Углеродное волокно и ткани из углеродных волокон

Углеродные волокна и ткани на их основе применяются для армирования композиционных материалов, они применяются с эпоксидными, винилэфирными, полиамидными и фенолформальдегидными смолами, такие композиты называются углепластик. Высокая прочность и жесткость при малом весе основные преимущества углепластика, кроме этого углеродные волокна и углепластик имеют очень низкий, практически нулевой коэффициент линейного расширения и проводят электричество. Преимущества применения: углепластики позволяют уменьшить вес конструкции на 15-45%, высокая стойкость к коррозии и различным деформациям, возможность создания изделий высокой сложности. История появления: Фактически, современные углеродные волокна появились с 50 годов ХХ века в институте промышленных исследований Асаки, Япония. Углеродные волокна для упрочнения композитов было начато в 1963 году в Англии.

Области применения: первыми начали применять композиты на основе углепластика военные специалисты, в военно-промышленном комплексе и углепластик первое время считался секретным. Сейчас, углепластик используется в серийном авиастроении, благодаря малому весу (это один из самых важных параметров в авиастроении) и превосходных прочностных свойств, углепластик крепко занял свое положение в этой отрасли, не представить без него и развитие космонавтики, где он считается не заменимым.

Сочетания таких уникальных параметров не обошли стороной и другие высокотехнологичные и наукоемкие отрасли такие как: медицина (протезы, сухожилия и пр.) благодаря совместимости с тканями и мех. свойств и судостроение, производство корпусов яхт и катеров, нельзя представить современные спортивные яхты без углепластиковых мачт, частей корпуса и многих других деталей.

Угольные материалы успешно применяют в строительстве: упрочнение бетонных конструкций, ремонт мостов и пр. Свою популярность и легендарность среди углепластик получил благодаря автомобилестроению, его начали применять при изготовлении монококов, для знаменитых болидов F1. После укоренения в автоспорте, углепластик получил новое сокращенное имя «carbon». Он стал одним из самым важных элементов в тюннинге автомобилей, еще потому что обладает оригинальным внешним видом. Углепластик широко применяется в производстве спортинвентаря: теннисные ракетки, удочки, рамы для велосипедов и т.д. Так же он применяется в изделиях узкого специального назначения для лопастей ветряных электрогенераторов, различных подшипников в гидротурбинах. Широкую популярность набирает применение углепластика для отделки его можно увидеть в таких деталях как: кейсы и акустические боксы, и для декорирования мебели.

Другие: музыкальные инструменты-скрипки, виолончели. Различные профили, трубы, листы, кронштейны, тормозные и колесные диски для авто, весла, в Li батареях, морские буровые платформы.

Основные определения: «К» — число тысяч элементарных углеродных волокон в нити (Самое меньшее и самое дорогое углеродное волокно — 1К, наиболее распространенное углеродное волокно 3К, существуют также нити из углеродного волокна с К = 6, 12, 24, 48.)

Плотность: отношение массы к объему, измеряется в граммах на м².

Линейная плотность: количество волокон на 1 см². в каждом из направлений плетения, например 4×4, что означает что в 1 кв. см. 4 продольных и 4 поперечных волокон.

Основные виды плетений:

1. Полотняное плетение. Наиболее простой и обычный тканый материал. Нити основы и утка переплетаются поочередно. Наиболее устойчивый вид плетения. Обозначение в импортных материалах: PLAIN WEAVE, P, PLAIN.
2. Саржевое плетение. Каждая нить основы и утка переплетаются через две нити. Обозначение в импортных материалах: TWILL, T.
3. Сатиновое плетение. Каждая нить основы и утка проходит над несколькими нитями основы и утка в зависимости от раппорта переплетения, т.е. над 3,5,7 и большим числом нитей. Такие ткани имеют большую рыхлость и гибкость, но с другой стороны, и большую величину изменения расстояния между соседними нитями. Обозначение в импортных материалах: SATIN WEAVE, R.
4. Корзинное плетение и плетение типа Lenо. Обозначение в импортных материалах: BASKET WEAVE и LENO.

Основные данные при выборе ткани:

• Плотность: 200 г/м.
• Плетение: Plain.
• Линейная плотность: 4×4.
• Толщина: 0,33.
• Волокно: 3k x 3k.
• Ширина: 120 см.

Углеродные и графические волокна обладают целым рядом особенностей по физико-техническим и химическим свойствам. Эти волокна имеют высокий придел прочнисти (временное сопротивление σ_B) и модуль упругости E при растяжении, что определяет их промышленную ценность (Таб. 1.1).