih vlaken evropske proizvodnje stane približno 20 dolarjev. Znižanje stroškov je možno le s popolno avtomatizacijo procesa.

Uporaba ogljika

Ogljikova vlakna so bila sprva razvita za športne avtomobile in vesoljsko tehnologijo, vendar so zaradi svojih odličnih zmogljivosti, kot sta majhna teža in visoka trdnost, postala razširjena v drugih panogah:

• v proizvodnji letal,
• za športno opremo: palice, čelade, kolesa.
• ribiške palice,
• medicinska oprema itd.

Fleksibilnost karbonske tkanine, možnost njenega priročnega rezanja in rezanja ter naknadna impregnacija z epoksidno smolo vam omogočajo, da oblikujete karbonske izdelke vseh oblik in velikosti, tudi sami. Dobljene surovce je mogoče brusiti, polirati, barvati in flekso tiskati.

Tehnične značilnosti in lastnosti ogljika

Priljubljenost plastike iz ogljikovih vlaken je razložena z njenimi edinstvenimi lastnostmi delovanja, ki jih dobimo s kombinacijo materialov s popolnoma različnimi lastnostmi v enem kompozitu - ogljikovih vlaken kot nosilne osnove in kot veziva.

Ojačitveni element, ki je skupen vsem vrstam ogljikovih vlaken, so ogljikova vlakna debeline 0,005-0,010 mm, ki se dobro obnesejo pri napetosti, vendar imajo nizko upogibno trdnost, to je, da so anizotropna, močna samo v eni smeri, zato njihova uporaba je upravičen le v obliki platna.

Dodatno se lahko ojačitev izvede z gumo, ki karbonskim vlaknom daje siv odtenek.

Ogljikova ali ogljikova vlakna odlikujejo visoka trdnost, odpornost proti obrabi, togost in majhna teža v primerjavi z jeklom. Njegova gostota je od 1450 kg/m³ do 2000 kg/m³. Tehnične lastnosti ogljikovih vlaken se kažejo v gostoti, tališču in trdnostnih lastnostih.

Drugi element, ki se uporablja za ojačitev skupaj z ogljikovimi nitmi, je . To so enake rumene niti, ki jih lahko vidimo v nekaterih vrstah ogljikovih vlaken. Nekateri brezvestni proizvajalci barvana steklena vlakna, barvana viskozna in polietilenska vlakna izdajajo za kevlar, katerega oprijem na smole je veliko slabši kot pri ogljikovih vlaknih, natezna trdnost pa je nekajkrat nižja.

Kevlar je ameriška blagovna znamka za razred aramidnih polimerov, povezanih s poliamidi in lavsanom. To ime je že postalo splošno ime za vsa vlakna tega razreda. Ojačitev poveča odpornost na upogibne obremenitve, zato se pogosto uporablja v kombinaciji z ogljikovimi vlakni.

Kako so narejena ogljikova vlakna?

Vlakna, sestavljena iz najfinejših ogljikovih filamentov, so pridobljena s toplotno obdelavo na zraku, to je oksidacijo, polimernih ali organskih filamentov (poliakrilonitrilnih, fenolnih, ligninskih, viskoznih) pri temperaturi 250 ° C 24 ur, to je praktično zoglenitev. njim. Tako izgleda ogljikova nitka pod mikroskopom po zoglenenju.

Po oksidaciji pride do karbonizacije - segrevanja vlakna v dušiku ali argonu pri temperaturah od 800 do 1500 °C, da se zgradijo strukture, podobne molekulam grafita.

Nato se v istem okolju izvede grafitizacija (nasičenje z ogljikom) pri temperaturi 1300-3000 °C. Ta postopek je mogoče večkrat ponoviti, pri čemer grafitna vlakna odstranijo dušik, povečajo koncentracijo ogljika in postanejo močnejša. Višja kot je temperatura, močnejša so vlakna. Ta obdelava poveča koncentracijo ogljika v vlaknu na 99 %.

Vrste ogljikovih vlaken. Platno

Vlakna so lahko kratka, rezana, njihovaklical»spenjani« ali pa so na vretencih neprekinjene niti.To so lahko predivo, preja, roving, ki se nato uporabljajo za izdelavo tkanih in netkanih tkanin ter trakov. Včasih so vlakna položena v polimerno matrico brez prepletanja (UD).

Ker vlakna delujejo dobro pri napetosti, vendar slabo pri upogibanju in stiskanju, je idealna uporaba ogljikovih vlaken v obliki ogljikove tkanine. Pridobiva se z različnimi vrstami tkanja: ribja kost, rogoznica itd., Ki imajo mednarodna imena Plain, Twill, Satin. Včasih se vlakna preprosto prestrežejo navzkrižno z velikimi šivi, preden se napolnijo s smolo. Pravilne tehnične lastnosti vlakna in vrsta tkanja karbonskih vlaken so zelo pomembne za pridobivanje kakovostnih karbonskih vlaken.

Epoksidne smole se najpogosteje uporabljajo kot nosilna podlaga, v katero se tkanina polaga plast za plastjo, s spremembo smeri tkanja, da se mehanske lastnosti enakomerno porazdelijo usmerjena vlakna. Najpogosteje 1 mm debeline karbonske pločevine vsebuje 3-4 plasti.

Prednosti in slabosti ogljikovih vlaken

Višjo ceno ogljika v primerjavi s steklenimi vlakni in steklenimi vlakni pojasnjujejo z bolj zapleteno, energetsko intenzivnejšo večstopenjsko tehnologijo, dragimi smolami in dražjo opremo (avtoklav). Večja pa sta tudi moč in elastičnost, skupaj s številnimi drugimi nespornimi prednostmi:

• 40 % lažji od jekla, 20 % lažji od aluminija (1,7 g/cm3 - 2,8 g/cm3 - 7,8 g/cm3),
• karbon iz karbona in kevlarja je nekoliko težji od karbona in gume, vendar veliko močnejši in ob udarcu poči, se kruši, vendar ne razpade na drobce,
• visoka toplotna odpornost: karbon ohrani svojo obliko in lastnosti do temperature 2000 ○C.
• ima dobre lastnosti dušenja vibracij in toplotno zmogljivost,
• odpornost proti koroziji,
• visoka natezna trdnost in visoka meja elastičnosti,
• estetika in dekorativnost.

Toda v primerjavi s kovinskimi deli in deli iz steklenih vlaken imajo karbonski deli slabosti:

• občutljivost na natančne udarce,
• težave pri obnovi v primeru odrezkov in prask,
• bledenje, bledenje pod vplivom sončne svetlobe, prevlečeno z lakom ali emajlom za zaščito,
• dolg proces izdelave,
• na mestih stika s kovino se začne kovinska korozija, zato so na takih mestih pritrjeni vložki iz steklenih vlaken,
• Težave pri recikliranju in ponovni uporabi.

Kako nastane ogljik

Obstajajo naslednje glavne metode za proizvodnjo izdelkov iz ogljikovih vlaken.

1. Stiskanje ali "mokra" metoda

Platno je položeno v kalup in impregnirano z epoksi ali poliestrsko smolo. Odvečna smola se odstrani z vakuumskim oblikovanjem ali pritiskom. Izdelek se odstrani po polimerizaciji smole. Ta proces lahko poteka naravno ali pospešeno s segrevanjem. Običajno rezultat tega postopka so plošče iz ogljikovih vlaken.

2. Oblikovanje

Model izdelka (matrica) je izdelan iz mavca, alabastra in poliuretanske pene, na katero je položeno s smolo impregnirano blago. Pri valjanju z valji se kompozit stisne in odstrani odvečni zrak. Nato se izvede pospešena polimerizacija in utrjevanje v pečici ali naravno. Ta metoda se imenuje "suha" in izdelki iz nje so močnejši in lažji od tistih, izdelanih po "mokri" metodi. Površina izdelka, izdelanega po "suhi" metodi, je rebrasta (če ni lakirana).

V to kategorijo spada tudi oblikovanje iz surovcev pločevine - prepregov.

Glede na sposobnost polimerizacije z naraščajočo temperaturo smole delimo na "hladne" in "vroče". Slednji se uporabljajo v prepreg tehnologiji, ko so polizdelki izdelani v obliki več plasti ogljikovih vlaken, prevlečenih s smolo. Odvisno od znamke smole jih je mogoče hraniti do nekaj tednov v nepolimeriziranem stanju, prekrite s plastično folijo in jih preložite med valje, da odstranite zračne mehurčke in odvečno smolo. Včasih so prepregi shranjeni v hladilnikih. Pred oblikovanjem izdelka se obdelovanec segreje in smola ponovno postane tekoča.

3. Navijanje

Nit, trak, tkanina se navijejo na valjasto suro za izdelavo karbonskih cevi. Smolo nanašamo plast za plastjo s čopičem ali valjčkom in sušimo predvsem v sušilniku.

V vseh primerih je nanosna površina namazana z ločilnimi sredstvi za lažje odstranjevanje nastalega produkta po strjevanju.

DIY ogljikova vlakna

Izdelke na osnovi ogljikovih vlaken lahko oblikujete sami, kar se že dolgo uspešno uporablja pri popravilu koles, športne opreme in uglaševanju avtomobilov. Sposobnost eksperimentiranja s smolnimi polnili in stopnjo njegove prosojnosti ponuja široko polje za ustvarjalnost za ljubitelje samodejne nastavitve ogljikovih vlaken. Več o glavnih metodah izdelave karbonskih delov lahko preberete.

Kot izhaja iz zgoraj opisane tehnologije, je za oblikovanje potrebno:

• matrična oblika,
• karbonska plošča,
• mazivo za kalupe za enostavno odstranitev končnega obdelovanca,
• smola.

Kje lahko dobim ogljikova vlakna? Tajvan, Kitajska, Rusija. Toda v Rusiji se nanaša na "visoko trdne strukturne tkanine na osnovi ogljikovih vlaken." Če najdete pot v podjetje, potem ste zelo srečni. Številna podjetja ponujajo že pripravljene okrasne komplete iz ogljikovih vlaken za avtomobile in motorna kolesa, vključno z delci ogljikovih vlaken in smolo.

70 % svetovnega trga karbonskih tkanin proizvajajo velike tajvanske in japonske znamke: Mitsubishi, TORAY, TOHO, CYTEC, Zoltec itd.

Na splošno je postopek izdelave ogljikovih vlaken z lastnimi rokami videti takole:

1. Oblika je namazana s sredstvom proti lepljenju.
2. Ko se posuši, se nanese tanka plast smole, na katero se zvaljajo ali stisnejo karbonska vlakna, da se sprostijo zračni mehurčki.
3. Nato se nanese še ena plast impregnacijske smole. Nanese se lahko več plasti blaga in smole, odvisno od zahtevanih parametrov izdelka.
4. Smola lahko polimerizira na zraku. To se običajno zgodi v 5 dneh. Obdelovanec lahko postavite v grelno omaro, ogreto na temperaturo 140 - 180 ◦C, kar bo znatno pospešilo proces polimerizacije.

