6 мкм вуглеволокно в порівннні з людським волоссям 50 мкм
Вуглецеве волокно, або вуглеволокно, графітове волокно - вуглецевий полімер. форма графіту. в якій атоми вуглецю побудовані в плоскі довгі вузькі графітові полотна.
Вуглецеве волокно є тип гідратцелюлозного або віскозного, або штучного волокна - пан-акрілонітрілове волокно, яке є вуглецем майже в чистому вигляді. Цей матеріал виробляється методом піролізу, який передбачає розкладання молекули сполуки під впливом високої температури.
Кожне полотно за будовою кристалічної решітки близько до графіту. проте створює тільки плоскі просторові структури. Безліч графітових полотен, переплітаючись, утворюють волокно. Углеволокном часто називають також будь-композитний матеріал. до складу якого входять вуглецеві нитки; найбільш відомим і важливим з них є пластик. посилений углеволокном (англ. CFRP. Carbon Fiber Reinforced Plastic).
Углеволокно отримують складної термічною обробкою (400-3 000. C) поліакрілонітрілу.
1. Характеристики
2. Властивості
Типові властивості HT-вуглеволокон
- високе пружність
- висока механічна міцність
- стійкість до впливу високих температур
- стійкість до впливу хімічних реагентів
- стійкість до впливу ультрафіолетового випромінювання
Під впливом високої температури волокна змінюють свої механічні властивості. Углеволокно має дуже низьку стійкість до ударних навантажень (високу ударну крихкість).
3. Отримання
Існують наступні способи отримання вуглеволокна
- хімічне опади вуглецю на филамент (носій, скловолокно наприклад)
- вирощування волоконноподібніх кристалів (графіт) в світловий дузі
- побудова органічних волокон в реакторі (останній спосіб є найпоширенішим)
4. Застосування
Сучасний спортивний велосипед, виготовлений з алюмінію і вуглеволокна
Вуглецеві волокна згортаються в нитку. Нитки перевиваються в вуглецеві тканини, полотна, стрічки різного плетіння. Ці матеріали застосовуються для створення вуглепластів (углепластиков) та інших композиційних матеріалів. Наприклад як армуючий матеріал для вуглепластика на основі епоксидних смол.
Також вуглецеві волокна використовуються як хороший фільтруючий матеріал і для створення електронагрівальних елементів.
Іноді вуглеволокно використовується тільки для поліпшення зовнішнього вигляду, тобто для "косметичних" цілей, наприклад, для виготовлення корпусів приладових панелей або глушників.
Вуглецеве волокно в поєднанні з епоксидною смолою часто застосовується для армування ділянок, де потрібна підвищена міцність і жорсткість. і при правильному підході дає хороші результати. За своєю міцністю на розрив вуглеволокно поступається кевлара. але значно перевершує його при роботі на стиск. Одночасно вуглецеве волокно займає дуже низьку стійкість до ударних навантажень. Для компенсації слабких місць того і іншого, обидва матеріали часто застосовують у вигляді "гібрида". Як і у випадку з кевлар, вуглеволокно не переносить недбалого ставлення і вимагає для свого захисту іншого матеріалу типу склотканини.
Крім малої міцності при ударних навантаженнях, вуглеволокно погано преноса навантаження на зсув і його слід чимось захищати зверху від абразивних дій. Хоча з вуглеволокна можна виготовити тканину в звичайному або "гібридному" вигляді і використовувати її для цілей обклеювання корпусу, слід мати на увазі, що вуглецеві волокна (як, втім, і інші) в процесі переплетення втрачають міцність. Якщо ставиться мета домогтися від матеріалу максимальної міцності, вуглеволокна повинні бути абсолютно прямими, без звивин і згинів. Таким чином, з урахуванням високої вартості вуглеволокна (воно дорожче кевлара) представляється марною тратою використання його в будь-якому тканому вигляді, де порушена прямолінійна орієнтація ниток.
Існують великі розбіжності з приводу смол, придатних для застосування з вуглеволокна. З чисто технічної точки зору поліефірні, вінілефірні і епоксидні смоли добре просочують даний матеріал, проте деякі вважають, що для досягнення найкращих результатів необхідно застосовувати еластичні смоли типу вінілефірніх або епоксидних. З точки зору міцності клейового з'єднання, коли мова йде про застосування вуглеволокна поверх матеріалу-основи, найкращим варіантом будуть епоксидні смоли.
Матеріали з вуглеволокна мають чорний колір, зберігаючи його і після просочення смолою, що не дозволяє застосовувати їх при натуральній обробці.
5. Обмеження
Вуглеволоконних пил небезпечний при вдиханні всередину, тому при роботі з матеріалом необхідно респіратор. При контакті з металами в солоній воді вуглепластик викликає сильну корозію і подібні контакти слід виключати.