Nato se izdelek vzame iz kalupa, brusi, polira, lakira, gelira ali pobarva.

Upamo, da ste našli izčrpen odgovor na vprašanje "Kaj je ogljik"?

Irina Khimich, tehnična svetovalka

Napredna industrija in gradbeništvo sta v zadnjem času obvladala številne bistveno nove tehnologije, ki so večinoma povezane z inovativnimi materiali. Običajni uporabnik bi lahko opazil manifestacijo tega procesa na primeru gradbenih materialov z vključitvijo kompozitov. Tudi v avtomobilski industriji se karbonski elementi uvajajo za izboljšanje zmogljivosti športnih avtomobilov. In to niso vsa področja, kjer se uporablja plastika, ojačana z ogljikovimi vlakni. Osnova za to komponento so ogljikova vlakna, katerih fotografija je predstavljena spodaj. Pravzaprav je edinstvenost in aktivno širjenje kompozitov nove generacije v njihovih neprekosljivih tehničnih in fizikalnih lastnostih.

Tehnologija sprejemanja

Za izdelavo materiala se uporabljajo surovine naravnega ali organskega izvora. Nadalje, zaradi posebne obdelave ostanejo samo atomi ogljika od prvotnega obdelovanca. Glavna vplivna sila je temperatura. Tehnološki proces vključuje izvedbo več faz toplotne obdelave. Na prvi stopnji pride do oksidacije primarne strukture pri temperaturnih pogojih do 250 °C. Na naslednji stopnji proizvodnja ogljikovih vlaken preide v postopek karbonizacije, zaradi česar se material segreva v okolju dušika pri visokih temperaturah do 1500 °C. Na ta način nastane grafitu podobna struktura. Celoten proces izdelave zaključi končna obdelava v obliki grafitizacije pri 3000 °C. Na tej stopnji vsebnost čistega ogljika v vlaknih doseže 99 %.

Kje se uporabljajo ogljikova vlakna?

Če se je v prvih letih popularizacije material uporabljal izključno na visoko specializiranih področjih, danes pride do širitve proizvodnje, v kateri se uporablja to kemično vlakno. Material je precej plastičen in heterogen glede na zmogljivosti izkoriščanja. Z veliko verjetnostjo se bodo področja uporabe takih vlaken širila, vendar so se osnovne vrste predstavitve materiala na trgu že izoblikovale. Zlasti lahko omenimo gradbeništvo, medicino, proizvodnjo električne opreme, gospodinjskih aparatov itd. Kar zadeva specializirana področja, je uporaba ogljikovih vlaken še vedno pomembna za proizvajalce letal, medicinskih elektrod in

Izdelava obrazcev

V prvi vrsti so to toplotno odporni tekstilni izdelki, med katerimi lahko izpostavimo tkanine, sukance, pletenine, filc itd. Bolj tehnološka usmeritev je proizvodnja kompozitov. Morda je to najširši segment, v katerem so ogljikova vlakna predstavljena kot osnova za izdelke za množično proizvodnjo. Zlasti gre za ležaje, toplotno odporne komponente, dele in različne elemente, ki delujejo v agresivnih okoljih. Kompoziti so namenjeni predvsem avtomobilskemu trgu, vendar pa je tudi gradbena industrija precej pripravljena upoštevati nove predloge proizvajalcev tega kemičnega vlakna.

Lastnosti materiala

Posebnosti tehnologije pridobivanja materiala so pustile pečat na učinkovitosti vlaken. Posledično je visoka toplotna odpornost postala glavna značilnost strukture takšnih izdelkov. Poleg toplotnih učinkov je material odporen tudi na agresivna kemična okolja. Res je, če je med procesom oksidacije pri segrevanju prisoten kisik, to škodljivo vpliva na vlakna. Toda mehanska trdnost ogljikovih vlaken se lahko kosa z mnogimi tradicionalnimi materiali, ki veljajo za trdne in odporne na poškodbe. Ta kakovost je še posebej izrazita pri karbonskih izdelkih. Druga lastnost, po kateri povprašujejo tehnologi različnih izdelkov, je absorpcijska sposobnost. Zaradi svoje aktivne površine lahko to vlakno štejemo za učinkovit katalitični sistem.

Proizvajalci

Vodilni v segmentu so ameriška, japonska in nemška podjetja. Ruske tehnologije na tem področju se v zadnjih letih praktično niso razvile in še vedno temeljijo na razvoju iz časov ZSSR. Danes polovico vlaken, proizvedenih na svetu, proizvedejo japonska podjetja Mitsubishi, Kureha, Teijin itd. Drugi del si delijo Nemci in Američani. Tako na strani ZDA nastopa Cytec, v Nemčiji pa ogljikova vlakna proizvaja SGL. Pred kratkim se je na seznam vodilnih na tem področju uvrstilo tajvansko podjetje Formosa Plastics. Kar zadeva domačo proizvodnjo, se samo dve podjetji ukvarjata z razvojem kompozitov - Argon in Khimvolokno. Hkrati so beloruski in ukrajinski podjetniki v zadnjih letih dosegli pomembne dosežke, ki raziskujejo nove niše za komercialno uporabo plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni.

Prihodnost ogljikovih vlaken

Ker bodo nekatere vrste plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni, v bližnji prihodnosti omogočile proizvodnjo izdelkov, ki bodo svojo prvotno strukturo ohranili milijone let, mnogi strokovnjaki napovedujejo prekomerno proizvodnjo tovrstnih izdelkov. Kljub temu zainteresirana podjetja še naprej tekmujejo za tehnološke nadgradnje. In v mnogih pogledih je to upravičeno, saj so lastnosti ogljikovih vlaken za red velikosti boljše od lastnosti tradicionalnih materialov. Dovolj je, da se spomnite trdnosti in toplotne odpornosti. Na podlagi teh prednosti razvijalci raziskujejo nova področja razvoja. Uvedba materiala bo najverjetneje zajela ne le specializirana področja, temveč tudi področja, ki so blizu množičnemu potrošniku. Na primer, konvencionalne plastične, aluminijaste in lesene elemente je mogoče nadomestiti z ogljikovimi vlakni, ki bodo v številnih zmogljivostih prekašali običajne materiale.

Zaključek

Številni dejavniki ovirajo široko uporabo inovativnih kemičnih vlaken. Eden najpomembnejših je visok strošek. Ker ogljikova vlakna zahtevajo uporabo visokotehnološke opreme za proizvodnjo, si jih ne more privoščiti vsako podjetje. A to ni najpomembnejše. Dejstvo je, da niso na vseh področjih proizvajalci zainteresirani za tako korenite spremembe kakovosti izdelkov. Tako ob povečanju vzdržljivosti enega infrastrukturnega elementa proizvajalec ne more vedno izvesti podobne nadgradnje na sosednjih komponentah. Rezultat je neravnovesje, ki izniči vse dosežke novih tehnologij.

Enaindvajseto stoletje je polno inovacij in gradbena industrija ni izjema.

Eden najnovejših in vedno bolj priljubljenih materialov – ogljikova vlakna – je zavzel svoje pravo mesto in delno izpodrinil steklena vlakna in podobne ojačitvene materiale.

Karbonska tkanina: značilnosti in značilnosti

Strogo gledano, ogljikova vlakna niso izum tega stoletja. Že dolgo se uporablja v proizvodnji letal in raket, vendar povprečen človek pozna ta material v obliki ribiških palic iz ogljikovih vlaken in kevlarja. Po dolgi stopnji obvladovanja in izboljševanja tehnologije je industrija končno pripravljena ponuditi karbonske tkanine drugim industrijam, vključno z gradbeništvom.

Glavna značilnost ogljikovih vlaken je njihova visoka specifična natezna trdnost glede na lastno težo. Izdelki, ojačani z ogljikovimi vlakni, ohranjajo najvišjo znano natezno trdnost, medtem ko so glede porabe materiala in skupne teže veliko bolj donosni od danes običajnega jekla.

V svoji izvirni obliki so ogljikova vlakna tanka mikrovlakna, ki jih je mogoče spletati v niti, te pa v platno poljubne velikosti. Zaradi pravilne orientacije molekul in njihove močne povezanosti je dosežena tako visoka trdnost. V nasprotnem primeru vlakna preprosto služijo kot ojačitev za vse vrste strukturnih polnil, od epoksi smol do betona.

Ena izmed najbolj izrazitih lastnosti ogljikovih vlaken je njihova visoka sorpcijska sposobnost. Prednost uporabe ogljikovih vlaken za ojačitev notranjih zaključnih elementov je v tem, da ogljik ne dopušča prodiranja naravnih nečistoč, barvil ali topil v zračno okolje stanovanjskih prostorov. Hkrati se sorpcijski procesi odvijajo popolnoma neškodljivo za samo vlakno.

Prednosti uporabe

Na splošno sta za gradnjo zanimivi dve lastnosti ogljikovih vlaken. Prva - strukturna vsestranska ojačitev - se uporablja za povečanje trdote in tlačne trdnosti materiala. Struktura je ojačana z vlakni debeline 5–10 mikronov z različnimi dolžinami vlaken. Smiselno je konstruktivno utrditi zaključne površine in nosilne konstrukcije stavb.

Drugi namen karbonskih vlaken v gradbeništvu - vdelana armatura - se izvaja z dodatno obdelanimi primarnimi vlakni, ki so v obliki platna, rovinga, niti, vrvi in ​​palic, ojačanih s polimernimi smolami. V tem primeru ogljikova vlakna ne krepijo samega polnila kot celote, ampak služijo kot zanesljiva, proti trganju odporna podlaga zanj.

Toda kakšne so prednosti ogljikovih vlaken in zakaj bi jim dali prednost pred manj eksotičnimi materiali? Začnimo z dejstvom, da so po fizikalnih in kemijskih lastnostih najbližji tekmec karbonskim vlaknom steklena vlakna, ki so precej razširjena v obliki steklenih vlaken za notranja ometna dela. Vendar pa ima steklo veliko nižjo natezno trdnost in je težje, medtem ko ogljikov polimer ni le močan, ampak se zaradi visoke intrinzične adhezije tudi veliko bolje oprime okoliškega trdnega materiala.

Za tako ojačeno oblogo in konstrukcijo je značilna tudi povečana strižna in torzijska trdnost, kar je pri jeklu, steklu in drugih umetnih materialih že od nekdaj velik problem.

Vendar pa ne gre brez zapletov. Zlasti pri notranji obdelavi stavb se postavlja vprašanje požarne varnosti ogljikovih vlaken. V prisotnosti kisika izgori že pri temperaturah okoli 350–400 °C, vendar ogljik, ki je "konzerviran" v brezzračnem okolju, ohrani svoje lastnosti tudi pri segrevanju nad 1700 °C. Večjo toplotno odpornost zagotavljajo vlakna in njihovi derivati, prevlečeni z različnimi vrstami karbidov - to je treba upoštevati pri izbiri materiala za zaključna dela.

Uporaba pri zaključnih delih

Široka paleta dekorativnih zaključnih materialov zahteva podlago, ki absolutno ni dovzetna za razpoke. To vključuje akrilno barvanje, polimerne talne obloge, beneški omet in druge tanke in krhke kompozicije.

Če ta problem ni posebej akuten za lažne stene iz mavčnih plošč, potem drugi materiali zahtevajo poseben pristop zaradi izrazitejšega linearnega raztezanja. Za primer vzemimo ojačitev in izolacijo spojev enoslojnih oblog iz OSB. Skoraj vsak kit ali lepilo se bo v letu ali dveh zrušilo tik znotraj šiva.

Takšne spoje je treba napolniti s trpežnim polimernim lepilom, nato pa prekriti sosednje robove za 25-30 mm s trakom iz tankih ogljikovih niti in ponovno prekriti s plastjo polnila, skrbno zgladiti tesnilo z lopatico.

V večini primerov takšna obdelava ne zahteva naknadnega izravnavanja površine. Plašč prevzame monolitno trdnost, nastale strukturne prenapetosti pa so v celoti kompenzirane z lastnostmi OSB.

Podobno načelo lahko uporabimo pri zaključku izravnave ometanih sten z akrilnim kitom. V tem primeru so ogljikova vlakna nesporno vodilna pri zagotavljanju odpornosti na udarce in odpornosti proti razpokam. Namestitev se izvede po analogiji s steklenimi vlakni:

1. Najprej tanek neprekinjen premaz površine.
2. Nato polaganje platna in glajenje.
3. Po tem lahko takoj začnete končno poravnavo.

Platno se v nobenem primeru ne pozna na videzu končne površine, ne preden se kompozicija posuši ne po njem.

Uporaba ogljikovih vlaken

Povečanje trdnosti nosilnih elementov zgradb, ulitih na kraju samem ali v tovarni, je možno z dodajanjem ogljikovih vlaken tekoči polnilni sestavi. Ogljikova vlakna je že mogoče kupiti v precej velikih količinah, kar bo zmanjšalo debelino sten, stebrov in drugih elementov betonske konstrukcije, ki doživljajo navpične aksialne tlačne obremenitve. Zaradi tega se sprosti veliko prostora za konstrukcijsko izolacijo ali izolacijo konstrukcij.

Ta material bo še posebej zanimiv za ljubitelje pilotno-žarnih temeljev, kjer je delo karbonske preje popolnoma vizualno. Steber, ki vzdržuje tlačno trdnost 12–15 ton ob upoštevanju vseh priporočenih varnostnih rezerv, ima debelino približno 80 mm. V njem sta samo dve niti polimerne ojačitve, na drugih dveh straneh pa so položene niti karbonskega rovinga.

Koliko ogljikovih vlaken je potrebnih za ojačitev betona? Sploh ne, le 0,05–0,12 % mase končnih betonskih izdelkov. Koncentracija je lahko višja, če govorimo na primer o hidravličnih konstrukcijah ali betonskih talnih nosilcih.

Zunanji ojačitveni sistemi

Struktura, ojačana z ogljikovimi vlakni, je tako močna, da se lahko uporablja celo kot ojačitev pasu za elemente močno obremenjenih konstrukcij. Zunanji ojačitveni pas zagotavlja odpornost na obratovalne preobremenitve brez primere, od visokih stanovanjskih konstrukcij do montažnih okvirnih konstrukcij.

Bistvo je, da je samo jedro elementa, ki vsebuje vgrajeno ojačitev, ulito kot običajno, vendar z minimalno zaščitno plastjo betona na straneh. Po odstranitvi opaža se izdelek, pa naj gre za steber ali armaturni pas, ovije s plastjo karbonske tkanine ali debele niti in nato napolni s peskobetonom, ki vsebuje vlakna. Ta pristop odpravlja potrebo po uporabi težkega granitnega betona, hkrati pa v celoti podeduje njegove lastnosti trdnosti. Poleg tega že minimalna plast betona, armiranega s karbonom, znatno zmanjša korozijo vgrajene armature.

Poseben primer zunanje ojačitve lahko imenujemo lepljenje spojev z zavihki ali trakovi iz ogljikovih vlaken, ogljikove tkanine s spremljajočo impregnacijo z epoksi smolami. Takšna povezava ima trikrat večjo trdnost kot običajna, kar je neprecenljivo za špirovske sisteme in še posebej za pritrditev nosilcev na Mauerlat.

Ogljikovi materiali in materiali iz karboniziranih vlaken. Strukturne karbonske tkanine 3k, 6k, 12k, 24k, 48k, izdelava in dobava. Karbonske izolacijske tkanine. za toplotno zaščito različne opreme, vključno z zaščitnimi zasloni in zavesami. Ogljikovi trakovi, vključno s folijskimi ogljikovimi trakovi. Karbonske pletenice, odporne na vročino. Karbonski filamenti, proizvodnja in dobava.

Splošne informacije o ogljikovih vlaknih

Veliko polimernih vlaken je primernih za proizvodnjo ogljikovih vlaken. Podjetja skupine IFI Technical Production uporabljajo poliakrilonitrilna (PAN) vlakna za proizvodnjo ogljikovih vlaken. V tem delu spletnega mesta bomo obravnavali le dve vrsti ogljikovih vlaken in izdelke iz njih. Grafitiziranih vlaken ne upoštevamo, saj so ti izdelki na naši spletni strani ločeni.
In tako se ogljikova vlakna glede na fizikalne lastnosti delijo na ogljikova (karbonska) vlakna visoke trdnosti in ogljikova vlakna za splošno uporabo (karbonizirana).

Obe vrsti preje se po videzu zelo razlikujeta. Na desni fotografiji pod številko 1 je preja narejena iz ogljikovih vlaken visoke trdnosti 12k, to je preja sestavljena iz 12.000 neprekinjenih filamentov. Oštevilčena 2, karbonizirana preja za splošno uporabo. To je sukana karbonizirana nit iz dveh ali več vlaken dolžine od 25 mm do 100 mm.

To je ogljikova (karbonizirana) preja za splošne namene, ki se uporablja za proizvodnjo tesnil ogljikovih uvodnic.

Karbonizirana ogljikova vlakna

Karbonizirana vlakna se proizvajajo v dveh glavnih fazah:

1. PAN vlakno se oksidira pri temperaturi +150°C ~ +300°C.

2. Oksidirano PAN vlakno je karbonizirano v okolju dušika pri temperaturi +1000°C ~ +1500°C

Karbonizirana vlakna za splošno uporabo se uporabljajo predvsem za proizvodnjo toplotnoizolacijskih izdelkov in izdelkov, kot so tkanine, trakovi in ​​vrvice. Karbonizirane tkanine se uporabljajo za visokotemperaturno izolacijo. Je odlična toplotna zaščita v različnih industrijskih aplikacijah. Karbonizirana tkanina se uporablja kot blažilni material ali kot navitje za konstrukcijske elemente, cevovode itd. Karbonizirana tkanina se uporablja v obliki zaščitnih zaslonov in zaves. Izdelki iz karboniziranih vlaken delujejo pri temperaturah od -100°C do +450°C.

Karbonizirane tkanine so odličen sodoben nadomestek za tkanine iz steklenih vlaken. Za razliko od izdelkov iz steklenih vlaken, karbonizirana tkanina ne povzroča draženja sluznice, ne povzroča srbenja kože, karbonizirana tkanina, vrvice, trakovi so popolnoma neškodljivi za ljudi. Vsebnost ogljika v karboniziranih vlaknih je do 90 %. Karbonizirana vlakna imajo dobro kemično odpornost, delujejo v skoraj vseh okoljih, razen v visoko koncentriranih kislinah, vključno z: dušikovo (Nitric), ortofosforno (Orthophosphoric), žveplovo (Sulfuric), žveplovo (Sulfurous), klorovodikovo (Hydrochloric), oksalno ( oksalno) ) in v drugih okoljih, katerih vrednost pH je nižja od 2, tj.

Ogljikova vlakna

Za pridobitev ogljikovih vlaken z visokim modulom so karbonizirana vlakna izpostavljena toplotni obdelavi pri temperaturi okoli +2500 °C. Ogljikova vlakna se uporabljajo za izdelavo specialne preje povečane trdnosti, ki se uporablja za izdelavo posebnih predmetov in izdelkov. Ena od glavnih vrednosti, ki označujejo ogljikovo (ogljično) prejo, je koeficient k, ki izraža število osnovnih neprekinjenih vlaken v preji. 1k=1000 vlaken. Najpogostejša vlakna so 1k, 3k, 6k, 12, 24k in 48k. S koeficientom k označujemo samo ogljikova vlakna, lastnosti in značilnosti karboniziranih vlaken za splošno uporabo opisujejo drugi parametri.

Eden glavnih izdelkov iz ogljikovih vlaken z visokim modulom je strukturna ogljikova tkanina. Karbonske (karbonske) tkanine se uporabljajo za ojačitev kompozitnih materialov pri proizvodnji plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni. Plastika iz ogljikovih vlaken na osnovi smol in ogljikovih tkanin je zelo odporna proti koroziji in različnim vrstam deformacij, kar omogoča izdelavo zelo kompleksnih izdelkov s praktično ničelnim linearnim razteznim koeficientom. Plastika, ojačana z ogljikovimi vlakni, zmanjša težo konstrukcije v povprečju za 30 %. Poleg tega so ogljikova vlakna prevodni material.
Poleg blaga so iz visokomodulnih ogljikovih vlaken izdelani tudi posebni trakovi, vrvice, papir in drugi izdelki za številne industrije.

Karbonizirana karbonska tkanina RK-300

Karbonizirana karbonska tkanina RK-300 se uporablja kot visokotemperaturna izolacija. Je odlična toplotna zaščita v najrazličnejših industrijskih aplikacijah in se lahko uporablja kot blažilni material ali kot navijanje ter v obliki zaščitnih zaslonov in zaves.

Karbonizirana tkanina RK-300 je sodoben nadomestek za steklena vlakna in druge toplotnoizolacijske tkanine, vključno z azbestom. Karbonizirana tkanina za razliko od steklenih vlaken ne draži sluznice dihalnih poti in ne povzroča srbenja kože. Karbonizirana tkanina RK-300 je v primerjavi z azbestno tkanino popolnoma varna za človeka, poleg tega ima zaradi svojih edinstvenih lastnosti neprimerljivo daljšo življenjsko dobo, odlično kemično odpornost in možnost večkratne uporabe.

Opcije:

Širina rezila: 1000 mm

Debelina: 1,6 mm ~ 5,0 mm

Gostota: 520~560 g/m²

Vezava: navadna

Pozor: Spoštovani sodelavci, spoštovani partnerji! Vsi izdelki in izdelki iz karboniziranih ogljikovih vlaken so lahko izdelani iz ogljikovih vlaken visoke trdnosti in visokega modula. Prav tako je po naročilu možna izdelava termoizolacijske tkanine RK-300 iz visokomodulnih ogljikovih vlaken - tkanine RK-300H. Parametri tkanine iz ogljikovih vlaken RK-300H. Širina rezila: 1000 mm ~ 1500 mm; Debelina: 1,0 mm ~ 6,0 mm; Gostota: g/m? odvisno od debeline; Delovna temperatura: -100°С +1200°С

Karbonizirana karbonska tkanina z enostransko prevleko iz aluminija RK-300AF

Ogljikova karbonizirana tkanina RK-300AF je sodobna, visoko zanesljiva industrijska toplotna izolacija. Odličen nadomestek za tkanine iz steklenih vlaken in azbesta. Za razliko od steklenih vlaken in azbestnih tkanin je karbonizirana tkanina popolnoma neškodljiva.

Enostranski nanos aluminija na karbonizirano tkanino daje še boljše toplotnoizolacijske lastnosti. Plast aluminija na tkanini je toplotni zaslon, ki odbija visoko temperaturo, če se tkanina uporablja kot toplotna zavesa. Hkrati pri uporabi RK-300AF kot navijalnega toplotnoizolacijskega materiala aluminijasta plast zagotavlja vzdrževanje stabilne temperature znotraj izoliranega sistema.

Opcije:

Širina rezila: 1000 mm

Debelina: 1,6 mm ~ 5,0 mm

Gostota: 520~560gsm?

Delovna temperatura: -100°С +450°С

Vezava: navadna

Pozor: Tekstil RK-300HAF

Karboniziran karbonski trak

Toplotnoizolacijski trakovi iz karboniziranih ogljikovih vlaken so odlična, sodobna zamenjava za azbestne trakove in steklene trakove. Karbonski trakovi so po fizikalnih in mehanskih lastnostih bistveno boljši od azbestnih trakov in trakov iz steklenih vlaken, imajo pa tudi širši razpon kemične odpornosti. Poleg tega so karbonizirani trakovi popolnoma varni za ljudi in okolju prijazni. Ogljikovi karbonizirani trakovi se uporabljajo za toplotno izolacijo kabelskih kanalov, elementov instrumentov in strojev, cevovodov ter drugih sistemov in opreme, ki delujejo pri temperaturah do +450°C.

Izdelujemo 2 vrsti karboniziranih karbonskih trakov:

Trak RK-300T je karboniziran karbonski trak brez premaza.

Trak RK-300TAF je karboniziran karbonski trak z naneseno tanko plastjo aluminija na eni strani.

Opcije:

• Širina rezila: 5,0 mm ~ 1000 mm
• Debelina: 1,6 mm ~ 5,0 mm
• Gostota: 520~560gsm?
• Delovna temperatura: -100°С +450°С
• Vezava: navadna

trakovi RK-300THAF in RK-300TH izdelan iz ogljikovih vlaken visoke trdnosti in visokega modula. Delovna temperatura: -100°C +1200°C.

Karbonska vrvica, pletena RK-300RS

Karbonske vrvice so izdelane tako iz karboniziranih ogljikovih vlaken za splošno uporabo kot iz ogljikovih ogljikovih vlaken z visokim modulom. Vrvice so izdelane tako okroglega kot kvadratnega prereza po metodi tkanja. Karbonske vrvice je mogoče izdelati po metodi skoznjega pletenja, kot tudi z uporabo enoslojnega ali večslojnega pletenja jedra. Pri izdelavi vrvi se lahko za pridobitev zahtevanih lastnosti končnega izdelka skupaj z ogljikovo prejo uporabljajo druge vrste preje, vključno s keramično, aramidno in stekleno prejo.

Karbonske vrvice se uporabljajo kot ognjevarna, toplotno odporna in toplotno odporna tesnila v številnih industrijskih aplikacijah. Karbonske vrvice so po skoraj vseh fizikalnih, mehanskih in tehničnih kazalcih bistveno boljše od podobnih izdelkov iz drugih vrst vlaken, poleg tega so vrvice iz visokomodulnih karbonskih vlaken popolnoma kemično inertne, njihov kislinski pH indeks je v območju 0. ~14, kar omogoča njihovo uporabo v okoljih s kakršnimi koli koncentriranimi kislinami in alkalijami.

Tudi za razliko od vrvic iz steklenih vlaken, ki oddajajo fin stekleni prah, ki draži sluznico oči, sinusov, neba in povzroča srbečico kože, so karbonske vrvice popolnoma neškodljive. Pretržna obremenitev karbonskih vrvic iz visokomodulnih vlaken je daleč najboljša.

Karbonske vrvice služijo tudi kot osnova za proizvodnjo tesnilnih tesnil z edinstvenimi lastnostmi za uporabo v skoraj vseh vrstah industrije.

Opcije:

• Delovna temperatura: +280°C~+1200°C
• Velikosti odsekov: O4 mm ~ O50,0 mm in 4,0 mm x 4,0 mm do 70,0 mm x 70,0 mm

Karbonske konstrukcijske tkanine

Strukturne ogljikove tkanine so izdelane iz preje iz ogljikovih vlaken z visokim modulom. Pri izdelavi karbonskih konstrukcijskih tkanin se uporabljajo preje s koeficientom 1k, 3k, 6k, 12, 24k in 48k, kjer je k število elementarnih neprekinjenih vlaken v preji. 1k=1000 vlaken.

Glavno področje uporabe visokomodulnih tkanin iz ogljikovih vlaken je kot ojačitvena plast pri proizvodnji toplotno zaščitnih, kemično odpornih kompozitnih materialov, pa tudi kot polnila pri proizvodnji plastike iz ogljikovih vlaken.

Tkanine iz ogljikovih vlaken so izdelane v različnih vrstah tkanja, odvisno od njihove nadaljnje uporabe. Obstajajo tri glavne vrste tkanja ogljikovih tkanin:

• Najpogostejša vezava je navadna vezava, opisana je takole: 1/1. Pri gladkem tkanju je vsaka nit osnove ena za drugo prepletena z nitjo votka. Ta vrsta tkanja zagotavlja najboljšo trdnost tkanine.
• Tkanina iz satenskega tkanja. Ta metoda tkanja je opisana na naslednji način: 4/1, 5/1 - 1 votkovna nit prekriva 4, 5 osnovnih niti. Tkanine, izdelane po metodi satenskega tkanja, so najmanj trpežne, zato so te tkanine narejene zelo gosto. Ker se niti osnove in votka pri tkanju satena redko upognejo, je površina takih tkanin enakomerna in gladka.
• Metoda tkanja keperja ali keperja. To vrsto tkanja opisujemo na naslednji način: 2/1, 2/2, 3/1, 3/2... - število niti osnove, ki jih pokriva število niti votka. Tkanje keperja je vizualno enostavno prepoznati po poševnih črtah na površini tkanine.

Spodnja tabela prikazuje glavne značilnosti standardnih ogljikovih tkanin. Ogljikova vlakna za te tkanine so pridobljena iz poliakrilonitrilnih (PAN) vlaken.

Znamka blaga	Vsebnost ogljika	Modul elastičnosti E, GPa	Raztezek, %	Linearna gostota, g/1000m	Gostota, 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- Youngov modul ali modul elastičnosti - koeficient, ki označuje odpornost materiala na napetost in stiskanje med elastično deformacijo. Za jasnost dodamo, da je modul elastičnosti E za jeklo od 195 GPa do 205 GPa, za steklena vlakna pa od 95 GPa do 100 GPa. Modul elastičnosti grafitiziranih ogljikovih vlaken je do 677 GPa, medtem ko ima volframova žica E koeficient 420 GPa.

Parametri standardnih strukturnih tkanin iz ogljikovih vlaken:

• Širina: 1000 mm ~ 2000 mm. Največja širina na zahtevo je 2000 mm.
• Debelina: 0,25 mm ~ 3,0 mm
• Gostota: 100g/m?~640g/m?
• Širina rezila: 1000 mm
• Temperatura: do +1200°C
• Vsebnost ogljika: >98,5 %

Možno je izdelati tkanine iz ogljikovih vlaken z nestandardnimi parametri.

Dolžina navijanja na zvitek - po naročilu. Tkanina je pakirana v filmske in kartonske škatle.

Znamke ogljikovih tkanin in njihova oznaka

Vse karbonske tkanine, ki jih proizvajajo podjetja holdinga IFI Technical Production, imajo v imenu črke RK, ki označujejo blagovno znamko proizvajalca RK™ in indeks 300. Na primer, karbonska konstrukcijska tkanina iz 6k preje, to je iz preje, ki vsebuje 6000 neprekinjena vlakna, ima oznako RK-306. Karbonska tkanina iz 3k ali 12k preje, RK-303 oziroma RK-312.

Vloga za dobavo karbonskih tkanin

Spoštovani kolegi! Ogljikove tkanine lahko kupite na kateri koli način, ki vam ustreza. Ponujamo naslednje možnosti:

• Nakup izdelkov neposredno iz tovarne na Kitajskem. S tovarno sklenete neposredno pogodbo in delate samostojno. Če želite to narediti, morate poslati zahtevo na naslednji naslov: Ta e-poštni naslov je zaščiten proti smetenju. Za ogled morate imeti omogočen JavaScript. Poslali vam bomo kontaktne podatke, vključno s telefonsko številko in e-poštnim naslovom tovarniški uslužbenec, odgovoren za izvoz.
• Nakup izdelkov prek ruskega predstavništva holdinga IFI Technical Production prek podjetja Rus-Kit. Transakcija se izvede na podlagi pogodbe o dobavi, sklenjene med vašo organizacijo in podjetjem Rus-Kit. V tem primeru Rus-Kit prevzame vsa vprašanja v zvezi z organizacijo dostave in carinjenja blaga. Za to morate poslati zahtevo tudi na elektronski naslov: Ta e-poštni naslov je zaščiten proti smetenju, za ogled potrebujete Javascript.

Spoštovani sodelavci, spoštovani partnerji!: Za vsa vprašanja, ki vas zanimajo glede karbonskih karbonskih tkanin, kot tudi drugih izdelkov iz karbonskih vlaken, se obrnite na nas po e-pošti. Ta e-poštni naslov je zaščiten proti smetenju. Za ogled mora biti omogočen Javascript Za zahteve v angleščini ali kitajščini uporabite e-poštni naslov Ta e-poštni naslov je zaščiten proti smetenju. Za ogled morate imeti omogočen Javascript

Trenutno je bilo razvitih in industrializiranih veliko število ogljikovih vlaken, ki se razlikujejo po namenu, sestavi in ​​lastnostih. Sortiment blagovne znamke temelji predvsem na vrsti začetnega vlakna pri pridobivanju ogljika, čistosti surovin, tehnologiji obdelave začetnega vlakna, končni temperaturi obdelave (ki določa popolnost strukture ogljika in njegovih lastnosti), zahtevana tekstura industrijskih oblik ogljika in njihov namen.Sortiment ogljikovih vlaken je precej širok in raznolik, kar je odvisno od vrste in sestave surovine, njene sposobnosti toplotnih transformacij pri segrevanju in pogojev (režimi, okolje). ) za izvajanje toplotnih transformacij pri proizvodnji ogljikovih vlaken. Na osnovi elementarnih ogljikovih vlaken so pridobljene različne tekstilne oblike, ki se uporabljajo kot materiali iz ogljikovih vlaken (CFM) kot komponente za proizvodnjo kompozitnih materialov ali kot samostojni materiali (izdelki). Ponudbo blagovne znamke materialov iz ogljikovih vlaken določa predvsem namen in potreba po tovrstnem materialu za izdelke sodobne tehnologije. Podjetja, ki proizvajajo ogljikova vlakna, so praviloma specializirana za proizvodnjo več vrst materialov iz ogljikovih vlaken, vendar na eni vrsti surovine. Na primer, podjetja Hercules, UCC, Celanese, HITOCO, Great Lakes Carbon, Stackpole Carbon Fibers (ZDA) proizvajajo CFM na osnovi PAN vlaken; Tore, Toho Besoon, Nihon Kabon, Asahi Nihon Kabon faiba, Mitsubishi Reyon, Sumitomo Kagaku (Japonska). Podjetje Union Carbite proizvaja CFM na osnovi PAN, GC in smol. CFM na osnovi običajnih igrišč proizvajajo Kureha Kagaku (Japonska), Courtlands (Velika Britanija) in Serofim (Francija).

Lastnosti ogljikovih vlaken

Lastnosti plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni, so odvisne od lastnosti ogljikovih vlaken, te pa določajo pogoji pirolize organskih vlaken (celulozni hidrat, poliakrilonitril, vlakna iz mezofaznih smol), ki se trenutno uporabljajo kot surovine za izdelavo ogljikovih vlaken. .

Mehanske lastnosti. Natezni modul elastičnosti (vzdolž vlaken) visokokakovostnih ogljikovih vlaken visoke trdnosti (na osnovi PAN) je 200 - 250 GPa, visokomodulnega tipa (na osnovi PAN) - približno 400 GPa, ogljikovih vlaken na osnovi tekočine kristalne smole: 400 - 700 GPa. Pri enaki temperaturi segrevanja imajo ogljikova vlakna na osnovi smol iz tekočih kristalov večji natezni modul elastičnosti kot vlakna na osnovi PAN. Natezni modul čez vlakna (modul upogibne togosti) se zmanjša, ko se natezni modul vzdolž vlaken poveča. Pri ogljikovih vlaknih na osnovi PAN je višji kot pri vlaknih na osnovi tekočih kristalnih smol. Na prečni modul elastičnosti vpliva tudi orientacija atomskih ravnin v prerezu ogljikovih vlaken. Aksialna natezna trdnost visokotrdnih ogljikovih vlaken na osnovi PAN je 3,0–3,5 GPa, vlakna z visokim raztezkom so ~4,5 GPa, vlakna z visokim modulom pa 2,0–2,5 GPa. Pri visokotemperaturni obdelavi druge vrste vlaken nastanejo visokomodulna vlakna z natezno trdnostjo približno 3 GPa. Trdnost vlaken na osnovi tekočih kristalnih smol je običajno 2,0 GPa. Teoretična vrednost natezne trdnosti kristalov grafita v smeri ravnin atomske mreže je 180 GPa. Eksperimentalno izmerjena natezna trdnost visokotrdnih in visokomodulnih ogljikovih vlaken na osnovi PAN v odseku dolžine 0,1 mm je 9-10 GPa. Ta vrednost je 1/20 teoretične vrednosti in 1/2 trdnosti filamentnega grafita monokristali. Za ogljikova vlakna na osnovi tekočih kristalnih smol je trdnost, izmerjena na podoben način, 7 GPa. V tabelah 17.1, 17.2 so prikazane mehanske lastnosti najpogostejših ogljikovih vlaken.

Nižja trdnost industrijsko proizvedenih ogljikovih vlaken je posledica dejstva, da niso monokristali in so v njihovi mikroskopski strukturi precejšnja odstopanja od pravilnosti. Lastnosti ogljikovih vlaken je mogoče znatno izboljšati do raztezka pri pretrganju 2 % in trdnosti 5 GPa in več.

Tabela 17.1 – Mehanske lastnosti ogljikovih vlaken.

Značilno	CF na osnovi PAN			Na osnovi HC tekoče kristalne smole
	visoka moč	visok raztezek	visoko modularen
Premer vlaken, nm
Natezni modul elastičnosti, GPa
Prelomna natezna napetost, GPa
Natezni raztezek, %
Gostota, g/cm3
Specifična moč, m

Tabela 17.2 - Fizikalne in mehanske lastnosti ogljikovih vlaken.

Original vlakno	premer, µm	Gostota, g/cm 3	Prelomna natezna napetost, MPa	Natezni modul elastičnosti, E, GPa	Testilna oblika
Poliakrilonitril					Neprekinjen turnir
Viskoza					Neprekinjen turnir

Kot je razvidno iz tabel, imajo ogljikova vlakna nizko gostoto ter visoko natezno trdnost in modul elastičnosti. Posledično imajo ogljikova vlakna visoko trdnost in specifični modul elastičnosti. Najbolj značilna lastnost ogljikovih vlaken je njihov visok specifični modul elastičnosti. To omogoča uspešno uporabo ogljikovih vlaken za ojačitvene materiale za konstrukcijske namene. Če primerjamo visokomodulna vlakna z nizkomodulnimi vlakni podobne kemijske sestave, je treba opozoriti, da se s povečanjem elastičnega modula in gostote ogljikovih vlaken zmanjšajo volumen zaprtih por, povprečni premer in specifična površina ter njegova električna prevodnost se izboljša.

Električne lastnosti. Povečanje modula elastičnosti, ko se teksturni kot zmanjša, pomeni, da se struktura ogljikovih vlaken približa strukturi grafita, ki ima kovinsko prevodnost v smeri heksagonalne plasti. Ogljikova vlakna, pridobljena pri temperaturah, ki niso nižje od 1000 ° C, imajo visoko električno prevodnost (več kot 102 Ohm -1 -cm -1). S spreminjanjem elastičnega modula in s tem električnih lastnosti ogljikovega polnila je mogoče uravnavati električne lastnosti kompozitnega materiala.V procesu pretvorbe organskih vlaken v ogljikova vlakna pride do prehoda skozi vse prevodne pasove. Prvotna vlakna so dielektriki, med karbonizacijo se električni upor močno zmanjša, nato pa s povišanjem temperature obdelave nad 1000 o C, čeprav se še naprej zmanjšuje, je manj intenziven. Karbonizirana vlakna uvrščamo med polprevodnike glede na vrsto prevodnosti, medtem ko grafitizirana vlakna pokrivajo razpon od polprevodnikov do prevodnikov, ki se slednjim približujejo z višanjem temperature obdelave. Pri ogljikovih vlaknih je temperaturna odvisnost prevodnosti določena s končno temperaturo njihove obdelave in posledično s koncentracijo elektronov in velikostjo kristalitov.

Upoštevati je treba, da višja kot je temperatura karbonizacije, nižji je temperaturni koeficient električne prevodnosti. Ogljikova vlakna imajo luknjasto in elektronsko prevodnost. Z naraščajočo temperaturno obdelavo, ki jo spremlja izboljšanje strukture in povečanje števila elektronov, se prevodni pas zmanjša, zato se poveča električna prevodnost, ki se pri vlaknih, obdelanih pri visokih temperaturah, po absolutni vrednosti približa električni prevodnosti prevodnikov.

Toplotne lastnosti. Ena od manifestacij značilnosti anizotropne strukture visokomodulnih ogljikovih vlaken je negativni koeficient toplotnega linearnega raztezanja vzdolž osi vlaken, kar poveča raven preostalih napetosti v visokomodulnih vlaknih. Pri vlaknu z velikim modulom elastičnosti je koeficient višji v absolutni vrednosti in ima negativno vrednost v širšem temperaturnem območju. Tako je pri ogljikovih vlaknih, izdelanih iz vlaken PAN (slika 17.11), največja (v absolutni vrednosti) vrednost koeficienta opazna pri 0 °C, z naraščajočo temperaturo pa se njegov predznak spremeni v nasprotno (pri temperaturah nad 360 °C za vlakna z E= 380 GPa in nad 220 °C za vlakna z E= 280 GPa. Opozoriti je treba, da krivulja na sliki 3.11 dobro sovpada s podobno odvisnostjo koeficienta toplotnega raztezanja rešetke pirolitičnega grafita vzdolž osi A.

Zaradi svoje visoke C-C vezivne energije ogljikova vlakna ostanejo trdna pri zelo visokih temperaturah, kar daje kompozitnemu materialu visoko temperaturno odpornost. Kratkotrajna natezna trdnost visokomodulnega vlakna, ki vsebuje 99,7 mas. % ogljika ostane praktično nespremenjen v nevtralnih in redukcijskih okoljih do 2200 °C. Tudi pri nizkih temperaturah se ne spremeni. V oksidativnem okolju ostane moč ogljikovih vlaken nespremenjena do 450°C. Površina vlaken je zaščitena pred oksidacijo z zaščitnimi premazi, odpornimi na kisik, iz ognjevzdržnih spojin ali toplotno odpornih veziv; Pirolitični premazi so najbolj razširjeni.

Slika 17.11 - Odvisnost koeficienta toplotnega linearnega raztezanja

vzdolž vlaken za ogljikova vlakna z modulom elastičnosti 380 (1)

in 280 GPa (2) od temperature..

Kemijske lastnosti. Ogljikova vlakna se od drugih polnil razlikujejo po kemični inertnosti. Kemična odpornost ogljikovih vlaken je odvisna od končne temperature obdelave, strukture in površine vlaken ter vrste in čistosti surovine. Po izpostavitvi visokomodulnih vlaken, pridobljenih iz vlaken PAN, agresivnim tekočinam 257 dni pri sobni temperaturi, opazimo opazno zmanjšanje natezne trdnosti le pod delovanjem ortofosforne, dušikove in žveplove kisline (tabela 17.3).

Tabela 17.3 - Kemijska odpornost visokomodulnih ogljikovodikov na osnovi PAN v agresivnih okoljih (trajanje izpostavljenosti 257 dni).

Reagenti	Temperatura, °C	Premer vlaken, nm	σ R , MPa	E R , GPa
Kontrolni vzorec vlaken
Kislina (50%):
Premog
Ortofosforna
Kisov led
raztopina natrijevega hidroksida,

Modul elastičnosti vzorcev se spremeni le pod vplivom 50% raztopine dušikove kisline. Trdnost alkalnih steklenih vlaken po 240-urni izpostavljenosti v 5% raztopinah žveplove ali dušikove kisline se zmanjša za 41 oziroma 39%. S povišanjem temperature se zmanjša odpornost ogljikovih vlaken na agresivna okolja.

Še posebej zlahka oksidira v raztopinah dušikove kisline. Raztopina natrijevega klorida oksidira ogljik, zaradi česar se premer vlakna zmanjša, njegove mehanske lastnosti pa se celo nekoliko izboljšajo.

Glede na stopnjo aktivnosti glede na visokomodulna ogljikova vlakna, pridobljena iz vlaken PAN, lahko kisline razporedimo v naslednje vrste: HNO 3 > H 2 S0 4 > H 3 P0 4 > HC1. Ocetna in mravljinčna kislina ter raztopine alkalij katere koli koncentracije in pri kateri koli temperaturi ne uničijo ogljikovih vlaken. Kemična odpornost ogljikovih vlaken zagotavlja stabilnost lastnosti kompozitnih materialov na njihovi osnovi.

Napake in močenje. Pirolizo organskih vlaken spremlja povečanje njihove poroznosti. Visokomodulna ogljikova vlakna imajo podaljšane pore in se od nizkomodulnih ogljikovih vlaken razlikujejo po orientaciji utorov in razpok vzdolž osi vlaken ter njihovi manjši koncentraciji na površini. Očitno se med vlečenjem zgladijo nekatere površinske napake, kar je še posebej učinkovito pri visokotemperaturni obdelavi vlaken. Pore ​​na površini ogljikovih vlaken imajo različne velikosti. Velike pore s premerom nekaj sto angstromov se med oblikovanjem kompozitnega materiala napolnijo z vezivom, s čimer se poveča trdnost oprijema veziva na polnilo. Večina por na površini vlaken ima premer več deset angstromov. V tako majhne votline lahko prodrejo le nizkomolekularne komponente veziva, na površini polnila pa pride do molekularno sitaste prerazporeditve veziva, ki spremeni njegovo sestavo.

Močljivost vlaken z vezivi, ki se uporabljajo za proizvodnjo plastike iz ogljikovih vlaken, ima velik vpliv na njihove lastnosti. Za razliko od steklenih vlaken je površinska energija ogljikovih vlaken zelo nizka, zato so vlakna slabo omočena z vezivi, za plastiko, ojačano z ogljikovimi vlakni, pa je značilna nizka oprijemljivost med polnilom in vezivom. Trdnost oprijema vlaken na vezivo se poveča, če na površino vlaken najprej nanesemo tanek sloj monomera, ki ga dobro namočimo in zapolnimo vse pore. Zaradi polimerizacije monomera je vlakno prekrito s tanko plastjo polimera - zaščitnika, ki "zatesni" njegove površinske napake. Nato se polnilo združi z izbranim vezivom, izdelek se oblikuje in plastika strdi po standardnem režimu.

Trenutno je bilo predlaganih več metod za povečanje adhezijske trdnosti ogljikovih vlaken na vezivo, katerih učinkovitost se ocenjuje s povečanjem strižne trdnosti kompozitnega materiala:

Odstranjevanje mazivnega filma s površine ogljikovih vlaken po obdelavi tekstila;

Jedkanje površine ogljikovih vlaken z oksidacijskimi sredstvi;

Končna obdelava ogljikovih vlaken;

Gojenje brkatim kristalov z visoko strižno odpornostjo na površini vlaken (vorserizacija ali visceracija).

V nekaterih primerih se zaporedno uporablja več metod obdelave.

Čaščenje visokomodulnih ogljikovih vlaken je najbolj radikalna metoda za povečanje strižne trdnosti plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni. Sorazmerno z volumsko vsebnostjo laskov na vlaknu se ne poveča le strižna trdnost, temveč tudi tlačna in upogibna trdnost v prečni smeri zaradi dodatne ojačitve matrice s kristali z visokimi mehanskimi lastnostmi (npr. trdnost ? -SiC brki so 7-20 GPa pri modulu elastičnosti približno 50 GPa). Z visoko vsebnostjo brkov na vlaknu (več kot 4-7%) se trdnost in elastične lastnosti plastike poslabšajo. V nekaterih primerih je zmanjšanje plastične trdnosti povezano z izgubo trdnosti ogljikovih vlaken med vorserizacijo. Tabela 17.4 prikazuje, kako so lastnosti plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni, odvisne od načina priprave površine iz ogljikovih vlaken.

Tabela 17.4 - Vpliv različnih vrst površinske priprave visokomodulnih vlaken na lastnosti enosmerne plastike, ojačane z epoksi ogljikovimi vlakni.

Metoda za pripravo površine ogljikovih vlaken	Gostota, g/cm 3	Prelomna napetost, MPa, at		Modul elastičnosti, GPa
		premik	bend
Vlakna z lubrikantom
Jedkanica v HNO 3
Sežiganje maziva v dušiku in impregniranje z epoksi smolo
Poslabšanje brki iz silicijevega karbida

Sposobnost ogljikovih vlaken, ki vsebujejo enako količino ogljika (vsaj 99 mas. %), za vorserizacijo iz plinske faze se poveča z zmanjšanjem njihove odpornosti proti oksidaciji, ki je sorazmerna s koncentracijo površinskih napak.

Fizične lastnosti ogljikova vlakna so odvisna od njihovega ozadja (pogoji karbonizacije in grafitizacije), nekateri indikatorji pa od narave in kakovosti surovin. Številne lastnosti ogljikovih vlaken so odvisne od temperature končne obdelave, vendar lahko pomembno prispevajo tudi drugi dejavniki. Tabela 17.5 prikazuje najbolj značilne fizikalne lastnosti ogljikovih vlaken.

Gostota grafita je 2,26 g/cm 3, znatno presega gostoto ogljikovih vlaken, kar je posledica manj popolne strukture slednjih. Med toplotno odpornimi vlakni ima karbonsko najmanjšo gostoto; to ugodno vpliva na specifične mehanske lastnosti vlakna. Grafitna vlakna imajo majhno specifično površino.

Tabela 17.5 - Fizikalne lastnosti ogljikovih vlaken.

Značilno	Vlakno
	gazirana	grafitizirano
Gostota, kg/m 3
Specifična površina, m 2 /g
Temperaturni koeficient linearne ekspanzije, 10 6 /K
Specifična toplotna kapaciteta, kJ/kg K
Toplotna prevodnost, W/(m K)
Električna upornost, 10 -5 ohm m
Tangens dielektrične izgube (pri 10 10 Hz)
Higroskopičnost,%

Specifična površina karboniziranih vlaken, odvisno od pogojev njihove proizvodnje in vrste uporabljenih surovin, se lahko spreminja v širokih mejah.

Da bi povečali specifično površino 500-1000 m 2 /g, ogljikova vlakna obdelamo s pregreto vodno paro, ogljikovim dioksidom in drugimi reagenti. Za ogljikova vlakna je značilen majhen koeficient linearne razteznosti, opazno nižji od kovin, grafita in kremenčevega stekla. Kar zadeva toplotno kapaciteto, se ogljikova vlakna malo razlikujejo od drugih trdnih snovi. Značilnost karbonskih in še posebej grafitiziranih vlaken je njihova zelo visoka toplotna prevodnost. To je značilno tudi za grafit. Pri uporabi ogljikovih vlaken ali sestavkov na njihovi osnovi kot materialov za toplotno zaščito je visoka toplotna prevodnost nezaželena, saj skozi kompozitni material poteka intenziven prenos toplote. Za odpravo te pomanjkljivosti se kompozitnim materialom poleg ogljikovih vlaken dodajo tudi druga toplotno odporna vlakna, zlasti vlakna kovinskega oksida z nizko toplotno prevodnostjo.

Ogljikova vlakna z razvito specifično površino so zelo higroskopična zaradi kondenzacije vode v porah. Grafitna vlakna imajo nizko poroznost, zato je njihova higroskopičnost majhna. Higroskopičnost je zelo pomembna pri izdelavi kompozitnih materialov.

Tekstilne oblike karbonskih vlaken

Ogljikova vlakna se lahko proizvajajo v najrazličnejših tekstilnih strukturah: spenjana, neprekinjeni filament, tkana ali netkana. Predivo, preja, preje in netkane tkanine so najpogostejše vrste struktur iz ogljikovih vlaken, ki se trenutno uporabljajo. Ogljikova vlakna imajo visok modul elastičnosti in majhen raztezek. Zato ne prenesejo ponavljajočih se deformacij in njihova uporaba za izdelavo tkanih materialov predstavlja določene težave. Vendar pa je zaradi napredka v tehnologiji proizvodnje ogljikovih vlaken in tehnikah tkanja postalo mogoče iz njih izdelati vse vrste tkanih materialov.

Prednost enosmernih tkanin (v tem primeru tanke niti: steklene ali organske, ki se nahajajo vzdolž votka, služijo samo za tehnološko povezavo niti ali pramenov med seboj) je v tem, da praktično odpravijo pregibe vlaken v vzdolžni smeri, vlakna so dobro usmerjena, material je gladek in prijeten na dotik. Izdelujejo se tudi v obliki hibridnih trakov in tkanine v kombinaciji z nitmi iz steklenih vlaken. Trenutno je paleta tkanin zelo raznolika; razlikujejo se po gostoti niti po širini, strukturi tkanja, razmerju števila niti v vzdolžni (vzdolž osnove) in prečni (vzdolž votka) smeri, številu elementarnih vlaken v snopu in drugo. značilnosti.

Odvisno od pogojev uporabe se CFM proizvaja v obliki neprekinjenih niti in pramenov (nastalih iz 1000, 3000, 5000, 6000, 10000 in več osnovnih neprekinjenih vlaken), vrvic, rezanih vlaken, gumbov, trakov, tkanin (pogosto kombiniranih). s polimernimi ali steklenimi vlakni), enosmerni trakovi, v katerih so močne niti osnove povezane z votkom nizke trdnosti, netkani materiali (filc, rogoznice) itd. vlakna.

Za pridobivanje tkanih izdelkov iz ogljikovih vlaken se uporabljata dve glavni metodi: tkanje začetnih vlaken in kasnejša termična obdelava tkanih izdelkov v ogljikove (tj. karbonizacija in grafitizacija tkanih oblik); proizvodnja karbonskih niti, prediva in njihova kasnejša tekstilna predelava. Prednost slednje metode je možnost pridobivanja tkanin z manjšo anizotropijo lastnosti ter možnost pridobivanja kombiniranih tkanih materialov iz CF in drugih vrst vlaken, slabost pa krhkost CF in s tem povezane težave pri predelavi tekstila. .

Na sliki 17.12 so prikazane vrste nekaterih tkanin za posebne namene: nenagubana tkanina, pri kateri se z odpravo upogiba ogljikovih vlaken preprečijo poškodbe vlaken in izguba trdnosti; spiralna tkanina, v kateri so ogljikova vlakna razporejena v spiralo in medsebojno povezana v radialni smeri; tkanine z orientacijo ogljikovih vlaken pod kotom 0,30 in 60°; tridimenzionalne tkanine, pri katerih so karbonska vlakna usmerjena tudi v smeri debeline tkanine itd.

a - nenagubana tkanina; b - spiralna tkanina; c - tkanina s triosno usmerjenostjo niti v ravnini tkanine; d - tridimenzionalna tkanina s pravokotno volumetrično usmeritvijo niti.

1 - steklena nit; 2 - karbonska nit.

Slika 17.12 - Primeri tkanin za posebne namene.

Tkanine iz ogljikovih vlaken. Lastnosti in pogoji izdelave ogljikovih tkanin so odvisni od strukture teh tkanin, gostote vezave, nagubanosti preje, gostote originalne preje in pogojev tkanja.

Gostota niti v osnovi in ​​votku je določena s številom niti v 1 cm tkanine v vzdolžni in prečni smeri. "Osnova" je preja, položena po dolžini tkanine, "votek" pa prepleta tkanino v prečni smeri. Zato so gostota tkanine, njena debelina in natezna trdnost sorazmerne s številom niti in vrsto preje, uporabljene pri tkanju. Te parametre je mogoče določiti, če je znana zasnova tkanine. Za ustvarjanje trpežnih tkanin obstajajo različne vrste tkanj osnove in votka. S spreminjanjem vrste tkanine je mogoče ustvariti različne ojačitvene strukture, ki v določeni meri vplivajo na lastnosti kompozitov, izdelanih iz njih. V nekaterih primerih uporaba karbonskih tkanin zahteva posebne vrste tkanj.

Pletenica je ozka (manj kot 30,5 cm široka) tkanina, ki lahko vsebuje ohlapen rob (tj. polnilna preja, ki sega čez trak). Za tkanine iz karbonskih vlaken v obliki pletenih rokavov je značilna večja fleksibilnost v primerjavi s tkaninami na osnovi karbonskih vlaken. Iz pletenice lahko izdelate izdelke kompleksne konfiguracije z nepravilno oblikovano površino itd.

Tekstilna preja iz ogljikovih vlaken- To so posamezna paralelna vlakna ali prameni (snopi), zbrani skupaj, ki se lahko kasneje predelajo v tekstilni material. Neprekinjene enojne pramene (prameni) so najpreprostejša oblika tekstilne preje iz ogljikovih vlaken, znane kot "navadna preja". Za uporabo takšne preje v nadaljnji tekstilni obdelavi je običajno izpostavljena rahlemu sukanju (manj kot 40 m -1). Vendar pa je za veliko število tkanin potrebna debelejša preja. To vrsto tekstilne preje je mogoče izdelati s sukanjem in zvijanjem. Tipičen primer je zvijanje dveh ali več enostavnih pramenov skupaj s hkratnim ponovnim prepletanjem (tj. naknadno zvijanje dveh ali več predhodno zvitih pramenov).

Kot rezultat operacij zvijanja in zvijanja dobimo prejo, katere moč, prožnost in premer se lahko razlikujejo. To je pomemben predpogoj za ustvarjanje različnih tkanin, iz katerih se kasneje pridobivajo kompoziti.

Pasovi sestoji iz velikega števila filamentov, zbranih v snop. Običajno se uporabljajo prameni s številom filamentov 400, 10 tisoč ali 160 tisoč.Prejo običajno razumemo kot sukane niti, sestavljene iz rezanih vlaken, medtem ko potepanje je pramen (pramen), sestavljen iz vzporednih ali rahlo zavitih snopov vlaken. Končno podloge (trakovi) Sestavljeni so iz velikega števila (včasih do 300) snopov ali pramenov ogljikovih vlaken, položenih drug poleg drugega ali sešitih skupaj, in jih je mogoče predelati v različne vrste tekstilnih struktur. Kratka ogljikova vlakna (dolžine 3 - 6 mm) je mogoče predelati v filc ali netkano blago s konvencionalno tehnologijo.

Za ogljikova vlakna in kompozite iz ogljikovih vlaken so ogljikova vlakna UKN-P/2500, UKN-P/5000 s površinsko obdelavo in številom filamentov v niti 2500 oziroma 5000, VMN-4, VMN-RK, Rovilon, VEN- 280, UKN/5000, UKN /10000, Coulomb/5000A, Coulomb/5000B z linearno gostoto od 200 do 900 tex, za katero je značilna trdnost in modul elastičnosti v precej širokem območju. Lastnosti nekaterih ogljikovih filamentov so predstavljene v tabelah 17.6 in 17.7.

Tabela 17.6 - Lastnosti ogljikovih filamentov.

Indikatorji	Znamka polnila
	UKN-P/2500	UKN- P/5000	UKN/ 5000	UKN/ 10000	Obesek/5000A Obesek/5000B
Linearna gostota, tex
Odstopanje linearne gostote,%
Relativna pretržna obremenitev niti, ko jo pretrga zanka, n/tex
Masni delež klejnega sredstva, %
Modul elastičnosti, GPa
Pretržna natezna napetost niti v mikroplastiki, GPa
Pretržna napetost plastike, GPa pri: Raztezanje

Tabela 17.7 - Lastnosti ogljikovih filamentov.

Indikatorji lastnosti	Znamka polnila
	VMN-4	VMN-RK-3	ROVILON			VEN-280-1	VEN-280
Linearna gostota, tex
Odstopanje linearne gostote, % ne več
Gostota niti, g/cm3
Pretržna natezna napetost filamenta, GPa
Modul elastičnosti plastične vrvi, GPa
Dinamični modul elastičnosti vrvi, GPa
Upogibna trdnost vrvi v plastičnih MPa

Kot ojačitveno polnilo za laminate iz karbonskih vlaken se najpogosteje uporabljajo karbonski trakovi tipa LU-P in ELUR-P, ki so zvitki širine 250 mm, tesno naviti na kolute z dvojno prirobnico. Glavne značilnosti trakov so predstavljene v tabeli 17.8. Posebnost ogljikovih trakov je njihova nizka linearna gostota, ki zagotavlja proizvodnjo plastike iz ogljikovih vlaken z debelino enoslojnega sloja 0,08-0,13 mikronov.

Tabela 17.8 - Lastnosti karbonskih trakov.

Vrsta traku	Širina traku, mm	Linearna gostota, g/m	Gostota niti, g / cm 3	Število niti na 10 cm, nič majn	Prelomna natezna napetost v plastiki, ojačani z ogljikovimi vlakni, GPa, ne manj	Porušitvena napetost med stiskanjem plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni, GPa, nič majn	Modul elastičnosti pri upogibanju, GPa	Volumski delež polnila v ogljikovih vlaknih, %	Gostota ogljikovih vlaken, g/cm 3	Debelina monosloja ogljikovih vlaken, mm

Veliko skupino karbonskih armirnih polnil predstavljajo tkani materiali na osnovi karbonskih niti UKN-P/2500 in UKN/P500. To so tkani trakovi UOL-1 in UOL-2 širine 300, 460 in 600 mm. (V simbolu traku je prva številka širina traku, druga številka v oznaki je tip niti, ki se uporablja kot osnova: 1- za niti UKN-P/5000 in 2- za UKN-P. /2500 niti.) Ti trakovi imajo samo karbonske niti v osnovi in ​​votku, trakovi imajo redke steklene ali organske niti z linearno gostoto 14-30 tex. Izdelujejo se na tračnih tkalskih statvah.

Za razširitev ponudbe se proizvajajo kombinirani trakovi tipa UOL-K z razmerjem karbonskih in steklenih niti 6:1. Glavne značilnosti tkanih karbonskih in kompozitnih trakov so podane v tabeli 3.9. Za razliko od ogljikovih vlaken tipa LU ta polnila zagotavljajo plastiko, ojačano z ogljikovimi vlakni, z večjo debelino monosloja od 0,17 mm do 0,25 mm in višjo stopnjo trdnostnih karakteristik. Tkani trakovi tipa LZHU so za razliko od trakov tipa UOL tkani iz surovin in imajo ogljikovo votkovo nit. Trakovi LZHU se razlikujejo po linearni gostoti pri uporabi različnih ogljikovih niti v osnovi 2500 ali 5000 filamentov. Glavne značilnosti teh trakov so predstavljene v tabeli 4.9.

Karbonska tkanina UT-900-2,5 na osnovi niti UKN-P/2500, tkane s keper vezavo, ki zagotavlja enako gostoto niti osnove in votka, se bistveno razlikuje od prej obravnavanih polnil. Značilnosti in lastnosti tkanin so podane v tabeli 17.9.

Tabela 17.9 - Lastnosti tkanih karbonskih trakov in tkanin.

Paleta blagovnih znamk in lastnosti domačih in tujih CFM so predstavljeni v tabelah 17.10 - 17.13.

Tabela 17.13 prikazuje nekatere lastnosti tujih ogljikovih vlaken iz različnih matičnih vlaken. Potrošniku se lahko dostavijo po ali brez površinske obdelave. Vrsta in vrsta tekstilne strukture za obdelavo ogljikovih vlaken je običajno določena z njeno uporabo v kompozitnem materialu. To določa tudi način izdelave kompozita: polaganje, brizganje ali pultruzija.

Volumetrične strukture na osnovi ogljikovih vlaken.

Ena glavnih prednosti armiranih kompozitnih materialov je visoka specifična trdnost v smeri armiranja. Druga pomembna prednost tovrstnih materialov pred izotropnimi materiali je učinkovit nadzor anizotropije mehanskih, termofizikalnih in drugih lastnosti v smeri ojačitve. Anizotropijo lastnosti nadziramo s spreminjanjem namestitve armature.

Tabela 17.10 - Ogljikova polnila za konstrukcijsko plastiko, ojačano z ogljikovimi vlakni (Rusija).

	Tekstil	Gostota g/cm3
LU-P-0.1 in 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
OBESEK N24-P 5
GRANIT P 5	nit 400 tex
ELUR-P-0,1 4 , 5	trak 245±30mm
	trak 90+10 mm
	trak 90±10 mm
	trak,?= 0,235±0,015
	trak, ?= 0,175+0,015
	keper, ?= 0,22±0,02
ELUR-P-0,08 4 , 5
	nit, podveza
	nit, podveza

Opomba: 1 - analog Tornel 300, Toreyka TZOO; 2 - na osnovi UKN-P-5000, ogljik-organski trakovi UOL-55, 150, 300, 300-1, ZOOK (NPO "Khimvolokno"); UOL-300-1 (osnova UKN-P-5000, 410 tex, votek SVMK 14,3 tex); UOL-ZOOK (osnova UKN-P-5000, 410 tex in Armos 167 tex, votek SVMK 14,3 tex); UOL-150, 300 (osnova UKM-P-5000, 390 tex, votek SVMK tex 29,4); 3 - osnova in votek iz UKN-P-2500 200 tex, rob Ural N 205 tex; 4 - PAN navoji za ELUR-P, LU-P tex 33.3, UKN-P-5000 tex 850, UKN-P-2500 tex 425; 5 - P - elektrokemijska oksidacija (ECHO metoda); 6 - uporablja se za izdelavo TZ-struktur, kot sta TsOO in TsTMZ; Tex je masa 1 km vlaken v gramih.

Tabela 17.11 - Lastnosti ogljikovih materialov na osnovi viskoznih (hidratizirana celuloza, HC) vlaken, za toplotno zaščito, adsorpcijsko aktivni materiali, električni izdelki (grelci). (Rusija) .

Znamka material	Tekstil oblika	%	Pretržna obremenitev na trak 5 cm, kgf		Elementarna moč niti, GPa
	tkanina, trak
Ural TR Z/2-15	Pletenine
Ural TR 3/2-22	Pletenine
Ural TM/4-22	Večplastna tkanina
Ural LO-22	Enosmerni trak
Ural LO-15	Enosmerni trak
	tekstilna nit
	sukanec za šivanje
Ural Tr-3/2-15E	površinsko obdelane pletenine
Uglen, Uglen-9

Tabela 17.12 - Tekstilne oblike in lastnosti ogljikovih prediv (Rusija).

Opcije	Ogljikove niti, stopnje
	VMN-4	ROVILON	VPR-19(s)	VNV(i)
Surovina		Nitron 650 -1700 tex	Nitron 850 -1700 tex
Število niti, kos
Število zavojev na 1 m
Število vlaken (filamentov), ​​kos.
Dolžina, največ, m
Premer, maks., µm
Temperatura pirolize, Max, °C
Gostota, g/cm3
Natezna trdnost, ?, GPa
Natezni modul elastičnosti, E, GPa
Relativni raztezek, ε, %
Lubrikant

Tabela 17.13 - Lastnosti tujih industrijskih ogljikovih vlaken.

Vlakno	Podjetje dobavitelj	Izvorni material	σ IN , MPa	E, GPa	 , kg/m 3	σ , 10 -4 cm/m	 itd , W/ (m  °C)	α itd , TO -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

Imena podjetij: 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".

Ojačitveni elementi ogljikovih kompozitnih materialov so ogljikova vlakna. Razvite so armaturne konstrukcije, ki imajo tri, štiri, pet ali več smeri armiranja. S spreminjanjem razmerja ojačitve v različnih smereh nastajajo materiali z določenimi lastnostmi.

Obstaja več sistemov ojačitvenih struktur za kompozitne materiale. V praksi so sistemi dveh, treh in n niti

Značilnost materialov, ki jih tvori sistem dveh niti, je prisotnost določene stopnje ukrivljenosti vlaken v smeri osnove (x-os), medtem ko so votkovna vlakna (y-os) ravna. V tretji smeri (z os) ni ojačitve. Glavna parametra ojačitve te skupine materialov sta stopnja ukrivljenosti osnovnih vlaken (kot ) in koeficient ojačitve.  v smeri osnove in votka (slika 17.13).

Slika 17.13 - Različice ojačitvenih shem, ki jih tvori sistem dveh niti. Povezovanje sosednjih plasti z usmerjenimi vlakni pri: v letalu zx(A) in v letalu zy(b); po celotni debelini konstrukcije in v ravnini zx(V) in v letalu zy(G). Povezava skozi dve plasti z uporabo v smeri X ravna vlakna ( d) ter skozi plast in po celotni debelini materiala z uporabo v smeri X ravna vlakna ( e). Povezava skozi plast s spremenljivo gostoto vzdolž debeline materiala ( in) .

Kompozitni materiali, oblikovani s sistemom treh niti, imajo ojačitev v treh smereh izbranih koordinatnih osi. Najpogostejše sheme ojačitve so prikazane na sliki 17.14.

Ojačitvene sheme so praviloma sestavljene iz medsebojno pravokotnih vlaken (slika 17.14, a, b), vendar obstajajo sheme s poševno razporeditvijo vlaken (slika 17.14, c, d). Ojačitvena vlakna so lahko ravna (slika 17.14, A), imajo določeno stopnjo ukrivljenosti vlaken v enem (slika 17.14, V) ali dva (slika 17.14, G) smeri Število vlaken in razmik med njimi v vsaki od treh smeri so glavni parametri kompozitnih materialov, ki jih določajo pogoji njihove uporabe.

Slika 17.14 - Možnosti ojačitvenih shem, ki jih tvori sistem treh pramenov

z ravnimi vlakni v treh smereh ( a, b),

z ravnimi vlakni v dveh smereh ( V),

z dano stopnjo smeri vlaken v dveh smereh ( e) .

Štirižilni sistem omogoča pridobivanje kompozitnih materialov z različnimi možnostmi prostorske razporeditve armature. Možnost 4 je najbolj priljubljena d. Njegova značilnost je lokacija ojačitve vzdolž štirih diagonal kocke. Ta shema polaganja z enakomerno razporeditvijo armature po smereh armature omogoča doseganje ravnotežne konstrukcije.

Ojačitev kompozitnih materialov, ki jih tvori sistem več niti, poteka v različnih smereh, največkrat v treh medsebojno pravokotnih smereh izbranih koordinatnih osi in v diagonalnih ravninah, ki vsebujejo koordinatne osi. Možne so tudi bolj zapletene armaturne sheme (slika 17.15). Geometrija prostorske ojačitve je ustvarjena na podlagi pogojev uničenja materiala in mora zagotavljati ciljno anizotropijo lastnosti. Povečanje števila smeri ojačitve pomaga zmanjšati anizotropijo lastnosti, skupni koeficient ojačitve in posledično absolutne vrednosti lastnosti materiala. Materiale s popolno izotropijo elastičnih lastnosti dobimo s polaganjem armature pod kotom 31° 43 glede na osi kartezičnega koordinatnega sistema v vsaki od treh pravokotnih ravnin. Za druge simetrije je značilna prisotnost določenih ekstremnih vrednosti fizikalnih lastnosti.

Slika 17.15 - Diagram diagonalne razporeditve konstrukcije v eni ravnini ( A) in v prostoru ( b) za kompozitne materiale, ki jih tvori sistem n niti; enajstsmerni (11d) vzorec ojačitve ( V), diagonale med diametralnimi oglišči vzdolž dveh ploskev in vzdolž robov.

Za racionalno uporabo armiranih kompozitnih materialov je potrebno poznati njihove največje koeficiente ojačitve. V delu smo raziskovali možnosti omejevanja polnjenja prostorsko armiranih konstrukcij z vlakni okroglega prereza. V bistvu so preučevali gosto pakiranje vlaken - ob dotiku njihovih cilindričnih površin - v eni ravnini, pravokotno na katero so bila vnesena vlakna, ki so "pritrjevala" plasti. Tabela 17.14 prikazuje teoretične največje dovoljene vrednosti koeficientov ojačitve za nekatere vrste konstrukcij v primeru, ko je bila večsmerna ojačitev v ravnini ustvarjena z ravnimi vlakni. Parameter  (%) označuje delež ravnih vlaken pravokotnih na ravnino polaganja v skupni prostornini armature.

Tabela 17.14 - Mejni koeficienti ojačitve za nekatere vrste konstrukcij.

№ p/p	Shema ojačitve	številka smeri ojačitve	Polaganje vlakna	Delež vlaken pravokotno na ravnino embalaže, %	 itd
			Šesterokotna
			Pravokoten
			Večplastno (poljubno)
			Pravokoten v treh ravninah
			Heksagonalno transverzalno izotropno

Kot je razvidno iz podatkov v tabeli 17.14, odstopanje smeri polaganja vlaken od enosmernega in ploščatega vzorca bistveno zmanjša volumetrični koeficient ojačitve materiala. Pri treh medsebojno pravokotnih smereh polaganja vlaken se največji koeficient ojačitve  pr zmanjša za 25 % v primerjavi s koeficientom za neprekinjeno konstrukcijo. S štirimi smermi ojačitve, od katerih tri ustvarjajo izotropijo lastnosti v ravnini (tabela 17.14, klavzula 5),  itd koeficient ojačitve se zmanjša v primerjavi s koeficientom ojačitve po heksagonalnem enosmernem vzorcu (tabela 17.14, odstavek 1) za 38%. V shemi 5 je zaradi poševnega polaganja vlaken v ravnini, ko se ta dotikajo vlaken v smeri, ki je pravokotna na ravnino, več prostih mest, ki jih je treba zapolniti z matriko, kot v primeru treh pravokotnih smeri ojačitve (tabela 17.14, odstavek 4).

Opozoriti je treba, da je treba idealizirane sheme za maksimalno polnjenje kompozitnega materiala z vlakni upoštevati le za primerjavo. V realnih primerih se zaradi tehnoloških ali drugih pogojev spremenijo razdalje med sosednjimi vlakni, zato je treba vnesti popravke  itd koeficienti, ki odražajo stopnjo razpršenosti vlaken pri idealiziranju geometrije strukture.

Dejanska prostornina vlaken v okvirju je vedno bistveno nižja od izračunane. To je posledica dejstva, da niti nimajo pravilne oblike preseka, sprejete pri izračunu, in osnovna vlakna niso monolitna.

Metode izdelave ojačitvenih okvirjev iz kompozitnih materialov ogljik-ogljik so različne, vključno s suhim tkanjem niti, šivanjem blaga, sestavljanjem togih palic iz pultrudiranih ogljikovih niti, navijanjem niti, tkanjem in kombinacijo teh metod. Najbolj razširjena metoda je tkanje (tkanje) suhih niti. Sprejemljivo je za izdelavo tako najpreprostejših večsmernih okvirjev, v katerih so vlakna nameščena vzdolž osi pravokotnega koordinatnega sistema (CR), kot tudi najbolj zapletenih večsmernih - 11 D (glej sliko 17.15, V). V tem primeru se uporabljajo niti majhnega premera z njihovim gostim polaganjem (slika 17.16), kar zagotavlja majhne praznine in visoko gostoto okvirja.

Metoda tkanja suhih niti je uporabna tudi za izdelavo cilindričnih okvirjev. Tkani odri te vrste so prikazani na sliki 17.17. Zagotavljanje konstantne gostote ojačitve za cilindrične okvirje z naraščajočo divergenco radialnih niti, ko se približujejo zunanjemu premeru, se doseže s povečanjem premera aksialnih snopov niti ali uvedbo radialnih elementov različnih dolžin v glavni sistem ojačitve. Proizvodnja takšnih okvirjev se izvaja na tkalskih strojih. Možno je ustvariti bolj zapletene strukture.

Slika 17.16 - Tipična postavitev vlaken majhnega premera v ortogonalno ojačanem materialu, da se doseže visoka gostota okvirja.

Slika 17.17 - Razporeditev navojev v trismernem cilindru

tkati.

Razvoj metod za izdelavo ortogonalno ojačanih okvirjev je omogočil izdelavo modificirane konstrukcije, imenovane Mod 3. Modifikacija je bila naslednja: v ravnini xy Namesto ravnih niti je uporabljena karbonska tkanina, vlakna so v smeri osi z ostanejo ravne in prehajajo skozi plasti tkanine med vlakni v ravnini xy. Pri šivanju blaga v smeri osi X Uporabljajo se tako suhe niti kot karbonske palice, pridobljene z impregnacijo niti z organskim vezivom, ki mu sledi karbonizacija, ali s pirolitičnim ogljikom iz plinske faze. Vrsta in porazdelitev vlaken v odrih te strukture se lahko spreminja v vse smeri.

Večsmerni okvirji so izdelani tudi samo iz karbonskih palic. Pomanjkljivost takšnih odrov je pomanjkanje celovitosti pred uvedbo matrice, ki povezuje palice; prednost je v visoki stopnji zapolnjenosti prostornine materiala z armaturo.